DE102023210206A1

DE102023210206A1 - Blower for a fuel cell arrangement

Info

Publication number: DE102023210206A1
Application number: DE102023210206.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Hahn; Michael Linder; Marius Panzer
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2023-10-18
Filing date: 2023-10-18
Publication date: 2025-04-24
Also published as: WO2025082892A1

Abstract

Ein Gebläse (1) für eine Brennstoffzellenanordnung zur Rezirkulation eines für den Betrieb der Brennstoffzellenanordnung eingesetzten Gasgemischs ist mit einem Antriebsmotor (7, 8, 9) versehen, der einen mit einer Motorwelle (7) gekoppelten Rotor (9) und einen radial außerhalb des Rotors (9) angeordneten Stator (8) aufweist. Radial zwischen dem Rotor (9) und dem Stator (8) ist ein Ringkanal (10) zur Leitung des Gasgemischs von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite des Ringkanals (10) vorgesehen, wobei im Bereich der Austrittsseite des Ringkanals (10) ein mit der Motorwelle (7) gekoppeltes Gebläselaufrad (5) vorgesehen ist, um bei Rotation das Gasgemisch von der Eintrittsseite zu der Austrittseite des Ringkanals (10) zu fördern. Ferner ist eine Strömungsleiteinrichtung (14) vorgesehen, um auf das in den Ringkanal (10) eintretende Gasgemisch einen Drall in Umfangsrichtung des Ringkanals (10) aufzuprägen. Der Ringkanal (10) wird mit einer Baugruppe aus einer Außenwand (16; 21) und einer Innenwand (17) begrenzt, wobei die Strömungsleiteinrichtung (14) an der Eintrittsseite zwischen der Außenwand (16; 21) und der Innenwand (17) vorgesehen ist.

A blower (1) for a fuel cell arrangement for recirculating a gas mixture used to operate the fuel cell arrangement is provided with a drive motor (7, 8, 9) which has a rotor (9) coupled to a motor shaft (7) and a stator (8) arranged radially outside the rotor (9). An annular channel (10) for conducting the gas mixture from an inlet side to an outlet side of the annular channel (10) is provided radially between the rotor (9) and the stator (8). In the region of the outlet side of the annular channel (10), a blower impeller (5) coupled to the motor shaft (7) is provided in order to convey the gas mixture from the inlet side to the outlet side of the annular channel (10) upon rotation. Furthermore, a flow guide device (14) is provided to impart a swirl in the circumferential direction of the annular channel (10) to the gas mixture entering the annular channel (10). The annular channel (10) is defined by an assembly comprising an outer wall (16; 21) and an inner wall (17), with the flow guide device (14) being provided on the inlet side between the outer wall (16; 21) and the inner wall (17).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebläse für eine Brennstoffzellenanordnung zur Rezirkulation eines für den Betrieb der Brennstoffzellenanordnung eingesetzten Gasgemischs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Gebläse, mit dem eine Abscheidung von Wasser aus dem Gasgemisch ermöglicht wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung mit einem derartigen Gebläse.The present invention relates to a blower for a fuel cell assembly for recirculating a gas mixture used for operating the fuel cell assembly. In particular, the present invention relates to a blower that enables the separation of water from the gas mixture. Furthermore, the invention relates to a fuel cell assembly with such a blower.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen verschiedener Bauarten werden für stationäre und mobile Anwendungen eingesetzt. Bei derartigen bekannten Brennstoffzellen, bei denen Wasserstoff als Energieträger eingesetzt wird, besteht der Bedarf, gasförmige Medien zu fördern. Insbesondere sind Brennstoffzellen mit einem Anodenbereich und einem Kathodenbereich bekannt, wobei Wasserstoff aus dem Anodenbereich rezirkuliert wird, um die Funktion der Brennstoffzelle zu gewährleisten. Hierzu werden im Stand der Technik Gebläse eingesetzt, die zur Förderung des entsprechenden gasförmigen Mediums eingerichtet sind.Fuel cells of various designs are used for stationary and mobile applications. In such known fuel cells, which use hydrogen as the energy carrier, there is a need to convey gaseous media. In particular, fuel cells with an anode region and a cathode region are known, with hydrogen being recirculated from the anode region to ensure the function of the fuel cell. For this purpose, fans designed to convey the corresponding gaseous medium are used in the prior art.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes und einfach herstellbares Gebläse zur Verfügung zu stellen, mit dem die Funktion des Brennstoffzellensystems sichergestellt werden kann. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.The object of the invention is to provide an improved and easily manufactured blower that can ensure the proper functioning of the fuel cell system. This object is achieved by the features of the claims.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem Aspekt ein Gebläse für eine Brennstoffzellenanordnung. Das Gebläse für eine Brennstoffzellenanordnung ist zur Rezirkulation eines für den Betrieb der Brennstoffzellenanordnung eingesetzten Gasgemischs vorgesehen. Das Gebläse weist einen Antriebsmotor auf, der einen mit einer Motorwelle gekoppelten Rotor und einen radial außerhalb des Rotors angeordneten Stator aufweist. According to one aspect, the present invention relates to a blower for a fuel cell assembly. The blower for a fuel cell assembly is provided for recirculating a gas mixture used to operate the fuel cell assembly. The blower has a drive motor that has a rotor coupled to a motor shaft and a stator arranged radially outside the rotor.

Dabei ist radial zwischen dem Rotor und dem Stator ein Ringkanal zur Leitung des Gasgemischs von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite des Ringkanals vorgesehen, wobei im Bereich der Austrittsseite des Ringkanals ein mit der Motorwelle gekoppeltes Gebläselaufrad vorgesehen ist, um bei Rotation das Gasgemisch von der Eintrittsseite zu der Austrittsseite des Ringkanals zu fördern.In this case, an annular channel is provided radially between the rotor and the stator for conducting the gas mixture from an inlet side to an outlet side of the annular channel, wherein in the region of the outlet side of the annular channel a fan impeller coupled to the motor shaft is provided in order to convey the gas mixture from the inlet side to the outlet side of the annular channel during rotation.

Das Gebläse weist ferner eine Strömungsleiteinrichtung auf, die im Bereich der Eintrittsseite des Ringkanals vorgesehen und eingerichtet ist, um auf das in den Ringkanal eintretende Gasgemisch einen Drall in Umfangsrichtung des Ringkanals aufzuprägen.The blower further comprises a flow guide device which is provided in the region of the inlet side of the annular channel and is designed to impart a swirl in the circumferential direction of the annular channel to the gas mixture entering the annular channel.

