DE102023206404A1

DE102023206404A1 - Compressor and method for operating a compressor

Info

Publication number: DE102023206404A1
Application number: DE102023206404.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Katz; Jochen Wessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-07-06
Filing date: 2023-07-06
Publication date: 2025-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft Verdichter mit einem Gehäuse, in welchem mindestens ein Laufrad über eine Welle mit Hilfe mindestens einer Lagereinrichtung um eine Drehachse drehbar gelagert und durch einen elektromotorischen Antrieb angetrieben ist, um ein gasförmiges Medium zu verdichten.
Um den Verdichter herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern, ist eine Kühlluftversorgungseinrichtung (30) zur Versorgung mindestens einer zu kühlenden Verdichterkomponente (4) mit Kühlluft aus einer Verdichterumgebung (7) vorgesehen, wobei die Kühlluftversorgungeinrichtung (30) eine Kühlluftfördervorrichtung (3) umfasst, die der zu kühlenden Verdichterkomponente (4) in einem Kühlluftpfad (6) so vorgeschaltet ist, dass die Kühlluft aus der Verdichterumgebung (7) in den Kühlluftpfad (6) gefördert wird.

The invention relates to compressors with a housing in which at least one impeller is mounted via a shaft with the aid of at least one bearing device so as to be rotatable about an axis of rotation and is driven by an electric motor drive in order to compress a gaseous medium.
In order to improve the compressor in terms of manufacturing technology and/or functionality, a cooling air supply device (30) is provided for supplying at least one compressor component (4) to be cooled with cooling air from a compressor environment (7), wherein the cooling air supply device (30) comprises a cooling air conveying device (3) which is connected upstream of the compressor component (4) to be cooled in a cooling air path (6) such that the cooling air is conveyed from the compressor environment (7) into the cooling air path (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit einem Gehäuse, in welchem mindestens ein Laufrad über eine Welle mit Hilfe mindestens einer Lagereinrichtung um eine Drehachse drehbar gelagert und durch einen elektromotorischen Antrieb angetrieben ist, um ein gasförmiges Medium zu verdichten. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Verdichters.The invention relates to a compressor with a housing in which at least one impeller is mounted via a shaft with the aid of at least one bearing device so as to be rotatable about an axis of rotation and is driven by an electric motor drive in order to compress a gaseous medium. The invention further relates to a method for operating such a compressor.

Stand der TechnikState of the art

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 201 162 A1 ist eine Turbomaschine, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Verdichter, einer Antriebsvorrichtung und einer Welle bekannt, wobei der Verdichter ein auf der Welle angeordnetes Laufrad, einen Verdichtereingang und einen Verdichterausgang aufweist, wobei ein Arbeitsfluid von dem Verdichtereingang zu dem Verdichterausgang förderbar ist, wobei an dem Verdichterausgang ein Antriebskühlpfad zur Kühlung der Antriebsvorrichtung abzweigt. Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2020 / 177941 A1 ist ein Verdichter mit einem Gehäuse bekannt, in welchem ein Laufrad um eine Drehachse drehbar gelagert ist, das angetrieben wird, um mit Hilfe einer Beschaufelung auf einer Laufradvorderseite ein Medium zu verdichten, wobei eine Axialkraft auf das Laufrad entsteht, das eine Laufradrückseite aufweist, die einer Gehäusewand zugewandt ist, wobei in einem Radseitenraum zwischen der Laufradrückseite und der Gehäusewand ein Druck herrscht, der eine der Axialkraft auf der Laufradvorderseite entgegenwirkende Gegenaxialkraft auf der Laufradrückseite bewirkt, wobei der Radseitenraum durch fliehkraftwirksame Dichtungen in Teildruckräume unterteilt ist. Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2021 / 063566 A1 ist ein Axial-Gaslager mit mindestens einem Gaslagerspalt bekannt, der zur Ausbildung eines tragenden Gasfilms zwischen einer Axiallagerscheibe und einer Stützfläche dient.From the German disclosure document DE 10 2018 201 162 A1 a turbomachine, in particular for a fuel cell system, with a compressor, a drive device and a shaft is known, wherein the compressor has an impeller arranged on the shaft, a compressor inlet and a compressor outlet, wherein a working fluid can be conveyed from the compressor inlet to the compressor outlet, wherein a drive cooling path for cooling the drive device branches off at the compressor outlet. From the international publication WO 2020 / 177941 A1 a compressor with a housing is known in which an impeller is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation, which is driven in order to compress a medium with the aid of blading on an impeller front side, whereby an axial force is generated on the impeller, which has an impeller rear side facing a housing wall, whereby a pressure prevails in a wheel side space between the impeller rear side and the housing wall, which causes a counter-axial force on the impeller rear side that counteracts the axial force on the impeller front side, whereby the wheel side space is divided into partial pressure spaces by centrifugal force-effective seals. From the international publication WO 2021 / 063566 A1 An axial gas bearing with at least one gas bearing gap is known, which serves to form a supporting gas film between an axial bearing disk and a support surface.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern.The object of the invention is to improve a compressor according to the preamble of patent claim 1 in terms of manufacturing technology and/or functionality.

