(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧送および／または圧縮するための燃料電池システム（３７）のためのサイドチャネル圧縮機（１）であって、ハウジング（３）を備え、前記ハウジング（３）はハウジング上側部分（７）とハウジング下側部分（８）を有し、少なくとも１つの周回するサイドチャネル（１９）を有する、前記ハウジング（３）の中にある圧縮室（３０）と、回転軸（４）を中心として回転可能に配置された、前記ハウジング（３）の中にある圧縮機ホイール（２）とを備え、前記圧縮機ホイール（２）はその円周に前記圧縮室（３０）の領域に配置されたブレード（５）を有し、および、前記圧縮室（３０）を介して、少なくとも１つの前記サイドチャネル（１９）を介して互いに流体接続された、前記ハウジング（３）に構成されたガス取込口（１４）およびガス吐出口（１６）をそれぞれ備える、そのようなサイドチャネル圧縮機において、前記圧縮機ホイール（２）は、前記回転軸（４）に対して径方向に前記ブレード（５）のうちの少なくとも１つを通って延びる、前記サイドチャネル圧縮機（１）の内部空間（４４）を析出室（３４）と接続する少なくとも１つの接続穴（２１）を有し、
前記圧縮機ホイール（２）の回転により生じる遠心力により、前記少なくとも１つの接続穴（２１）を介して前記析出室（３４）へ運び出された、前記内部空間（４４）内の前記ガスよりも重い成分を、前記サイドチャネル圧縮機（１）の外部へ排出する排出チャネル（４６）をさらに有し、
前記ガスよりも重い成分は、少なくとも水を含む、
ことを特徴とするサイドチャネル圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機ホイール（２）は前記圧縮室（３０）の領域で隣接する２つの前記ブレード（５）の間に、回転軸（４）に対して径方向で外方に向かって外側の周回する区切りリング（１１）によって区切られるとともに内方に向かって内側の周回する区切りリング（１７）によって区切られる圧送セル（２８）をそれぞれ構成し、前記圧送セル（２８）は前記回転軸（４）の方向に少なくとも１つの開口部（３２ａ，ｂ）を有し、外側および内側の前記区切りリング（１１，１７）はそれぞれ前記回転軸（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圧縮機（１）。
【請求項３】
前記接続穴（２１）は前記圧縮機ホイール（２）のそれぞれの前記ブレード（５）を全面的に通って延び、前記接続穴（２１）は前記ブレード（５）の材料によって全面的に包囲されることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項４】
前記圧送セル（２８）および／または少なくとも１つの前記サイドチャネル（１９）の領域は前記内部空間（４４）から少なくとも部分的にカプセル封じされ、前記内部空間（４４）は前記回転軸（４）に対して径方向で前記内側の区切りリング（１７）と前記回転軸（４）の間にあることを特徴とする、請求項１または２に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項５】
前記圧縮機ホイール（２）は前記内側の区切りリング（１７）に、前記回転軸（４）に対して径方向に延び、前記回転軸（４）のほうを向いている前記内側の区切りリング（１７）の側に延びる、内側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジ（４２ａ，ｂ）を有し、内側に位置する周回する少なくとも１つの前記環状フランジ（４２ａ，ｂ）によって前記圧送セル（２８）および／または少なくとも１つの前記サイドチャネル（１９）の領域の前記内部空間（４４）からの少なくとも部分的なカプセル封じが実現さ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圧縮機（１）。
【請求項６】
前記圧送セル（２８）および／または少なくとも１つの前記サイドチャネル（１９）の領域は前記析出室（３４）から少なくとも部分的にカプセル封じされ、前記析出室（３４）は前記回転軸（４）に対して径方向で前記外側の区切りリング（１１）と前記ハウジング上側部分（７）および／または前記ハウジング下側部分（８）の間にあることを特徴とする、請求項２に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項７】
前記圧縮機ホイール（２）は前記外側の区切りリング（１１）の領域に、前記回転軸（４）に対して径方向に延びる、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジ（４８ａ，ｂ）を有し、周回する少なくとも１つの前記環状フランジ（４８ａ，ｂ）は前記回転軸（４）と反対を向くほうの前記外側の区切りリング（１１）の側に延び、少なくとも１つの前記環状フランジ（４８ａ，ｂ）によって前記析出室（３４）からの前記圧送セル（２８）および／または少なくとも１つの前記サイドチャネル（１９）の領域の少なくとも部分的なカプセル封じが実現されることを特徴とする、請求項６に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項８】
内側に位置する周回する少なくとも１つの前記環状フランジ（４２ａ，ｂ）は前記回転軸（４）に対して軸方向および／または径方向で前記ハウジング上側部分（７）および／または前記ハウジング下側部分（８）と当接することを特徴とする、請求項５に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項９】
外側に位置する周回する少なくとも１つの前記環状フランジ（４８ａ，ｂ）は前記回転軸（４）に対して軸方向および／または径方向で前記ハウジング上側部分（７）および／または前記ハウジング下側部分（８）と当接することを特徴とする、請求項８に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項１０】
前記回転軸（４）と反対を向くほうの前記析出室（３４）の側で前記ハウジング上側部分（７）および／または前記ハウジング下側部分（８）に、および／または前記ハウジング上側部分（７）と前記ハウジング下側部分（８）の間に排出チャネル（４６）があることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項１１】
前記排出チャネル（４６）は測地学的にもっとも低い点で、重力の作用方向で、前記ハウジング上側部分（７）および／または前記ハウジング下側部分（８）にあり、および／または前記ハウジング上側部分（７）と前記ハウジング下側部分（８）の間にあり、前記排出チャネル（４６）は前記回転軸（４）に対して角度をなして傾いて延びることを特徴とする、請求項１０に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【請求項１２】
前記ガスは、水素であることを特徴とする、請求項１に記載のサイドチャネル圧縮機（１）。