Bei dem Gebläse ist der Ringkanal mit einer Baugruppe aus einer Außenwand und einer Innenwand begrenzt, wobei die Strömungsleiteinrichtung an der Eintrittsseite zwischen der Außenwand und der Innenwand vorgesehen ist.In the blower, the annular duct is defined by an assembly consisting of an outer wall and an inner wall, with the flow guide device being provided on the inlet side between the outer wall and the inner wall.

Das Gebläse kann zur Rezirkulation eines Gasgemischs eingesetzt werden, das einem Anodenbereich der Brennstoffzellenanordnung zugeordnet ist. Das Gasgemisch kann Wasserstoff enthalten. Das Gasgemisch kann ferner weitere Komponenten enthalten, die sich insbesondere aus der Reaktion des Wasserstoffs im Anodenbereich der Brennstoffzellenanordnung ergeben können. Das Gasgemisch kann Wasser enthalten, das sich aus der Reaktion des Wasserstoffs ergibt. Das Gasgemisch kann durch den Anodenbereich der Brennstoffzellenanordnung hindurchgeführt werden.The blower can be used to recirculate a gas mixture associated with an anode region of the fuel cell assembly. The gas mixture can contain hydrogen. The gas mixture can also contain other components that can result, in particular, from the reaction of the hydrogen in the anode region of the fuel cell assembly. The gas mixture can contain water, which results from the reaction of the hydrogen. The gas mixture can be passed through the anode region of the fuel cell assembly.

Das Gebläse kann über entsprechende Rohrleitungen innerhalb der Brennstoffzellenanordnung mit einem oder mehreren Brennstoffzellenmodulen so verbunden sein, dass das Gebläse das Gasgemisch durch den Anodenbereich der Brennstoffzellenanordnung leiten kann. Das Gebläse kann ferner mit einer Wasserstoffquelle verbunden sein, über die das rezirkulierte Gasgemisch hinsichtlich des Wasserstoffgehalts eingestellt werden kann. Das Gebläse kann mit einem Antriebsmotor betrieben werden, der als Elektromotor ausgestaltet sein kann. Der Elektromotor kann als bürstenloser Motor ausgebildet sein. Der Antriebsmotor kann als Medienspaltmotor ausgebildet sein. In diesem Fall kann das von dem Gebläse geförderte Medium, insbesondere das bei der Brennstoffzellenanordnung eingesetzte Gasgemisch, durch den Ringkanal gefördert werden. Der Ringkanal kann dabei eine zylindrische Innenwand und eine zylindrische Außenwand aufweisen. Zwischen der zylindrischen Innenwand und der zylindrischen Außenwand des Ringkanals kann das Gasgemisch von der Eintrittsseite zu der Austrittsseite strömen. Die zylindrische Außenwand kann dabei zumindest abschnittsweise als äußeres Rohr ausgebildet sein, das radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Die zylindrische Innenwand kann zumindest abschnittsweise durch einen Außenumfang des Rotors gebildet sein. Die zylindrische Innenwand kann alternativ zumindest abschnittsweise durch ein inneres Rohr gebildet sein, das radial außerhalb des Rotors angeordnet ist.The blower can be connected to one or more fuel cell modules via appropriate piping within the fuel cell arrangement such that the blower can direct the gas mixture through the anode region of the fuel cell arrangement. The blower can also be connected to a hydrogen source, via which the hydrogen content of the recirculated gas mixture can be adjusted. The blower can be operated by a drive motor, which can be configured as an electric motor. The electric motor can be designed as a brushless motor. The drive motor can be designed as a media gap motor. In this case, the medium conveyed by the blower, in particular the gas mixture used in the fuel cell arrangement, can be conveyed through the annular channel. The annular channel can have a cylindrical inner wall and a cylindrical outer wall. The gas mixture can flow from the inlet side to the outlet side between the cylindrical inner wall and the cylindrical outer wall of the annular channel. The cylindrical outer wall can be designed, at least in sections, as an outer tube that is arranged radially inside the stator. The cylindrical inner wall may be formed, at least in part, by an outer periphery of the rotor. Alternatively, the cylindrical inner wall may be formed, at least in part, by an inner tube arranged radially outside the rotor.

Das mit der Motorwelle gekoppelte Gebläselaufrad kann an der Austrittsseite des Ringkanals derart vorgesehen sein, dass das Gasgemisch durch den Ringkanal bei Rotation des Gebläselaufrads gefördert werden kann. Das Gebläselaufrad kann eine Anordnung von Schaufeln aufweisen, die um den Umfang des Gebläselaufrads verteilt sind. Durch Rotation des Gebläselaufrads kann das Gasgemisch auf der Grundlage einer entsprechenden Pumpfunktion gefördert werden. Dabei kann das Gebläselaufrad das Gasgemisch aufgrund der Rotation in einer radialen Richtung bezogen auf den Ringkanal fördern.The fan impeller coupled to the motor shaft can be provided on the outlet side of the annular channel in such a way that the gas mixture is forced through the annular channel when the fan impeller rotates. The fan impeller can have an arrangement of blades distributed around the circumference of the fan impeller. Rotation of the fan impeller can convey the gas mixture based on a corresponding pumping function. Due to its rotation, the fan impeller can convey the gas mixture in a radial direction relative to the annular channel.

Die Strömungsleiteinrichtung kann im Bereich der Eintrittsseite des Ringkanals vorgesehen und derart eingerichtet sein, dass auf das in den Ringkanal eintretende Gasgemisch ein Drall in Umfangsrichtung des Ringkanals erzeugt wird, der das Gasgemisch um die Innenwand des Ringkanals herum bewegt. Insbesondere kann die Strömungsleiteinrichtung derart eingerichtet sein, dass das Gasgemisch entlang Stromlinien durch den Ringkanal bewegt wird, die eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente aufweisen. Aufgrund der Überlagerung der Umfangsgeschwindigkeitskomponente mit einer Axialgeschwindigkeitskomponente kann das Gasgemisch mit einer Schraubenform um die Innenwand des Ringkanals gefördert werden. Insofern ist die Strömungsleiteinrichtung derart ausgebildet, dass ein Drall zur Ausbildung von schraubenförmigen Stromlinien des Gasgemischs um die Längsachse des Ringkanals erzeugt werden kann. Aufgrund des Dralls, der durch die Strömungsleiteinrichtung auf das geförderte Gasgemisch aufgeprägt wird, wird auf die Bestandteile des Gasgemischs eine Zentrifugalkraft aufgeprägt, die bewirkt, dass Bestandteile mit höherer Dichte des Gasgemischs sich innerhalb des Ringkanals radial nach außen bewegen.The flow guide device can be provided in the region of the inlet side of the annular channel and configured such that a swirl in the circumferential direction of the annular channel is generated on the gas mixture entering the annular channel, which swirl moves the gas mixture around the inner wall of the annular channel. In particular, the flow guide device can be configured such that the gas mixture is moved through the annular channel along streamlines that have a circumferential velocity component. Due to the superposition of the circumferential velocity component with an axial velocity component, the gas mixture can be conveyed in a helical shape around the inner wall of the annular channel. In this respect, the flow guide device is designed such that a swirl can be generated to form helical streamlines of the gas mixture around the longitudinal axis of the annular channel. Due to the swirl imposed on the conveyed gas mixture by the flow guide device, a centrifugal force is imposed on the components of the gas mixture, causing components with a higher density of the gas mixture to move radially outwards within the annular channel.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Strömungsleiteinrichtung eine durchströmbare Anordnung von Leitschaufeln aufweisen, die sich zwischen der Außenwand und der Innenwand erstrecken.According to one embodiment, the flow guiding device may comprise a flow-through arrangement of guide vanes extending between the outer wall and the inner wall.

