Beschreibungdescription
NerdichtereinheitNerdichtereinheit
Die Erfindung betrifft eine Nerdichtereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a ner poet unit according to the preamble of claim 1.
Derartige Verdichtereinheiten, insbesondere zur Verdichtung gasförmiger Medien, sind beispielsweise aus der Schrift „Sie- ens Energietechnik, Sonderheft Pumpen und Verdichter, bekannt (Herausgeber und Verlag: Siemens AG, Berlin / München; Siemens Energietechnik 7 (1985) ) . Die Verdichtereinheit weist zumindest einen Verdichter, eine Antriebseinheit, durch welche der Verdichter antreibbar ist, zumindest einen Einlass und zumindest einen Auslass jeweils für das gasförmige Medium wie Luft, Sauerstoff, Stickstoff usw. auf. Durch die Verdichtung innerhalb einer derartigen Verdichtereinheit wird das gasförmige Medium verdichtet. Gemäß den thermodynamisehen Gesetzen ergibt sich eine Erwärmung des verdichteten Mediums. Bei der Erwärmung können durchaus hohe Temperaturen entstehen. Das komprimierte gasförmige Medium wird in der Regel einer nachfolgenden Einheit zugeführt. Falls die nachfolgende Einheit für das gasförmige Medium einen bestimmten Temperaturbereich vorsieht, in welchem das gasförmige Medium sich zu befinden hat, so ist das verdichtete Medium für die nachfolgende Einheit wegen einer Temperatur außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs ungeeignet. Die nachfolgende Einheit kann beispielsweise ein chemischer Verfahrensschritt sein. Verdichtete gasförmige Medien sind vielseitig anwendbar, wie z.B. in der Chemie, Physik oder Elektrotechnik. Für Brennstoffzellen beispielsweise wird verdichtete Luft benötigt, welche eine bestimmte Temperatur nicht überschreitet. Herkömmliche Verdichter sind deshalb für beispielsweise Brennstoffzellen ungeeignet, da die austretende komprimierte Luft, d.h. das. gasförmige Medium, eine zu hohe Temperatur aufweist.
Da in manchen chemischen Prozessen gasförmige Medien auch bei sehr niedrigen Temperaturen auftreten können, die in einem Verdichter zu verdichten sind, um danach einer weiteren Verwendung zugeführt zu werden, die jedoch eine Mindesttemperatur des komprimierten gasförmigen Mediums verlangt, sind bisherige Verdichtereinheiten dann auch nicht einsetzbar, wenn bei ihnen der Temperaturanstieg zwischen einem Einlass des Verdichters und einem Auslass der Verdichtereinheit zu gering ausfällt.Compressor units of this type, in particular for compressing gaseous media, are known, for example, from the document “Siemens Energietechnik, special issue pumps and compressors (publisher and publisher: Siemens AG, Berlin / Munich; Siemens Energietechnik 7 (1985)). The compressor unit has at least one compressor, a drive unit through which the compressor can be driven, at least one inlet and at least one outlet each for the gaseous medium such as air, oxygen, nitrogen, etc. The gaseous medium is compressed by the compression within such a compressor unit. According to the thermodynamic laws, the compressed medium is heated. High temperatures can occur during heating. The compressed gaseous medium is usually fed to a subsequent unit. If the subsequent unit for the gaseous medium provides a certain temperature range in which the gaseous medium must be located, the compressed medium is unsuitable for the subsequent unit because of a temperature outside the permissible temperature range. The subsequent unit can be a chemical process step, for example. Compressed gaseous media can be used in a variety of ways, such as in chemistry, physics or electrical engineering. For fuel cells, for example, compressed air is required which does not exceed a certain temperature. Conventional compressors are therefore unsuitable for fuel cells, for example, because the compressed air escaping, ie the . gaseous medium, too high a temperature. Since gaseous media can occur in some chemical processes even at very low temperatures, which have to be compressed in a compressor in order to be used for further use, but which require a minimum temperature of the compressed gaseous medium, previous compressor units cannot be used, if the temperature rise between an inlet of the compressor and an outlet of the compressor unit is too small.
Zur Verwendung bisheriger Verdichter in den oben genannten Fällen sind stets Zusatzeinrichtungen notwendig, die eine bestimmte Temperatur des verdichteten gasförmigen Mediums bewirken, d.h. entweder eine Temperaturerhöhung oder eine Tem- peraturreduzierung.To use previous compressors in the cases mentioned above, additional devices are always necessary which bring about a certain temperature of the compressed gaseous medium, i.e. either a temperature increase or a temperature reduction.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Verdichtereinheit anzugeben, bei der die Temperatur des verdichteten gasförmigen Mediums auf einfache Weise beeinflussbar ist.The object of the invention is to provide a compact compressor unit in which the temperature of the compressed gaseous medium can be influenced in a simple manner.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verdichtereinheit für ein gasförmiges Medien gelöst, welche zumindest einen Verdichter und eine damit gekoppelte Antriebseinheit, zumindest einem Einlass für das gasförmige Medium und zumindest einem Auslass für das gasförmige Medium aufweist wobei einThe object is achieved according to the invention by a compressor unit for a gaseous medium, which has at least one compressor and a drive unit coupled to it, at least one inlet for the gaseous medium and at least one outlet for the gaseous medium
FührungsSystem für das gasförmige Medium, zwischen einem Ausgang des Verdichters und dem Auslass der Verdichtereinheit angeordnet ist .Guide system for the gaseous medium, is arranged between an outlet of the compressor and the outlet of the compressor unit.
