使气体在阳极回路中再循环的装置、方法和燃料电池系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路(2)中再循环的装置(1)，包括具有两个共轴布置的射流喷嘴(4、5)的喷射泵(3)，共同的压力室(6)关于所述射流喷嘴前置，其中，压力室(6)与第一射流喷嘴(4)直接连接并且能够与第二射流喷嘴(5)间接地通过受压力控制的阀(7)连接，使得根据在压力室(6)中的压力能够接通第二射流喷嘴(5)。本发明专利技术还涉及一种具有根据本发明专利技术的装置(1)的燃料电池系统以及一种用于使阳极气体再循环的方法。一种用于使阳极气体再循环的方法。一种用于使阳极气体再循环的方法。

【技术实现步骤摘要】
使气体在阳极回路中再循环的装置、方法和燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及一种用于使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路中再循环的装置和方法。此外，提出一种具有根据本专利技术的装置的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]燃料电池将燃料、例如氢气和氧气转化成电能。为此，将燃料供应至燃料电池的阳极并且将氧气供应至所述燃料电池的阴极。因为从燃料电池出来的燃料通常还包含燃料的剩余量，所以将所述燃料再循环并且重新供应至阳极。这节省燃料。在此，所述再循环可以借助于再循环风扇主动地产生和/或借助于喷射泵被动地产生。
[0003]在使用喷射泵以用于再循环时的问题是在低负载区域中的减弱的再循环功率。为了在这里完成补偿，可以使用较小的第二喷射泵，所述第二喷射泵设置在低负载区域上并且与第一喷射泵并联地布置。然而，另外的喷射泵提高设计花费，因为两个并联布置的喷射泵的射流喷嘴必须分别通过计量阀供应以氢气。同时提高了组件的结构空间需求。