Gemäß einer Ausführungsform kann die die Strömungsleiteinrichtung einstückig mit zumindest einem von der Außenwand und der Innenwand ausgebildet sein. Hierzu können die Elemente der Strömungsleiteinrichtung gemeinsam mit den Ringkanal zumindest abschnittsweise begrenzenden rohrförmigen Elementen hergestellt werden. Die Elemente des Ringkanals können Leitschaufeln umfassen.According to one embodiment, the flow guide device can be formed integrally with at least one of the outer wall and the inner wall. For this purpose, the elements of the flow guide device can be manufactured together with tubular elements that delimit the annular channel at least in sections. The elements of the annular channel can comprise guide vanes.

Gemäß einer Ausführungsform können die Außenwand oder die Innenwand über die Strömungsleiteinrichtung zu einer Baugruppe verbunden sein. Alternativ können die Außenwand und die Innenwand über die Strömungsleiteinrichtung zu einer Baugruppe verbunden sein.According to one embodiment, the outer wall or the inner wall can be connected to form a single assembly via the flow-guiding device. Alternatively, the outer wall and the inner wall can be connected to form a single assembly via the flow-guiding device.

Gemäß einer Ausführungsform kann die an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsleiteinrichtung ein Strömungseinbau vorgesehen sein, der eingerichtet ist, um eine auf den Strömungseinbau gerichtete Strömung über die Strömungsleiteinrichtung in den Ringkanal zu leiten. Der Strömungseinbau kann einstückig mit den Ringkanal begrenzenden rohrförmigen Elementen hergestellt werden. Der Strömungseinbau kann alternativ oder zusätzlich einstückig mit den Elementen der Strömungsleiteinrichtung hergestellt sein.According to one embodiment, a flow insert can be provided on the upstream side of the flow guide device, which is configured to guide a flow directed toward the flow insert via the flow guide device into the annular channel. The flow insert can be manufactured integrally with the tubular elements delimiting the annular channel. Alternatively or additionally, the flow insert can be manufactured integrally with the elements of the flow guide device.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Strömungseinbau insbesondere einstückig zumindest mit der Außenwand ausgebildet sein.According to one embodiment, the flow installation can in particular be formed integrally at least with the outer wall.

Gemäß einer Ausführungsform können die Außenwand und die Innenwand über die Strömungsleiteinrichtung zu einer Baugruppe als ein Teil gefertigt sein. Hierzu kann ein Spitzgussverfahren eingesetzt werden. Alternativ kann zumindest ein Abschnitt der Baugruppe mit einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt werden.According to one embodiment, the outer wall and the inner wall can be manufactured as a single part via the flow guide device to form an assembly. An injection molding process can be used for this purpose. Alternatively, at least a portion of the assembly can be manufactured using an additive manufacturing process.

Gemäß einer Ausführungsform kann die als ein Teil gefertigte Baugruppe den Strömungseinbau umfassen. In diesem Fall werden die den Ringkanal begrenzenden Elemente, die Leitschaufeln und der Strömungseinbau gemeinsam gefertigt.According to one embodiment, the assembly manufactured as a single part may include the flow insert. In this case, the elements defining the annular channel, the guide vanes, and the flow insert are manufactured together.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Baugruppe aus Kunststoff gefertigt sein. Die Baugruppe kann aus Aliminium hergestellt sein.According to one embodiment, the assembly may be made of plastic. The assembly may be made of aluminum.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Baugruppe mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt ist. Dabei können auf einzelne Abschnitte der Baugruppe additiv gefertigt werden und zusätzlich weitere Herstellungsverfahren zum Einsatz kommen.According to one embodiment, the assembly can be manufactured using an additive manufacturing process. Individual sections of the assembly can be additively manufactured, and additional manufacturing processes can be used.