Durch den Verdichtungsvorgang innerhalb des Verdichters ist das gasförmige Medium sowohl in seinem Druck verändert, als auch entsprechend der thermodynamisehen Gesetzmäßigkeiten in der Temperatur. Bislang bildet der Ausgang des Verdichters vom Auslass der Verdichtereinheit . Durch das erfindungsgemäße FührungsSystem ist der Ausgang des Verdichters vom Auslass der Verdichtereinheit separiert, zumindest durch das Führungssystem. Alleine dadurch ergibt sich bereits eine Beein-
flussung des gasförmigen Mediums durch das Führungssystem. Die Beeinflussung ergibt sich unter anderem daraus, dass die kinetische Energie des gasförmigen Mediums durch das Führungssystem verändert wird. Eine andere Beeinflussung ergibt sich durch die Abgabe von thermischer Energie des gasförmigen Mediums über das FührungsSystem. Die thermische Energieabgabe erfolgt in einfacher Weise durch Konvektion. Darüber hinaus ist die thermische Energieabgabe über eine Einrichtung zur Energieabgabe forciert .The compression process within the compressor changes the pressure of the gaseous medium as well as the temperature in accordance with the thermodynamic laws. So far, the output of the compressor forms from the outlet of the compressor unit. The guide system according to the invention separates the outlet of the compressor from the outlet of the compressor unit, at least by the guide system. This alone already results in a Flow of the gaseous medium through the guide system. The influencing results among other things from the fact that the kinetic energy of the gaseous medium is changed by the guide system. Another influence arises from the delivery of thermal energy of the gaseous medium via the guide system. The thermal energy is released in a simple manner by convection. In addition, the thermal energy delivery is forced through a device for energy delivery.
Die Verdichtereinheit zum Verdichten gasförmiger Medien, welche zumindest einen Verdichter, eine Antriebseinheit, durch welche der Verdichter antreibbar ist und zumindest einen Einlass und zumindest einen Auslass jeweils für das Medium auf- weist, ist also so ausgebildet dass das gasförmige Medium zumindest teilweise zwischen dem Verdichter und dem Auslass durch ein Führungssystem leitbar ist, wobei das Führungssystem durch ein Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung in wärmeleitendem Kontakt zu einem temperaturbeeinflussenden Me- dium, wie einem Kühlmedium gesetzt ist. Die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung steht weiterhin zur Abfuhr von Verlustwärme in direktem thermischen Kontakt zu der Antriebseinheit.The compressor unit for compressing gaseous media, which has at least one compressor, a drive unit through which the compressor can be driven and has at least one inlet and at least one outlet for the medium, is thus designed such that the gaseous medium is at least partially between the compressor and the outlet can be guided by a guide system, the guide system being placed in a thermally conductive contact with a temperature-influencing medium, such as a cooling medium, by a device for influencing the temperature. The device for influencing the temperature is furthermore in direct thermal contact with the drive unit for dissipating heat loss.
Die Verdichtereinheit ist bevorzugt so ausgebildet, dass das FührungsSystem zumindest teilweise innerhalb der Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung verläuft, die das temperaturbeeinflussende Medium enthält .The compressor unit is preferably designed in such a way that the guide system runs at least partially within the temperature influencing device which contains the temperature influencing medium.
Die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung ist beispielsweise eine Einrichtung zur Luftkühlung und/oder auch eine Einrichtung zur Flüssigkeitskühlung. Das temperaturbeeinflussende Medium ist folglich z.B. Luft und/oder eine Flüssigkeit.The device for influencing the temperature is, for example, a device for air cooling and / or also a device for liquid cooling. The temperature influencing medium is consequently e.g. Air and / or a liquid.
Ist die Antriebseinheit des Verdichtermoduls ein elektrischer Motor, so kann dies ein eigenbelüfteter Motor sein. Mit der Kühlluft des eigenbelüfteten Motors, welche auch zumindest
teilweise über das FührungsSystem streicht, ist eine Beeinflussung und Kühlung der Temperatur des durch den Verdichter verdichteten gasförmigen Mediums ermöglicht. Die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung weist dann zumindest auch einen Lüfter auf. Zugehörig zur Einrichtung zur Temperaturbeein- flussung ist auch, zumindest in Teilen, das FührungsSystem. Unter der Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung sind derartige Teile zur verstehen welche zur Temperaturbeeinflussung benötigt werden. Im Falle der Verwendung eines Lüfters ist dieser ein Eigenlüfter oder auch ein Fremdlüfter, wie bei einem fremdbelüfteten Motor.If the drive unit of the compressor module is an electric motor, this can be a self-ventilated motor. With the cooling air of the self-ventilated engine, which at least partially stroking the guide system, it is possible to influence and cool the temperature of the gaseous medium compressed by the compressor. The device for influencing the temperature then also has at least one fan. The guide system also belongs, at least in part, to the device for influencing the temperature. The device for influencing temperature is to be understood as meaning those parts which are required for influencing the temperature. If a fan is used, it is a self-ventilator or an external ventilator, as with a forced-ventilation motor.
