(57)【要約】  ハウジング（３）と駆動装置（６）とを備え、ハウジング（３）がハウジング上部（７）とハウジング下部（８）とを有し、ハウジング（３）内で回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びるとともに少なくとも１つの取り囲むサイドチャネル（１９）を有する圧縮室（３０）と、ハウジング（３）内に入っていて回転軸線（４）を中心として回転可能に配置され、かつ駆動装置（６）によって駆動されるコンプレッサホイール（２）であって、その周囲に圧縮室（３０）の領域に配置されたブレード（５）を有するコンプレッサホイール（２）と、ハウジング（３）に形成され圧縮室（３０）を介して流体的に互いに接続されているそれぞれ１つのガス吸入口（１４）およびガス吐出口（１６）と、を備える。【選択図】図１
2021516310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３）と駆動装置（６）とを備え、前記ハウジング（３）がハウジング上部（７）とハウジング下部（８）とを有し、さらに、前記ハウジング（３）内で回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びるとともに少なくとも１つの取り囲むサイドチャネル（１９）を有する圧縮室（３０）と、前記ハウジング（３）内に入っていて前記回転軸線（４）を中心として回転可能に配置され、かつ前記駆動装置（６）によって駆動されるコンプレッサホイール（２）であって、その周囲に前記圧縮室（３０）の領域に配置されたブレード（５）を有する前記コンプレッサホイール（２）と、前記ハウジング（３）に形成された、前記圧縮室（３０）、特に少なくとも１つのサイドチャネル（１９）を介して流体的に互いに接続されているそれぞれ１つのガス吸入口（１４）およびガス吐出口（１６）と、をさらに備える、ガス、特に水素を搬送および／または圧縮する燃料電池システムのためのサイドチャネルコンプレッサ（１）において、前記駆動装置（６）は、ステータ（１２）とロータ（１０）とを有する軸方向磁界電気モータ（６）として形成されており、前記ステータ（１２）と前記ロータ（１０）とは前記回転軸線（４）の周りを円盤状に取り囲んで形成されており、前記ステータ（１２）は、前記回転軸線（４）の方向で前記ロータ（１０）の隣に配置されていることを特徴とする、サイドチャネルコンプレッサ。
【請求項２】
前記回転軸線（４）の周りを円盤状に取り囲む空隙（９）は、前記ステータ（１２）によって前記回転軸線（４）の一方の方向に、かつ前記ロータ（１０）によって前記回転軸線（４）のもう一方の方向にだけ画定されるように前記ステータ（１２）と前記ロータ（１０）との間に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項３】
前記円盤状のロータ（１０）は、前記回転軸線（４）に対して軸方向で前記コンプレッサホイール（２）の隣に、特に、前記コンプレッサホイール（２）のハブディスク（１３）に配置されており、前記ロータ（１０）は、力結合的および／または形状結合的および／または材料結合的に前記コンプレッサホイール（２）と接続されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項４】
前記円盤状のロータ（１０）は、前記回転軸線（４）の方向に延びる円筒状付加部（２９）を有し、前記円筒状付加部（２９）は、前記ロータ（１０）の前記ステータ（１２）から離反する側に配置されており、前記円筒状付加部（２９）の外径の外套面が前記回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項５】
前記コンプレッサホイール（２）は、前記圧縮室（３０）の領域において、隣り合う２つのブレード（５）間にそれぞれ１つの搬送セル（２８）を形成し、前記搬送セルは、取り囲むアウター画定リング（１１）によって前記回転軸線（４）に対して径方向外側に画定され、かつ取り囲むインナー画定リング（１７）によって内側に画定され、前記搬送セル（２８）は、前記回転軸線（４）の方向に少なくとも１つの開口を有し、前記アウター画定リングおよび前記インナー画定リング（１１、１７）はそれぞれ前記回転軸線（４）に対して回転対称に延びることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項６】
前記円筒状付加部（２９）は、その内径で軸受（２７）の外径と接触し、その外径で前記コンプレッサホイール（２）の内径と、特に前記コンプレッサホイール（２）の前記ハブディスク（１３）と接触し、前記軸受（２７）および／または前記コンプレッサホイール（２）との前記円筒状付加部（２９）の接触がプレス嵌めによって特に力結合的に行われることを特徴とする、請求項４に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項７】
前記ハウジング下部（８）は、円筒状軸受ジャーナル（３６）を有し、前記軸受ジャーナル（３６）は、その外套面が前記回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びるように前記回転軸線（４）の方向に延び、特に深溝玉軸受（２７）として形成された前記軸受（２７）はその内径で、前記回転軸線（４）に対して径方向に前記軸受ジャーナル（３６）の前記外套面と接触することを特徴とする、請求項６に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項８】
前記ロータ（１０）は、前記回転軸線（4）に対して径方向に略完全に前記コンプレッサホイール（２）の前記内径の領域に配置され、それにより前記円盤状ロータ（１０）の対称軸線（２２）が前記コンプレッサホイール（２）の前記対称軸線（２２）と略完全に等しく延び、前記ロータ（１０）は、軸受（２７）の外径および前記コンプレッサホイール（２）の内径と接触し、前記ロータ（１０）は、前記回転軸線（４）に対して軸方向に延びる前記コンプレッサホイール（２）との継合領域（２３）に接触領域を形成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項９】
前記ステータ（１２）は、ポット状シールエレメント（１８）によって少なくとも部分的に包囲され、前記ポット状シールエレメント（１８）は、特に前記ステータ（１２）のプラスチック射出包囲部（１８）として形成されており、前記シールエレメント（１８）は、前記圧縮室（３０）の媒体、特に水素からの前記サイドチャネルコンプレッサ（１）の電気的コンポーネント、特に前記ステータ（１２）のカプセル封止をもたらすことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項１０】
前記コンプレッサホイール（２）は、前記回転軸線（４）の周りを取り囲むインナー画定リング（１７）を有し、前記インナー画定リング（１７）は、前記コンプレッサホイール（２）の前記取り囲む圧縮室（３０）の内径に形成されており、かつ前記サイドチャネルコンプレッサ（１）の内部区域（３２）からの前記圧縮室（３０）の分離および／またはカプセル封止をもたらすことを特徴とする、請求項７または請求項８に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項１１】
前記コンプレッサホイール（２）は、前記アウター画定リング（１１）の領域において、外側を取り囲む、特に前記回転軸線（４）に対して径方向に延びる少なくとも１つのリングつば（４８a、４８ｂ）を有し、前記少なくとも１つの取り囲むリングつば（４８a、４８ｂ）は、前記アウター画定リング（１１）の前記回転軸線（４）から離反する側に延びることを特徴とする、請求項５に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）を始動、特に冷間始動および／または停止させる方法において、前記ステータ（１２）の通電が行われるが、前記ステータ（１２）と前記ロータ（１０）との間に回転磁界が生じず、したがって前記回転軸線（４）を中心とした前記ロータ（１０）の回転運動が生じないか、またはごくわずかしか生じないことを特徴とする、方法。
【請求項１３】