Gemäß einer Ausführungsform kann an der radial innen liegenden Seite der Innenwand ein Lagersitz für ein Lager zum Abstützen der Motorwelle vorgesehen sein. Das Lager kann in diesem Fall gegenüber dem inneren Rohr, das den Ringkanal begrenzt, und somit gegenüber dem Gehäuse des Gebläses abgestützt werden.According to one embodiment, a bearing seat for a bearing supporting the motor shaft can be provided on the radially inner side of the inner wall. In this case, the bearing can be supported relative to the inner tube defining the annular channel and thus relative to the fan housing.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein Lagersitz für ein Lager zum Abstützen der Motorwelle an einem Innenumfang des Strömungseinbaus ausgebildet sein. Das Lager kann in diesem Fall gegenüber dem Gehäuse des Gebläses über der Strömungsleiteinrichtung abgestützt werden.According to one embodiment, a bearing seat for a bearing for supporting the motor shaft can be formed on an inner circumference of the flow assembly. In this case, the bearing can be supported relative to the fan housing above the flow guide device.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagersitz aus einem Metallwerkstoff ausgebildeten und an das Material der Innenwand angeformt sein. Hierzu kann ein Ring als Lagersitz in oder an das Material der Innenwand angebracht sein. Dabei kann der Lagersitz bei der Herstellung der inneren Rohrs oder des Strömungseinbaus integriert werden.According to one embodiment, the bearing seat can be made of a metal material and molded onto the material of the inner wall. For this purpose, a ring can be attached as a bearing seat in or onto the material of the inner wall. the bearing seat can be integrated during the manufacture of the inner tube or the flow installation.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Bereich der Austrittsseite des Ringkanals in eine Wasserabfuhranordnung münden, die zur Abfuhr von sich an der Wand der Aufweitung bewegendes Wassers zu einer Wasseraustrittsanordnung eingerichtet. Die Wasserabfuhranordnung kann als ringförmiger Kanal am Austrittsende ausgebildet sein, der mit einer Leitung zum Abführen des in den Ringkanal eintretenden Wassers verbunden sein kann. Die Wasserabfuhranordnung kann als mindestens eine Öffnung in oder an der Austrittsseite des Ringkanals ausgebildet sein, in das das Wasser eintreten kann. Die Wasseraustrittsanordnung kann einen Behälter zur Aufnahme des aus der Wasserabfuhranordnung abgeführten Wassers aufweisen. Die Wasseraustrittsanordnung kann ferner eine Leitung aufweisen, mit der das von der Wasserabfuhranordnung abgeführte Wasser abgeführt, insbesondere in die Umgebung abgelassen werden kann.According to one embodiment, in the region of the outlet side of the annular channel, a water drainage arrangement can open, which is configured to drain water moving along the wall of the widened portion to a water outlet arrangement. The water drainage arrangement can be designed as an annular channel at the outlet end, which can be connected to a line for draining the water entering the annular channel. The water drainage arrangement can be designed as at least one opening in or on the outlet side of the annular channel, into which the water can enter. The water outlet arrangement can have a container for receiving the water drained from the water drainage arrangement. The water outlet arrangement can further have a line by means of which the water drained by the water drainage arrangement can be drained away, in particular into the environment.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Brennstoffzellenanordnung mit einem Gebläse angegeben, das eines oder mehrere der vorstehend genannten Merkmale aufweist, wobei das Gebläse zur Rezirkulation eines für den Betrieb der Brennstoffzellenanordnung eingesetzten Gasgemischs mit der Brennstoffzellenanordnung verbunden ist. Dabei kann das Gebläse mit einer Leitungsanordnung in der Brennstoffzellenanordnung mit einem Brennstoffzellenmodul verbunden sein. Das Gebläse kann zum Rezirkulieren von Wasserstoff enthaltendem Gas für die Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein. Insbesondere kann die Rezirkulation des Wasserstoff enthaltenden Gases für die Anodenseite der Brennstoffzellenanordnung ausgebildet sein. Das Gebläse kann bedarfsweise über eine Steuerungseinrichtung gesteuert werden, wobei ein Betriebszustand der Brennstoffzellenanordnung berücksichtigt werden kann. Die Brennstoffzellenanordnung kann auch mehrere Gebläse der vorstehend beschriebenen Bauart aufweisen, die entsprechend mit Leitungen in die Brennstoffzellenanordnung eingebunden sind.According to a further aspect, a fuel cell arrangement is provided with a blower that has one or more of the features mentioned above, wherein the blower is connected to the fuel cell arrangement for recirculating a gas mixture used for operating the fuel cell arrangement. The blower can be connected to a fuel cell module via a line arrangement in the fuel cell arrangement. The blower can be provided for recirculating hydrogen-containing gas for the fuel cell arrangement. In particular, the recirculation of the hydrogen-containing gas can be designed for the anode side of the fuel cell arrangement. The blower can be controlled via a control device as needed, wherein an operating state of the fuel cell arrangement can be taken into account. The fuel cell arrangement can also have a plurality of blowers of the type described above, which are correspondingly integrated into the fuel cell arrangement via lines.

Das Gebläse und die Brennstoffzellenanordnung können in einer mobilen Anwendung eingesetzt werden. Insbesondere können das Gebläse und die Brennstoffzellenanordnung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug eingesetzt werden, wobei die elektrische Leistung von der Brennstoffzellenanordnung erzeugt werden kann. Alternativ kann die Brennstoffzellenanordnung mit dem Gebläse in einer stationären Anwendung eingesetzt werden. Das Gebläse kann alternativ zum Bereitstellen einer Gasströmung in anderen Bereichen eingesetzt werden. Insbesondere kann das Gebläse zur Erzielung einer Durchströmung der Kathodenseite der Brennstoffzellenanordnung eingesetzt werden.The blower and the fuel cell assembly can be used in a mobile application. In particular, the blower and the fuel cell assembly can be used in an electrically powered vehicle, wherein the electrical power can be generated by the fuel cell assembly. Alternatively, the fuel cell assembly with the blower can be used in a stationary application. Alternatively, the blower can be used to provide a gas flow in other areas. In particular, the blower can be used to achieve a flow through the cathode side of the fuel cell assembly.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

1 shows an embodiment of a fan in a cross-sectional view; and
2 shows a modified embodiment of a blower in a cross-sectional view.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.Embodiments are described below with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt ein Gebläse in einer Ausführungsform in einer Querschnittsansicht. Im Folgenden wird der grundlegende Aufbau des Gebläses auf der Grundlage von 1 beschrieben. Wie in der Querschnittsdarstellung von 1 gezeigt ist, weist das Gebläse 1 ein Hauptgehäuse 2 auf. Das Hauptgehäuse 2 bildet den äußeren Umfang eines Hauptabschnitts des Gebläses 1 und ist in der vorliegenden Ausführungsform zylinderförmig ausgebildet. Radial innerhalb des Hauptgehäuses 2 ist ein Antriebsmotor angeordnet, der einen radial außenliegenden Stator 8, einen radial innenliegenden Rotor 9 und eine mit dem Rotor 9 verbundene Motorwelle 7 aufweist. Der Stator 8 ist drehfest mit dem Hauptgehäuse 2 verbunden. Der Rotor 9 ist mit der drehbaren Motorwelle 7 verbunden, so dass der Rotor 9 sich gemeinsam mit der Motorwelle 7 drehen kann. Die Motorwelle 7 ist beidseitig drehbar über Lager 11, 12 gelagert. Der Rotor 9 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Dauermagnetelement ausgebildet. Der Stator 8 erzeugt bei Energiebeaufschlagung ein rotierendes Magnetfeld, so dass der Rotor 9 sich bei Energiebeaufschlagung des Stators 8 gemeinsam mit der Motorwelle 7 dreht. 1 shows a blower in one embodiment in a cross-sectional view. The basic structure of the blower is described below on the basis of 1 As described in the cross-sectional view of 1 As shown, the fan 1 has a main housing 2. The main housing 2 forms the outer circumference of a main section of the fan 1 and is cylindrical in the present embodiment. Arranged radially inside the main housing 2 is a drive motor which has a radially outer stator 8, a radially inner rotor 9 and a motor shaft 7 connected to the rotor 9. The stator 8 is connected to the main housing 2 in a rotationally fixed manner. The rotor 9 is connected to the rotatable motor shaft 7 so that the rotor 9 can rotate together with the motor shaft 7. The motor shaft 7 is rotatably mounted on both sides via bearings 11, 12. In the present embodiment, the rotor 9 is designed as a permanent magnet element. When energized, the stator 8 generates a rotating magnetic field so that the rotor 9 rotates together with the motor shaft 7 when energized.