Die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung ist auch als eine Einrichtung mit einer Flüssigkeit als temperaturbeeinflussen- des Medium ausführbar. In einer Ausführungsform fungiert das temperaturbeeinflussende Medium als Kühlflüssigkeit. Verläuft das Führungssystem zumindest teilweise in der Flüssigkeit, so kann Wärmeenergie an die Flüssigkeit abgegeben werden, bzw. auch von dieser aufgenommen werden. Die Einrichtung zur Te - peraturbeeinflussung weist in diesem Fall zumindest ein Mittel auf, welches die Flüssigkeit zur Temperaturbeeinflussung aufnimmt. Dieses Mittel ist beispielsweise ein Rohr oder auch ein Behältnis, wie eine Art geschlossene Wanne, in welchem auch zumindest teilweise das Führungssystem liegt. Im Falle von Rohren, können Rohre auch ineinander geführt sein - Rohr im Rohr -, wobei in einem Rohr das temperaturbeeinflussende Medium verläuft und in einem andern Rohr das verdichtete gasförmige Medium transportiert wird (Führungssystem) . Auch bei einem flüssigen temperaturbeeinflussenden Medium ist durch dieses eine gleichzeitige Kühlung der Antriebseinheit (z.B. elektrischer Motor) ermöglicht.The device for influencing the temperature can also be designed as a device with a liquid as the temperature-influencing medium. In one embodiment, the temperature-influencing medium acts as a cooling liquid. If the guidance system runs at least partially in the liquid, then thermal energy can be released to the liquid or can also be absorbed by it. In this case, the device for influencing the temperature has at least one means which absorbs the liquid for influencing the temperature. This means is, for example, a tube or a container, such as a type of closed trough, in which the guide system is also at least partially located. In the case of pipes, pipes can also be guided into one another - pipe inside the pipe - whereby the temperature-influencing medium runs in one pipe and the compressed gaseous medium is transported in another pipe (guide system). Even with a liquid temperature-influencing medium, this enables simultaneous cooling of the drive unit (e.g. electric motor).
Die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung kann abhängig von der Einsatzart zwei Kühlrichtungen aufweisen. Ist das austre- tende verdichtete gasförmige Medium wie z.B. Luft zu kühlen, so entfaltet sich die Kühlwirkung der Einrichtung zur Tempera-
turbeeinflussung auf das verdichtete gasförmige Medium. Ist das verdichtete gasförmige Medium sehr kühl und soll dieses somit erwärmt werden, kann die Erwärmung durch die Wärmeverluste der Antriebseinheit erfolgen. Dadurch ergibt sich eine Kühlwirkung der Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung bezüglich der Antriebseinheit, welche z.B. ein elektrischer Motor ist.The device for influencing the temperature can have two cooling directions depending on the type of use. If the emerging compressed gaseous medium, such as air, is to be cooled, the cooling effect of the device for temperature Door influence on the compressed gaseous medium. If the compressed gaseous medium is very cool and should therefore be heated, the heating can be caused by the heat losses of the drive unit. This results in a cooling effect of the device for influencing the temperature with respect to the drive unit, which is, for example, an electric motor.
In einer vorteilhaften Weise ist somit das gasförmige Medium durch die Flüssigkeit, welche zur Kühlung verwendet wird, z.B. Kühlwasser, erwärmbar.Advantageously, the gaseous medium is thus separated by the liquid used for cooling, e.g. Cooling water, heatable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kühlt die Flüssigkeit das gasförmige Medium.In a further advantageous embodiment, the liquid cools the gaseous medium.
In vielen Bereichen der Technik, z.B. im Fahrzeugbau, sind Verdichteraggregate mit hoher Leistungsdichte, d.h. kleinen Bauvolumina und geringem Gewicht bei hoher Verdichtungsleis- tung, erwünscht. Weitere Anforderungen bezüglich derartiger Verdichteraggregate, d.h. Verdichtereinheiten, sind beispielsweise eine niedrige Geräuschbelastung, eine regelbare Drehzahl, niedrige Ablufttemperatur und/oder ein hoher Grad an Wartungsfreiheit. Verdichtereinheiten gewinnen immer größere Bedeutung, insbesondere bei der autarken Energieversor- gung von Fahrzeugen im Stillstand, so können bei Fahrzeugen dennoch Geräte wie Klimaanlagen, Heizungen, Radiogeräte usw. betriebsbereit sein. Dies wird beispielsweise durch Brennsto fzellensysteme ermöglicht, ■ die wegen der geringen Platzverhältnisse vorzugsweise kompakt aufzubauen sind. Zum Be- trieb derartiger Brennstoffzellensysteme sind Verdichtersysteme notwendig, die vorteilhafterweise auf diese Anwendungsfälle auch speziell optimiert sind. Durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Verdichtereinheit sind die Anforderungen der Brennstoffzellensysteme zu erfüllen.. Die Verdichtereinheit selbst ist beispielsweise durch eine Antriebseinheit angetrieben, wie einen Asynchronmotor, einen Synchronmotor, einen Reluktanzmotor oder andere Motortypen.
Derartige Motoren sind vorzugsweise durch einen Stromrichter gespeist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verdichtereinheit weist eine derartige Verdichtereinheit folglich auch einen Stromrichter auf, welcher die Antriebseinheit speist. Auch dies kommt einem kompakten Aufbau entgegen.In many areas of technology, for example in vehicle construction, compressor assemblies with high power density, ie small construction volumes and low weight with high compression performance, are desired. Further requirements with regard to such compressor units, ie compressor units, are, for example, a low noise level, a controllable speed, low exhaust air temperature and / or a high degree of freedom from maintenance. Compressor units are becoming increasingly important, particularly when it comes to the self-sufficient energy supply of vehicles at a standstill, so that devices such as air conditioning, heating, radio equipment, etc. can still be operational. This is made possible for example by Brennsto fzellensysteme, ■ which are preferably compact build because of the small space. Compressor systems are required to operate fuel cell systems of this type, which are advantageously also specially optimized for these applications. The requirements of the fuel cell systems are to be met by a compressor unit constructed according to the invention. The compressor unit itself is driven, for example, by a drive unit, such as an asynchronous motor, a synchronous motor, a reluctance motor or other motor types. Such motors are preferably fed by a converter. In an advantageous embodiment of the compressor unit, such a compressor unit consequently also has a converter which feeds the drive unit. This also accommodates a compact structure.