Die Aufgabe ist bei einem Verdichter mit einem Gehäuse, in welchem mindestens ein Laufrad über eine Welle mit Hilfe mindestens einer Lagereinrichtung um eine Drehachse drehbar gelagert und durch einen elektromotorischen Antrieb angetrieben ist, um ein gasförmiges Medium zu verdichten, durch eine Kühlluftversorgungseinrichtung zur Versorgung mindestens einer zu kühlenden Verdichterkomponente mit Kühlluft aus einer Verdichterumgebung gelöst, wobei die Kühlluftversorgungseinrichtung eine Kühlluftfördervorrichtung umfasst, die der zu kühlenden Verdichterkomponente in einem Kühlluftpfad so vorgeschaltet ist, dass die Kühlluft aus der Verdichterumgebung in den Kühlluftpfad gefördert wird. Vorgeschaltet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Kühlluftfördervorrichtung in dem Kühlluftpfad stromaufwärts der zu kühlenden Verdichterkomponente angeordnet ist. Die Kühlluftfördervorrichtung ist vorzugsweise mit einem separaten Antrieb ausgestattet. Über diesen separaten Antrieb kann die Kühlluftfördervorrichtung vorteilhaft bedarfsabhängig angesteuert werden. Durch entsprechende Ansteuerung kann die mit der Kühlluftfördervorrichtung geförderte Kühlluft, insbesondere ein entsprechender Volumenstrom an Kühlluft, an eine minimal notwendige Druckdifferenz angepasst, insbesondere geregelt, werden. Da die Kühlluft aus der Verdichterumgebung entnommen wird, kann eine größere Temperaturdifferenz realisiert werden als bei einer herkömmlichen Verwendung von verdichteter Luft zur Kühlung der Verdichterkomponente. So kann die Kühlung der zu kühlenden Komponente wirksam verbessert werden.The task is solved in a compressor with a housing in which at least one impeller is mounted via a shaft with the aid of at least one bearing device so as to be rotatable about an axis of rotation and is driven by an electric motor drive in order to compress a gaseous medium, by a cooling air supply device for supplying at least one compressor component to be cooled with cooling air from a compressor environment, wherein the cooling air supply device comprises a cooling air conveying device which is connected upstream of the compressor component to be cooled in a cooling air path such that the cooling air is conveyed from the compressor environment into the cooling air path. In this context, upstream means that the cooling air conveying device is arranged in the cooling air path upstream of the compressor component to be cooled. The cooling air conveying device is preferably equipped with a separate drive. The cooling air conveying device can advantageously be controlled as required via this separate drive. By appropriate control, the cooling air conveyed by the cooling air conveying device, in particular a corresponding volume flow of cooling air, can be adapted, in particular regulated, to a minimum necessary pressure difference. Since the cooling air is taken from the compressor environment, a larger temperature difference can be achieved than with conventional use of compressed air to cool the compressor component. This can effectively improve the cooling of the component to be cooled.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlende Verdichterkomponente mindestens eine Lagereinrichtung und/oder einen Stator des elektromotorischen Antriebs umfasst, die beziehungsweise der mit der aus der Verdichterumgebung in den Kühlluftpfad geförderten Kühlluft gekühlt werden/wird. Die Lagereinrichtung umfasst vorteilhaft zwei Radiallager. Besonders vorteilhaft umfasst die Lagereinrichtung zusätzlich zu den beiden Radiallagern noch ein Axiallager. Alle drei Lager werden vorteilhaft mit der Kühlluft aus der Verdichterumgebung effektiv gekühlt. Alternativ oder zusätzlich kann die Luft aus der Umgebung zur Kühlung des Stators verwendet werden. Auch hier kann die Kühlung im Vergleich zu herkömmlichen Anwendungen deutlich verbessert werden.A preferred embodiment of the compressor is characterized in that the compressor component to be cooled comprises at least one bearing device and/or a stator of the electric motor drive, which is/are cooled with the cooling air conveyed from the compressor environment into the cooling air path. The bearing device advantageously comprises two radial bearings. Particularly advantageously, the bearing device also comprises an axial bearing in addition to the two radial bearings. All three bearings are advantageously effectively cooled with the cooling air from the compressor environment. Alternatively or additionally, the air from the environment can be used to cool the stator. Here too, cooling can be significantly improved compared to conventional applications.