An der linken Seite in 1 weist das Hauptgehäuse 2 ein Austrittsgehäuse 4 auf. Das Austrittsgehäuse 4 weist im Zentrum einen Durchgang auf, durch den die Motorwelle 7 hindurchtritt. Im Bereich des Austrittsgehäuses 4 ist ein Gebläselaufrad 5 mit der Motorwelle 7 verbunden. Eine Rotation der Motorwelle 7 bewirkt eine Rotation des Gebläselaufrads 5. Das Austrittsgehäuse 4 weist radial außerhalb des Austrittsgehäuses 4 eine Austrittsvolute auf, die einen in Umfangsrichtung variablen Durchmesser hat und die zum Gebläselaufrad 5 hin offen ist. An dem Austrittsgehäuse 4 ist ein Gehäuseflansch 6 angebracht, der in der Mitte einen Durchgang aufweist, in den die Motorwelle 7 hineinragt.On the left side in 1 the main housing 2 has an outlet housing 4. The outlet housing 4 has a passage in the center through which the motor shaft 7 passes. In the area of the outlet housing 4, a fan impeller 5 is connected to the motor shaft 7. Rotation of the motor shaft 7 causes rotation of the fan impeller 5. The outlet housing 4 has an outlet volute radially outside the outlet housing 4, which has a circumferentially variable diameter and is open towards the fan impeller 5. A housing flange 6 is attached to the outlet housing 4, which has a passage in the center into which the motor shaft 7 projects.

Das Gebläselaufrad 5 weist Schaufeln auf, die mit einer vorbestimmten Form zur Erzielung der Pumpfunktion ausgestaltet sind. Die Innenseite des Gehäuseflanschs 6 und die Innenseite des Austrittsgehäuses 4 sind im radialen Bereich, an dem das Gebläselaufrad 5 vorgesehen ist, an die Kontur des Gebläselaufrads 5 angepasst. Radial außerhalb des Gebläselaufrads 5 befindet sich ein Ringspalt, der zu der Volute innerhalb des Austrittsgehäuses 4 offen ist. An der dem Rotor 9 abgewandten Seite des Gebläselaufrads 5 ist das Lager 11 zum Abstützen der Motorwelle 7 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Lager 11 einen Satz Wälzlager, die mit dem Außenring in den Gehäuseflansch eingesetzt sind und die mit dem Innenring auf die Motorwelle 7 aufgesetzt sind. Der Gehäuseflansch 6 weist an der bezüglich des Rotors abgewandten Seite des Lagers 11 einen nicht näher erläuterten Deckel auf.The fan impeller 5 has blades that are designed with a predetermined shape to achieve the pumping function. The inside of the The housing flange 6 and the inside of the outlet housing 4 are adapted to the contour of the fan impeller 5 in the radial region where the fan impeller 5 is provided. Radially outside the fan impeller 5 there is an annular gap which is open to the volute within the outlet housing 4. On the side of the fan impeller 5 facing away from the rotor 9 there is the bearing 11 for supporting the motor shaft 7. In the present embodiment the bearing 11 comprises a set of rolling bearings which are inserted into the housing flange with the outer ring and which are placed onto the motor shaft 7 with the inner ring. The housing flange 6 has a cover (not explained in more detail) on the side of the bearing 11 facing away from the rotor.

Radial zwischen dem Stator 8 und dem Rotor 9 ist ein Ringkanal 10 vorgesehen. Eine radiale Innenwand 17 des Ringkanals 10 wird durch einen Außenumfang 20 des Rotors 9 und durch einen Außenumfang eines Strömungseinbaus 15 gebildet. In einer alternativen Ausführungsform wird die radiale Innenwand durch ein inneres Rohr, das den Rotor 9 umgibt, und durch den Außenumfang des Strömungseinbaus 15 gebildet. An der bezüglich des Rotors 9 abgewandten Seite des Leitgitters 14 ist der Strömungseinbau 15 in der Form eines achssymmetrischen Strömungskörpers vorgesehen. Der Strömungseinbau 15 weist eine Kuppel- bzw. Kalottenform auf. Der Außendurchmesser des Strömungseinbaus 15 ist kleiner als der Durchmesser des äußeren Rohrs des Ringkanals 10. Der Strömungseinbau 15 ragt axial in einen Bereich des Eintrittsgehäuses 3, in dem eine Verengung vorgesehen ist. Der Strömungseinbau 15 hat bezogen auf die Anströmung aus dem Eintrittsgehäuse 3 eine strömungsoptimierte Außenkontur. Der Strömungseinbau 15 weist eine äußere Umfangsfläche auf, die zumindest am Eintrittsbereich als Innenwand 17 des Ringkanals 10 dient.An annular channel 10 is provided radially between the stator 8 and the rotor 9. A radial inner wall 17 of the annular channel 10 is formed by an outer circumference 20 of the rotor 9 and by an outer circumference of a flow insert 15. In an alternative embodiment, the radial inner wall is formed by an inner tube surrounding the rotor 9 and by the outer circumference of the flow insert 15. On the side of the guide vane 14 facing away from the rotor 9, the flow insert 15 is provided in the form of an axisymmetric flow body. The flow insert 15 has a dome or spherical cap shape. The outer diameter of the flow insert 15 is smaller than the diameter of the outer tube of the annular channel 10. The flow insert 15 projects axially into a region of the inlet housing 3 in which a constriction is provided. The flow insert 15 has a flow-optimized outer contour with respect to the inflow from the inlet housing 3. The flow insert 15 has an outer circumferential surface that serves as the inner wall 17 of the annular channel 10, at least in the inlet area.

Das äußere Rohr weist eine radiale Außenwand 16 auf und hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Rotors 9. Der Stator 8 befindet sich radial außerhalb des äußeren Rohrs. Somit wird der Ringkanal 10 gebildet, der von einem Fluid durchströmbar ist. Der Ringkanal 10 mündet an der linken Seite in 1 im Bereich des Gebläselaufrads 5. An der rechten Seite des Ringkanals 10 befindet sich eine unten beschriebene Strömungsleiteinrichtung.The outer tube has a radial outer wall 16 and a diameter that is larger than the diameter of the rotor 9. The stator 8 is located radially outside the outer tube. This forms the annular channel 10, through which a fluid can flow. The annular channel 10 opens on the left side into 1 in the area of the fan impeller 5. On the right side of the annular channel 10 there is a flow guide device described below.

An der rechten Seite in 1 weist das Gebläse 1 ein Eintrittsgehäuse 3 auf. Das Eintrittsgehäuse 3 ist zylindrisch ausgestaltet und mit einem Abschnitt in das Hauptgehäuse 2 eingesetzt. Zwischen dem Eintrittsgehäuse 3 und dem Hauptgehäuse 2 ist ein Dichtungselement vorgesehen. Das Eintrittsgehäuse 3 wird über einen Montageflansch mit dem Hauptgehäuse 2 verschraubt. Der Eintrittsflansch 13 dient dazu, mit einer Rohrleitung der Brennstoffzellenanordnung verbunden zu werden.On the right side in 1 The blower 1 has an inlet housing 3. The inlet housing 3 is cylindrical and a portion of it is inserted into the main housing 2. A sealing element is provided between the inlet housing 3 and the main housing 2. The inlet housing 3 is screwed to the main housing 2 via a mounting flange. The inlet flange 13 serves to connect to a pipe of the fuel cell assembly.