Sowohl die Antriebseinheit als auch der Stromrichter selbst erzeugen im Betrieb Verlustwärme . Durch die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung ist es nun in einfacher Weise ög- lieh, zusätzlich auch den Umrichter zu kühlen. Selbstverständlich ist es auch möglich, deren Abwärme nicht nur abzutransportieren, sondern auch einer Nutzung zuzuführen. Durch die geringe Wärmekapazität bei Stromrichtern im Vergleich zu Motoren ist eine gute Kühlung besonders vorteilhaft. Nicht nur die Lebensdauer, sondern auch die Leistungsdichte sind so zu erhöhen.Both the drive unit and the converter itself generate heat loss during operation. Thanks to the device for influencing the temperature, it is now possible in a simple manner to additionally cool the converter. Of course, it is also possible not only to remove the waste heat, but also to use it. Good cooling is particularly advantageous due to the low thermal capacity of converters compared to motors. Not only the lifespan, but also the power density can be increased in this way.
Zur Speisung der Antriebseinheit, d.h. eines Motors, sind neben wassergekühlten Stromrichtern auch luftgekühlte Strom- richter einsetzbar. A^.ch der Motor ist als Antriebseinheit luftgekühlt ausführbar. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Motor eigenbelüftet. Die Eigenbelüftung des Motors ist auch zur Kühlung des Umrichters verwendbar. Neben der Kühlung des Umrichters ist durch die Eigenbelüftung des Motors auch eine Kühlung des verdichteten gasförmigen Mediums möglich, indem die Kühlluft an dem Führungssystem, in welchem sich das verdichtete gasförmige Medium befindet, vorbeistreicht . Ein Vorteil luftbasierter Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung ist deren Robustheit .To power the drive unit, i.e. of a motor, air-cooled converters can also be used in addition to water-cooled converters. A ^ .ch the engine is air-cooled as a drive unit. In an advantageous embodiment, the motor is self-ventilated. The motor's own ventilation can also be used to cool the converter. In addition to the cooling of the converter, the self-ventilation of the motor also allows the compressed gaseous medium to be cooled by the cooling air passing the guide system in which the compressed gaseous medium is located. One advantage of air-based devices for influencing temperature is their robustness.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung zumindest als eine Teilhülle der Verdichtereinheit ausgebildet, wobei die Teil- hülle ein Wasserbad aufnimmt und in dem Wasserbad zumindest Teile des KühlungsSystems verlaufen.
Die Wasserkühlung ist eine besonders effektive Art der Kühlung. Weist nun das Kühlungssystem ein Wasserbad auf, welches sich zumindest in einer Teilhülle der Verdichtereinheit aus- bildet, so kann darin zumindest teilweise das Führungssystem des verdichteten gasförmigen Mediums verlaufen, so dass durch eine derartige Anordnung das verdichtete gasförmige Medium gekühlt ist. Da die Wärmekapazität des Wassers begrenzt ist, ist vorteilhafterweise ein Austausch des bereits erwärmten Wassers vorzusehen. Dafür werden ein Wasserauslass und ein Wassereinlass benötigt. Dies gilt natürlich auch für andere Flüssigkeiten, das Wasser ist lediglich ein Beispiel für eine Flüssigkeit. Bei der Auswahl der Flüssigkeit sind stets die Umweltbedingungen zu berücksichtigen, so dass beispielsweise auch die Verwendung entionisierten Wassers notwendig sein kann.In an advantageous embodiment of the invention, the device for influencing the temperature is designed at least as a partial casing of the compressor unit, the partial casing receiving a water bath and at least parts of the cooling system running in the water bath. Water cooling is a particularly effective way of cooling. If the cooling system now has a water bath which is formed at least in a partial casing of the compressor unit, the guide system of the compressed gaseous medium can run at least partially therein, so that the compressed gaseous medium is cooled by such an arrangement. Since the heat capacity of the water is limited, it is advantageous to replace the water that has already been heated. This requires a water outlet and a water inlet. Of course, this also applies to other liquids, the water is only an example of a liquid. When selecting the liquid, environmental conditions must always be taken into account, so that, for example, the use of deionized water may also be necessary.
In einer weiteren Ausführungsform der Verdichtereinheit weist die Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung Kühlschlangen als ein Führungssystem auf, welche spiralförmig um die Antriebseinheit verlaufen. Dabei wird die runde Aufbauform von Motoren ausgenutzt.In a further embodiment of the compressor unit, the device for influencing the temperature has cooling coils as a guide system, which run in a spiral around the drive unit. The round design of motors is used.
Weist die Verdichtereinheit ein Gehäuse auf, welches als Hül- le fungiert, und eine rechteckige Außenkontur hat, dann verlaufen die Kühlschlangen der Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung, die als Führungssystem fungieren, in vorteilhafter Weise in den Ecken des somit um so kompakteren Gehäuses. Der Verlauf in den Ecken des Gehäuses ist deswegen vorteilhaft, da dieser Bereich wegen der runden Aufbauform von Motoren eigentlich sonst ungenutzt ist. Als Ersatz oder Ergänzung zu einem Wasserbad ist auch ein spezieller Wärmetauscher als Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung, also folglich auch als Kühleinrichtung, vorsehbar. Durch einen derartigen Wärme- tauscher ist Wärmeenergie des verdichteten Mediums an die Flüssgkeit zur Kühlung abgebbar.