【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で適用するために設けられる気体状の媒体を、特に水素を圧送および／または圧縮するための燃料電池システムのためのサイドチャネル圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両分野では、液体燃料のほかに気体状の燃料も将来的にますます大きな役割を担う。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なければならない。このときガス流は、液体燃料の噴射の場合のように不連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流入配管を介してエジェクタユニットへと案内される。このエジェクタユニットが、低圧配管システムの接続配管を介して燃料電池へとガスを案内する。ガスは燃料電池を通って流れた後、帰還配管を介してエジェクタユニットへ戻るように案内される。このときに、ガス帰還を流動技術と効率化技術の面からサポートするサイドチャネル圧縮機を間に介在させることができる。さらにサイドチャネル圧縮機は、特にある程度の停止時間後に車両を（コールド）スタートさせる際に、燃料電池駆動装置での流動生成をサポートするために利用される。このようなサイドチャネル圧縮機の駆動は、通常、作動時に車両で車両バッテリを通じて電圧の供給を受ける駆動装置、特に電気駆動装置を通じて行われる。
【０００３】
特許文献１より、気体状の媒体が圧送および／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圧縮機が公知である。このサイドチャネル圧縮機は、駆動シャフトに取り付けられて駆動装置により回転する、ハウジングの中で周回する圧縮機ホイールを有している。このとき圧縮機ホイールは、回転軸を中心として周回するように延びる内側の周回する仕切りリングを有している。この圧縮機ホイールの上には圧縮室の領域でブレードがあり、これらの間にそれぞれ圧送セルが構成される。ブレードは回転軸を中心として周回する少なくとも１つの環状に構成されたサイドチャネルと協同作用する。このときブレードは平面状に構成され、ブレード輪郭は回転軸の方向で平坦に延びている。圧縮機ホイールがハウジングの中で回転すると、ブレードとサイドチャネルの間で循環流が形成され、これによって圧縮機ホイールから気体状の媒体へのエネルギー導入が行われる。このとき気体状の媒体は回転軸の方向で軸方向に、内側の仕切りリングのほうを向いている圧送セルの内側領域へと流れ込み、回転軸に対して軸方向または径方向に、内側の仕切りリングと反対を向いている圧送セルの外側領域の領域で再び流れ出る。ブレードの圧送セルを貫流するときに気体状の媒体がスワール変化を受け、これによって周回するサイドチャネルで圧力上昇が引き起こされる。
【０００４】
特許文献１から公知のサイドチャネル圧縮機は、ある欠点を有し得る。サイドチャネル圧縮機が特に再循環ファンとして燃料電池システムで使用される場合、サイドチャネル圧縮機の内部空間で、特に気体状の媒体からの凝縮によって液体状の水の形成が起こることがある。車両の燃料電池システムがスイッチオフの状態にあるとき、この水が周囲温度が低いときにシステムの配管に沈降し、あるいは軸受、シャフト、圧縮機ホイールなどのサイドチャネル圧縮機の回転部品にも沈降する。このことは、車両およびそれに伴って燃料電池構造が始動するときに、大きすぎるアイスブリッジ形成がなされると駆動装置のブロックをもたらすことがあり、それにより回転部品が、特に圧縮機ホイールが損傷することがあり、および／またはシステムの始動が困難になり、ないしは遅延し、もしくは全面的に妨げられることになる。
【０００５】
さらに、水およびたとえば窒素などその他の重い成分が気体状の媒体から凝縮すると、これらの成分がサイドチャネル圧縮機の内部空間に溜まり、さらにはサイドチャネル圧縮機の内部に位置する領域へと侵入して、その中にあるコンポーネントを損傷させるという帰結につながることがある。このことは特に、液体に対して影響を受けやすいコンポーネント、たとえば駆動シャフト、軸受、および特に電気駆動装置の形態の駆動装置について当てはまる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０５３０１６号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明により、気体状の媒体、特に水素を圧送および／または圧縮するための燃料電池システムのためのサイドチャネル圧縮機が提案される。
【０００８】
請求項１との関連でサイドチャネル圧縮機は、圧縮機ホイールが、回転軸に対して径方向に少なくとも１つのブレードを通って延びる、サイドチャネル圧縮機の内部空間を析出室と接続する少なくとも１つの接続穴を有するように構成される。このようにして、サイドチャネル圧縮機の内部空間の領域に溜まった、圧送されるべき気体状の媒体の凝縮された重い成分を、回転軸に対して径方向へサイドチャネル圧縮機の外側に位置する領域へと、特に析出室の中へと案内することができる。さらに、回転軸に対して径方向での接続穴の幾何学的な配置によって、圧縮機ホイールが回転するときに、圧送されるべき気体状の媒体の重い成分に対して遠心力が作用し、重い成分が接続穴を通して析出室の領域へと自動的に運ばれる。そのために、たとえば圧送作用が始まるようにするために内部空間で過圧を生成するための、または析出室で負圧を生成するためのポンプの使用のような、いかなる他の設計上の方策もサイドチャネル圧縮機で必要ない。このことは、たとえばポンプなどの他のコンポーネントのためのコンポーネントコストと組立コストを節減できるという利点を提供する。さらに、水および／または窒素などの重い成分がサイドチャネル圧縮機の内部空間から能動的、および自動的に導出されることで、内部に位置するコンポーネントと回転するコンポーネントの、たとえば圧縮機ホイールなどの損傷を防止することができる。それにより、圧縮機ホイールおよび／または駆動装置の故障発生確率を低減することができ、それによってサイドチャネル圧縮機全体の耐用寿命も伸ばすことができる。
【０００９】
従属請求項に記載されている方策により、請求項１に記載されているポンプの好ましい発展例が可能である。従属請求項は本発明の好ましい発展例を対象としている。
【００１０】
好ましい実施形態では、圧縮機ホイールは圧縮室の領域でそれぞれ２つの隣接するブレードの間にそれぞれ圧送セルを構成する。この圧送セルは、回転軸に対して径方向で外方に向かって外側の周回する仕切りリングによって区切られるとともに、内方に向かって圧縮機ホイールの内側の周回する仕切りリングによって区切られる。このとき圧送セルは回転軸の方向に少なくとも１つの開口部を有する。このとき外側の区切りリングと内側の区切りリングは、回転軸を中心として回転対称に延びる。さらに少なくとも１つの開口部は、ハウジングの少なくとも１つのサイドチャネルのほうを向いている圧縮機ホイールの圧送セルの側に構成される。このようにして、気体状の媒体の流動が、特に循環流が、回転軸に対して軸方向でのみ圧送セルへ、および圧送セルから流れ、そのようにして、少なくとも１つのサイドチャネルと圧送セルとの間で気体状の媒体の軸方向運動だけが生じることを実現することができる。このことは、気体状の媒体の流動が、それが望ましい領域でのみ生じ、すなわちサイドチャネルと圧送セルの間でのみ生じるという利点を提供する。気体状の媒体の改善された圧送と圧縮を引き起こすのではないサイドチャネル圧縮機の他の領域と媒体との摩擦に基づく摩擦損失を、ほぼ低減および／または回避することができ、それによってサイドチャネル圧縮機の効率を高めることができる。これに加えて、摩擦に基づく気体状の媒体の望ましくない温度上昇を低減することができる。
