一种用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备，所述再循环设备包括鼓风机，所述鼓风机具有用于与所述燃料电池系统的燃料电池装置的燃料出口连接的抽吸接头、用于与所述燃料电池装置的燃料入口连接的压力接头和用于将所述阳极废气从入口输送至出口的叶轮。此外，所述再循环设备具有涡轮机，所述涡轮机具有用于与所述燃料电池系统的燃料箱体连接的入口、用于与所述燃料电池装置的燃料入口连接的出口和运动学地耦合至所述鼓风机的叶轮的涡轮轮盘，通过所述入口来自所述燃料箱体的气态燃料能够流到所述涡轮轮盘并且所述涡轮轮盘能够旋转，以便驱动所述鼓风机的叶轮。以便驱动所述鼓风机的叶轮。以便驱动所述鼓风机的叶轮。
【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统和用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备
[0001]本专利技术涉及一种燃料电池系统和一种用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备。
技术介绍
[0002]燃料电池越来越多地、尤其还在车辆中用作能量转换器，以便将存储在燃料(例如氢气)中的化学能与氧气一起直接转化为电能。燃料电池通常具有阳极、阴极和布置在阳极与阴极之间的电解膜。在阳极上进行燃料的氧化，并在阴极上进行氧气的还原。在此，在阴极侧上产生水。
[0003]通常，给燃料电池的阳极连续地过量地供应气态燃料，即，与在化学计量上所需要地供应给阴极的给定氧气供应量相比更多的燃料。燃料过量或阳极产出物通常再循环或重新供应给阳极。这通常借助再循环鼓风机进行，该再循环鼓风机将阳极产出物从阳极的出口输送回至阳极的入口。
[0004]再循环鼓风机通常借助电动马达运行。为了改进燃料电池系统的能量效率，在DE 10 2007 037 096 A1中公开了借助涡轮机驱动再循环鼓风机。涡轮机利用压缩空气作为工作流体，该压缩空气已借助压缩机进行压缩以供应给阴极。
技术实现思路
[0005]根据本专利技术，设置一种具有本专利技术特征的再循环设备和一种具有本专利技术的特征的燃料电池系统。
[0006]根据本专利技术的第一方面，一种用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备包括鼓风机以及涡轮机，所述鼓风机具有用于与所述燃料电池系统的燃料电池装置的燃料出口连接的抽吸接头、用于与所述燃料电池装置的燃料入口连接的压力接头和用于将所述阳极废气从所述抽吸接头输送至所述压力接头的叶轮(Laufrad)，所述涡轮机具有用于与所述燃料电池系统的燃料箱体连接的入口、用于与所述燃料电池装置的燃料入口连接的出口和运动学地耦合至所述鼓风机的叶轮的涡轮轮盘，通过所述入口来自所述燃料箱体的气态燃料能够流到所述涡轮轮盘并且所述涡轮轮盘能够旋转，以便驱动所述鼓风机的叶轮。
[0007]根据本专利技术的第二方面，燃料电池系统包括燃料电池装置以及根据本专利技术的第一方面的再循环设备，所述燃料电池装置具有至少一个燃料电池、燃料入口和燃料出口，其中，鼓风机的压力接头和涡轮机的出口与燃料入口连接，其中，鼓风机的抽吸接头与燃料出口连接。
[0008]本专利技术所基于的一个想法在于，例如来自箱体的、供应给燃料电池系统的燃料流的动能在涡轮机中部分地减少，并以涡轮机驱动鼓风机，以便再循环阳极废气。为此，根据本专利技术，由燃料(例如氢气)驱动的涡轮机叶轮和输送阳极废气的鼓风机叶轮例如通过轴、
法兰(Flansch)或通过涡轮轮盘与叶轮一体构造的方式运动学地彼此耦合。通常，燃料在8bar和20bar之间的范围内的压强下存在于箱体中并且在1.5bar和3.5bar之间的范围内的压力下被供应给燃料电池装置的阳极。压差可以有利地在涡轮中减少并用于驱动鼓风机。
[0009]通过在涡轮机中利用供应给燃料电池系统的燃料流的动能来驱动使阳极废气再循环的鼓风机，有利地改进燃料电池系统的能量效率。
[0010]从以下优选的实施方式以及从参照附图插图的描述得出有利的构型和扩展方案。
[0011]根据一些实施方式，可以设置，所述涡轮轮盘构造为具有至少两个平行延伸的第一圆盘的特斯拉涡轮机，所述第一圆盘运动学地耦合至所述鼓风机的叶轮，其中，在所述第一圆盘的外圆周的区域中布置有与所述入口连接的至少一个喷嘴，所述喷嘴以这样的方式定向，使得燃料能够与所述外圆周成切向地吹入所述圆盘之间的间隙中，其中，所述涡轮机的出口相对于径向方向布置在所述第一圆盘的中心区域中。这种结构的一个优点是，涡轮机可以在非常小的噪音和振动下运行，这尤其是对于机动车领域中的应用是有利的。另一个优点在于在构造上简单的结构，因为圆盘可以分别实施为具有圆形圆周和平坦表面的简单圆盘。
[0012]根据一些实施方式，可以设置，涡轮轮盘的第一圆盘和鼓风机的叶轮通过一个共同的轴耦合。因此，第一圆盘和叶轮可以在轴向方向上间隔开地位于同一轴上。这进一步简化了再循环设备的在构造上的构型。可选地，所述轴可以具有与位于第一圆盘之间的间隙连接的出口开口，以便排放引入到该间隙中的燃料气体。出口开口因此形成涡轮出口或与其连接。