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftpfad mindestens eine Verbindungsstelle für mindestens zwei Teilpfade aufweist, die zwei zu kühlenden Verdichterkomponenten zugeordnet sind. Die Verbindungsstelle ist vorteilhaft als Verzweigung ausgeführt, an der sich der Kühlluftpfad, der von der Luftfördervorrichtung ausgeht, in die mindestens zwei Teilpfade aufteilt. So kann mit nur einer Luftfördervorrichtung zum Beispiel die Kühlung der Lagereinrichtung und des Stators auf einfache Art und Weise höchst effektiv realisiert werden.A further preferred embodiment of the compressor is characterized in that the cooling air path has at least one connection point for at least two partial paths that are assigned to two compressor components to be cooled. The connection point is advantageously designed as a branch at which the cooling air path that starts from the air conveying device splits into the at least two partial paths. In this way, the cooling of the bearing device and the stator, for example, can be implemented in a simple and highly effective manner with just one air conveying device.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftpfad an dem Gehäuse einen Einlass mit einer Filtereinrichtung aufweist, durch welche die aus der Verdichterumgebung in den Kühlluftpfad geförderte Kühlluft gefiltert wird. Durch die damit verbundene Reinigung der geförderten Luft kann ein unerwünschtes Eindringen von Partikeln aus der Verdichterumgebung wirksam verhindert werden.A further preferred embodiment of the compressor is characterized in that the cooling air path on the housing has an inlet with a filter device through which the Cooling air conveyed from the compressor environment into the cooling air path is filtered. The associated cleaning of the conveyed air can effectively prevent unwanted penetration of particles from the compressor environment.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftfördervorrichtung außen an das Gehäuse des Verdichters angebaut ist. Die Kühlluftfördervorrichtung ist vorteilhaft an einem Einlass für Kühlluft an dem Gehäuse des Verdichters angeordnet. Die Kühlluftfördervorrichtung am Einlass des Verdichters stellt den Anfang des Kühlluftpfads an dem Verdichter dar, der sich durch das Gehäuse des Verdichters an der mindestens einen zu kühlenden Komponente vorbei und/oder durch die mindestens eine zu kühlende Komponente hindurch erstreckt. Durch den Anbau der Kühlluftfördervorrichtung außen an das Gehäuse des Verdichters werden das Anschließen von Steuerleitungen und/oder ein Austausch der Kühlluftfördervorrichtung erheblich vereinfacht.A further preferred embodiment of the compressor is characterized in that the cooling air conveying device is attached to the outside of the housing of the compressor. The cooling air conveying device is advantageously arranged at an inlet for cooling air on the housing of the compressor. The cooling air conveying device at the inlet of the compressor represents the beginning of the cooling air path on the compressor, which extends through the housing of the compressor past the at least one component to be cooled and/or through the at least one component to be cooled. By attaching the cooling air conveying device to the outside of the housing of the compressor, the connection of control lines and/or the replacement of the cooling air conveying device are made considerably easier.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftfördervorrichtung steuerungsmäßig mit einer Steuerung verbunden ist. Über die Steuerung kann die Kühlluftfördervorrichtung vorteilhaft separat angesteuert werden. So kann die Kühlung der zu kühlenden Komponente in dem Verdichter bedarfsabhängig gesteuert beziehungsweise geregelt werden.A further preferred embodiment of the compressor is characterized in that the cooling air conveying device is connected to a controller for control purposes. The cooling air conveying device can advantageously be controlled separately via the controller. In this way, the cooling of the component to be cooled in the compressor can be controlled or regulated as required.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlluftpfad mindestens eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist, mit deren Hilfe eine Temperatur, ein Druck und/oder ein Volumenstrom in dem Kühlluftpfad erfasst wird. Dadurch kann die Qualität der Steuerung beziehungsweise Regelung, insbesondere zur bedarfsabhängigen Bereitstellung von Kühlluft in dem Verdichter, weiter verbessert werden.A further preferred embodiment of the compressor is characterized in that at least one sensor device is assigned to the cooling air path, with the aid of which a temperature, a pressure and/or a volume flow in the cooling air path is detected. This allows the quality of the control or regulation, in particular for the provision of cooling air in the compressor as required, to be further improved.