【００１１】
特別に好ましい実施形態では、接続穴は圧縮機ホイールのそれぞれのブレードを通って全面的に延び、接続穴は特にブレードの材料によって全面的に包囲される。このようにして、重い成分が接続穴を貫流するときに、圧送セルまたはサイドチャネルの領域へ逃げ得ることが防止される。それが起こると圧縮プロセスと圧送プロセスに対して不都合に作用することになるが、それは、供給される重い成分がサイドチャネルおよび／または圧送セルの領域でサイドチャネル圧縮機の効率を引き下げ、そのために少ない酸素しか圧送できなくなるからである。むしろ重い成分は導出時に、ブレードの材料で全面的に包囲される接続穴の幾何学的な実施形態によって、圧送セルとサイドチャネルにより効率的にカプセル封じされる。このようにして、これらの成分は接続穴の本発明に基づく実施形態により、内部空間から重い成分が導出されるときに接続穴から少なくとも１つの周回するサイドチャネルおよび／または圧送セルの領域への漏れが防止されるように、内部空間から析出室へと案内される。サイドチャネル圧縮機および／または燃料電池システムで望ましくない不都合な重い成分の効率的な導出により、一方ではサイドチャネル圧縮機の高い効率を少なくとも維持し、さらにはいっそう向上させることができる。他方では、燃料電池システム全体の効率を高めることができる。なぜならば、たとえば水や窒素などの望ましくない重い成分をその発生後にすでに早期に、たとえば燃料電池での流動生成プロセスの完了後に、燃料電池システムから出るように案内することができるからである。
【００１２】
好ましい発展例では、圧送セルおよび／または少なくとも１つのサイドチャネルの領域は内部空間から少なくとも部分的にカプセル封じされる。このとき内部空間は、特に、回転軸に対して径方向で内側の区切りリングと回転軸との間にある。さらに圧縮機ホイールは内側の区切りリングに、特に回転軸に対して径方向に延び、回転軸のほうを向いている内側の区切りリングの側で延びる、内側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジを有する。このとき内側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジによって、圧送セルおよび／または少なくとも１つのサイドチャネルの領域の内部空間からの少なくとも部分的なカプセル封じが実現される。このようにして、水素または重い成分のいずれかが圧縮室の領域から、水素および／または重い成分によって損傷され得るコンポーネントが中にある、内側に位置するカプセル封じされたサイドチャネル圧縮機の領域へと侵入することが防止される。このようにして、たとえば軸受、駆動シャフト、またはサイドチャネル圧縮機の内部空間にあるその他のコンポーネントの耐用寿命を伸ばすことができる。このことは、特に水との接触による腐食に基づくコンポーネントの損傷が、カプセル封じによって防止されることによって根拠づけられる。さらに、電気コンポーネントの中に液体が入ることによる電気的な短絡が防止される。なぜならば、たとえば駆動装置などのすべての電気コンポーネントが内部空間の中にあり、または内部空間に接しているサイドチャネル圧縮機の領域にあり、そのようにして液体に対して防護されるからである。それによりサイドチャネル圧縮機の故障発生確率が低減され、燃料電池システムの耐用寿命を伸ばすことができる。
【００１３】
好ましい実施形態では、圧送セルおよび／または少なくとも１つのサイドチャネルの領域が析出室から少なくとも部分的にカプセル封じされ、析出室は特に回転軸に対して径方向で、外側の区切りリングとハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分との間にある。このようにして、気体状の媒体中の重い成分が凝縮または形成されたときに、これらの成分を圧送セルの領域および／または少なくとも１つのサイドチャネルから析出室へと運び出せるようにすることが可能である。このとき重い成分の運び出しは、圧縮機ホイールの回転によって気体状の媒体に及ぼされる遠心力を通じて行われ、この遠心力によって重い成分が少なくとも１つのサイドチャネルおよび／または圧送セルの領域から流出方向で回転軸から離れるように、ハウジングと外側に位置する周回する環状フランジとの間を通過してカプセル封じされた析出室へと動く。このとき重い成分の流出は圧縮機ホイールの回転時にのみ可能であり、１つの方向でのみ、特に圧送セルおよび／またはサイドチャネルから析出室の方向へのみ可能である。逆流は、ハウジングと圧縮機ホイールとの間の、特に外側に位置する環状フランジとの間の隙幅に基づいて可能でない。それにより、重い成分によるサイドチャネルおよび／または圧送セルの表面の特に腐食による損傷が防止されるという利点を得ることができ、このことはサイドチャネル圧縮機全体のいっそう長い耐用寿命につながる。さらに本発明によるサイドチャネル圧縮機の実施形態は、燃料電池システムの効果と効率を向上させることができるという利点を提供する。なぜならば、一方では、特に水素でなく燃料電池システムのエネルギー生成に寄与しない望ましくない重い成分が、システムから導出されるからである。それにより、燃料電池システムの効率を向上させることができる。さらに、サイドチャネル圧縮機の効果と効率を向上させることができる。なぜならば、重い成分は、特に水および／または窒素は、特にサイドチャネル圧縮機の始動時に、サイドチャネル圧縮機による圧送および／または圧縮にあたって、特に水素と比較して高いエネルギーコストを意味しているからである。
【００１４】
特別に好ましい実施形態では、圧縮機ホイールは外側の区切りリングに、特に回転軸に対して径方向に延びる、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジを有する。このとき外側に位置する環状フランジは、回転軸と反対を向くほうの外側の区切りリングの側に延びる。さらに、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジは回転軸に対して軸方向および／または径方向でハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分と当接する。このようにして、一方では、少なくとも１つのサイドチャネルおよび／または圧送セルの少なくとも部分的なカプセル封じがハウジングの外側の領域に対して、特に析出室に対して行われるという利点を得ることができる。他方では、第２の対称軸に対して軸方向および／または径方向でハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分と当接する、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジが、ハウジングの中で圧縮機ホイールの改善された案内を行うという利点を得ることができる。それによってさらに、サイドチャネル圧縮動作中に少ない縦方向と横方向の力しか生じることがなく、それに伴って、たとえば圧縮機ホイール、ハウジング、軸受、駆動装置に対する衝撃などの害がより少ない衝撃力しか生じないことが実現される。それにより、サイドチャネル圧縮機全体の耐用寿命を伸ばすことができる。さらに、外側に位置する周回する環状フランジによる圧縮機ホイールの改善された案内に基づき、サイドチャネル圧縮機の作動に由来する騒音エミッションを改善することができる。