[0013]根据一些实施方式，可以设置，所述鼓风机构造为具有至少两个平行延伸的第二圆盘的特斯拉压缩机，其中，所述第二圆盘的相对于所述径向方向的中心区域与所述抽吸接头连接，其中，所述压力接头与所述第二圆盘的外圆周连接。例如，涡轮机的第一圆盘和鼓风机的第二圆盘可以布置在同一轴上。所述轴可以可选地具有布置在第二圆盘之间的入口开口，以便将阳极废气输送到位于第二圆盘之间的间隙中。在第二圆盘的外圆周上可以构造或设置收集空间，所述收集空间与鼓风机的压力接头连接。尤其将涡轮机和压缩机实现为特斯拉涡轮机或特斯拉压缩机提供了特别简单地构建的单元的优点。
[0014]根据一些实施方式，可以设置，鼓风机和涡轮机布置在一个共同的壳体中，其中，壳体具有输出接头，涡轮机的出口和鼓风机的压力接头与该输出接头连接。例如，涡轮轮盘和鼓风机的叶轮可以通过与叶轮和涡轮轮盘一起旋转的分隔圆盘彼此分离，其中，分隔圆盘将壳体划分成鼓风机部分区域和涡轮机部分区域，尤其是相对于轴向方向。在壳体上可以设置套管等，该套管具有出口接头，其中，该套管与涡轮机的出口和鼓风机的压力接头连接。例如，涡轮机部分区域可以通过形成出口的管道或开口与套管连接。同样，鼓风机部分区域可以通过形成压力接头的管道或开口与套管连接。通过将鼓风机和涡轮机集成到具有共同接头的共同壳体中，实现再循环设备的更加紧凑的结构。
[0015]根据一些实施方式，可以设置，再循环设备具有驱动设备，尤其是以电动马达的形式，该驱动设备运动学地耦合至鼓风机的叶轮。因此，由鼓风机输送的燃料质量流的调节的灵活性可以进一步提高。
[0016]根据一些实施方式，可以设置，再循环设备具有收集容器，该收集容器用于收集在鼓风机中从阳极废气中析出的液态水。
[0017]根据一些实施方式，可以设置，收集容器与鼓风机通过一个或多个线路(Leitung)连接，其中，所述一个或多个线路和/或收集容器热耦合至驱动设备。例如，驱动器可以伸入到收集容器中，或者所述一个线路可以或所述多个线路可以沿着驱动设备延伸。这改进了驱动设备的冷却并因此改进了其使用寿命。
[0018]根据一些实施方式，可以设置，鼓风机的压力接头与涡轮机的出口在没有插入的抽吸喷射泵的情况下直接与燃料入口连接。通过涡轮机和鼓风机的组合，可以有利地不仅在高负载下、而且在低负载下提供所需的再循环质量流和所需的新鲜气体质量流，这简化了燃料电池系统的调节。此外，减少了系统中的流动损失。
[0019]根据一些实施方式，可以设置，燃料电池系统具有与涡轮机的入口连接的计量阀，该计量阀能够与燃料箱体连接并且设置用于改变从燃料箱体供应给涡轮机的燃料质量流。
[0020]根据一些实施方式，可以设置，燃料电池系统具有与涡轮机的入口连接的箱体。
附图说明
[0021]下面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于在燃料电池系统(200)中再循环阳极废气的再循环设备(100)，所述再循环设备具有：鼓风机(1)，所述鼓风机具有用于与所述燃料电池系统(200)的燃料电池装置(210)的燃料出口(212)连接的抽吸接头(11)、用于与所述燃料电池装置(210)的燃料入口(211)连接的压力接头(12)和用于将所述阳极废气从所述抽吸接头(11)输送至所述压力接头(12)的叶轮(10)；和涡轮机(2)，所述涡轮机具有用于与所述燃料电池系统(200)的燃料箱体(205)连接的入口(21)、用于与所述燃料电池装置(210)的燃料入口(211)连接的出口(22)和运动学地耦合至所述鼓风机(1)的所述叶轮(10)的涡轮轮盘(20)，通过所述入口(21)来自所述燃料箱体(205)的气态燃料能够流到所述涡轮轮盘并且所述涡轮轮盘能够旋转，以便驱动所述鼓风机(1)的所述叶轮(10)。2.根据权利要求1所述的再循环设备(100)，其中，所述涡轮轮盘(20)构造为具有至少两个平行延伸的第一圆盘(23)的特斯拉涡轮机，所述第一圆盘运动学地耦合至所述鼓风机(1)的所述叶轮(10)，其中，在所述第一圆盘(32)的外圆周(23a)的区域中布置有与所述入口(21)连接的至少一个喷嘴(24)，所述至少一个喷嘴如此定向，使得燃料能够与所述外圆周(23a)成切向地吹入所述圆盘(23)之间的间隙(25)中，其中，所述涡轮机(2)的出口(22)相对于径向方向(R1)布置在所述第一圆盘(23)的中心区域中。3.根据权利要求2所述的再循环设备(100)，其中，所述涡轮轮盘(20)的第一圆盘(23)和所述鼓风机(1)的所述叶轮(10)通过一个共同的轴(6)耦合。4.根据权利要求2或3所述的再循环设备(100)，其中，所述鼓风机(1)构造为具有至少两个平行延伸...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：
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