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Verdichters ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die zu kühlende Verdichterkomponente im Betrieb des Verdichters mit Kühlluft aus der Verdichterumgebung gekühlt wird. Das liefert insbesondere den großen Vorteil, dass relativ kühle Luft zur Kühlung verwendet werden kann. Die Luft in der Verdichterumgebung ist in der Regel deutlich kühler als Luft, die auf einer Druckseite des Verdichters im Betrieb zur Verfügung steht. Nachdem die Luft aus der Verdichterumgebung zur Kühlung der zu kühlenden Verdichterkomponente verwendet wurde, wird diese Kühlluft durch mindestens einen Auslass wieder an die Verdichterumgebung abgeführt. Am Auslass oder an mehreren Auslässen könnte das Vorsehen einer Ventileinrichtung, zum Beispiel in Form eines Klappventils, vorteilhaft sein, um eine an sich unerwünschte Rückströmung oder ein unerwünschtes Eindringen von Stoffen aus der Verdichterumgebung in dem Kühlluftpfad zu verhindern.In a method for operating a compressor described above, the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the compressor component to be cooled is cooled with cooling air from the compressor environment during operation of the compressor. This provides the particular great advantage that relatively cool air can be used for cooling. The air in the compressor environment is generally significantly cooler than air that is available on a pressure side of the compressor during operation. After the air from the compressor environment has been used to cool the compressor component to be cooled, this cooling air is discharged back to the compressor environment through at least one outlet. The provision of a valve device, for example in the form of a flap valve, could be advantageous at the outlet or at several outlets in order to prevent an undesirable backflow or an undesirable penetration of substances from the compressor environment into the cooling air path.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Hilfe der Kühlluftfördervorrichtung durch den Kühlluftpfad geförderter Kühlluftvolumenstrom an einen minimal notwendigen Bedarf angepasst wird, um eine maximal benötigte Druckdifferenz zu minimieren. Zu diesem Zweck wird die Kühlluftfördervorrichtung, vorzugsweise über die vorab beschriebene Steuerung, mittels der separaten Kühlluftfördervorrichtung auf eine maximal notwendige Druckdifferenz geregelt, um die treibende Temperarturdifferenz zu erhöhen.A preferred embodiment of the method is characterized in that a cooling air volume flow conveyed through the cooling air path with the aid of the cooling air conveying device is adapted to a minimum required requirement in order to minimize a maximum required pressure difference. For this purpose, the cooling air conveying device is regulated to a maximum required pressure difference by means of the separate cooling air conveying device, preferably via the control described above, in order to increase the driving temperature difference.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Gehäuse und/oder eine Kühlluftfördervorrichtung für einen vorab beschriebenen Verdichter. Das Gehäuse und die Kühlluftfördervorrichtung sind separat handelbar.The invention further relates to a housing and/or a cooling air conveying device for a compressor described above. The housing and the cooling air conveying device can be sold separately.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Brennstoffzellensystem mit einem vorab beschriebenen elektrisch angetriebenen Verdichter, der vorzugsweise als Luftverdichter zur Bereitstellung von verdichteter Luft in dem Brennstoffzellensystem dient.The invention also relates to a fuel cell system with an electrically driven compressor as described above, which preferably serves as an air compressor for providing compressed air in the fuel cell system.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which various embodiments are described in detail with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kühlluftpfads in einem Verdichter;
2 die Darstellung eines Halbschnitts durch den Verdichter; und
3 eine perspektivische Darstellung des Verdichters.