【００１５】
好ましい実施形態では、内側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジは回転軸に対して軸方向および／または径方向でハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分と当接する。さらに、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジも、回転軸に対して軸方向および／または径方向でハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分と当接する。このようにして、圧縮機ホイールがハウジングの中でより良く案内されるという利点を得ることができる。それによってさらに、サイドチャネル圧縮動作中に少ない縦方向と横方向の力しか生じることがなく、それに伴って、たとえば圧縮機ホイール、ハウジング、軸受、駆動装置に対する衝撃などの害がより少ない衝撃力しか生じない。それにより、サイドチャネル圧縮機全体の耐用寿命を伸ばすことができる。さらに、外側に位置する周回する環状フランジによる圧縮機ホイールの改善された案内に基づき、サイドチャネル圧縮機の作動に由来する騒音エミッションを改善することができる。
【００１６】
特別に好ましい実施形態では、回転軸と反対を向くほうのカプセル封じされた析出室の側で、ハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分に、および／またはハウジング上側部分とハウジング下側部分の間に排出チャネルがある。このようにして、サイドチャネル圧縮機の圧縮室から析出室へと排出された重い成分が、さらにサイドチャネル圧縮機のハウジングおよび燃料電池システムから外に出るように排出されるという利点を得ることができ、それにより、析出室の容積が完全に充填されたために、析出室への重い成分の追加流が妨げられることが防止される。そのような完全な充填は、重い成分を圧縮室からさらに排出できるようにするのを再び妨げることになる。このことは、サイドチャネル圧縮機および／または燃料電池システムの効率の向上を、耐用寿命全体を通じて維持できるという利点をもたらす。さらに、液体の水などの重い成分が圧縮室の領域から導出されることで、燃料電池システムがスイッチオフされた状態にあり周囲温度が低いときに、いわゆるアイスブリッジが可動部品の間で、特に圧縮機ホイールとハウジングの間で形成されるのが防止されるという利点が得られる。このようなアイスブリッジは、燃料電池システムの始動を、特にサイドチャネル圧縮機の始動を困難にし、もしくは完全に妨げることになる。このように本発明によるサイドチャネル圧縮機の実施形態により、アイスブリッジ形成に基づくサイドチャネル圧縮機および／または駆動装置の、特に電気駆動装置の回転部品の損傷を防止することができる。このことは、燃料電池システムおよび／または車両のいっそう高い信頼性につながる。
【００１７】
好ましい発展例では、排出チャネルは測地学的にもっとも低い点でハウジング上側部分および／またはハウジング下側部分にあり、および／またはハウジング上側部分とハウジング下側部分の間に、特に重力の作用方向にある。このとき排出チャネルは特に回転軸に対して角度をなして傾いて延びる。このようにして、重い成分を別途のエネルギーコストなしに、特に駆動装置の別途のエネルギーコストなしに、サイドチャネル圧縮機から重力によって排出できるという利点を得ることができる。このことは、サイドチャネル圧縮機の耐用寿命と効率の向上を別途のエネルギーコストなしに、かつそれに伴って運転コストなしに実現できるという利点をもたらす。
【００１８】
排出チャネルが回転軸に対して角度をなして傾いて延びているので、燃料電池システムおよび／または車両でのサイドチャネル圧縮機の組付位置を、円錐形の角度領域内で顧客の要求に合わせて適合化できるという利点を得ることができる。このとき重力の作用方向と平行な排出チャネルの向きは、事後的にサイドチャネル圧縮機のハウジングの中で、特に析出室から離れていくように適合化することができ、それは、排出チャネルがそのようにハウジングに刻設されることによる。このことは、特にさまざまな燃料電池システムおよび／または車両での、いっそう広いバリエーションの取付位置を同じサイドチャネル圧縮機でカバーできるという利点をもたらし、それは、排出チャネルが特定の角度のもとでハウジングに刻設されることだけでバリエーションの適合化を具体化できることによる。
【００１９】
次に、図面を参照しながら本発明についてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるサイドチャネル圧縮機を示す模式的な断面図である。
【図２】図１にＡ−Ａで表されたサイドチャネル圧縮機の断面を示す拡大図である。
【図３】Ｖ字型のブレードと圧送セルとを有する閉じた圧縮機ホイールを示す側面図である。
【図４】図３にＣ−Ｃで表された圧縮機ホイールおよび圧送セルの断面を、ブレードジオメトリーおよびサイドチャネルにおける循環流の図面とともに示す図である。
【図５】図１にＩＩで表された本発明によるサイドチャネル圧縮機の一部分を示す図である。
【図６】図５にＩＩＩで表された圧縮室の一部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１の図面からは、回転軸４に対して回転対称に構成された、本発明に基づいて提案されるサイドチャネル圧縮機１の縦断を斜視図として見ることができる。
【００２２】
ここではサイドチャネル圧縮機１は、特に閉じた円板状の圧縮機ホイール２として構成された、水平方向に延びる回転軸４を中心として回転可能にハウジング３の中で支承される圧縮機ホイール２を有している。ハウジング３は、互いに結合されたハウジング上側部分７とハウジング下側部分８とを含んでおり、ハウジング上側部分７とハウジング下側部分８の間には、回転軸４を中心として周回するシール部材３１、特にＯリングが配置されている。このときシール部材３１は、特に外部からの汚染や水分に対して、サイドチャネル圧縮機１の圧縮室３０のカプセル化をもたらす。さらに、圧縮機ホイール２は駆動シャフト９の上で回転不能に配置され、ハウジング上側部分７とハウジング下側部分８とによって取り囲まれている。圧縮機ホイール２は内側の圧縮機ホイールハブ１０を有しており、圧縮機ホイールハブ１０は駆動シャフト９が挿通される切欠きを有しており、圧縮機ホイールハブ１０は特にプレス嵌めにより駆動シャフト９と結合されている。さらに圧縮機ホイールハブ１０は、回転軸４と反対を向く側で周回するようにハブ脚部１２によって区切られる。ハブ脚部１２から外方に向かって回転軸４から離れるように、圧縮機ホイール２は周回する円形のハブ円板１３を構成する。さらに圧縮機ホイール２は、ハブ円板１３に外側で接続する圧送セル２８を構成する。