Wegen der zylindrischen Aufbauform von Motoren ist ein scheibenförmig aufgebauter Wärmetauscher konstruktiv einfach in die Verdichtereinheit zu integrieren. Der scheibenförmige Wärmetauscher weist eine Fläche auf, welche dem Stromrichter, welcher zumindest ein Leistungs-Halbleiter-Bauelement auf einer Trägerplatte aufweist, zugewandt ist bzw. zumindest mit der Trägerplatte wärmeleitend verbunden ist. Leistungs- Halbleiter-Bauelemente sind innerhalb eines Stromrichters diejenigen Bausteine, welche besonders viel Wärmeenergie ab- geben und empfindlich auf zu hohe Temperaturen mit Ausfall reagieren. Ein Beispiel dafür sind IGBT's. Aus diesem Grund werden die Leistungs-Halbleiter-Baüelemente in einer kombinierten Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung zusammen mit dem komprimierten gasförmigen Medium gekühlt.If the compressor unit has a housing which functions as a casing and has a rectangular outer contour, the cooling coils of the device for influencing the temperature, which act as a guide system, advantageously run in the corners of the housing, which is thus all the more compact. The course in the corners of the housing is advantageous because this area is otherwise unused due to the round design of the motors. As a replacement or supplement to a water bath, a special heat exchanger can also be provided as a device for influencing the temperature, and consequently also as a cooling device. Such a heat exchanger allows heat energy from the compressed medium to be released to the liquid for cooling. Because of the cylindrical design of motors, a disc-shaped heat exchanger can be easily integrated into the compressor unit. The disk-shaped heat exchanger has a surface which faces the converter, which has at least one power semiconductor component on a carrier plate, or is at least thermally conductively connected to the carrier plate. Power semiconductor components are the components within a converter that emit a particularly large amount of thermal energy and are sensitive to excessive temperatures with failure. IGBTs are an example of this. For this reason, the power semiconductor components are cooled in a combined device for influencing the temperature together with the compressed gaseous medium.
Die Verdichtereinheit ist beispielsweise als ein Seitenkanal- verdichter aufgebaut. Seitenkanalverdichter, wie auch andere Verdichter, sind zudem auch aus verschiedenen Verdichtern aufbaubar, wobei dies sowohl eine Parallellschaltung von Ver- dichtem einbezieht, als auch eine Hintereinanderschaltung von Verdichtern, die zusammen wieder einen Verdichter bilden.The compressor unit is constructed, for example, as a side channel compressor. Side channel compressors, like other compressors, can also be built up from different compressors, whereby this includes both a parallel connection of compressors and a series connection of compressors, which together again form a compressor.
Verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüche .Various configurations of the invention can be found in the subclaims.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsformen der Verdichtereinheit bzw. von Teilen davon schematisch veranschaulicht sind. Es zeigen:To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which embodiments of the compressor unit or parts thereof are illustrated schematically. Show it:
FIG 1 eine Verdichtereinheit mit Umrichtermotor und Verdichter im Wasserbad,1 shows a compressor unit with converter motor and compressor in a water bath,
FIG 2 eine Verdichtereinheit mit Motor und Verdichter im Wasserbad,2 shows a compressor unit with a motor and compressor in a water bath,
FIG 3 eine Anschlussseite einer Verdichtereinheit,
FIG 4 einen Längsschnitt durch eine Verdichtereinheit,3 shows a connection side of a compressor unit, 4 shows a longitudinal section through a compressor unit,
FIG 5 einen weiteren Längsschnitt durch eine Verdichter- einheit,5 shows a further longitudinal section through a compressor unit,
FIG 6 eine dreidimensinale Darstellung eines spiralförmig verlaufenden Führungsssytems,6 shows a three-dimensional representation of a spiral-shaped guide system,
FIG 7 eine dreidimensionale Längsaufsicht auf Teile einer Verdichtereinheit,7 shows a three-dimensional longitudinal view of parts of a compressor unit,
FIG 8 einen Ausschnitt einer Längsansicht einer Verdichtereinheit, und8 shows a detail of a longitudinal view of a compressor unit, and
FIG 9 eine Anschlussseite einer Verdichtereinheit.9 shows a connection side of a compressor unit.