They show:

1 a schematic representation of a cooling air path in a compressor;
2 the representation of a half-section through the compressor; and
3 a perspective view of the compressor.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 3 ist ein auch allgemein als Gasfördervorrichtung 23 bezeichneter Verdichter perspektivisch dargestellt. Die Gasfördervorrichtung 23 ist als Luftzuführvorrichtung, insbesondere als Luftverdichter, ausgeführt. Der Luftverdichter 23 dient in einem mobilen Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft. Das mobile Brennstoffzellensystem wiederum dient in einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Kraftfahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Energie, die zum Beispiel über einen Elektromotor in Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug umgewandelt wird.In 3 A compressor, also generally referred to as a gas conveying device 23, is shown in perspective. The gas conveying device 23 is designed as an air supply device, in particular as an air compressor. The air compressor 23 is used in a mobile fuel cell system to provide compressed air. The mobile fuel cell system in turn is used in a motor vehicle equipped with the fuel cell system. A device for providing electrical energy, which is converted into drive energy for the motor vehicle, for example via an electric motor.

Die Luftzuführvorrichtung 23 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 24 mit einem Luftanschluss 25, über den Luft zugeführt wird, und mit einem Luftanschluss 26, über den verdichtete Luft abgeführt wird. Zum Verdichten der Luft umfasst die Luftzuführvorrichtung 23 zum Beispiel ein Verdichterrad, das innerhalb einer Verdichtervolute drehbar ist.The air supply device 23 comprises a multi-part housing 24 with an air connection 25, via which air is supplied, and with an air connection 26, via which compressed air is discharged. To compress the air, the air supply device 23 comprises, for example, a compressor wheel that can rotate within a compressor volute.

Der Antrieb des Verdichterrads erfolgt durch einen Elektromotor, der in dem Gehäuse 24 angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst einen Rotor, der innerhalb eines Stators drehbar ist. Der Stator des Elektromotors umfasst einen Stromanschluss 27, über den dem Stator Wechselstrom in drei Phasen zugeführt wird.The compressor wheel is driven by an electric motor which is arranged in the housing 24. The electric motor comprises a rotor which can rotate within a stator. The stator of the electric motor comprises a power connection 27 via which alternating current in three phases is supplied to the stator.

In 1 ist ein Kühlluftpfad 6 durch einen in 2 im Halbschnitt dargestellten Verdichter 10 schematisch dargestellt. Bei dem Verdichter 10 handelt es sich zum Beispiel um eine Luftzuführvorrichtung, die unter Bezugnahme auf 3 auch allgemein als Gasfördervorrichtung 23 bezeichnet ist.In 1 is a cooling air path 6 through a 2 The compressor 10 shown in half section is shown schematically. The compressor 10 is, for example, an air supply device which is described with reference to 3 also generally referred to as gas conveying device 23.

Der Kühlluftpfad 6 umfasst einen Einlass 1, eine Filtereinrichtung 2, eine Kühlluftfördervorrichtung 3, eine zu kühlende Verdichterkomponente 4 und ein Auslass 5. Luft zur Kühlung wird mit Hilfe der Kühlluftfördervorrichtung 3 aus einer Verdichterumgebung 7 über den Einlass 1 und die Filtereinrichtung 2 angesaugt.The cooling air path 6 comprises an inlet 1, a filter device 2, a cooling air conveying device 3, a compressor component 4 to be cooled and an outlet 5. Air for cooling is sucked in with the aid of the cooling air conveying device 3 from a compressor environment 7 via the inlet 1 and the filter device 2.