圧縮機ホイール２のこの圧送セル２８は回転軸４を中心として周回するように、ハウジング３の周回する圧縮室３０の中に延びており、圧縮機ホイール２および／または圧送セル２８はそれぞれの外側に位置する円周に外側の周回する区切りリング１１を有しており、特に、外側の区切りリング１１は圧送セル２８を、回転軸４を中心として周回するその外側の外径部で区切っている。さらに図１では圧送セル２８の領域に、ブレード５の切断された輪郭を見ることができる。このブレード５は圧縮機ホイール２の回転方向２０（図２参照）にＶ字型の輪郭を有しており、さらにブレード５は、内側の周回する区切りリング１７の領域に回転方向２０に突き出た輪郭を有するとともに、外側の区切りリング１１の領域で回転方向２０において後退している輪郭を有している。その様子は、さらに以下の図３および図４に詳細に図示して説明する。さらに圧送セル２８はそれぞれの内側に位置する円周に、回転軸４を中心として周回する内側の内径で圧送セル２８を区切る、周回する内側の区切りリング１１を有している。さらに、回転方向２０でそれぞれの圧送セル２８が２つのブレード５によって区切られ、複数のブレード５が回転軸４を中心として周回するように圧縮機ホイール２に回転軸４に対して径方向で、内側の区切りリング１７と外側の区切りリング１１との間に配置されている。
【００２３】
さらにハウジング３は、特にハウジング上側部分７および／またはハウジング下側部分８は、圧縮室３０の領域に少なくとも１つの周回するサイドチャネル１９を有している。ここではサイドチャネル１９は、圧送セル２８に対して軸方向で片側または両側に延びるように、ハウジング３の中で回転軸４の方向に延びている。このときサイドチャネル１９は少なくともハウジング３の部分領域で回転軸４を中心として周回するように延びており、サイドチャネル１９がハウジング３の中に構成されていない部分領域には中断領域１５がハウジング３に構成されている（図２参照）。
【００２４】
駆動シャフト９は端部区域２３をもって回転軸４に対して軸方向で、少なくともカルダン式に駆動装置６（明示的には図示せず）と結合されている。ここで駆動装置６は、特に電気駆動装置６は、圧縮機ホイール２の回転駆動装置６としての役目を果たす。さらに軸受２７が駆動シャフト９の外径部に、軸方向で駆動装置６と圧縮機ホイール２の間の領域にあり、特に駆動装置６と圧縮機ホイール２のハブ脚部１２の間にある。駆動シャフト９は、駆動装置６と反対を向くほうの側で、回転軸４に対して軸方向に軸受ピン３６を形成し、軸受ピン３６の領域には別の軸受２７がある。１つの考えられる実施形態では駆動シャフト９は、圧縮機ホイール２が装着された外径領域を起点として軸方向で両方のシャフト端部に向かって延びる段部を有する。それぞれの段部とそれぞれのシャフト端部との間の領域で、駆動シャフト９の直径は、駆動シャフト９が圧縮機ホイール２と結合される大きいシャフト直径領域と比較して特に小さくなっている。軸受２７は転がり軸受２７であってよく、特にボールベアリング２７であってよい。駆動装置６はサイドチャネル圧縮機１のハウジング３と、特にハウジング上側部分７と結合されていてよく、それは、駆動装置６が少なくとも１つの端面をもってハウジング３の端面に回転軸４に対して軸方向で当接することによる。
【００２５】
さらに、ハウジング３は第１の側壁１８と第２の側壁２５を構成しており、これらの間に回転軸４に対して軸方向で圧縮機ホイール２のハブ円板１３がある。このとき特に第１の側壁１８はハウジング下側部分８にあり、第２の側壁２５はハウジング上側部分７にある。さらにハウジング３は、特にハウジング下側部分８は、ガス取込口１４とガス吐出口１６を構成している。このときガス取込口１４とガス吐出口１６は、特に少なくとも１つのサイドチャネル１９を介して、互いに流体接続されている。
【００２６】
駆動装置６により、トルクが駆動シャフトと圧縮機ホイールハブ１０を介して圧縮機ホイール２に伝達される。このとき圧縮機ホイール２が回転運動し、圧送セル２８がハウジング３の中で圧縮室３０を通って回転軸４を中心として周回するように回転方向２０（図２参照）の方向へ回転運動で運動する。このときすでに圧縮室３０内にある気体状の媒体が圧送セル２８によって一緒に動かされ、その際に圧送および／または圧縮される。さらに、圧送セル２８と少なくとも１つのサイドチャネル１９との間で気体状の媒体の運動が行われ、特に流動交換が行われる。さらに、サイドチャネル圧縮機１はガス取込口１４とガス吐出口１６を介して燃料電池システム３７と接続されており、特に燃料電池に由来する未使用の再循環媒体である気体状の媒体が、ガス取込口１４を介してサイドチャネル圧縮機１の圧縮室３０に入り、および／またはサイドチャネル圧縮機１に供給され、および／またはガス取込口１４に前置されている領域から吸い込まれる。このとき気体状の媒体は、サイドチャネル圧縮機１のガス吐出口１６の通過が完了してから導出されて、特に流出方向４１で燃料電池システム３７に向かって流れる。
【００２７】
さらに図１には、排出チャネル４６がハウジング３にあることが示されている。サイドチャネル圧縮機１の図示した実施例では、この排出チャネル４６は回転軸４に対して傾いた角度でハウジング上側部分７に配置されている。しかしながら排出チャネル４６は、サイドチャネル圧縮機１の別の実施例ではハウジング下側部分８にあってもよく、またはハウジング上側部分７とハウジング下側部分８の間にあってもよい。
【００２８】
さらに図１には、回転軸４のほうを向いている内側の区切りリング１７の側に、少なくとも部分的にカプセル封じされた内部空間４４があることが示されている。このカプセル封じされた内部空間４４はハウジング３の中にあり、特に、回転軸４と圧縮室３０の間の周回する領域にある。ここではさらに、圧送セル２８および／または少なくとも１つのサイドチャネル１９の領域が内部空間４４により少なくとも部分的にカプセル封じされており、内部空間４４は特に回転軸４に対して径方向で、内側の区切りリング１７と回転軸４の間にある。ここでは軸受２７、圧縮機ホイール２のハブ円板１３、および少なくとも部分的に駆動シャフト９の各コンポーネントがハウジング３の内部空間４４にある。
【００２９】
さらに図１は、気体状の媒体が流入方向３９でたとえば燃料電池スタックからサイドチャネル圧縮機１に流入することを示している。このとき回転方向２０でガス取込口１４からガス吐出口１６への循環が進むにつれて、圧送セルの、特に圧縮機ホイール２の圧送セル２８およびサイドチャネル１９の気体状の媒体の圧縮および／または圧力および／または流速が高くなっていく。このとき気体状の媒体は、サイドチャネル圧縮機１のガス吐出口１６を通る通過がなされた後に導出されて、流出方向４１に、特に燃料電池システム３７のジェットポンプの方向に流出する。中断領域１５によって、圧力側と吸込側が分離され、吸込側はガス取込口１４の領域にあり、圧力側はガス吐出口１６の領域にある。
【００３０】
図２は、図１にＡ−Ａで表されているサイドチャネル圧縮機１の断面を拡大図として示しており、ハウジング下側部分８、ガス取込口１４、ガス吐出口１６、中断領域１５、サイドチャネル１９、（図示しない圧縮機ホイール２の）回転方向２０、および周回するシール部材３１が示されている。
【００３１】
図２に示すように、中断領域１５は回転軸４を中心として周回するように、ハウジング３の特にガス取込口１４とガス吐出口１６の間にある。気体状の媒体が圧縮機ホイール２によって圧送され、および／またはその際にガス取込口１４からガス吐出口１６へと流動し、その際に少なくとも部分的にサイドチャネル１９を貫流する。