前記ステータ（１２）の通電は前記ロータ（１０）の誘導加熱をもたらし、前記ロータ（１０）から前記コンプレッサホイール（２）への熱エネルギーの伝送が行われ、熱は、前記ロータ（１０）から流れ方向ＩＶで前記コンプレッサホイール（２）の前記インナー画定リング（１７）および前記少なくとも１つの外側リングつば（４８）の軸方向各端部の領域へ伝播することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステータ（１２）の通電は、前記回転軸線（４）の方向に前記ロータ（１０）への前記軸方向力（２１）をもたらし、それによって前記ロータ（１０）が前記回転軸線（４）の方向に動き、前記通電電力を変化させる、および／または逆にすることによって揺動運動Ｖがもたらされることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロータ（１０）の前記揺動運動Ｖは、特に前記コンプレッサホイール（２）の前記インナー画定リング（１７）および前記少なくとも１つの外側リングつば（４８）の軸方向各端部の領域において、前記コンプレッサホイール（２）と前記ハウジング上部（７）および／または前記ハウジング下部（８）との間の前記回転軸線（４）の方向に延びる距離の交互の増減をもたらすことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に燃料電池駆動装置を有する車両において使用することが予定されているガス状媒体、特に水素を搬送するおよび／または圧縮する燃料電池システムのためのサイドチャネルコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
将来、車両分野では液体燃料と並んで気体燃料もますます重要な役割を果たすようになる。特に、燃料電池駆動装置を有する車両では水素ガス流が制御される必要がある。この場合、ガス流は液体燃料を噴射するときのように断続的に制御されるのではなく、少なくとも１つの高圧タンクからガスが取り出され、中圧配管システムの供給管を介してエジェクタユニットに送られる。このエジェクタユニットは、ガスを低圧配管システムの接続配管を介して燃料電池に導く。ガスは燃料電池を流れた後に、戻し配管を介してエジェクタユニットに返送される。その際、サイドチャネルコンプレッサが介装されていてもよく、このサイドチャネルコンプレッサは、ガスの返送を流体技術的および効率技術的に支援する。これに加えて、燃料電池駆動装置においてサイドチャネルコンプレッサは、特に特定の停止時間の後に車両を（冷間）始動する場合に流れの発生を支援するために用いられる。このサイドチャネルコンプレッサの駆動は、通常、電気モータを介して行われ、電気モータには、車両での運転時に車両バッテリから電圧が供給される。
【０００３】
特許文献１から、ガス状媒体、特に水素が搬送および／または圧縮される燃料電池システムのためのサイドチャネルコンプレッサが知られている。この場合、サイドチャネルコンプレッサはハウジングと駆動装置とを有し、ハウジングはハウジング上部とハウジング下部とを有している。さらに、ハウジング内には回転軸線の周りを取り囲んで延びる圧縮室が配置されており、この圧縮室は少なくとも１つの取り囲むサイドチャネルを有している。ハウジング内にはコンプレッサホイールが入っており、このコンプレッサホイールは回転軸線を中心として回転可能に配置されており、かつ駆動装置によって駆動され、その際、コンプレッサホイールはその周囲に、圧縮室の領域に配置されたブレードを有している。これに加えて特許文献１から知られるサイドチャネルコンプレッサは、ハウジングに形成され圧縮室を介して、特に少なくとも１つのサイドチャネルを介して流体的に互いに接続されているそれぞれ１つのガス吸入口およびガス吐出口をさらに有している。その際、サイドチャネルコンプレッサは駆動装置を有し、駆動装置は回転軸線の周りにスリーブ状に延びるステータを有し、ステータの内部にはロータシャフトに配置されたロータが設けられている。その際、ロータシャフトは、ロータの端面に対してそれぞれ軸方向に配置された２つの玉軸受けによって支持されている。その際、特許文献１から知られるサイドチャネルコンプレッサは、ステータをヒータエレメントとして利用することができる。
【０００４】
特許文献１から知られるサイドチャネルコンプレッサは特定の欠点を有し得る。
【０００５】
まず、コンプレッサホイールが円盤状に形成されており、回転軸線に対して径方向に大きい直径を有し、したがって回転軸線に対して径方向に大きい構造空間を必要とするのに対して、コンプレッサホイールは回転軸線に対して軸方向に幅狭に形成されており、したがって回転軸線に対して径方向の構造空間をわずかしか必要としない。しかしその一方で、ステータがロータの外側に配置された示される駆動装置は、回転軸線に対して径方向に小さい直径を有し、したがって回転軸線に対して径方向の構造空間をわずかしか必要としない。しかしながら駆動装置は、ステータおよびロータの配置にもとづいて回転軸線に対して軸方向に大きい構造空間を必要とする。駆動装置とコンプレッサホイールとの相反する構造空間要求にもとづき、２つのコンポーネントを組み合わせ、および／または組み付けた場合にサイドチャネルコンプレッサのシステム全体がコンパクトな構造形式で実現できず、かさばり、場所をとるものとなる。
【０００６】
さらに、特許文献１から知られるサイドチャネルコンプレッサには、熱エネルギーが、ステータをヒータエレメントとして制御および／または使用する場合、熱エネルギーは、氷橋（Ｅｉｓｂｒｕｅｃｋｅ）を介して可動部品が互いに氷結し得る領域にヒータエレメントが達するまで複数の部品を経て遠い道のりを進まなければならないという欠点がある。その際、氷橋を形成し得ない、および／または可動部品のない大きい領域に熱エネルギーが送り込まれるので、熱損失により多くのエネルギーが失われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００３５０３９号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明によりガス状媒体、特に水素を搬送および／または圧縮する燃料電池システムのためのサイドチャネルコンプレッサが提案される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１を参照して、駆動装置が、ステータとロータとを有する軸方向磁界電気モータ（Ａｘｉａｌｆｅｌｄ−Ｅｌｅｋｔｒｏｍｏｔｏｒ）として形成され、ステータとロータとが回転軸線の周りを円盤状に取り囲んで形成されており、ステータが回転軸線の方向でロータの隣に配置されている、サイドチャネルコンプレッサが提案される。このようにして、駆動装置を回転軸線の方向に幅狭のコンポーネントとして実現することができ、コンポーネントはその直径にもとづいて回転軸線に対して径方向に大きい構造空間を必要とするが、回転軸線に対して軸方向には幅狭に形成され、したがって回転軸線に対して軸方向の構造空間をわずかしか必要としないことを達成できる。サイドチャネルコンプレッサの他のコンポーネント、特にハウジングおよびコンプレッサホイールも幅狭に形成され、同様に回転軸線の方向に幅狭のコンポーネントとして実現され、これらのコンポーネントはその直径にもとづいて回転軸線に対して径方向に大きい構造空間を必要とするが、回転軸線に対して軸方向に幅狭に形成され、したがって回転軸線に対して軸方向の構造空間をわずかしか必要としない。したがって、駆動装置をサイドチャネルコンプレッサの他のコンポーネント、特にハウジングおよびコンプレッサホイールと組み合わせる場合、同様の構造空間形状を有するコンポーネントが組み合わせられ、それによりサイドチャネルコンプレッサ全体のコンパクトかつ省スペース的な構造形式を得ることができる。その際、サイドチャネルコンプレッサのコンパクトかつ省スペース的な構造形式は、体積に比して可能な限り小さい表面積で実現されている。このことは客先で、例えば車両においてわずかな取付空間しか必要とされないという利点を提供する。さらに、特に体積に比して可能な限り小さい表面積を有するサイドチャネルコンプレッサのコンパクトな構造形式は、周囲温度が低い場合、特に０°未満の範囲の場合にサイドチャネルコンプレッサが比較的ゆっくりと冷え、したがって氷橋形成の発生を比較的長時間遅らせることができるという利点を提供する。
【００１０】
従属請求項は、本発明の好ましい展開形態に関する。
【００１１】