Mit Hilfe der Kühlluftfördervorrichtung 3 wird die aus der Verdichterumgebung 7 angesaugte Luft an der zu kühlenden Verdichterkomponente 4 vorbei und/oder durch die zu kühlende Verdichterkomponente 4 hindurch geführt, bevor die Luft über den Auslass 5 dann wieder der Verdichterumgebung 7 zugeführt wird.With the aid of the cooling air conveying device 3, the air sucked in from the compressor environment 7 is guided past the compressor component 4 to be cooled and/or through the compressor component 4 to be cooled before the air is then fed back into the compressor environment 7 via the outlet 5.

Der in 1 dargestellte Kühlluftpfad 6 dient in dem in 2 dargestellten Verdichter 10 zur Darstellung einer Kühlluftversorgungseinrichtung 30, mit der die zu kühlende Verdichterkomponente 4 im Betrieb des Verdichters 10 mit Luft aus der Verdichterumgebung 7 wirksam gekühlt werden kann.The in 1 The cooling air path 6 shown serves in the 2 illustrated compressor 10 to illustrate a cooling air supply device 30 with which the compressor component 4 to be cooled can be effectively cooled with air from the compressor environment 7 during operation of the compressor 10.

Bei dem in 2 im Halbschnitt dargestellten Verdichter 10 kann der Einlass 1 auch mit der Filtereinrichtung 2 kombiniert werden. Der Verdichter 10 umfasst ein Gehäuse 11, in welchem ein elektromotorischer Antrieb 19 mit einem Stator 20 untergebracht ist.In the 2 In the compressor 10 shown in half section, the inlet 1 can also be combined with the filter device 2. The compressor 10 comprises a housing 11 in which an electric motor drive 19 with a stator 20 is housed.

Der Stator 20 wirkt in sich bekannter Art und Weise mit einem Rotor zusammen, der drehfest mit einer Welle 13 verbunden ist. An einem in 2 linken Ende der Welle 13 ist ein nur durch ein Bezugszeichen angedeutetes Laufrad 12 befestigt. Bei dem Laufrad 12 handelt es sich um ein Verdichterrad. An einem in 2 rechten Ende der Welle 13 kann ein Turbinenrad angebracht sein.The stator 20 interacts in a known manner with a rotor which is connected in a rotationally fixed manner to a shaft 13. At a 2 An impeller 12, indicated only by a reference symbol, is attached to the left end of the shaft 13. The impeller 12 is a compressor wheel. 2 A turbine wheel can be attached to the right end of the shaft 13.

Die Welle 13 ist mit Hilfe einer Lagereinrichtung 14 drehbar in dem Gehäuse 11 gelagert. Die Lagereinrichtung 14 umfasst zwei Radiallager 15, 16 und ein Axiallager 17 zur radialen und axialen Lagerung der Welle 13 in dem Gehäuse 11. Die Welle 13 ist um eine Drehachse 18 drehbar. Die Begriffe radial und axial beziehen sich auf diese Drehachse 18. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse18. Radial bedeutet quer zur Drehachse 18.The shaft 13 is rotatably mounted in the housing 11 by means of a bearing device 14. The bearing device 14 comprises two radial bearings 15, 16 and an axial bearing 17 for radial and axial mounting of the shaft 13 in the housing 11. The shaft 13 is rotatable about an axis of rotation 18. The terms radial and axial refer to this axis of rotation 18. Axial means in the direction of or parallel to the axis of rotation 18. Radial means transverse to the axis of rotation 18.