Die Darstellung gemäß Figur 1 zeigt eine Verdichtereinheit 1, welche eine Hülle 23 aufweist, wobei diese auch als Gehäuse der Verdichtereinheit 1 ausführbar ist. Innerhalb der HülleThe illustration according to FIG. 1 shows a compressor unit 1 which has a casing 23, which can also be designed as a housing for the compressor unit 1. Inside the shell
23 befindet sich ein Stromrichter 19, daran anschließend eine Antriebseinheit 7 und ein Verdichter 5. Da es sich bei der Darstellung um einen Längsschnitt durch die Verdichtereinheit 1 handelt, ergeben sich Schnitte bezüglich eines Führungssys- tems 13. Das Führungssystem 13 weist Rohre auf, in welchen ein gasförmiges Medium 3 führbar ist, wobei die Führungsrichtung teilweise durch Kreise mit einem Punkt bzw. einem Kreuz gekennzeichnet ist. Das Führungssystem 13 wird über einen Ausgang 12 des Verdichters 5 gespeist. Der Verdichter 5 be- findet sich zusammen mit der Antriebseinheit 7 und dem Stromrichter 19 innerhalb einer Flüssigkeit 17, welche den Raum zwischen der Hülle 23 und den soeben beschriebenen Elementen auffüllt. Innerhalb der Flüssigkeit 17 verläuft das Füh- rungsssytem 13, wobei Wärmeenergie zwischen dem gasförmigen Medium 3 und der Flüssigkeit 17, welche ein Wasserbad 25 bildet, austauschbar ist. In vorteilhafter Weise wird durch das Wasserbad 25 nicht nur das verdichtete gasförmige Medium,
welches durch das Führungssystem 13 verläuft, gekühlt, sondern auch die Antriebseinheit 7 und der Stromrichter 19. Das Führungssystem 13 ist derartig aufbaubar, dass nur das verdichtete gasförmige Medium 3 sich im Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit 17 befindet, oder dass auch das noch nicht verdichtete gasförmige Medium sich im Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit 17 -befindet, und/oder dass sich eine Kombination ergibt .23 there is a power converter 19, followed by a drive unit 7 and a compressor 5. Since the illustration is a longitudinal section through the compressor unit 1, there are cuts with respect to a guide system 13. The guide system 13 has tubes, in which a gaseous medium 3 can be guided, the direction of guidance being partially identified by circles with a point or a cross. The guide system 13 is fed via an outlet 12 of the compressor 5. The compressor 5 is located together with the drive unit 7 and the converter 19 within a liquid 17 which fills up the space between the casing 23 and the elements just described. The guide system 13 runs within the liquid 17, thermal energy being exchangeable between the gaseous medium 3 and the liquid 17, which forms a water bath 25. Advantageously, not only the compressed gaseous medium, which runs through the guiding system 13, is cooled, but also the drive unit 7 and the converter 19. The guiding system 13 can be constructed in such a way that only the compressed gaseous medium 3 is in heat exchange with the liquid 17, or that the gaseous medium which has not yet been compressed Medium is in heat exchange with the liquid 17, and / or that a combination results.
Die Darstellung gemäß Figur 2 zeigt eine Verdichtereinheit 1 ähnlich wie in Figur 1, allerdings ist in dieser Figur schematisch der Einlass bzw. Auslass des gasförmigen Mediums 3 angedeutet. Weiterhin ist durch Pfeile der Eintritt bzw. Austritt der Flüssigkeit aus dem Wasserbad schematisch skiz- ziert. Durch das Bezugszeichen 9 wird der Einlass und durch das Bezugszeichen 11 der Auslass für das gasförmige Medium 3 angegeben. Dabei ist der Auslass 12 der Verdichtereinheit 1 ein Ende des FührungsSystems 13 und der Ausgang 12 des Verdichters 5 das andere Ende des Führungssystems 13. Im Ver- gleich zur Figur 1 befindet sich in Figur 2 der Stromrichter außerhalb der Flüssigkeit 17 bzw. des Wasserbads 25. Die Spannungsversorgung 51 des Stromrichters 19 wird durch einen Pfeil symbolisiert.The illustration according to FIG. 2 shows a compressor unit 1 similar to that in FIG. 1, but the inlet or outlet of the gaseous medium 3 is indicated schematically in this figure. Arrows also schematically sketch the entry or exit of the liquid from the water bath. Reference number 9 indicates the inlet and reference number 11 the outlet for the gaseous medium 3. The outlet 12 of the compressor unit 1 is one end of the guide system 13 and the outlet 12 of the compressor 5 is the other end of the guide system 13. In comparison to FIG. 1, the converter in FIG. 2 is located outside the liquid 17 or the water bath 25 The voltage supply 51 of the converter 19 is symbolized by an arrow.
Die Darstellung gemäß Figur 3 zeigt einen Deckel 45 der Verdichtereinheit 1, wobei der Deckel 45 das Wasserbad 25 abschließt. Die Darstellung zeigt die Stromzuführung 47, den Auslass 11, den Einlass 9, und' ebenso die Strömungsrichtung in die entsprechenden Öffnungen 53, 54 für das gasförmige Me- dium 3. Der eckige Deckel 31 weist Ecken 33 des Gehäuses auf. Da insbesondere auch der Motor als Antriebseinheit 7 mit einer kreisförmigen Außenkontur herstellbar ist, ergibt sich in den Ecken 33 Raum für das Führungssystem 13.The illustration according to FIG. 3 shows a cover 45 of the compressor unit 1, the cover 45 closing the water bath 25. The diagram shows the power supply 47, the outlet 11, the inlet 9, and 'as the flow direction in the corresponding apertures 53, 54 for the gaseous Me- dium 3. The rectangular cover 31 has corners 33 of the housing. Since, in particular, the motor can also be produced as a drive unit 7 with a circular outer contour, there is space for the guide system 13 in the corners 33.