有利な一実施形態では、回転軸線の周りを円盤状に取り囲む空隙は、この空隙がステータによって回転軸線の一方の方向に、かつロータによって回転軸線のもう一方の方向にだけ画定されるようにステータとロータとの間に形成されている。さらに、円盤状のロータは、回転軸線に対して軸方向でコンプレッサホイールの隣に、特にコンプレッサホイールのハブディスクに配置され、ロータは、力結合的および／または形状結合的および／または材料結合的にコンプレッサホイールと接続されている。このようにして、サイドチャネルコンプレッサおよび燃料電池システムの確かな冷間始動工程を実行するために、少なくともステータによってサイドチャネルコンプレッサの効率的かつより迅速な予熱が可能であるという利点を得ることができる。周囲温度が低い場合、特に０℃未満の範囲の場合、燃料電池システムおよびサイドチャネルコンプレッサがオフにされた後に、被搬送再循環媒体から液体、特に水が凝縮分離し得る。その際、特に停止時間が長い場合、サイドチャネルコンプレッサの可動部品間、特にコンプレッサホイールとハウジングとの間に氷橋が生じ得る。このような氷橋は、燃料電池システムの、特にサイドチャネルコンプレッサの始動、特に冷間始動を難しくする、および／または完全に妨げる可能性がある。これは車両の、したがって燃料電池システムの始動時に、さらに過度に大きい氷橋形成の場合に駆動装置のブロックにつながる可能性があり、そのことによって回転部品、特にコンプレッサホイールが損傷され得る、および／またはシステムの始動が難しくなる、もしくは遅れる、または完全に妨げられる。ロータおよび／またはステータを構造上円盤状の部品として形成することにもとづいたサイドチャネルコンプレッサの効率的かつ迅速な予熱の可能性は、駆動装置によって、特に溶かすことにより氷橋を迅速に崩壊させることを可能にする。それによってサイドチャネルコンプレッサおよび燃料電池システムの確かな、かつ迅速な冷間始動工程を実行するという利点が得られる。このことは燃料電池システムおよび／または車両の信頼性をより高める。
【００１２】
これに加えて、このようにして、ステータとロータとの間に回転軸線の周りを円盤状に取り囲む空隙を配置することによって、サイドチャネルコンプレッサのコンパクトな構造形式を得ることができるという利点を得ることができる。さらに、空隙、ステータ、およびロータのこのような配置は、回転軸線の方向への迅速な組み付けおよび取り外しという利点を提供し、それによって組立コストを低減することができ、それによって発生する保守コストを低減することができる。
【００１３】
特に有利な一実施形態では、円盤状のロータは、回転軸線の方向に延びる円筒状付加部を有し、円筒状付加部は、ロータのステータから離反する側に配置されており、円筒状付加部の外径の外套面が回転軸線の周りを取り囲んで延びる。このようにして、ロータがハウジング内に存在する構造空間を最適に利用し、その一方で、これに加えて回転軸線に対して軸方向および径方向に延びるロータの案内を円筒状付加部により行うことができるという利点を得ることができる。この場合、例示的な実施形態では、円筒状付加部とハウジングとの間に被搬送媒体の薄層が存在し、この層がコンプレッサホイール、特に円筒状付加部の案内をもたらすように案内を行うことができる。これに加えて別の例示的な実施形態では、円筒状付加部によってロータがサイドチャネルコンプレッサの他の部品に直接当接し、それによって回転方向の案内を行うことができる。上記の実施形態によって、コンプレッサホイールおよびサイドチャネルコンプレッサの寿命を延ばすことができる。
【００１４】
有利な一実施形態では、コンプレッサホイールは、圧縮室の領域において、それぞれ２つの隣り合うブレード間にそれぞれ１つの搬送セルを形成する。この搬送セルは、コンプレッサホイールの取り囲むアウター画定リングによって回転軸線に対して径方向外側に画定され、かつコンプレッサホイールの取り囲むインナー画定リングによって内側に画定される。その際、搬送セルは回転軸線の方向に少なくとも１つの開口を有する。その際、アウター画定リングおよびインナー画定リングは回転軸線の周りに回転対称に延びる。このようにして、ガス状媒体の流れ、特に循環流が回転軸線に対して軸方向にだけ搬送セルへ、および搬送セルから流れ、したがって少なくとも１つのサイドチャネルと搬送セルとの間にはガス状媒体の軸方向の動きしか生じない。このことはガス状媒体の流れが、この流れが所望される領域にだけ、すなわちサイドチャネルと搬送セルとの間に生じるという利点を提供する。媒体とサイドチャネルコンプレッサの他の領域との摩擦にもとづく、ガス状媒体の改善された搬送および圧縮をもたらさない摩擦損失を大幅に低減および／または回避することができ、それによりサイドチャネルコンプレッサの効率を高めることができる。
【００１５】
特に有利な一展開形態では、円筒状付加部は、その内径で軸受の外径と接触し、その外径でコンプレッサホイールの内径と、特にコンプレッサホイールのハブディスクと接触する。その際、円筒状付加部と軸受および／またはコンプレッサホイールとの接触がプレス嵌め（Ｐｒｅｓｓｖｅｒｂａｎｄ）によって特に力結合的に行われる。このようにして、コンプレッサホイールが力結合的なプレス嵌めによってロータと堅固に接続されるため、コンプレッサホイールの最適な支持をまず達成することができる。その際、コンプレッサホイールがロータによって、かつ軸受を介して間接的に案内されていることにより、コンプレッサホイールの傾き運動（Ｖｅｒｋｉｐｐｂｅｗｅｇｕｎｇ）および／またはふらつき運動（Ｔａｕｍｅｌｂｅｗｅｇｕｎｇ）ならびに／あるいは回転軸線に対して径方向および／または軸方向の運動が阻止される。
【００１６】
さらに、サイドチャネルコンプレッサの冷間始動工程において、駆動装置によってコンプレッサホイールの迅速な加熱を行うことができるという利点を得ることができる。なぜなら熱エネルギーは、特にロータから円筒状付加部を介してコンプレッサホイールへとインナー画定リングおよび外側リングつばまでの短い距離を進みさえすればよいからである。ロータと氷橋の形成が生じ得る領域との間の距離が短いことによって、駆動装置からの熱エネルギーがサイドチャネルコンプレッサの部品の小体積を加熱しさえすればよく、それによりサイドチャネルコンプレッサのより迅速かつエネルギー効率的な加熱を達成することができる。したがって熱エネルギーの損失を低減することができる。なぜならサイドチャネルコンプレッサの構造形態によって、特に氷橋が形成されることから加熱される必要のある領域に熱エネルギーを的確に送ることができるからである。
【００１７】
有利な一実施形態では、ハウジング下部は円筒状軸受ジャーナルを有し、軸受ジャーナルは、その外套面が回転軸線の周りを取り囲んで延びるように回転軸線の方向に延び、特に深溝玉軸受として形成された軸受は、その内径で回転軸線に対して径方向に軸受ジャーナルの外套面と接触する。このようにして、特に駆動装置が軸方向磁界電気モータとして形成されている本発明によるサイドチャネルコンプレッサの形態をもってすれば、駆動装置からコンプレッサホイールへ回転運動およびトルクを伝送するための駆動シャフトと第２軸受の必要がなくなるという利点を得ることができる。ロータを介して軸受を軸方向に予圧することによって、コンプレッサホイールが軸受を介して、かつロータにより導入される軸方向力により回転軸線に対して軸方向および径方向に所定位置に保持され、さらにコンプレッサホイールの傾きまたはふらつきが阻止されるのに対して、コンプレッサホイールの回転運動は略無制限に可能になるという利点を得ることができる。ステータにおける磁石および／または磁気部品は永久磁石として形成されているので、軸受は、軸方向磁界電気モータがオフにされた場合でも常時予圧下にある。それによって駆動シャフトおよび第２軸受といった部品を節減することができ、そのことが部品コストおよび組立コストを低減するという利点を得ることができる。これに加えて、運動する部品、特に回転運動する部品が少ないため、内部の摩擦損失を低減できるという利点を得ることができる。それによりサイドチャネルコンプレッサの効率を改善することができ、したがって運転コストを低減することができる。これに加えて、このようにしてサイドチャネルコンプレッサのコンパクトな構造形式が達成され得るという利点を得ることができる。
【００１８】