技术实现思路

[0004]在这里，本专利技术努力完成补偿。尤其应说明一种用于使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路中再循环的装置，所述装置能够在所有的负载区域上实现足够高的再循环功率以及简单地和紧凑地构造。
[0005]为了解决所述任务，提出根据本专利技术的装置。本专利技术的有利的扩展方案在下面说明。此外说明一种具有根据本专利技术的装置的燃料电池系统以及用于使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路中再循环的方法。
[0006]为了使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路中再循环而提出的装置包括喷射泵，所述喷射泵具有两个共轴布置的射流喷嘴，一个共同的压力室关于所述射流喷嘴前置，其中，压力室与第一射流喷嘴直接连接并且可以与第二射流喷嘴间接地通过受压力控制的阀连接，使得可以根据压力室中的压力接通第二射流喷嘴。
[0007]所提出的装置具有仅一个喷射泵，但所述喷射泵包括两个共轴布置的射流喷嘴。所述射流喷嘴共轴地布置、尤其彼此嵌入，从而实现紧凑的布置。此外，通过取消第二喷射泵明显减小结构空间需要。
[0008]因为所述两个射流喷嘴的仅一个射流喷嘴直接与前置的压力室连接，喷射泵可以在低负载区域通过仅一个射流喷嘴运行。在需要更高的再循环功率的更高的负载区域中，可以接通第二射流喷嘴。所述接通借助于受压力控制的阀实现，当前置的压力室中的压力升高时，所述阀打开。当氢气到压力室中的流入量大于通过第一射流喷嘴的流出量时是这种情况。因为在压力室中建立滞止压力，所述滞止压力最后导致受压力控制的阀打开。
[0009]以该方式可以针对所有负载区域产生相应需要的再循环功率。
[0010]优选地，计量阀关于压力室前置，借助于所述计量阀可以将氢气配量到压力室中。因此，氢气到压力室中的流入量可以借助于计量阀有针对性地控制。
[0011]优选地，计量阀实施为比例阀，使得计量阀的开口横截面是可变的。
[0012]以该方式可以更有针对性地控制氢气到压力室中的流入量。
[0013]此外优选地，受压力控制的阀包括能运动的阀元件，所述能运动的阀元件具有：
[0014]‑
第一压力面，存在于压力室中的压力施加在第一压力面上并且引起沿打开方向作用到阀元件上的力，以及
[0015]‑
第二压力面，存在于阳极回路中的压力施加在第二压力面上并且引起沿关闭方向作用到阀元件上的力。
[0016]因为在阳极回路中的压力在燃料电池系统的运行中仅微小地改变，所以可以借助于压力室中的可变的压力限定地打开所述阀，以便接通第二射流喷嘴。
[0017]为了支持受压力控制的阀的限定的打开和关闭，还提出，受压力控制的阀的阀元件沿关闭方向被弹簧的弹簧力加载。弹簧确保所述阀的闭锁。优选地，受压力控制的阀完全布置在阳极回路中，使得不能出现向外的泄露。因此，受压力控制的阀不必昂贵地优化成绝对密封。
[0018]在所提出的装置的运行中，在激活计量阀时首先仅给第一射流喷嘴供应以氢气。弹簧以及阳极回路中的压力首先保持受压力控制的阀关闭。因此，第二射流喷嘴是关断的。当在压力室中建立足够高的滞止压力时，受压力控制的阀才打开并且借助于计量阀给两个射流喷嘴供应以氢气。所提出的装置允许两个射流喷嘴的准确的供应并且由此允许简单的和成本有利的具有双喷嘴的喷射泵。
[0019]以有利的方式，两个射流喷嘴不同大小地设计并且较大的射流喷嘴可以借助于受压力控制的阀接通。这意味着，与压力室直接连接的第一射流喷嘴小于第二射流喷嘴并且由此尤其涉及用于低负载区域。因此，第一射流喷嘴也可以被称为低负载射流喷嘴，第二射流喷嘴被称为高负载射流喷嘴。通过接通高负载射流喷嘴可以覆盖在较高负载区域中对再循环的阳极气体的较大需求。
[0020]根据本专利技术的优选实施方式，两个射流喷嘴具有同心布置的排出开口。这意味着，至少一个排出开口环形地构造并且围绕另一个排出开口。在这里，这优选涉及第二射流喷嘴或者说高负载射流喷嘴的排出开口，因为在此能够实现较大的开口横截面。优选地，两个排出开口具有不同大小的开口横截面，使得形成低负载射流喷嘴和高负载射流喷嘴。
[0021]另外优选地，两个射流喷嘴具有共轴布置的空心柱形区段，所述空心柱形区段共同限界环形空间。通过环形空间可以给第二射流喷嘴供应氢气。因此，环形空间可以通过该受压力控制的阀与前置于射流喷嘴的压力室连接。为了实现两个排出开口的好的同心性，还提出，两个空心柱形区段通过至少一个接片连接，所述接片在部分周向区域上延伸。例如可以设置多个圆形或星形布置的接片，所述接片沿径向方向延伸并且两个射流喷嘴的两个空心柱形区段连接。通过在接片之间的中间空间确保将氢气供应给第二射流喷嘴。替代于多个接片，也可以设置单个接片，该接片在整个周向区域上延伸。为了在该情况下确保给第二射流喷嘴供应以氢气，在该接片中设置有至少一个开口。在此，所述至少一个开口的开口横截面或者整个开口横截面选择得大于第二射流喷嘴的排出开口的开口横截面，以便给第二射流喷嘴供应足够的氢气。
[0022]所述装置的两个射流喷嘴优选朝着抽吸室敞开，用于再循环的阳极气体的进口汇入到该抽吸室中。因此，在激活至少一个射流喷嘴时可以产生驱动力，所述驱动力从进口或
阳极回路抽吸阳极气体并且引起期望的阳极气体再循环。为此，进口与阳极回路的再循环路径连接。
[0023]因为所提出的装置优选使用在燃料电池系统中，还提出一种具有根据本专利技术的装置的燃料电池系统。在此，所述装置集成到燃料电池系统的阳极回路中。通过喷射泵的可分开控制的射流喷嘴还可以实现分配量的连续适配以进行阳极回路中的压力调节。此外，可以实现紧凑构造的、简单的喷射泵，因为两个射流喷嘴通过仅一个计量阀供应以氢气。
[0024]此外，提出一种在使用装置的情况下用于使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路中再循环的方法，所述装置包括具有两个共轴布置的射流喷嘴的喷射泵以及用于控制两个射流喷嘴的计量阀。在此，仅第一射流喷嘴通过计量阀直接供应以氢气并且第二射流喷嘴在需要时通过受压力控制的阀接通，从而该第二射流喷嘴也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于使阳极气体在燃料电池系统的阳极回路(2)中再循环的装置(1)，所述装置包括喷射泵(3)，所述喷射泵具有两个共轴布置的射流喷嘴(4、5)，一个共同的压力室(6)关于所述射流喷嘴前置，其中，所述压力室(6)与第一射流喷嘴(4)直接连接并且能够与第二射流喷嘴(5)间接地通过受压力控制的阀(7)连接，从而能够根据在所述压力室(6)中的压力使所述第二射流喷嘴(5)接通。2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，计量阀(8)关于所述压力室(6)前置，借助于所述计量阀能够将氢气配量到所述压力室(6)中，其中，所述计量阀(8)优选实施为比例阀。3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述受压力控制的阀(7)包括能运动的阀元件(9)，所述阀元件具有：第一压力面(A1)，存在于所述压力室(6)中的压力施加在所述第一压力面上并且引起沿打开方向作用到所述阀元件(9)上的力，以及第二压力面(A2)，存在于所述阳极回路(2)中的压力施加在所述第二压力面上并且引起沿关闭方向作用到所述阀元件(9)上的力。4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述阀元件(9)沿关闭方向由弹簧(10)的弹簧力加载。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，两个射流喷嘴(4、5)不同大小地设计并且较大的那个射流喷嘴能够借...

【专利技术属性】
技术研发人员：HC，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：