Im Folgenden wird die Strömungsleiteinrichtung erläutert. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Strömungsleiteinrichtung in der Form eines Leitgitters 14 an dem in 1 rechten Abschnitt des Ringkanals 10 vorgesehen. Das Leitgitter 14 weist eine Anordnung von Leitschaufeln auf, die um einen Umfang der Strömungsleiteinrichtung verteilt sind. Die Leitschaufeln sind insbesondere in dem Bereich vorgesehen, der einen Eintrittsbereich des Ringkanal 10 bildet. Das Leitgitter 14 ist durch einen Durchlass in dem Eintrittsgehäuse 3 in Richtung auf den Ringkanal 10 durchströmbar.The flow control device is explained below. As in 1 As shown, the flow guide device is in the form of a guide grid 14 on the 1 right-hand section of the annular channel 10. The guide vanes 14 have an arrangement of guide vanes distributed around a circumference of the flow guide device. The guide vanes are provided in particular in the region that forms an inlet region of the annular channel 10. The guide vanes 14 can be flowed through through a passage in the inlet housing 3 in the direction of the annular channel 10.

In der vorliegenden Ausführungsform ist das Leitgitter 14 mit den Elementen des Ringkanals 10 integriert. Insbesondere weist die radiale Außenwand 16 im Eintrittsbereich des Ringkanals 10 die Leitschaufeln des Leitgitters 14 auf. Die Leitschaufeln sind dabei einstückig mit dem äußeren Rohr des Ringkanals 10 ausgebildet. Mit diesem Aufbau wird eine vereinfachte Herstellung des Ringkanals 10 ermöglicht, da das äußere Rohr mit den Leitschaufeln des Leitgitters 14 als ein Teil herstellbar ist. Das aus äußerem Rohr und Leitschaufeln aufgebaute Bauteil ist auf Kunststoff durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. In einer abgewandelten Ausführungsform ist das aus innerem Rohr und Leitschaufeln aufgebaute Bauteil mit einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere durch ein 3-D-Druckverfahren hergestellt.In the present embodiment, the guide vanes 14 are integrated with the elements of the annular channel 10. In particular, the radial outer wall 16 in the inlet region of the annular channel 10 has the guide vanes of the guide vanes 14. The guide vanes are formed integrally with the outer tube of the annular channel 10. This design enables simplified production of the annular channel 10, since the outer tube can be manufactured as a single part with the guide vanes of the guide vanes 14. The component composed of the outer tube and guide vanes is manufactured from plastic using an injection molding process. In a modified embodiment, the component composed of the inner tube and guide vanes is manufactured using an additive manufacturing process, in particular using a 3D printing process.

Eine weitere Ausführungsform ist in 2 gezeigt. Wie ersichtlich ist, erstreckt sich die Motorwelle 7 radial in den Raum zwischen den Leitschaufeln des Leitgitters 14 und stützt sich an der radial inneren Seite des Strömungseinbaus 15 ab. Das Lager 12 stützt sich mit dem Außenumfang an dem axialen Bereich des Strömungseinbaus 15 ab, an dem das Leitgitter 14 vorgesehen ist. Hierzu ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Lagersitz 18 in dem Strömungseinbau 15 integriert. Der Lagersitz 18 ist dabei als aus Metall hergestellter Ring ausgebildet, der in das Material des Strömungseinbaus 15 integriert ist. Hierzu kann der Lagersitz 18 beim Herstellungsverfahren des Bauteils eingespritzt bzw. umspritzt werden. Die Motorwelle 7 ist in dem Bereich, in dem das Leitgitter 14 vorgesehen ist, über den Lagersitz 18, den Strömungseinbau 15, das Leitgitter 14 und einen Außenflansch 21 gegenüber dem Hauptgehäuse 2 abgestützt.Another embodiment is in 2 shown. As can be seen, the motor shaft 7 extends radially into the space between the guide vanes of the guide vane 14 and is supported on the radially inner side of the flow insert 15. The outer circumference of the bearing 12 is supported on the axial region of the flow insert 15 where the guide vane 14 is provided. For this purpose, in the present embodiment, a bearing seat 18 is integrated into the flow insert 15. The bearing seat 18 is designed as a ring made of metal that is integrated into the material of the flow insert 15. For this purpose, the bearing seat 18 can be injection-molded or over-molded during the manufacturing process of the component. The motor shaft 7 is supported in the region where the guide vane 14 is provided via the bearing seat 18, the flow insert 15, the guide vane 14 and an outer flange 21 relative to the main housing 2.

Der Strömungseinbau 15 ist in der Ausführungsform von 2 als einstückiges Bauteil mit den Leitschaufeln und dem Außenflansch 21 ausgebildet. Dieses einstückige Bauteil aus Strömungseinbau 15, Leitschaufeln und Außenflansch 21 wird bei der Montage an den Endabschnitt des Ringkanals 10 angesetzt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Strömungseinbau einstückig mit dem aus äußerem Rohr, innerem Rohr und Leitschaufeln aufgebauten Bauteil hergestellt, sodass der Außenflansch 21 einstückig mit dem äußeren Rohr ausgebildet ist.The flow installation 15 is in the embodiment of 2 as a one-piece component with the guide vanes and the outer flange 21. This one-piece component consisting of flow insert 15, guide vanes and outer flange 21 is the assembly is attached to the end section of the annular channel 10. In an alternative embodiment, the flow installation is manufactured in one piece with the component composed of the outer tube, inner tube, and guide vanes, so that the outer flange 21 is formed in one piece with the outer tube.