有利な一展開形態では、ロータは、回転軸線に対して径方向に略完全にコンプレッサホイールの内径の領域に配置され、それにより円盤状ロータの対称軸線がコンプレッサホイールの対称軸線と略完全に等しく延び、ロータは、軸受の外径およびコンプレッサホイールの内径と接触し、ロータは、回転軸線に対して軸方向に延びるコンプレッサホイールとの継合領域（Ｆｕｅｇｅｂｅｒｅｉｃｈ）に接触領域を形成する。このようにして、コンプレッサホイールのための材料の大部分が節減され得るという利点を得ることができる。なぜなら、インナー画定リングと軸受との間のコンプレッサホイールの領域が、ロータという部品と置換され得るからである。それによって材料コストおよび組立コストを低減することができる。さらに、それによってサイドチャネルコンプレッサ内で動かされるべき程度（Ｍａβｅｎ）が低減され、そのことが特にサイドチャネルコンプレッサの始動および制動時に有利であり、そのことによりサイドチャネルコンプレッサを作動させるために必要なエネルギーを低減することができ、したがって運転コストを低減することができる。ロータと、氷橋を形成し得るサイドチャネルコンプレッサの領域との距離がさらに短縮されることによって、サイドチャネルコンプレッサのより迅速かつエネルギー効率的な加熱が達成される。したがって熱エネルギー損失を低減することができる。なぜならサイドチャネルコンプレッサの構造形態によって、特に氷橋が形成されることから加熱される必要のある領域に熱エネルギーを的確に送ることができるからである。その際、ロータはコンプレッサホイール内でインナー画定リングの領域および外側リングつばの領域の近くに配置されており、それによりロータおよび／またはコンプレッサホイールをステータの通電によって加熱することができる。
【００１９】
特に有利な一実施形態では、ステータは、ポット状（ｔｏｐｆｆｏｅｒｍｉｇ）シールエレメントによって少なくとも部分的に包囲される。その際、ポット状シールエレメントは、特にステータのプラスチック射出包囲部（Ｋｕｎｓｔｏｆｆｕｍｓｐｒｉｔｚｕｎｇ）として形成され、シールエレメントは、圧縮室の媒体、特に水素からのサイドチャネルコンプレッサの電気的コンポーネント、特にステータのカプセル封止（Ｋａｐｓｅｌｕｎｇ）をもたらす。このようにして、電気配線およびコイルを有する、したがって湿気の侵入に対して特に耐性のないステータの領域がカプセル封止され得るという利点を得ることができる。その際、ポット状シールエレメントを用いることによるカプセル封止は、例えば磁気コイルなどのすべての電気的部品がカプセル封止された空間内に入っており、したがって液体に対して保護されているため、液体の侵入（Ｆｌｕｅｓｓｉｇｋｅｉｔｓｅｉｎｔｒａｇ）による短絡が回避され得るように行われる。その際、ポット状シールエレメントは、その表面積の大部分でハウジングと、特にハウジング上部と、特に回転軸線に対して径方向に大きい接触面が形成されるように当接し、特にポット状シールエレメントはハウジングの表面に力で押し付けられ、それにより湿気がポット状シールエレメントとハウジングとの間の比較的長い侵入経路を克服しなければならなくなるので、ステータの領域の改善されたカプセル封止を得ることができる。特にシール力である力は、回転軸線に対して径方向に形成されたポット状シールエレメントの表面が接触領域においてハウジングの内径と比べてわずかに大きい外径を形成して得られる。その際、シールエレメントが弾性材料から製造されていることが有利な影響をもたらし、組立時、ポット状シールエレメントがハウジングの領域において回転軸線に向けて径方向に圧縮され、組立後、ポット状シールエレメントが弾性にもとづいて再びその元の形状に動いて戻り、その際、ハウジングの表面、特にハウジングの内径に押圧力および／または締付力で押し付けられ、および／または当接する。それによりサイドチャネルコンプレッサの電気的部品の改善されたカプセル封止を得ることができ、したがって寿命を延ばすことができる。さらに、組立前にシールエレメントが事前に損傷することによる軸方向磁界電気モータおよび／またはサイドチャネルコンプレッサの故障の確率を低減することができる。さらに、このようにして、駆動装置、特にステータおよび電気的部品の簡単、安価、かつ迅速な交換が行われ得るという利点を得ることができる。その際、これらのコンポーネントの全部が駆動装置ハウジングおよびポット状シールエレメント内のカプセル封止された領域に位置し得るので、このモジュール式組立体全部を回転軸線の方向でサイドチャネルコンプレッサから取り外しおよび取り除くことができる。
【００２０】
有利な一展開形態では、コンプレッサホイールは、回転軸線の周りを取り囲むインナー画定リングを有し、インナー画定リングは、コンプレッサホイールの取り囲む圧縮室の内径に形成されており、取り囲むインナー画定リングは、サイドチャネルコンプレッサの内部区域からの圧縮室の分離および／またはカプセル封止をもたらす。さらに、コンプレッサホイールは、アウター画定リングの領域において、外側を取り囲む、特に回転軸線に対して径方向に延びる少なくとも１つのリングつばを有し、少なくとも１つの取り囲むリングつばはアウター画定リングの回転軸線から離反する側に延びる。このようにして、ガス状媒体の流れ、特に循環流が搬送セルへ、および搬送セルから回転軸線に対して軸方向にだけ流れ、したがって少なくとも１つのサイドチャネルと搬送セルとの間にはガス状媒体の軸方向の動きしか生じないことが達成され得るという利点を得ることができる。このことはガス状媒体の流れが、この流れが所望される領域にだけ、すなわちサイドチャネルと搬送セルとの間に生じるという利点を提供する。媒体とサイドチャネルコンプレッサの他の領域との摩擦にもとづく、ガス状媒体の改善された搬送および圧縮をもたらさない摩擦損失を大幅に低減および／または回避することができ、それによりサイドチャネルコンプレッサの効率を高めることができる。さらに、摩擦にもとづくガス状媒体の望ましくない温度上昇を緩和することができる。得ることができる別の利点は、ハウジングの外部区域および／または内部区域に対する少なくとも１つのサイドチャネルおよび／または搬送セルの少なくとも部分的なカプセル封止が行われることである。
【００２１】
有利な方法によれば、ステータの通電が行われるが、ステータとロータとの間に回転磁界が生じず、したがって回転軸線を中心としたロータの回転運動が生じないか、またはごくわずかしか生じない。その際、ステータは、ステータのコイルの短時間の通電で、特に熱エネルギーとして放出される電力損失が発生することにより加熱される。その場合、この熱エネルギーは、ステータからサイドチャネルコンプレッサの他の部品へ伝播する。これに加えて、有利な方法による別の可能な一実施形態では、ステータの通電が、ロータの誘導加熱が行われるように行われてもよく、特にロータからコンプレッサホイールへの熱エネルギーの伝送が行われ、熱は、ロータから流れ方向にコンプレッサホイールのインナー画定リングおよび少なくとも１つの外側リングつばの軸方向各端部の領域へ伝播する。このようにして、回転磁界が存在しない場合のステータの通電によってロータの加熱が生じるという利点を得ることができ、これには特に誘導の効果が使用される。その際、特に熱伝導材料からなるロータが加熱され得るが、これは特にサイドチャネルコンプレッサおよび／または車両の冷間始動工程において有利である。その際、ロータが加熱され、例えばその熱伝導性にもとづいて熱エネルギーをコンプレッサホイールに伝送する。その際、流れ方向にコンプレッサホイールとハウジングとの間の氷橋が形成された領域へ熱エネルギーの伝送が行われる。この氷橋は、液体、燃料電池システムの運転時に生じるとともに、特にコンプレッサホイールとハウジングとの間の小さい隙間寸法（Ｓｐａｌｔｍａｓｓ）を有する領域に集まる特に水の存在によって発生する。特に比較的長時間にわたりサイドチャネルコンプレッサおよび／または車両をオフにした場合に、ならびに／あるいは周囲温度が氷点未満の低い場合に液体が凍結して氷橋を形成する。このような氷橋は、サイドチャネルコンプレッサの起動および／または始動時にサイドチャネルコンプレッサの損傷につながり、ならびに／あるいはブロックされることによってハウジング内でのコンプレッサホイールの回転を妨げる可能性がある。さらに、コンプレッサホイールの起動時に突発的始動（Ｌｏｓｂｒｅｃｈｅｎ）をもたらすことができ、その際、搬送方向でサイドチャネルコンプレッサおよび／または燃料電池セルの後にある部品、特に燃料電池のメンブレンを損傷させ得る角のとがった氷片が放出される。その際、ロータの加熱によってコンプレッサホイールと、特に、どちらもそれぞれハウジングとの小さい距離、特に小さい隙間寸法を形成するインナー画定リングおよび外側リングつばの領域が加熱される。それによって氷橋が溶け、固体凝集状態から液体凝集状態へ変化し、例えば燃料電池システム内に存在するパージバルブおよび／またはリリーフバルブによって排出されてもよい。このようにして、サイドチャネルコンプレッサおよび／または燃料電池システムの寿命を延ばすことができる。