【００３２】
図３には、Ｖ字型のブレード５と圧送セル２８とを含む圧縮機ホイール２の側面図が示されている。圧縮機ホイール２はここでは周回する外側の区切りリング１１によって、閉じた圧縮機ホイール２として構成されている。サイドチャネル圧縮機１の図示した実施例では、圧縮機ホイール２は多数のＶ字型のブレード５を有しており、それぞれ２つのＶ字型のブレード５が１つの圧送セル２８を回転方向２０で区切る。ここではブレード５は、内側の区切りリング１７の領域で回転方向２０において突き出た輪郭を有するとともに、外側の区切りリング１１の領域では回転方向２０に後退している輪郭を有している。
【００３３】
図４は、図３にＣ−Ｃで表されている圧縮機ホイール２と圧送セル２８の、特にブレード５の断面を、ブレードジオメトリーと、サイドチャネル１９の中および圧送セル２８の領域における循環流２４の図面とともに示しており、ここでは圧縮室３０が平面図で示されている。ここには、ブレード５が回転方向２０でそれぞれ対称のＶ字型の輪郭を有することが示されており、ブレード５の対称のＶ字型の輪郭は２つの開口部３２ａ，ｂの間で回転軸４の方向に延びており、対称のＶ字型の輪郭の開いている側は圧縮機ホイール２の回転方向２０に向いている。ブレード５のＶ字型の輪郭の対称性は第１の対称軸５０によって対象に鏡像化されており、第１の対称軸５０は圧縮機ホイール２の回転方向２０と平行に、かつ回転軸４に対して直交するように延びている。さらに、サイドチャネル１９は第１の対称軸５０に対して径方向で、一方ではハウジング下側部分８によって区切られるとともに、他方では圧縮機ホイール２の圧送セル２８の開口部３２ａによって区切られることが示されている。
【００３４】
圧縮機ホイール２が駆動装置６によって静止位置から回転方向２０へ回転運動し始めるとただちに、ブレード５のそれぞれの端面３８が圧送セル２８の中にある気体状の媒体を、特に水素を、回転方向２０でガス取込口１４の領域からガス吐出口１６の領域へと押圧して、気体状の媒体の加速および／または圧縮が行われる。このとき気体状の媒体は、一方ではそれぞれのブレード５の端面３８によって前方に向かって回転方向２０の方向へ押圧され、他方ではブレードのジオメトリーによって、特に２つの案内輪郭によって、第１の対称軸５０から離れていくように押圧される。このとき気体状の媒体は、回転方向２０で圧送セル２８から第１の対称軸５０を離れてそれぞれのサイドチャネル１９の中へと押圧され、気体状の媒体が循環流２４の中に移送され、速度をもって圧送セル２８から流出する気体状の媒体が、サイドチャネル１９の中で静止している気体状の媒体に当たる。このとき気体状の媒体は流動方向２６に流れる。このとき両方の媒体の間で運動量交換が行われ、循環流２４の中に移った気体状の媒体によってエネルギーが運動量交換により、特にサイドチャネル１９の中にある静止した気体状の媒体である圧送流に移転される。このとき速度エネルギーから圧力エネルギーへの変換が行われる。このときエネルギー移転は周回するサイドチャネル１９の長さ全体で複数回行われ、ブレード５と圧送セル２８の個数に依存する。このようにして、圧送セル２８の中にある気体状の媒体と、サイドチャネル１９の中にある気体状の媒体との間で大きいエネルギー移転が可能であり、圧力生成が運動量交換により円周にわたって線形に行われる。周回する仕切りリング１１によって、このようなエネルギー移転とサイドチャネル圧縮の効果を高めることができ、サイドチャネル圧縮機１全体の効率を改善することができる。なぜならば、気体状の媒体の大部分が回転軸４に対して径方向で圧送セル２８から、サイドチャネル１９が構成されないために循環流２４のエネルギーが失われるハウジング３の部分へと流れ出ることが防止されるからであり、サイドチャネル１９の中にあるのではないそのような領域では、気体状の媒体がハウジング３との摩擦損失と熱損失しか生起しないからである。そのような損失を、外側の区切りリング１１（図３参照）を有するサイドチャネル圧縮機１の実施形態によって全面的に防止することができ、それによってサイドチャネル圧縮機１の効率と圧送効率も高めることができる。
【００３５】
さらに、回転方向２０と反対を向くほうの少なくとも２つのブレード５のそれぞれ１つの裏面４０に、それぞれ少なくとも１つの面取り３５が構成されることが示されており、少なくとも１つの面取り３５は、特に、少なくとも１つの開口部３２ａ，ｂのほうを向いているそれぞれのブレード５の端部に延びている。このような面取り３５により、サイドチャネル圧縮機１の流動特性を改善することができ、それは特に、循環流２４の中に移送された気体状の媒体が、サイドチャネル１９から圧送セル２８へ戻るように再流入するときである。サイドチャネル１９から圧送セルへ気体状の媒体が再流入するとき、ブレード５の裏面４０およびサイドチャネル１９のほうを向く領域のそばを通って気体状の媒体が流れる際に、渦形成および／または流動剥離が生じることがあり得る。このことは、ブレード５の裏面４０と、ほぼ直角のエッジが構成されている、サイドチャネル１９のほうを向く領域との間で、気体状の媒体の渦形成および／または流動剥離の発生確率が高くなることによって根拠づけられ、このことがひいては循環流２４およびそれに伴ってサイドチャネル圧縮機１の効率の低下につながる。このことは、気体状の媒体がほぼ静止して低い圧力を有するブレードの裏面４０の領域と、気体状の媒体が高い流速と高い圧力を有する、サイドチャネル１９のほうを向いているブレード５の端面の領域とが生じることによって根拠づけられる。面取り３５を構成することで、このようなマイナスの効果を低減することができ、それによって循環流２４およびサイドチャネル圧縮機１の効率を改善することができる。
【００３６】
さらに、少なくとも１つのサイドチャネル１９を有するサイドチャネル圧縮機１の本発明による実施形態では、サイドチャネル圧縮機１が故障したとき、圧縮機ホイール２が停止していても引き続き気体状の媒体がサイドチャネル１９を通って流れることができるのが好ましく、そのようにして、燃料電池システム３７を通る圧送がサイドチャネル圧縮機１の不具合に基づいて全面的に停止するという危険が生じることがない。
【００３７】
図５には、圧縮機ホイール２、ハウジング上側部分７、およびハウジング下側部分８を有する、図１にＩＩで表している本発明によるサイドチャネル圧縮機１の一部分が示されている。ここでは圧縮機ホイール２は、圧送セル２８の領域を径方向内側に向かって区切る内側の区切りリング１７を有している。さらに圧縮機ホイール２は、圧送セル２８の領域を径方向外側に向かって区切る外側の区切りリング１１を有している。このとき内側の区切りリング１７と外側の区切りリング１１は、圧縮機ホイール２の周囲および／または内部で回転軸４に対して回転対称に延びている。
【００３８】