Die Darstellung gemäß Figur 4 zeigt eine Verdichtereinheit 1 mit einem eckigen Gehäuse 29, wobei in den Ecken des Gehäuses das Führungssystem 13 innerhalb der Flüssigkeit 17 liegt. Die
Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Verdichtereinheit 1. Wie bereits oben erwähnt, folgt auf den Verdichter 5 die Antriebseinheit 7 und darauf der Stromrichter 19.. Charakteristisch für dieses System ist das platzsparend verlegte Füh- rungssystem 13, welches beispielsweise verlegte Rohrschlangen zur Kühlung des verdichteten gasförmigen Mediums sind. Die Kühlung ist beispielsweise eine Endkühlung des gasförmigen verdichteten Mediums 3 oder auch eine Zwischenkühlung bei einem mehrstufigen Verdichter. Zweckmäßigerweise kann das Ge- häuse 29 aus tiefgezogenem, nicht-rostendem Material, wie z.B. Edelstahl, hergestellt werden. Die Verdichtereinheit 1 ist vorteilhaft durch in das Gehäuse 29 integrierte Dämpfer schwingungsgedämpft und/oder isoliert an andere Einheiten anbringbar. Im Deckel 45 sind alle Anschlüsse, wie die Stro - Zuführung 47, eine Schnittstelle 49, ein Einlass 9 und ein Auslass 11, und Öffnungen 53, 54 für die Zu- und Abfuhr des gasförmigen Mediums 3 integriert. Die Schnittstelle 49 dient z.B. zur Drehzahlregelung des Umrichters, welche durch ein Busssytem ermöglicht werden kann. In vorteilhafter Weise ist der Deckel 45 mit Hilfe einer Flansch-, Schnapp- oder Press- Verbindung am Gehäuse 29 befestigt. Die Abdichtungen am Deckel 45 zum Gehäuse 29 und Durchführungen können mit Gummioder Kunststoff-Pressverbindungen erfolgen. Abhängig von den Einsatzgegebenheiten einer derartigen Verdichtereinheit 1 sind diese derart ausbildbar, dass die Anschlüsse an der Verdichtereinheit 1 verteilt angeordnet sind.The illustration according to FIG. 4 shows a compressor unit 1 with an angular housing 29, the guide system 13 being inside the liquid 17 in the corners of the housing. The FIG. 4 shows a longitudinal section through the compressor unit 1. As already mentioned above, the compressor 5 is followed by the drive unit 7 and then the converter 19. A characteristic of this system is the guide system 13 which has been laid in a space-saving manner and which, for example, has laid pipe coils for cooling the are compressed gaseous medium. The cooling is, for example, a final cooling of the gaseous compressed medium 3 or an intermediate cooling in a multi-stage compressor. The housing 29 can expediently be produced from deep-drawn, rustproof material, such as, for example, stainless steel. The compressor unit 1 is advantageously vibration-damped and / or insulated from other units by dampers integrated in the housing 29. All connections, such as the power supply 47, an interface 49, an inlet 9 and an outlet 11, and openings 53, 54 for the supply and discharge of the gaseous medium 3 are integrated in the cover 45. The interface 49 is used, for example, to control the speed of the converter, which can be made possible by a bus system. Advantageously, the cover 45 is attached to the housing 29 with the aid of a flange, snap or press connection. The seals on the cover 45 to the housing 29 and bushings can be made with rubber or plastic press connections. Depending on the conditions of use of such a compressor unit 1, these can be configured such that the connections on the compressor unit 1 are arranged in a distributed manner.
Durch die gezeigte Verdichtereinheit (1) ist eine effektive Kühlwirkung des Gesamtsystems von Stromrichter 19, Antriebs- einheit 7 und Verdichter 5 bei sehr platzsparender Bauweise zu erzielen. Durch das einhüllende Gehäuse 29 ergibt sich eine geräuscharme Lösung für den Aufbau der Verdichtereinheit 1. Eine optimierte Schwingungsdämpfung über weite Drehzahlbereiche der Antriebseinheit 7 ergibt sich durch die Dämpfung über die Dämpfer 43 an mehreren Stellen der Verdichtereinheit 1. Dadurch, dass die Anschlüsse im Deckel 45 integriert sind, ergibt sich eine leichte und übersichtliche Handhabung der
Anschlussmöglichkeiten. Auch in Verbindung mit anderen Modulen, z.B. einer Brennstoffzelle, ist die Verdichtereinheit 1 - leicht einzubauen und zu befestigen. Die kompakte Bauweise der beschriebenen Verdichtereinheit 1 ermöglicht einen einfa- chen Ausbau, insbesondere im Fehlerfall. Bei geeigneter Materialwahl für die verwendeten Werkstoffe der Verdichtereinheit 1 ergibt sich eine hohe Wartungsfreiheit. Bei der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit 17 kann das Rosten metallischer Teile durch die Verwendung von z.B. Edelstahl vermieden wer- den.The compressor unit (1) shown enables an effective cooling effect of the overall system of converter 19, drive unit 7 and compressor 5 to be achieved with a very space-saving design. The enveloping housing 29 results in a low-noise solution for the construction of the compressor unit 1. An optimized vibration damping over wide speed ranges of the drive unit 7 results from the damping via the dampers 43 at several points of the compressor unit 1. Because the connections in the cover 45 are integrated, there is an easy and clear handling of the Connectivity. The compressor unit 1 is also easy to install and fasten in connection with other modules, for example a fuel cell. The compact design of the compressor unit 1 described enables simple removal, particularly in the event of a fault. With a suitable choice of material for the materials used for the compressor unit 1, there is a high degree of maintenance-free operation. If water is used as the liquid 17, rusting of metallic parts can be avoided by using, for example, stainless steel.