【００２２】
特に有利な方法によれば、ステータの通電によって、回転軸線の方向にロータへ軸方向力がもたらされ、それによりロータが回転軸線の方向に動き、通電電力を変化させる、および／または逆にすることによって揺動運動（Ｒｕｅｔｔｅｌｂｅｗｅｇｕｎｇ）がもたらされる。その際、ロータの揺動運動によって、特にコンプレッサホイールのインナー画定リングおよび少なくとも１つの外側リングつばの軸方向各端部の領域において、コンプレッサホイールとハウジング上部および／またはハウジング下部との間の回転軸線の方向に延びる距離の交互の増減がもたらされる。このようにして、特に比較的長時間にわたりサイドチャネルコンプレッサをオフにした場合に、および／または周囲温度が氷点未満の低い場合に形成され得るコンプレッサホイールとハウジングとの間に生じる氷橋がロータの揺動運動によって破壊されるという利点を得ることができる。したがってロータおよび／またはコンプレッサホイールが揺動運動を実施する、ならびに／あるいはロータが回転軸線の方向に往復動することにより、例えば氷晶からなる氷橋が打ち砕かれる。その際、コンプレッサホイールの揺動運動または往復動によって、凍結した液体の結晶構造を特に効率的に撤去および／または破壊できることが有利である。したがって有利な方法によりサイドチャネルコンプレッサの冷間始動性を改善することができる。その一方でサイドチャネルコンプレッサのおよび／または燃料電池システム全体の故障の確率を低減することができる。なぜなら氷橋のほぼ完全な除去が達成され得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例によるサイドチャネルコンプレッサの模式的断面図である。
【図２】サイドチャネルコンプレッサの図１においてＡ−Ａで示される断面の拡大図である。
【図３】第２実施例によるサイドチャネルコンプレッサの図１においてＩＩで示される部分の拡大図である。
【図４】第２実施例によるコンプレッサホイール、ハウジングおよびロータの図３においてＩＩＩで示される部分の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面をもとにして本発明を詳しく説明する。
【００２５】
図１の図示から、回転軸線４に対して回転対称に形成された本発明により提案されるサイドチャネルコンプレッサ１の縦断面が見て取れる。
【００２６】
その際、サイドチャネルコンプレッサ１はコンプレッサホイール２を有しており、このコンプレッサホイール２は、特に閉じた円盤状のコンプレッサホイール２として形成され、ハウジング３内で水平に延びる回転軸線４を中心として回転可能に支持されている。その際、駆動装置６、特に電気的駆動装置６がコンプレッサホイール２の回転駆動装置６として用いられる。その際、駆動装置６は、特に軸方向磁界電気モータ６として形成され、この軸方向磁界電気モータはステータ１２とロータ１０とを有し、ステータ１２とロータ１０とは回転軸線４の周りを円盤状に取り囲んで形成されており、ステータ１２は、回転軸線４の方向でロータ１０の隣に配置されている。その際、ステータ１２とロータ１０との間には回転軸線４の周りを円盤状に取り囲む空隙９が形成され、この空隙９はステータ１２によって回転軸線４の一方の方向に、かつロータ１０によって回転軸線４のもう一方の方向にだけ画定されている。さらに、円盤状のロータ１０は、回転軸線４に対して軸方向でコンプレッサホイール２の隣に、特にコンプレッサホイール２のハブディスク１３に配置されており、ロータ１０は、コンプレッサホイール２と力結合的および／または形状結合的および／または材料結合的に接続されている。さらに、特にコンプレッサホイールの高回転数での運転時、および／またはステータ１２が高度の電力損失および熱損失を生成するステータの運転状態におけるステータ１２の運転時の加熱を低減するために、ステータ１２は、特に回転軸線４の方向に延びる冷却管路を有してもよい。これに加えてステータは磁石および／または磁気部品、特に永久磁石を有してもよい。ロータへの、および／またはコンプレッサホイールへの永久磁石の磁気作用によって、軸方向磁界電気モータがオフにされても軸受は常時予圧下にある。その際、コンプレッサホイールおよび／またはロータは、コンプレッサホイールが回転軸線の方向でステータへ引き付けられるようにステータの磁石と相互作用する永久磁石を有してもよい。
【００２７】
ハウジング３は、互いに接続されたハウジング上部７とハウジング下部８とを有する。これに加えて、外部からの湿気および／または汚れの侵入に対して改善されたカプセル封止をもたらすために、ハウジング上部７とハウジング下部８との間に少なくとも１つのシールエレメント、特に回転軸線４の周りを取り囲むシールエレメントが配置されていてもよい。しかしその一方で、被搬送媒体が周辺へ漏れることを阻止するために、被搬送媒体の損失に対する改善されたカプセル封止も得られる。
【００２８】
さらに、図１において、円盤状のロータ１０が回転軸線４の方向に延びる円筒状付加部２９を有し、この円筒状付加部２９が、ロータ１０のステータ１２から離反する側に配置されていること、および円筒状付加部２９の外径の外套面が回転軸線４の周りを取り囲んで延びることが示される。さらに、円筒状付加部２９は、その内径で軸受２７の外径と接触し、その外径でコンプレッサホイール２の内径と、特にコンプレッサホイール２のハブディスク１３と接触し、軸受２７および／またはコンプレッサホイール２との円筒状付加部２９の接触がプレス嵌めによって特に力結合的に行われる。さらに、ハウジング下部８は円筒状軸受ジャーナル３６を有し、この軸受ジャーナル３６は、その外套面が回転軸線４の周りを取り囲んで延びるように回転軸線４の方向に延び、特に深溝玉軸受２７として形成されている軸受２７は、回転軸線４に対して径方向にその内径で軸受ジャーナル３６の外套面と接触する。
【００２９】
さらに、コンプレッサホイール２は、ハブディスク１３に外側でつながる搬送セル２８を形成する。コンプレッサホイール２のこの搬送セル２８は、ハウジング３の取り囲む圧縮室３０内で回転軸線４の周りを取り囲んで延び、コンプレッサホイール２および／または搬送セル２８はそれぞれの外周部に、取り囲むアウター画定リング１１を有し、特にこのアウター画定リング１１は、回転軸線４の周りを取り囲む搬送セル２８の外側の外径を画定する。これに加えてコンプレッサホイール２は、回転軸線４の周りを取り囲むインナー画定リング１７を有し、このインナー画定リング１７は、コンプレッサホイール２の取り囲む圧縮室３０の内径に形成されており、サイドチャネルコンプレッサ１の内部区域３２からの圧縮室３０の分離および／またはカプセル封止をもたらす。これに対してアウター画定リング１１は、サイドチャネルコンプレッサ１の外部区域３４からの圧縮室３０の分離および／またはカプセル封止をもたらす。これに加えてコンプレッサホイール２は、例えば水素などの被搬送媒体を加速および／または圧縮するために、特にインナー画定リング１７とアウター画定リング１１との間の領域に回転軸線４の周りを取り囲んで複数のブレード５を形成する。その際、コンプレッサホイール２は、圧縮室３０の領域において２つの隣り合うブレード５間にそれぞれ搬送セル２８を形成し、この搬送セルは、取り囲むインナー画定リング１７によって回転軸線４に対して径方向内側に画定されている。ハウジング３、特にハウジング上部７および／またはハウジング下部８は、圧縮室３０の領域に少なくとも１つの取り囲むサイドチャネル１９を有する。その際、サイドチャネル１９は、ハウジング３内で、搬送セル２８に対して軸方向で片側または両側に延びるように回転軸線４の方向に延びる。その際、サイドチャネル１９は、ハウジング３の少なくとも部分領域において回転軸線４の周りを取り囲んで延びてもよく、ハウジング３内のサイドチャネル１９が形成されていない部分領域では、ハウジング３内に中断領域（Ｕｎｔｅｒｂｒｅｃｈｅｒ−Ｂｅｒｅｉｃｈ）１５が形成されている（図２を参照）。
【００３０】