In einer alternativen Ausführungsform ist aus äußerem Rohr, innerem Rohr und Leitschaufeln sowie gegebenenfalls Strömungseinbau 15 aufgebaute Bauteil aus einem Metallwerkstoff, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt. In diesem Fall kann auf den separaten Lagersitz 18 verzichtet werden.In an alternative embodiment, the component composed of the outer tube, inner tube, and guide vanes, as well as, if applicable, the flow insert 15, is made of a metal material, such as an aluminum alloy. In this case, the separate bearing seat 18 can be omitted.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist eine Durchströmung des Gebläses 1 von der Eintrittsseite, die auf der rechten Seite in 1 gelegen ist, zu der Austrittsseite, die auf der linken Seite in der 1 gelegen ist, möglich. Insbesondere verläuft die Strömung in das Eintrittsgehäuse 3, durch einen sich aufweitenden Ringspalt zwischen dem Strömungseinbau 15 und der Innenwand des Eintrittsgehäuses 3, durch das Leitgitter 14, in den Ringkanal 10 zu dem Gebläselaufrad 5, wobei das Gasgemisch durch die Rotation des Gebläselaufrads 5 in die Austrittsvolute in dem Austrittsgehäuse 4 getrieben wird.With the structure described above, a flow through the fan 1 from the inlet side, which is on the right side in 1 to the exit side, which is on the left side in the 1 is located, is possible. In particular, the flow into the inlet housing 3 runs through a widening annular gap between the flow insert 15 and the inner wall of the inlet housing 3, through the guide vane 14, into the annular channel 10 to the fan impeller 5, wherein the gas mixture is driven into the outlet volute in the outlet housing 4 by the rotation of the fan impeller 5.

Im Folgenden wir das Konzept des dargestellten Gebläses 1 näher erläutert.The concept of the blower 1 shown is explained in more detail below.

Die Anordnung von Flügeln bzw. Schaufeln in dem Leitgitter 14 bewirkt bei Durchströmung eine Ablenkung des durch das Leitgitter 14 strömenden Gasgemischs in einer Umfangsrichtung. Zu diesem Zweck weist das Leitgitter 14 entsprechend bezüglich der Längsachse des Ringkanals 10 geneigte und profilierte Flügel bzw. Schaufeln auf. Somit wird bewirkt, dass ein im Wesentlichen geradlinig in das Leitgitter 14 eintretendes Gasgemisch mit einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung aus dem Leitgitter 14 austritt. Dabei wird dieser Effekt erzielt, wenn das Gebläselaufrad 5 betrieben wird, so dass das Gasgemisch durch das Gebläse 1 gefördert wird. Zusätzlich tritt dieser Effekt auch dann auf, wenn das Gasgemisch ohne Rotation des Gebläselaufrads 5 durch das Gebläse 1 und insbesondere durch das Leitgitter 14 und den Ringkanal 10 gefördert wird.The arrangement of vanes or blades in the guide vane 14 causes the gas mixture flowing through the guide vane 14 to be deflected in a circumferential direction during flow. For this purpose, the guide vane 14 has vanes or blades that are inclined and profiled with respect to the longitudinal axis of the annular channel 10. This causes a gas mixture entering the guide vane 14 essentially in a straight line to exit the guide vane 14 with a velocity component in the circumferential direction. This effect is achieved when the fan impeller 5 is operated, so that the gas mixture is conveyed by the fan 1. In addition, this effect also occurs when the gas mixture is conveyed through the fan 1, and in particular through the guide vane 14 and the annular channel 10, without rotation of the fan impeller 5.

Insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise bei Antriebssystemen für Fahrzeuge, ist die Vereisung von Elementen der Brennstoffzellenanordnung und insbesondere des Gebläses 1 zur Rezirkulation des Gasgemischs zu vermeiden. Durch die effiziente Beseitigung des Wassers aus dem Gebläse 1 kann eine solche Eisbildung beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeugs über einen längeren Zeitraum bei niedrigen Temperaturen auf einfache Weise vermieden werden.Particularly in mobile applications, such as vehicle propulsion systems, icing of elements of the fuel cell assembly, and in particular of the blower 1 for recirculating the gas mixture, must be avoided. By efficiently removing the water from the blower 1, such ice formation can be easily prevented, for example, when the vehicle is parked for an extended period at low temperatures.

Aufgrund der Rotation der Strömung des Gasgemischs innerhalb des Ringkanals 10 wird auf die Bestandteile des Gasgemischs eine nach außen wirkende Zentrifugalkraft ausgeübt. Für den Fall, dass Tropfen aus flüssigem Wasser in dem Gasgemisch enthalten sind, wird aufgrund des Dralls bzw. der Rotation der Strömung des Gasgemischs bewirkt, dass die Tropfen aus flüssigem Wasser sich radial nach außen bewegen, so dass sie die Innenseite der radial äußeren Wand des Ringkanals 10 erreichen. Aufgrund der axialen Komponente der Strömung des Gasgemischs innerhalb des Ringkanals 10 werden die an der Innenseite der Außenwand des Ringkanals 10 anhaftenden Wassertropfen axial in Richtung auf die Austrittsseite bewegt.Due to the rotation of the gas mixture flow within the annular channel 10, an outward centrifugal force is exerted on the components of the gas mixture. If droplets of liquid water are present in the gas mixture, the swirl or rotation of the gas mixture flow causes the liquid water droplets to move radially outward, so that they reach the inside of the radially outer wall of the annular channel 10. Due to the axial component of the gas mixture flow within the annular channel 10, the water droplets adhering to the inside of the outer wall of the annular channel 10 are moved axially toward the outlet side.

Bei dem Gebläse kann über eine an der Austrittsseite des Ringkanals vorgesehene und nicht näher beschriebene Wasserabfuhranordnung 19 zur Ableitung von Wasser, das sich aufgrund des Dralls der Strömung in dem Ringkanal 10 an der Innenseite des äußeren Rohrs bewegt, aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Wasserabfuhranordnung 19 als Ringspalt vorgesehen, der in dem Austrittsbereich des Ringkanals 10 angeordnet ist. Das sich entlang der Innenseite des äußeren Rohrs bewegende Wasser kann somit unmittelbar in die Wasserabfuhranordnung in der Form des Ringspalts eintreten. Der Ringspalt der Wasserabfuhranordnung 19 ist in der vorliegenden Ausführungsform mit einer Wasseraustrittsanordnung verbunden, über die das abgeschiedene Wasser entsprechend abgeführt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird das abgeschiedene Wasser in einem nicht gezeigten Behälter gesammelt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Wasser in die Umgebung abgeführt werden, sofern dies im Einklang mit den Umweltbestimmungen ist.The blower can have a water drainage arrangement 19 provided on the outlet side of the annular channel and not described in more detail for draining water that moves on the inside of the outer tube due to the swirl of the flow in the annular channel 10. In one embodiment, the water drainage arrangement 19 is provided as an annular gap arranged in the outlet region of the annular channel 10. The water moving along the inside of the outer tube can thus enter directly into the water drainage arrangement in the form of the annular gap. In the present embodiment, the annular gap of the water drainage arrangement 19 is connected to a water outlet arrangement through which the separated water can be drained accordingly. In the present embodiment, the separated water is collected in a container (not shown). In an alternative embodiment, the water can be drained into the environment, provided this complies with environmental regulations.

Es ist anzumerken, dass die vorstehend genannten Konzepte, die gesondert auf der Basis der Figuren beschrieben wurden, miteinander kombiniert werden können.It should be noted that the above-mentioned concepts, which were described separately on the basis of the figures, can be combined with each other.