In 2 sieht man, dass die Kühlluftfördervorrichtung 3 außen an das Gehäuse 11 des Verdichters 10 angebaut ist. Die Kühlluftfördervorrichtung 3 umfasst zum Beispiel ein Lüfterrad, das durch einen eigenen Antrieb angetrieben ist. Je nach Ausführung des Antriebs kann das Lüfterrad mit einer konstanten Drehzahl angetrieben werden.In 2 one can see that the cooling air conveying device 3 is mounted on the outside of the housing 11 of the compressor 10. The cooling air conveying device 3 comprises, for example, a fan wheel that is driven by its own drive. Depending on the design of the drive, the fan wheel can be driven at a constant speed.

Besonders vorteilhaft ist jedoch, wenn der Antrieb der Kühlluftfördervorrichtung 3 über eine eigene Steuerung 38 angesteuert wird. Die Steuerung 38 kann auch in eine Verdichtersteuerung integriert sein. Über die Steuerung 38 kann die Kühlluftfördervorrichtung 3 vorteilhaft bedarfsabhängig angesteuert werden.However, it is particularly advantageous if the drive of the cooling air conveying device 3 is controlled via its own control 38. The control 38 can also be integrated into a compressor control. The cooling air conveying device 3 can advantageously be controlled as required via the control 38.

Die Kühlluftversorgungseinrichtung 30 umfasst Fluidkanäle, die in dem Gehäuse 11 des Verdichters 10 den Kühlluftpfad 6 zwischen dem Einlass 1 und dem Auslass 5 darstellen. Der Kühlluftpfad 6 umfasst in dem Gehäuse 11 mindestens eine Verbindungsstelle.The cooling air supply device 30 comprises fluid channels which represent the cooling air path 6 between the inlet 1 and the outlet 5 in the housing 11 of the compressor 10. The cooling air path 6 comprises at least one connection point in the housing 11.

Der Verlauf der Fluidkanäle mit der Verbindungsstelle in dem Gehäuse 11 des Verdichters 10 ist in 2 durch Pfeile 31 bis 37 veranschaulicht. Der durch die Pfeile 31 bis 37 angedeutete Verlauf des Kühlluftpfads 6 in dem Verdichtergehäuse 11 ist selbstverständlich nur beispielhaft.The course of the fluid channels with the connection point in the housing 11 of the compressor 10 is in 2 illustrated by arrows 31 to 37. The course of the cooling air path 6 in the compressor housing 11 indicated by arrows 31 to 37 is of course only an example.

Der Pfeil 31 veranschaulicht ein Kühlluftvolumenstrom, der an dem Einlass 1 über die Filtereinrichtung 2 durch die Kühlluftfördervorrichtung 3 angesaugt wird. Die Kühlluftfördervorrichtung 3 ist zusammen mit der Filtereinrichtung 2 am Einlass 1 des Verdichtergehäuses 11 angeordnet.The arrow 31 illustrates a cooling air volume flow that is sucked in at the inlet 1 via the filter device 2 by the cooling air conveying device 3. The cooling air conveying device 3 is arranged together with the filter device 2 at the inlet 1 of the compressor housing 11.

Der Pfeil 32 veranschaulicht in 2, wie der Kühlluftvolumenstrom durch die Kühlluftfördervorrichtung 3 in radialer Richtung nach innen in das Verdichtergehäuse 11 hineingedrückt wird. Die Pfeile 33 und 34 veranschaulichen, wie sich der Kühlluftvolumenstrom in zwei Teilpfade aufteilt.The arrow 32 illustrates in 2 how the cooling air volume flow is pressed radially inwards into the compressor housing 11 by the cooling air conveying device 3. The arrows 33 and 34 illustrate how the cooling air volume flow is divided into two partial paths.

Der Teilpfad 34 verläuft in axialer Richtung in 2 nach rechts. So kann mit der Kühlluft in diesem Teilpfad 34 sowohl der Stator 20 als auch das Radiallager 16 mit Kühlluft versorgt werden, bevor die Kühlluft in 2 rechts aus dem Verdichter 10 wieder in die Verdichterumgebung 7 abgeführt wird, wie in 2 durch den Pfeil 35 veranschaulicht ist.The partial path 34 runs in the axial direction in 2 to the right. This way, the cooling air in this partial path 34 can supply both the stator 20 and the radial bearing 16 with cooling air before the cooling air in 2 right from the compressor 10 back into the compressor environment 7, as in 2 illustrated by the arrow 35.