図１に示された軸方向磁界電気モータ６は、ステータ１２がポット状シールエレメント１８によって少なくとも部分的に包囲されるように形成され、ポット状シールエレメント１８は、特にステータ１２のプラスチック射出包囲部１８として形成されており、シールエレメント１８は、圧縮室３０の媒体、特に水素からのサイドチャネルコンプレッサ１の電気的コンポーネント、特にステータ１２のカプセル封止をもたらす。これに加えて、例えば水などの他の液体に対する電気的コンポーネントのカプセル封止をもたらすことができる。その際、ポット状シールエレメント１８は、例えばエラストマなどの弾性材料からなってもよく、シールエレメント１８は、追加的な構造補強材料を有してもよい。シールエレメント１８を弾性的に形成することによってカプセル封止作用が改善される。なぜならシールエレメントは、サイドチャネルコンプレッサ１の取り巻く部品に最適に当接でき、および／または取り巻く部品と当接するからである。
【００３１】
さらに、駆動装置６が駆動装置ハウジング２４によって包囲され、したがってサイドチャネルコンプレッサ１の外側の領域に対してカプセル封止される。その際、駆動装置ハウジング２４は、ハウジング３と、特にハウジング上部７と当接し、駆動装置ハウジング２４は、例えば形成された段部によって、回転軸線４に対して軸方向に延びる少なくとも２つのハウジング３との当接面を形成するとともに、回転軸線４に対して径方向に延びる少なくとも１つのハウジング３との当接面を形成する。これに加えて、特に組立時に段部によってハウジング３に対する駆動装置ハウジング２４の位置合わせおよび／または中心合わせが可能である。これに加えて、駆動装置ハウジング２４とハウジング３との間に少なくとも１つのシールエレメント、特に回転軸線４の周りを取り囲むシールエレメントが配置されていてもよく、少なくとも１つのシールエレメントは、例えばＯリングである。さらに、駆動装置ハウジング２４は、その表面に、周辺への熱エネルギーの改善された放出をもたらす冷却リブ３３を有していてもよい。熱は、コンプレッサホイール２の駆動によって、特に摩擦熱または誘導磁気熱（ｉｎｄｕｋｔｉｖ  ｍａｇｎｅｔｉｓｃｈｅ  Ｗａｅｒｍｅ）として存在する余分な熱エネルギーが生じるように駆動装置６において発生する。冷却リブ３３によって駆動装置６の表面積が拡大されるので、この熱は、駆動装置６の冷却リブ３３によって比較的迅速に周辺へ放出され得る。
【００３２】
さらに、ハウジング３、特にハウジング下部８は、ガス吸入口１４とガス吐出口１６とを形成する。その際、ガス吸入口１４とガス吐出口１６とは、特に少なくとも１つのサイドチャネル１９を介して流体的に互いに接続されている。トルクは、駆動装置６からロータ１０を介してコンプレッサホイール２へ伝送される。その際、コンプレッサホイール２が回転運動させられ、搬送セル２８は、回転軸線４の周りを取り囲んで回転運動してハウジング３内の圧縮室３０を回転方向２０の向きに動く（図２を参照）。その際、すでに圧縮室３０内に入っているガス状媒体が、搬送セル２８によって一緒に動かされ、その際、搬送および／または圧縮される。これに加えて、搬送セル２８と少なくとも１つのサイドチャネル１９との間でガス状媒体の移動、特に流れの交換が起こる。さらに、特に燃料電池からの未使用の再循環媒体であるガス状媒体がガス吸入口１４を介してサイドチャネルコンプレッサ１の圧縮室３０に流れ込み、および／またはサイドチャネルコンプレッサ１に供給され、および／またはガス吸入口１４に前置された領域から吸引される。その際、ガス状媒体は、サイドチャネルコンプレッサ１のガス吐出口１６を通り抜けた後に導出され、特に燃料電池システムの噴射ポンプへ流れる。
【００３３】
例示的実施形態において、ロータ１０が少なくとも１つの磁石、特に永久磁石を有するのに対して、ステータ１２はコイル体１２として形成されており、および／または、その際、ステータ１２が少なくとも１つの磁石、特に永久磁石も有する。その際、コイル体１２が異なった数の巻線を含んでもよく、巻線は、例えば銅からなる特に空間的にずらした巻回ループである。これに加えて、ステータ１２は、サイドチャネルコンプレッサ１の高周波連続運転時に温度をコントロールする、および／または低下させることができるようにするために冷却を有してもよい。駆動装置６を軸方向磁界電気モータ６として形成することによって、駆動装置６およびサイドチャネルコンプレッサ１のコンパクトな構造形式を達成することができる。ロータ１０は、少なくとも１つの永久磁石にもとづいて、特にステータ１２の通電がオフにされた場合に、特に軸方向力２１によって、特に磁力にもとづいて永続的かつ常時、回転軸線４の方向でステータ１２に向かって引き付けられる。その際、軸受２７に軸方向の予圧が加えられ、それにより深溝玉軸受２７がアキシャル軸受および／またはラジアル軸受として用いられる。したがって、ステータ１２に通電した場合に回転軸線４の方向でロータ１０の方へ軸方向力２１が生成され、それによって少なくとも間接的にロータ１０を介して軸受２７、特に深溝玉軸受２７の軸方向の予圧が得られる。別の例示的実施形態では、軸方向力２１がロータ１０を回転軸線４に対して軸方向にステータ１２から押し離してもよく、この場合も軸受２７の予圧がもたらされる。
【００３４】
図２は、サイドチャネルコンプレッサ１の図１においてＡ−Ａで示される断面の拡大図を示し、この場合、（図示されないコンプレッサホイール２の）ハウジング下部８、ガス吸入口１４、ガス吐出口１６、中断領域１５、サイドチャネル１９、回転方向２０、および第１の取り囲むシールエレメント２９が示されている。
【００３５】
図２に示されるように、中断領域１５は、ハウジング３内で回転軸線４の周りを取り囲み、特にガス吸入口１４とガス吐出口１６との間にある。ガス状媒体はコンプレッサホイール２によって搬送され、および／または、その際にガス吸入口１４からガス吐出口１６へ流れ、その際、少なくとも部分的にサイドチャネル１９を貫流する。その際、ガス吸入口１４からガス吐出口１６へ回転方向２０に進むにつれてコンプレッサホイール２の搬送セル２８内およびサイドチャネル１９内のガス状媒体の圧縮および／または圧力および／または流速が上昇する。中断領域１５によって吐出側と吸込側との分離がもたらされ、その際、吸込側はガス吸入口１４の領域にあり、吐出側はガス吐出口１６の領域にある。
【００３６】
図３において、第２実施例によるサイドチャネルコンプレッサの図１においてＩＩで示される部分の拡大図が示される。その際、第２実施例では、ロータ１０が回転軸線４に対して径方向に略完全にコンプレッサホイール２の内径の領域に配置され、それにより円盤状のロータ１０の対称軸線２２がコンプレッサホイール２の対称軸線２２と略完全に等しく延びる。その際、さらに、ロータ１０が軸受２７の外径およびコンプレッサホイール２の内径と接触し、ロータ１０は、回転軸線４に対して軸方向に延びるコンプレッサホイール２との継合領域２３に接触領域を形成する。
【００３７】
コンプレッサホイール２は、さらに、アウター画定リング１１の領域において外側を取り囲む、特に回転軸線４に対して径方向に延びる少なくとも１つのリングつば４８ａ、４８ｂを有する。これに加えて、少なくとも１つの取り囲むリングつば４８ａ、４８ｂは、アウター画定リング１１の回転軸線４から離反する側に延びる。その際、サイドチャネルコンプレッサ１のハウジング３内で少なくとも１つのサイドチャネル１９がアウター画定リング１１および／または少なくとも１つの取り囲むリングつば４８ａ、４８ｂによって外側に画定される。さらに、サイドチャネルコンプレッサ１のハウジング３内で少なくとも１つのサイドチャネル１９がインナー画定リング１７によって内側に画定される。コンプレッサホイールが少なくとも１つの外側を取り囲むリングつば４８ａ、４８ｂおよび／またはインナー画定リング１７で、少なくとも中間媒体、特に被搬送媒体を介してハウジング上部７および／またはハウジング下部８と当接することにより、搬送セル２８の領域においてコンプレッサホイール２の改善された案内を達成することができる。その際、媒体は、コンプレッサホイール２とハウジング３との間に残留隙間（Ｒｅｓｔｓｐａｌｔ）を形成し、媒体は、残留隙間がより小さくなっていく場合に圧縮され、その際、上昇した圧力によってコンプレッサホイールに力がかかり、この力は、コンプレッサホイールの回転方向の改善された案内に寄与する。この原理は、反力を特に減衰および／または発生するエアクッションの原理に似ている。このことはサイドチャネルコンプレッサ１の運転中に、例えば燃料電池システムにおいて圧力ピークにもとづいて、または動圧の発生にもとづいて衝撃およびショックが強い場合に特に有利であり、それによって例えばサイドチャネルコンプレッサの寿命が延長され得る。それによって軸受２７および／または駆動装置６にかかる負荷を軽減することができる。
