用于燃料电池系统的空气供给设备以及燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池系统(2、3)的空气供给设备(1)，该空气供给设备具有流式压缩机和用于流式压缩机的驱动电机(4)，其中，流式压缩机具有两个压缩机轮(6、7)，所述两个压缩机轮构造成基本上对称并且与布置在所述两个压缩机轮之间的驱动电机(4)一起布置在共同的轴(5)上。根据本发明专利技术的空气供给设备的突出之处在于，所述两个压缩机轮(6、7)在压力侧与两个气动地非持久连接的系统(2、3、10、13)相连接。此外，要求保护一种使用这种空气供给设备(1)的燃料电池系统(2、3)。3)。3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池系统的空气供给设备以及燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于燃料电池系统的空气供给设备以及由空气供给设备实施供给的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]燃料电池系统已经是现有技术中已知的。为了燃料电池系统的空气供给，常常使用部分电驱动的流式压缩机/离心式空压机非常频繁的是，在电动机一侧布置涡轮，并且在另一侧布置压缩机。这种也称为电动涡轮增压器或马达辅助的涡轮增压器的结构被经常使用，是因为这种结构能够从排气中回收剩余能量。然而，这种结构具有的缺点是，出现支承装置的不均匀负载，因为在压缩机的区域中作用的力和在涡轮的区域中作用的力部分地差异明显。这导致在轴向支承装置的区域中更高的摩擦。由此，需要非常复杂且昂贵的轴向支承装置，尽管如此，在轴向支承装置的区域中几乎难以避免不期望的高的功率损失。
[0003]其它结构也可以构造成具有电动机和在相同的轴上的两个压缩机轮的二级的压缩机。就此而言，示例参考DE 10 2010 035 725 A1。在此，轴向支承装置的负载也相对大，因为存在不同的压力情况和在侧面上的力。在所述文献中，这力求通过压缩机轮的压缩机轮后部件相应地进行补偿。
[0004]这种类型的WO 2019/096890 A2通过以下方式解决这种力失衡，即，将两个对称的压缩机轮与驱动电机一起布置在共同的轴上。由此，可显著减小轴向力。由此，实现较小的轴向支承装置以及在该轴向支承装置的区域中非常低的摩擦。
[0005]此外，作为另一现有技术可以参考本申请人的DE 101 20 947A1，其阐述了电驱动的流式压缩机与所谓的空载增压机、即在一侧具有涡轮并且在另一侧具有压缩机的空载的涡轮增压器的组合。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，给出一种根据权利要求1的前序部分所述的、改进的、用于燃料电池系统的空气供给设备，以及一种改进的、使用该空气供给设备的燃料电池系统。
[0007]根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1中并且在此尤其是权利要求1的特征部分中所述特征的用于燃料电池系统的空气供给设备实现。从与此相关的从属权利要求中得到空气供给设备的有利的设计方案和改进方案。此外，该目的通过具有权利要求7中所述特征的燃料电池系统实现。从与此相关的从属权利要求中得到燃料电池系统的有利的设计方案和改进方案。
[0008]与现有技术所阐述的相似地，用于燃料电池系统的空气供给设备设置成，存在流式压缩机，流式压缩机被驱动电机驱动。在此，流式压缩机具有两个压缩机轮，两个压缩机轮构造成基本上对称并且与布置在二者之间的驱动电机一起布置在共同的轴上。根据本专利技术，两个压缩机轮与两个气动地非持久连接的系统相连接。
[0009]使用与在这种类型的现有技术中阐述的方式相同的具有两个基本上对称的压缩机轮的电驱动的流式压缩机实现了，为轴向支承装置显著卸载，这简化了轴向支承装置的结构并且减小了摩擦。在车辆领域中的燃料电池应用中以及此处通常的功率下，可以避免直至2kW的损失功率。在此，使用其中压缩机轮在压力侧与两个不同系统——这两个不同的系统非气动连接或至少非持久地气动连接——相连接所产生的空气流具有的重要优点是，在两个系统中仅仅引入热量的一部分，而所述热量在压力侧的空气管路汇聚时在组件中共同存在，在燃料电池系统中这可能极快地导致组件的热过载。
[0010]根据本专利技术的空气供给设备尤其是能够被用于，根据空气供给设备的一种非常有利的改进方案设置两个彼此分离的燃料电池系统，通过共同的空气供给设备为燃料电池系统供给空气。例如，彼此分离的燃料电池系统可以是两个相同类型的系统，例如为了提供商用车所需的驱动功率，这两个系统以模块化的结构相互组合。同样好地可设想，以任意其它形式共同地供给燃料电池系统和另一需要空气的系统。