Der Teilpfad 33 des Kühlluftpfads 6 verläuft, wie in 2 durch den Pfeil 36 veranschaulicht ist, zunächst in axialer Richtung in 2 nach links und dann radial nach außen. So kann die Kühlluft über den Teilpfad 33 sowohl zur Kühlung des Radiallagers 15 als auch zur Kühlung des Axiallagers 17 genutzt werden, bevor die Kühlluft dann radial außen am Auslass 5 wieder in die Verdichterumgebung 7 abgeführt wird, wie durch den Pfeil 37 veranschaulicht ist.The partial path 33 of the cooling air path 6 runs as in 2 illustrated by the arrow 36, initially in the axial direction in 2 to the left and then radially outwards. The cooling air can thus be used via the partial path 33 both to cool the radial bearing 15 and to cool the axial bearing 17, before the cooling air is then discharged radially outward at the outlet 5 back into the compressor environment 7, as illustrated by the arrow 37.

Die Kühlluftversorgungseinrichtung 30 umfasst zusätzlich zu der optionalen Steuerung 38 noch mindestens eine Sensoreinrichtung 39, die in 2 in der Nähe des Auslasses 5 für die Kühlluft angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung 39 umfasst zum Beispiel einen Temperatursensor, einen Drucksensor und/oder einen Volumenstromsensor. Die Sensoreinrichtung 39 ist steuerungsmäßig mit der Steuerung 38 verbunden. Dadurch wird die bedarfsabhängige Ansteuerung der Kühlluftfördervorrichtung 3 optimiert.In addition to the optional control 38, the cooling air supply device 30 also comprises at least one sensor device 39, which 2 is arranged near the outlet 5 for the cooling air. The sensor device 39 comprises, for example, a temperature sensor, a pressure sensor and/or a volume flow sensor. The sensor device 39 is connected to the controller 38 for control purposes. This optimizes the demand-dependent control of the cooling air conveying device 3.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2018 201 162 A1 [0002]
WO 2020 / 177941 A1 [0002]
WO 2021 / 063566 A1 [0002]

Claims

Compressor (10) with a housing (11) in which at least one impeller (12) is mounted via a shaft (13) with the aid of at least one bearing device (14) so as to be rotatable about an axis of rotation (18) and is driven by an electric motor drive (19) in order to compress a gaseous medium, characterized by a cooling air supply device (30) for supplying at least one compressor component (4) to be cooled with cooling air from a compressor environment (7), wherein the cooling air supply device (30) comprises a cooling air conveying device (3) which is connected upstream of the compressor component (4) to be cooled in a cooling air path (6) such that the cooling air is conveyed from the compressor environment (7) into the cooling air path (6).

compressor after claim 1 , characterized in that the compressor component (4) to be cooled comprises at least one bearing device (14) and/or a stator (20) of the electric motor drive (19), which is/are cooled with the cooling air conveyed from the compressor environment (7) into the cooling air path (6).

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling air path (6) has at least one connection point for at least two partial paths (33, 34) which are assigned to two compressor components (4) to be cooled.

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling air path (6) on the housing (11) has an inlet (1) with a filter device (2) through which the cooling air conveyed from the compressor environment (7) into the cooling air path (6) is filtered.

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling air conveying device (3) is attached externally to the housing (11) of the compressor (10).

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling air conveying device (3) is connected for control purposes to a controller (37).

Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling air path (6) is assigned at least one sensor device (39), with the aid of which a temperature, a pressure and/or a volume flow in the cooling air path (6) is detected.

Method for operating a compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor component (4) to be cooled is cooled with cooling air from the compressor environment (7) during operation of the compressor (10).

procedure according to claim 8 , characterized in that a cooling air volume flow (31,32) conveyed through the cooling air path (6) with the aid of the cooling air conveying device (3) is adapted to a minimum necessary requirement in order to minimize a maximum required pressure difference.

Housing (11) and/or cooling air conveying device (3) for a compressor (10) according to one of the Claims 1 until 7 .