【００３８】
さらに、図３において、特に冷間始動工程における加熱されたロータ１０からの熱の流れ方向ＩＶが示されている。比較的長い停止時間および／または低い周囲温度の後にサイドチャネルコンプレッサ１の始動が行われるサイドチャネルコンプレッサ１を冷間始動するこの方法の範囲で、ハウジング３のほうを向いた領域においてロータ１０およびコンプレッサホイール２の加熱が行われる。その際、ステータ１２の通電が行われるが、ステータ１２とロータ１０との間に回転磁界が生じず、したがって回転軸線４を中心としたロータ１０の回転運動が生じないか、またはごくわずかしか生じない。ステータ１２の通電によってロータ１０の誘導加熱がもたらされ、ロータ１０からコンプレッサホイール２への熱エネルギーの伝送が行われ、熱は、ロータ１０から流れ方向ＩＶでコンプレッサホイール２のインナー画定リング１７および少なくとも１つの外側リングつば４８の軸方向各端部の領域へ伝播する。その際、ハウジング３と小さい隙間寸法を形成するコンプレッサホイール２の各領域、リングつば４８ａ、４８ｂおよびインナー画定リング１７が加熱される。
【００３９】
図４は、第２実施例によるコンプレッサホイール２、ハウジング３、およびロータ１０の図３においてＩＩＩで示される部分を示す。その際、特に、ハウジング３のほうを向いているとともにハウジング３と小さい隙間寸法を形成するコンプレッサホイール２の領域が示されている。これは図４に例示的に示された部分において、回転軸線４に対して軸方向にハウジング３のほうを向いたインナー画定リング１７の一部であるが、これは回転軸線に対して軸方向および／または径方向にハウジング３のほうを向いていてもよい少なくとも１つの外側リングつば４８であってもよい。
【００４０】
サイドチャネルコンプレッサ１およびまたは車両のオフおよび／または停止時に、小さい隙間寸法を形成するコンプレッサホイール２とハウジング３との間の領域に、サイドチャネルコンプレッサ１の被搬送媒体からの液体が集まる作用が起こり得る。この液体は、特に水であり得る。液体は、毛細管現象にもとづいて、特にコンプレッサホイール２とハウジング３との間の小さい隙間寸法を有する領域に集まる。毛細管現象および／またはいわゆるキャピラリティによって、液体は隙間または空洞と接触した場合に、特にこれらが互いに小さい距離を有する場合にこれらの領域に集まる。このような現象は、液体自体の表面張力、および液体と固体表面との間の界面張力によって引き起こされる。次いで、この液体は周囲温度が低いことによって、液体から固体への凝集状態の少なくとも部分的な遷移が生じるように冷え得る。液体が水である例示的な事例では、その際、水の結晶、いわゆる氷橋２５が部品間に形成され得る。この氷橋２５は、ハウジング３内でのコンプレッサホイール２の回転が妨げられることにつながり得る。なぜなら氷橋２５によってハウジング３内のコンプレッサホイール２の動きが止められるからである。このことはサイドチャネルコンプレッサ２、したがって燃料電池システムの全体を故障せしめる可能性があり、それによって例えば燃料電池車を起動できなくなるかもしれない。さらに、予め氷橋２５を溶かすことなくコンプレッサホイールを突然始動させた場合には氷結晶が折れ、燃料電池システムの後置されたコンポーネントに入り込み、氷結晶がその表面構造にもとづいてこれらのコンポーネントを損傷させかねない。
【００４１】
このような損傷を阻止するため、および低温でのコンプレッサホイール２の回転を保証するために氷橋２５を溶かす方法が提案される。その際、氷橋２５に熱エネルギーが加えられ氷橋２５は液体凝集状態に変わる。これを達成するために、サイドチャネルコンプレッサを始動、特に冷間始動および／またはオフにする方法が提案される。この方法では、ステータ１２とロータ１０との間に回転磁界が生じないようなステータ１２の通電が行われ、したがって回転軸線４を中心としたロータ１０の回転運動が生じないか、またはごくわずかしか生じない。ステータ１２に導入される略全電気エネルギーが磁気誘導によってロータ１０に、特に永久磁石１０に伝送されるが、このエネルギーのうちのわずかな部分しかロータ１０および／またはコンプレッサホイール２を加速させるための、ならびにロータ１０および／またはコンプレッサホイール２の回転運動を生成するための運動エネルギーに使用されない。その際、ステータ１２の通電は、ロータ１０の誘導加熱をもたらし、ロータ１０からコンプレッサホイール２への熱エネルギーの伝送が行われ、熱は、ロータ１０から流れ方向ＩＶでコンプレッサホイール２のインナー画定リング１７および少なくとも１つの外側リングつば４８の軸方向各端部の領域へ伝播する。したがって、ステータ１２に導入された電気エネルギーの大部分が熱エネルギーに変換され、ロータ１０を加熱するために用いられる。
【００４２】
それによってコンプレッサホイール２を再び回転運動させることができる。次いで、サイドチャネルコンプレッサ２における氷橋２５を溶かした後に生じる液体は、例えば燃料電池システムに存在するパージバルブおよび／またはリリーフバルブによって排出され得る。このようにしてサイドチャネルコンプレッサ１および／または燃料電池システムの寿命を延ばすことができる。
【００４３】
さらに、サイドチャネルコンプレッサ１の有利な形態にもとづいて、氷橋２５を機械的な力により阻止および／または破壊することができる方法が提案される。この方法では、ステータ１２の通電が行われ、それによってロータ１０への軸方向力２１が回転軸線４の方向にもたらされる。ロータ１０、およびロータ１０とともにコンプレッサホイール２が回転軸線４の方向に動くことにより、その際、通電電力を変化させる、および／または逆にすることによって揺動運動Ｖがもたらされ、その際、ロータ１０およびコンプレッサホイール２の揺動運動Ｖの範囲でコンプレッサホイール２とハウジング３との間の隙間寸法が拡大および縮小する。したがって、ロータ１０の揺動運動Ｖによって、特にコンプレッサホイール２のインナー画定リング１７および少なくとも１つの外側リングつば４８の軸方向各端部の領域において、コンプレッサホイール２とハウジング上部７および／またはハウジング下部８との間の回転軸線４の方向に延びる距離の交互の増減がもたらされる。図４に示されるように、コンプレッサホイール２とハウジング上部７および／またはハウジング下部８とのこの揺動運動Ｖと距離の変化とによって、インナー画定リング１７の径方向および軸方向に形成された、かつハウジング上部７および／またはハウジング下部８と接触する氷橋２５が破壊される。さらにコンプレッサホイール２とハウジング上部７および／またはハウジング下部８とのこの揺動運動Ｖおよび距離の変化によって、少なくとも１つのリングつば４８の径方向および軸方向に形成された、かつハウジング上部７および／またはハウジング下部８と接触する氷橋２５が破壊される。
【００４４】
本発明は本明細書中に記載された実施例および本明細書中で強調された態様に限定されない。むしろ、請求項によって記載された範囲内で当業者が通常行う範囲の多数の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  サイドチャネルコンプレッサ
２  コンプレッサホイール
３  ハウジング
４  回転軸線
５  ブレード
６  駆動装置
７  ハウジング上部
８  ハウジング下部
９  空隙
１０  ロータ
１１  アウター画定リング
１２  ステータ
１３  ハブディスク
１４  ガス吸入口
１５  中断領域
１６  ガス吐出口
１７  インナー画定リング
１８  シールエレメント
１９  サイドチャネル
２０  回転方向
２１  軸方向力
２２  対称軸線
２３  継合領域
２４  駆動装置ハウジング
２５  氷橋
２７  軸受
２８  搬送セル
２９  円筒状付加部
３０  圧縮室
３２  内部区域
３３  冷却リブ
３４  外部区域
３６  軸受ジャーナル
４８ａ、４８ｂ  リングつば
ＩＶ  流れ方向
Ｖ  揺動運動
【図１】
2021516310.tif 000003
【図２】
2021516310.tif 000004
【図３】
2021516310.tif 000005