さらに圧縮機ホイール２は内側の区切りリング１７の領域に、特に少なくとも近似的に回転軸４に対して径方向に延びる、回転軸４のほうを向いている内側の区切りリング１７の側に延びる、内側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジ４２ａ，ｂを有している。さらに、内側に位置する少なくとも１つの環状フランジ４２ａ，ｂは、回転軸４に対して軸方向および／または径方向で、ハウジング上側部分７および／またはハウジング下側部分８と当接する。圧縮機ホイール２は外側の区切りリング１１の領域に、特に少なくとも近似的に回転軸４に対して径方向に延びる、回転軸４と反対を向くほうの外側の区切りリング１１の側に延びる、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジ４８ａ，ｂを有している。このとき、外側の区切りリング１１および／または少なくとも１つの環状フランジ４８ａ，ｂにより、気体状の媒体が、発生した重い成分も含めて析出室３４の領域からサイドチャネル１９および／または圧送セル２８の領域へと動くのが防止され、そのようにして少なくとも部分的なカプセル封じが実現されるという利点がある。それによってさらに、気体状の媒体が、発生する重い成分も含めてサイドチャネル圧縮機１の内部空間４４に侵入し、そのようにして駆動装置６および／または軸受２７および／または駆動シャフト９の各コンポーネントを損傷することが防止される。電気駆動装置６のケースでは、重い成分である水や水素の侵入は短絡につながり、および／または駆動装置６の電気コンポーネントや軟磁性コンポーネントの損傷につなが得る。このことはサイドチャネル圧縮機１全体の動作を制約し、さらには故障につながることさえある。
【００３９】
圧縮機ホイール２が、外側に位置する周回する少なくとも１つの環状フランジ４８ａ，ｂおよび／または内側に位置する少なくとも１つの環状フランジ４２ａ，ｂをもって、ハウジング上側部分７および／またはハウジング下側部分８と当接することによって、ハウジング３の中での圧縮機ホイール２の改善された案内を、特に圧送セル２８の領域で実現することができる。このことは、たとえば圧力ピークに基づき、あるいは燃料電池システム３７で発生する動圧に基づき、サイドチャネル圧縮機１の作動中に衝撃や打撃が生じたときに好ましい。それにより、軸受２７および／または駆動装置６の負荷を低減することができる。なぜならば、サイドチャネル圧縮機１の作動時に発生する衝撃力、軸方向力、および径方向力の大部分を、すでにそれぞれの環状フランジ４２ａ，ｂ，４８ａ，ｂを通じてハウジング３に運び出すことができるからである。
【００４０】
さらに図５には、圧縮機ホイール２が、回転軸４に対して径方向で少なくとも１つのブレード５を通って延びる接続穴２１を有することが示されている。さらに、回転軸４に対して直交するように、かつブレード５の断面ジオメトリーを通って対称に中心に延びる第２の対称軸２２が示されており、第２の対称軸２２は特に断面ジオメトリーの鏡像軸である。このとき接続穴２１は回転軸４に対して径方向に延び、少なくとも部分的にカプセル封じされた析出室３４と内部空間４４を接続する。接続穴２１はここでは第２の対称軸２２に対して軸方向に延び、特に、第２の対称軸２２は接続穴２１の中心線をなす。
【００４１】
カプセル封じされた析出室３４は、回転軸４と反対を向くほうの外側の区切りリング１１の側にあり、析出室３４は特に回転軸４に対して径方向で、外側の区切りリング１１とハウジング上側部分７および／またはハウジング下側部分８との間にある。さらに析出室３４は少なくとも部分的に回転軸４を中心として周回するように、ハウジング３と外側の区切りリング１１との間に構成されている。このような析出室３４の構成により、重い成分を気体状の媒体から運び出すことができ、この析出室３４の中に集めることが可能である。このように、重い成分は少なくとも１つのサイドチャネル１９と圧送セル２８の領域から導出されて、析出室３４の領域で集められる。さらに、径方向の接続穴２１を有するサイドチャネル圧縮機１の本発明による実施形態に基づき、サイドチャネル圧縮機１の内部空間４４の領域へ侵入し得た気体状の媒体および／またはその重い成分を、内部空間４４から析出室３４へ運び出すことができる。気体状の媒体のこのような重い成分は、たとえば燃料電池システム３７の動作に由来する望ましくない廃棄物および／または副生成物、たとえば窒素や水である。重い成分が運び出されることで、サイドチャネル圧縮機１の圧送作用と圧縮作用を向上させることができる。なぜならば、たとえば燃料電池スタックでの電流生成のために必要な圧送されるべき気体状の媒体の割合、特に水素の割合が、圧送セル２８およびサイドチャネル１９の中で高くなるからである。それにより、サイドチャネル圧縮機１の効率を向上させることができる。なぜならば、動作にとって望ましくない重い成分を一緒に圧送しなくてすむからである。さらに、回転軸４に対して径方向で圧縮機ホイール２のブレード５のうちの少なくとも１つを通って延びる接続穴２１として接続穴２１が配置されることで、重い成分を導出するときに遠心力の効果を利用することができる。このような遠心力効果は圧縮機ホイール２の回転時に生じ、径方向で回転軸４から外方へと向いており、その際に、圧送されるべき気体状の媒体の重い成分の自重に基づいて作用する。このときサイドチャネル圧縮機の内部空間４４にある重い成分が、遠心力に基づき接続穴２１を通って内部空間４４から析出室３４へと押し除けられる。さらに接続穴２１は、圧縮機ホイール２のそれぞれのブレード５を通って全面的に延びており、その際にブレード５の材料によって全面的に包囲される。
【００４２】
このとき、析出室３４に集められた気体状の媒体の重い成分に対する重力および／または遠心力の作用によって、たとえば機械式のポンプ送出などの別途の方策を行うことなく、排出チャネル４６を通して外部への自動的な導出が行われるのが好ましい。排出チャネル４６を通しての重い成分の自動的な導出の効果も、外部へと向かう重力および／または遠心力に基づき、サイドチャネル圧縮機１の作動時に引き続き重い成分が析出室３４に追加流入し、それにより、すでにある重い成分が排出チャネル４６を通って押し出されることによって増強される。それにより、特に圧縮機ホイール２や軸受２７などの回転するコンポーネントの損傷のリスクが低減される。そのような損傷は、たとえば水などの残された重い成分が燃料電池システム３７のスイッチオフ状態のとき、かつ周囲温度が低いときにアイスブリッジ形成につながり、それがこれらのコンポーネントをサイドチャネル圧縮機１の始動時に損傷させかねないことによって引き起こされ得る。このような損傷が、排出チャネル４６を介しての重い成分の導出によって防止される。
【００４３】
さらにブレード５は、圧送セル２８の少なくとも１つの開口部３２を有しており、図５に示すサイドチャネル圧縮機１の実施例では２つの開口部３２ａ，ｂが示されている。ここでは圧送セル２８は、２つの開口部３２ａ，ｂを第２の対称軸２２に対して径方向に有している。さらに図５に示すように、圧送セル２８の開口部３２ａ，ｂの領域には回転方向２０での圧縮機ホイール２の回転位置に応じて、それぞれガス取込口１４またはガス吐出口１６が存在していてよい。
【００４４】
さらに図５に示すように、回転軸４と反対を向くほうのカプセル封じされた析出室３４の側には、ハウジング上側部分７および／またはハウジング下側部分８に、および／またはハウジング上側部分７とハウジング下側部分８の間に排出チャネル４６がある。排出チャネル４６はここでは測地学的にもっとも低い点で、ハウジング上側部分７および／またはハウジング下側部分８に、および／またはハウジング上側部分７とハウジング下側部分８の間に、特に重力の作用方向に配置されており、排出チャネル４６は特に回転軸４に対して角度をなして傾いて延びている。