[0011]按照根据本专利技术的空气供给设备的一种极其适宜的改进方案，两个非持久地气动地相互连接的系统是空载的涡轮增压器的压缩机侧和涡轮侧。因此，具有两个对称的压缩机轮的空气供给设备通过所述一个压缩机轮供给空载增压机的压缩机侧，而通过另一压缩机轮流入空载增压机的涡轮。由此，基本上产生分级增压，在其中，电驱动的流式压缩机例如提供1.5bar至2.5bar的压力水平。于是，该压力从所述压缩机轮到达空载增压机的压缩机侧，压缩机侧继续提高该压力，例如提高到用于供给燃料电池系统的4.5bar。为此，所述另一压缩机轮的体积流到达空载增压机的涡轮侧，并且由此提供用于驱动压缩机侧并且用于提高压力所需的能量。该结构极其简单并且有利。尤其是，空载增压机可以设计成，对于空载增压机由于在燃料电池系统中处于非常湿润的气体(可能为空载增压机输送了该气体)中的情况，空载增压机完全也可能冻住。当然，现在可以通过电驱动的压缩机轮，通过空载增压机的压缩机侧将空气吹向燃料电池系统，这至少足够用于启动燃料电池系统并且随后使其融化。
[0012]根据另一非常有利的设计方案，气动地非持久地连接的系统可以通过设有阀的旁路管路以能控制的方式相连接。两个其它情况下非持久连接的系统的这种可控制的连接例如实现了，在低的压力下提供大的体积流，尤其是对于根据以上所述的实施变型方案的具有附加的空载增压机的结构。于是，尤其是对于这种结构，在旁路管路封闭并且由此在空载增压机的涡轮侧上的驱动功率相应高时，可以在相应更小的体积流时实现相对高的压力。如果在旁路管路中的阀进一步打开，更多的空气到达压缩机侧上并且更少的到达涡轮侧上，由此，在更低的压力下实现了更大的体积流。
[0013]在具有空载增压机的实施变型方案中，在压缩机中确切的说在压缩的两个级中，此时出现升温。一方面这是不期望的，因为这种升温相应地加载燃料电池系统。另一方面值得期望的是，保持给燃料电池系统的输入空气湿润，以防止变干。出于这一原因，根据本想法的一种有利的设计方案可以规定，设置用于将液体在流动方向上在压缩机侧之前和/或之后输送到被压缩的空气流中的装置。根据本想法的一种有利的设计方案通过用于使液体雾化的喷嘴实现的液体、尤其是去离子水的引入，一方面降低了被压缩的空气流的温度，因为在空气流中的液体相应地蒸发并且另一方面加湿空气流。这实现了两个重要优点。一方面，当在压缩机侧之前输入液体时，改善了压缩机侧的效率，并且另一方面(在两种设计方
案中)确保了对燃料电池输入空气的加湿。因此，可以通过简单的储水器实现复杂的、紧凑的且在燃料电池系统之内带来高的空间需求的用于加湿输入空气的设备，储水器必要时也可以收集冷凝水并且将其再次利用，并且实现了相应的用于将水输送到被压缩的空气流中的装置。这种结构可非常简单、成本适宜且节省空间地集成到空气供给设备中。
[0014]此外，根据本专利技术的空气供给设备的一种非常适宜的改进方案可以规定，空载的涡轮增压器以液体动压的方式支承。这种液体动压的支承装置/轴承可以极其简单且有效，并且减小了在涡轮增压器快速运行时产生的摩擦。在此尤其适宜的是，水，例如在以上所述设计方案中用于为系统的加湿毫无疑问被携带的或者从系统中回收的水用于实现空载的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池系统(2、3)的空气供给设备(1)，该空气供给设备具有流式压缩机和用于流式压缩机的驱动电机(4)，其中，流式压缩机具有两个压缩机轮(6、7)，所述两个压缩机轮构造成基本上对称并且与布置在所述两个压缩机轮之间的驱动电机(4)一起布置在共同的轴(5)上，其特征在于，所述两个压缩机轮(6、7)在压力侧与两个气动地非持久连接的系统(2、3、10、13)相连接。2.根据权利要求1所述的空气供给设备(1)，其特征在于，所述气动地非持久连接的系统是两个燃料电池系统(2、3)。3.根据权利要求1所述的空气供给设备(1)，其特征在于，所述气动地非持久连接的系统是空载的涡轮增压器(11)的压缩机侧(10)和涡轮侧(13)。4.根据权利要求1、2或3所述的空气供给设备(1)，其特征在于，所述气动地非持久连接的系统(2、3、10、13)通过设有阀(16)的旁路管路(15)以能控制的方式相连接。5.根据权利要求1至4中任一项所述的空气供给设备(1)，其特征在于，设置有用于向被压缩的空气流中输送液体的装置，所述输送液体的装置具有尤其是至少一个用于使液体在被压缩的空气流中雾化的喷嘴。6.根据权利要求3、4或5所述的空气供给设备(1)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：燃料电池中心两合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：