【図４】
2021516310.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月14日(2020.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３）と駆動装置（６）とを備え、前記ハウジング（３）がハウジング上部（７）とハウジング下部（８）とを有し、前記ハウジング（３）内で回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びるとともに少なくとも１つの取り囲むサイドチャネル（１９）を有する圧縮室（３０）と、前記ハウジング（３）内に入っていて前記回転軸線（４）を中心として回転可能に配置され、かつ前記駆動装置（６）によって駆動されるコンプレッサホイール（２）であって、その周囲に前記圧縮室（３０）の領域に配置されたブレード（５）を有する前記コンプレッサホイール（２）と、前記ハウジング（３）に形成された、前記圧縮室（３０）を介して流体的に互いに接続されているそれぞれ１つのガス吸入口（１４）およびガス吐出口（１６）と、を備える、ガスを搬送および／または圧縮する燃料電池システムのためのサイドチャネルコンプレッサ（１）において、前記駆動装置（６）は、ステータ（１２）とロータ（１０）とを有する軸方向磁界電気モータ（６）として形成されており、前記ステータ（１２）と前記ロータ（１０）とは前記回転軸線（４）の周りを円盤状に取り囲んで形成されており、前記ステータ（１２）は、前記回転軸線（４）の方向で前記ロータ（１０）の隣に配置されていることを特徴とする、サイドチャネルコンプレッサ。
【請求項２】
前記回転軸線（４）の周りを円盤状に取り囲む空隙（９）は、前記ステータ（１２）によって前記回転軸線（４）の一方の方向に、かつ前記ロータ（１０）によって前記回転軸線（４）のもう一方の方向にだけ画定されるように前記ステータ（１２）と前記ロータ（１０）との間に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項３】
前記円盤状のロータ（１０）は、前記回転軸線（４）に対して軸方向で前記コンプレッサホイール（２）の隣に配置されており、前記ロータ（１０）は、力結合的および／または形状結合的および／または材料結合的に前記コンプレッサホイール（２）と接続されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項４】
前記円盤状のロータ（１０）は、前記回転軸線（４）の方向に延びる円筒状付加部（２９）を有し、前記円筒状付加部（２９）は、前記ロータ（１０）の前記ステータ（１２）から離反する側に配置されており、前記円筒状付加部（２９）の外径の外套面が前記回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項５】
前記コンプレッサホイール（２）は、前記圧縮室（３０）の領域において、隣り合う２つのブレード（５）間にそれぞれ１つの搬送セル（２８）を形成し、前記搬送セルは、取り囲むアウター画定リング（１１）によって前記回転軸線（４）に対して径方向外側に画定され、かつ取り囲むインナー画定リング（１７）によって内側に画定され、前記搬送セル（２８）は、前記回転軸線（４）の方向に少なくとも１つの開口を有し、前記アウター画定リングおよび前記インナー画定リング（１１、１７）はそれぞれ前記回転軸線（４）に対して回転対称に延びることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項６】
前記円筒状付加部（２９）は、その内径で軸受（２７）の外径と接触し、その外径で前記コンプレッサホイール（２）の内径と接触し、前記軸受（２７）および／または前記コンプレッサホイール（２）との前記円筒状付加部（２９）の接触がプレス嵌めによって行われることを特徴とする、請求項４に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項７】
前記ハウジング下部（８）は、円筒状軸受ジャーナル（３６）を有し、前記軸受ジャーナル（３６）は、その外套面が前記回転軸線（４）の周りを取り囲んで延びるように前記回転軸線（４）の方向に延び、前記軸受（２７）はその内径で、前記回転軸線（４）に対して径方向に前記軸受ジャーナル（３６）の前記外套面と接触することを特徴とする、請求項６に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項８】
前記ロータ（１０）は、前記回転軸線（4）に対して径方向に略完全に前記コンプレッサホイール（２）の前記内径の領域に配置され、それにより前記円盤状ロータ（１０）の対称軸線（２２）が前記コンプレッサホイール（２）の前記対称軸線（２２）と略完全に等しく延び、前記ロータ（１０）は、軸受（２７）の外径および前記コンプレッサホイール（２）の内径と接触し、前記ロータ（１０）は、前記回転軸線（４）に対して軸方向に延びる前記コンプレッサホイール（２）との継合領域（２３）に接触領域を形成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項９】
前記ステータ（１２）は、シールエレメント（１８）によって少なくとも部分的に包囲され、前記シールエレメント（１８）は、前記圧縮室（３０）の媒体からの前記サイドチャネルコンプレッサ（１）の電気的コンポーネントの封止をもたらすことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項１０】
前記コンプレッサホイール（２）は、前記回転軸線（４）の周りを取り囲むインナー画定リング（１７）を有し、前記インナー画定リング（１７）は、前記コンプレッサホイール（２）の前記取り囲む圧縮室（３０）の内径に形成されており、かつ前記サイドチャネルコンプレッサ（１）の内部区域（３２）からの前記圧縮室（３０）の分離および／またはカプセル封止をもたらすことを特徴とする、請求項７または請求項８に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項１１】
前記コンプレッサホイール（２）は、前記アウター画定リング（１１）の領域において、外側を取り囲む少なくとも１つのリングつば（４８a、４８ｂ）を有し、前記少なくとも１つの取り囲むリングつば（４８a、４８ｂ）は、前記アウター画定リング（１１）の前記回転軸線（４）から離反する側に延びることを特徴とする、請求項５に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のサイドチャネルコンプレッサ（１）を始動および／または停止させる方法において、前記ステータ（１２）の通電が行われるが、前記ステータ（１２）と前記ロータ（１０）との間に回転磁界が生じず、したがって前記回転軸線（４）を中心とした前記ロータ（１０）の回転運動が生じないか、またはごくわずかしか生じないことを特徴とする、方法。
【請求項１３】
前記ステータ（１２）の通電は前記ロータ（１０）の誘導加熱をもたらし、前記ロータ（１０）から前記コンプレッサホイール（２）への熱エネルギーの伝送が行われ、熱は、前記ロータ（１０）から流れ方向ＩＶで前記コンプレッサホイール（２）の前記インナー画定リング（１７）および前記少なくとも１つの外側リングつば（４８）の軸方向各端部の領域へ伝播することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステータ（１２）の通電は、前記回転軸線（４）の方向に前記ロータ（１０）への前記軸方向力（２１）をもたらし、それによって前記ロータ（１０）が前記回転軸線（４）の方向に動き、前記通電電力を変化させる、および／または逆にすることによって揺動運動（Ｖ）がもたらされることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロータ（１０）の前記揺動運動（Ｖ）は、前記コンプレッサホイール（２）と前記ハウジング上部（７）および／または前記ハウジング下部（８）との間の前記回転軸線（４）の方向に延びる距離の交互の増減をもたらすことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
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