Das Gebläse 1 der vorliegenden Ausführungsformen wird in einer Brennstoffzellenanordnung eingesetzt, in der Wasserstoff enthaltendes Gas zirkuliert wird und elektrochemisch unter Erzeugung von elektrischer Energie reagiert. Insbesondere wird das hier beschriebene Gebläse 1 eingesetzt, um einen Anodenbereich einer Brennstoffzellenanordnung zu spülen, um für eine vorbestimmte Zusammensetzung des sich im Anodenbereich befindenden Gasgemischs zu sorgen.The blower 1 of the present embodiments is used in a fuel cell assembly in which hydrogen-containing gas is circulated and electrochemically reacts to generate electrical energy. In particular, the blower 1 described herein is used to purge an anode region of a fuel cell assembly to ensure a predetermined composition of the gas mixture present in the anode region.

In der Brennstoffzellenanordnung können mehrere der vorstehend beschriebenen Gebläse 1 eingesetzt werden. Ferner weist die Brennstoffzellenanordnung grundsätzlich eine Steuerungseinrichtung auf, die unter anderem die Steuerung des Betriebs des Gebläses 1 vornimmt. Hierzu gehört die Steuerung einer Drehzahl des Gebläses 1, mit der die Gebläseleistung eingestellt werden kann. Außerdem wird unter Berücksichtigung des Betriebszustands der Brennstoffzellenanordnung bestimmt, ob ein Betrieb des Gebläses 1 erforderlich ist oder nicht. Für den Fall, dass das Gebläse 1 nicht betrieben wird, ist aufgrund der Struktur des Gebläses als Medienspaltmotor eine Durchleitung des Gasgemischs durch das Gebläse 1 ohne weiteres möglich. Durch die vorstehend beschriebene Struktur des Gebläses 1 und insbesondere der Strömungsleiteinrichtung mit dem Leitgitter 14 wird auch bei nicht betriebenem Gebläse 1 durch die Durchströmung des Gebläses 1 die Abscheidefunktion zum Abscheiden von Wasser herbeigeführt, da das Leitgitter 14 den Drall auf die Gasströmung aufprägt.Several of the above-described blowers 1 can be used in the fuel cell arrangement. Furthermore, the fuel cell arrangement generally has a control device which, among other things, controls the Operation of the blower 1. This includes controlling the speed of the blower 1, which can be used to adjust the blower power. In addition, the operating state of the fuel cell arrangement is used to determine whether operation of the blower 1 is required or not. In the event that the blower 1 is not operated, the structure of the blower as a media gap motor means that the gas mixture can easily be passed through the blower 1. Due to the above-described structure of the blower 1 and in particular the flow guide device with the guide grille 14, the separation function for separating water is brought about by the flow through the blower 1 even when the blower 1 is not in operation, since the guide grille 14 imparts the swirl to the gas flow.

Das vorstehend beschriebene Gebläse ist insbesondere anwendbar auf die vorstehend beschriebene Brennstoffzellenanordnung. Jedoch ist das Gebläse auch bei anderen Brennstoffzellenanordnungen anwendbar, sofern eine Wasserabscheidung zweckdienlich ist.The blower described above is particularly applicable to the fuel cell arrangement described above. However, the blower is also applicable to other fuel cell arrangements, provided water separation is appropriate.

BezugszeichenReference symbol

11: Gebläsefan
22: HauptgehäuseMain housing
33: EintrittsgehäuseInlet housing
44: AustrittsgehäuseOutlet housing
55: GebläselaufradFan impeller
66: GehäuseflanschHousing flange
77: MotorwelleMotor shaft
88: Statorstator
99: Rotorrotor
1010: RingkanalRing canal
1111: Lagerwarehouse
1212: Lagerwarehouse
1313: EintrittsflanschInlet flange
1414: Leitgitter (Strömungsleiteinrichtung)Guide grille (flow control device)
1515: StrömungseinbauFlow installation
1616: Außenwandexterior wall
1717: Innenwandinterior wall
1818: Lagersitzwarehouse location
1919: WasserabfuhranordnungWater drainage arrangement
2020: Außenumfang RotorOuter circumference rotor
2121: Außenwand (Außenflansch)Outer wall (outer flange)

Claims

Fan (1) for a fuel cell arrangement for recirculating a gas mixture used for operating the fuel cell arrangement, with a drive motor (7, 8, 9) which has a rotor (9) coupled to a motor shaft (7) and a stator (8) arranged radially outside the rotor (9), wherein an annular channel (10) for conducting the gas mixture from an inlet side to an outlet side of the annular channel (10) is provided radially between the rotor (9) and the stator (8), wherein in the region of the outlet side of the annular channel (10) a fan impeller (5) coupled to the motor shaft (7) is provided in order to convey the gas mixture from the inlet side to the outlet side of the annular channel (10) during rotation, further comprising a flow guide device (14) which is provided in the region of the inlet side of the annular channel (10) and is designed to apply a To impart swirl in the circumferential direction of the annular channel (10), wherein the annular channel (10) is delimited by an assembly comprising an outer wall (16; 21) and an inner wall (17), wherein the flow guiding device (14) is provided on the inlet side between the outer wall (16; 21) and the inner wall (17).

Blower (1) after Claim 1 , characterized in that the flow guiding device (14) has a flow-through arrangement of guide vanes which extend between the outer wall (16; 21) and the inner wall (17).

Blower (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the flow guiding device (14) is formed integrally with at least one of the outer wall (16; 21) and the inner wall (17).

Blower (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer wall (16; 21) and the inner wall (17) are connected to form an assembly via the flow guiding device (14).

Blower (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a flow installation (15) is provided on the upstream side of the flow guide device (14), which is designed to guide a flow directed towards the flow installation (15) via the flow guide device (14) into the annular channel (10).

Blower (1) after Claim 5 , characterized in that the flow installation (15) is formed integrally at least with the outer wall (21).

Blower (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer wall (21) and the inner wall (17) are manufactured as one part to form an assembly via the flow guiding device (14).

Blower (1) after Claim 7 , characterized in that the assembly manufactured as one part comprises the flow installation (15).

Blower (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly is made of plastic.

Blower (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly is manufactured using an additive manufacturing process.

Blower (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a bearing seat (18) for a bearing (12) for supporting the motor shaft (7) is provided on the radially inner side of the inner wall (17).

Blower (1) after Claim 10 , characterized in that the bearing seat is made of a metal material and is molded onto the material of the inner wall (17).

Fuel cell arrangement with a blower (1) according to one of the preceding claims, which is connected to the fuel cell arrangement for recirculating a gas mixture used for the operation of the fuel cell arrangement.