Die Darstellung gemäß Figur 5 zeigt eine Verdichtereinheit 1, bei welchem der Stromrichter 19 außerhalb der Flüssigkeit 17 liegt. Zwischen der Antriebseinheit 7 und dem Stromrichter 19, welcher auch als Umrichter bezeichnet werden kann, liegt ein Wärmetauscher 35. Durch diesen Wärmetauscher 35 ist die Flüssigkeit 17 geführt. Der Wärmetauscher 35 grenzt sowohl an die Antriebseinheit 7 als auch an den Stromrichter an und kann somit beide Einrichtungen kühlen. Der Stromrichter 19 weist eine Trägerplatte 41 auf. Auf dieser Trägerplatte 41 ist zumindest ein Leistungs-Halbleiter-Bauelement 39, welches Wärmeenergie an die Trägerplatte 41, abgibt. Die Trägerplatte 41 wiederum gibt die Wärmeenergie an den Wärmetauscher 35 ab, über den durch die Flüssigkeit 17 die Wärme aus dem System abgebbar ist. Wie bei Figur 4 schon gezeigt, weist die Ver- dichtereinheitl eine Schnittstelle 49 auf. Diese Schnittstelle 49 ist für verschiedene Signale sowohl für den Motor als auch für den Stromrichter nutzbar. Beispiele hierfür sind Drehzahl-Soll- und -Istwert, Temperatur-Soll- und -Istwerte und/oder andere Signale, die analog und/oder digital, beispielsweise über ein BUS-System wie CAN-Bus oder Profibus, übertragbar sind.The illustration according to FIG. 5 shows a compressor unit 1, in which the converter 19 lies outside the liquid 17. A heat exchanger 35 is located between the drive unit 7 and the converter 19, which can also be referred to as a converter. The liquid 17 is guided through this heat exchanger 35. The heat exchanger 35 is adjacent to both the drive unit 7 and the converter and can thus cool both devices. The converter 19 has a carrier plate 41. On this carrier plate 41 there is at least one power semiconductor component 39 which emits thermal energy to the carrier plate 41. The carrier plate 41 in turn emits the thermal energy to the heat exchanger 35, via which the heat can be released from the system through the liquid 17. As already shown in FIG. 4, the compressor unit has an interface 49. This interface 49 can be used for various signals both for the motor and for the converter. Examples of this are the speed setpoint and actual value, temperature setpoint and actual values and / or other signals which can be transmitted in analog and / or digital form, for example via a BUS system such as CAN bus or Profibus.
Die' Darstellung gemäß Figur 6 zeigt die dreidimensionale Dar- Stellung eines spiralförmig verlaufenden Führungssystems 13 der Einrichtung (15) zur Temperaturbeeinflussung. Durch diese Ausgestaltung des FührungsSystems 13 liegt auch die Bezeich-
nung als Kühlschlange 27 nahe, durch welche die Antriebseinheit 7 umwickelt ist.The representation according to FIG. 6 shows the three-dimensional representation of a spiral-shaped guide system 13 of the device (15) for influencing the temperature. This design of the guide system 13 also means that voltage as a cooling coil 27, through which the drive unit 7 is wrapped.
Die Darstellung gemäß Figur 7 zeigt - ähnlich wie Figur 6 - die dreidimensionale Darstellung einer Kombination aus Verdichter 5 und Antriebseinheit 7 zusammen mit' einer Einrichtung (15) zur Temperaturbeeinflussung.The representation according to Figure 7 shows - similarly to figure 6 - a three-dimensional representation of a combination of compressor 5 and drive unit 7, along with 'a device (15) for influencing the temperature.
Die Darstellung gemäß Figur 8 zeigt perspektivisch einen Aus- schnitt einer Seitenansicht der Verdichtereinheit 1. In der oberen Hälfte der Abbildung ist der Auslass 11 für das gasförmige Medium 3 gezeigt, wobei der Auslass 11 an das Füh- rungsssytem 13 grenzt, welches über den Einlass 9 mit dem gasförmigen Medium 3 gespeist wird. Das Führungsssytem 13 weist Kühlschlangen 27 auf, welche sich in einer Flüssigkeit 17 befindet. Die Flüssigkeit 17 wird durch eine Teilhülle 21 in einem geschlossenen Volumen gehalten. Der Austausch der Flüssigkeit 17 erfolgt über den Kühlwassereintritt 55 und den Kühlwasseraustritt 57. Durch den Austausch von Kühlwasser, also der Flüssigkeit 17, ist auch eine Kühlung des Motors 7 gewährleistet .The view according to FIG. 8 shows, in perspective, a section of a side view of the compressor unit 1. In the upper half of the figure, the outlet 11 for the gaseous medium 3 is shown, the outlet 11 bordering the guide system 13, which is via the inlet 9 is fed with the gaseous medium 3. The guide system 13 has cooling coils 27 which are in a liquid 17. The liquid 17 is kept in a closed volume by a partial casing 21. The exchange of the liquid 17 takes place via the cooling water inlet 55 and the cooling water outlet 57. The cooling of the motor 7 is also ensured by the exchange of cooling water, ie the liquid 17.
Die Darstellung gemäß Figur 9 zeigt die Draufsicht auf die Anschlussseite der Verdichtereinheit 1. Die Anschlussseite ist als Deckel 45 ausgeführt, welcher einen Einlass für eine Stromzuführung 47 aufweist. Des weiteren ist eine Schnittstelle 49 zum Anschluss z.B. einer CAN-Steuerung vorgesehen. Das Kühlwasser tritt als Flüssigkeit 17 in den Kühlwassereintritt 61 ein und fließt aus dem Kühlwasseraustritt 59 aus dem System der Verdichtereinheit 1 wieder hinaus. Der Lufteintritt erfolgt über den Einlass 9 und der Luftaustritt über den Auslass 11.
The illustration according to FIG. 9 shows the top view of the connection side of the compressor unit 1. The connection side is designed as a cover 45, which has an inlet for a power supply 47. Furthermore, an interface 49 for connection e.g. a CAN controller. The cooling water enters the cooling water inlet 61 as liquid 17 and flows out of the cooling water outlet 59 out of the system of the compressor unit 1. The air entry is via the inlet 9 and the air outlet is via the outlet 11.