【００４５】
サイドチャネル圧縮機１の作動時に、サイドチャネル１９および／または圧送セル２８の領域で、気体状の媒体の凝縮によって液体の水の形成が起こることがある。このとき圧縮機ホイール２と圧送セル２８の回転により、水および／またはたとえば窒素などのその他の重い成分が気体状の媒体とともに回転方向２０に加速されて運動する。その際に回転軸４に対して径方向では、気体状の媒体に対してよりも高い遠心力が水に対して作用し、それによって遠心力分離が生じ、水が流出方向Ｖでサイドチャネル１９からハウジング３と圧縮機ホイール２の外側に位置する環状フランジ４８ａ、ｂとの間を通過して析出室３４に向かって動く。重い成分である水に加えて、たとえば窒素などのそれ以外の重い成分も運び出すことができる。析出室３４の測地学的にもっとも低い点には、同じく燃料電池システム３７の水分離器に接続することができ、そのようにして液体の水をサイドチャネル圧縮機１から導出する追加の排出チャネル４６があるのが好ましい。
【００４６】
このとき、さまざまに異なる車両とさまざまに異なる用途での要求事項のバリエーションに基づく、車両へのサイドチャネル圧縮機１の組付位置はほぼ問題にならない。なぜならば、排出チャネル４６の位置と形状は、排出チャネル４６が常に重力の作用方向に延びるように、ほぼ自由にハウジング３に刻設することができるからである。それにより、特定の角度でハウジング３に排出チャネル４６を刻設するだけでバリエーション適合化を具体化することによって、特にさまざまな燃料電池システム３７および／または車両および／または顧客における組付位置の最大限のバリエーションをカバーできることが保証される。ただしその際には、車両でのサイドチャネル圧縮機１の正確な組付位置が製造と組立の前に既知でなければならない。なぜならば、排出チャネル４６はサイドチャネル圧縮機１の各コンポーネントの組立前に、ハウジング３へ機械式に刻設されるからである。さらに排出チャネル４６が延びる領域では、サイドチャネル圧縮機１およびサイドチャネル圧縮機のコンポーネント周辺に、たとえば排出チャネル４６の延びている領域によって損なわれることになるサイドチャネル圧縮機のハウジング３の他のチャネルのような、機能的な部材やコンポーネントが燃料電池システム３７に設けられていてはならない。このときハウジング３内での排出チャネル４６の位置とベクトルおよび／または形状は次の２通りの方式で、サイドチャネル圧縮機の組付位置の最大限可能なバリエーションが得られ、それに対して、排出チャネル４６の形状はサイドチャネル圧縮機１の組付位置に関わりなく継続して重力の作用方向に延びるように適合化することができる：一方では、排出チャネル４６は回転軸４を中心として周回するように、ハウジング３でカプセル封じされた析出室３４にほぼ自由に位置決めすることができ、それは、析出室３４がハウジング３と外側の区切りリング１１との間で回転軸４を中心としてどの程度全面的に周回するように構成されるかによる。他方では、排出チャネル４６が析出室３４から離れていくようにハウジング３を通って延びる回転軸４に対する角度は、ほぼ０°から１８０°の角度範囲で、特に３０°から１５０°の範囲で配置することができる。
【００４７】
図６は、図５にＩＩＩで表している圧縮室３０の区域を、圧縮機ホイール２およびハウジング３とともに示している。このときハウジング３は、ハウジング上側部分７またはハウジング下側部分８のいずれかとして構成されていてよい。さらに、ハウジング３と圧縮機ホイール２の間に構成された、サイドチャネル１９および圧送セル２８の領域が示されている。さらに、圧縮機ホイール２の外側の区切りリング１１とハウジング３の間に構成された析出室３４が示されている。
【００４８】
ここで図６には、サイドチャネル１９および／または圧送セル２８の領域が、特に外側の区切りリング１１および／または外側に位置する少なくとも１つの環状フランジ４８によって、析出室３４から少なくとも部分的にカプセル封じされることが示されている。このような少なくとも部分的なカプセル封じによって、集められた重い成分が析出室３４からハウジング３と圧縮機ホイール２の間でサイドチャネル１９や圧送セル２８の領域に流れ込み、特に還流し得ることが防止される。ただし図６に示すように他の方向への、特に流出方向Ｖへの、少なくとも限定された流出は可能であり、重い成分がサイドチャネル１９および／または圧送セル２８の領域から圧縮機ホイール２と、特に外側に位置する環状フランジ４８ａ，ｂと、ハウジング３との間を通過して析出室３４へと流れる。このとき重い成分だけが流出方向Ｖでサイドチャネル１９および／または圧送セル２８から析出室３４へと流出する。なぜならば、この流出は、サイドチャネル圧縮機１が作動して圧縮機ホイール２が回転するときの遠心力に基づいて行われるからである。このとき遠心力は気体状の媒体の重い成分に対してのみ、このような重い成分をハウジング３と圧縮機ホイール２の間の間隙を通して流出方向Ｖへ通過するように析出室３４へ押圧するのに十分に作用するが、比較的軽い水素には十分に作用しない。このとき重い成分は、圧縮機ホイール２の回転運動によって促進されながら、圧縮機ホイール２の外側に位置する周回する環状フランジ４８とハウジング３との間を通過して析出室へと流れる。なぜならば、その際に、外側に位置する環状フランジ４８とハウジング３の間で相対運動が生じるからである。ただし、このような遠心力は析出室３４の領域では重い成分に対して作用せず、この重い成分は運動しておらず、特に回転運動しておらず、析出室３４は回転軸４に対して径方向でサイドチャネル１９および／または圧送セル２８の外部にあるので、析出室３４から少なくとも１つのサイドチャネル１９および／または圧送セル２８への還流が防止される。サイドチャネル１９および／または圧送セル２８の領域からの重い成分の流出は、圧縮機ホイール２とハウジング３の間の間隙幅に基づき、サイドチャネル圧縮機１が不作動のときには、特に圧縮機ホイール２が静止しているときには可能でない。なぜならば、この状態では重い成分に対して遠心力が作用せず、もしくはごくわずかな遠心力しか作用しないからである。
【００４９】
本発明は、上述した実施例およびその中で強調されている態様だけに限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲に記載されている範囲内で、当業者の行為の枠内にある数多くの改変が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  サイドチャネル圧縮機
２  圧縮機ホイール
３  ハウジング
４  回転軸
５  ブレード
７  ハウジング上側部分
８  ハウジング下側部分
１１  外側の区切りリング
１４  ガス取込口
１６  ガス吐出口
１７  内側の区切りリング
１９  サイドチャネル
２１  接続穴  
２８  圧送セル
３０  圧縮室
３２ａ，ｂ  開口部
３４  析出室
３７  燃料電池システム
４２ａ，ｂ  内側に位置する周回する環状フランジ
４４  内部空間
４６  排出チャネル
４８ａ，ｂ  外側に位置する周回する環状フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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