【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将燃料电池系统的阳极废气作为循环气体进行循环的循环装置、一种具有至少一个这种循环装置的燃料电池系统以及一种用这种循环装置分配循环气体的方法。
技术介绍
1、已知的是燃料电池系统具有循环管线以便将来自阳极部的至少一部分阳极废气又返送到阳极供应部。这用于将部分包含在阳极废气内的未燃燃料送入燃料电池堆内以作再次使用且因此提高燃料电池系统工作效率。为了回输，原则上知道两种回输可能性。其一，知道了借助鼓风装置的主动式回输，其主动将循环气体送入阳极供应部。被动式解决方案是利用所谓的喷射器装置，其通过在驱动管接头处的燃料在抽吸管接头提供抽吸功能给循环管线且因此用于吸入循环气体。
2、按已知方式采用鼓风装置时的缺点是这种鼓风装置易于发热。因为阳极废气在燃料电池系统工作中通常具有达到约1000℃的高温，故鼓风装置必须相应设计成耐热。这导致高的结构成本以及相应耐热材料的高昂费用。即使在高级装备的情况下，也因为有高的温度负荷而假定在已知解决方案的鼓风装置处有严重磨损。
3、在已知解决方案中的被动式喷射器装置的使用导致了在高循环率和相应高的循环气体流动量情况下必须在喷射器装置中产生高的抽吸功率。为了能保证高的抽吸功率，在喷射器装置的驱动管接头处需要高的初级压力。这造成在缺少相应高的预压时必须付出高昂的能量成本以便能提供压缩功来获得高初级压力。高的初级压力及相应高的抽吸功率两者还导致了在喷射器装置内可能出现尤其在超音速级的很高流速。这造成喷射器装置内的高负荷和相应复杂的构造要求。
1、本专利技术的任务是至少部分消除前述缺点。本专利技术的任务尤其是以低成本的简单方式在借助鼓风装置的循环中在磨损减小的同时提供降低的输送压力。
2、前述任务通过一种具有权利要求1的特征的循环装置、一种具有权利要求16的特征的循环装置、一种具有权利要求17的特征的燃料电池系统以及一种具有权利要求20的特征的方法完成。本专利技术的其它特征和细节来自从属权利要求、说明书和图。在此，关于本专利技术循环装置所描述的特征和细节显然也与其它的本专利技术循环装置、燃料电池系统以及本专利技术方法相关地适用，反之均亦然，故关于对这些专利技术方面的公开总是相互参照或可相互参照。
3、根据本专利技术，循环装置用于将来自燃料电池系统的燃料电池堆的阳极部的阳极废气作为循环气体进行循环。为此，循环装置具有带有接纳部的循环管线，用于流体连通连接至阳极部的阳极排出部。该循环管线分为第一部分循环管线和至少一个第二部分循环管线。还设有分配装置，用于分配循环气体至这两个部分循环管线。第一部分循环管线配备有第一喷射器装置，用于流体连通地加入到阳极部的阳极供应部中。第二部分循环管线具有鼓风装置，用于在第一喷射器装置上游流体连通地加入到阳极供应部中。
4、根据本专利技术的循环装置尤其如以下还详述的那样形成燃料电池系统的局部。鼓风装置在此在这种燃料电池系统中在第一喷射器装置上游被加入到阳极供应部中。
5、根据本专利技术的核心构想所依据的是将喷射器装置的输送可能性与鼓风装置的输送可能性结合以在燃料电池系统中实现循环功能。视工作情况含有余量燃料的阳极废气现在可以通过接纳部被送入本专利技术循环装置的循环管线中。这可以一直进行，直至达到很高的循环率，例如约为阳极废气的80％。这意味着，约20％的阳极废气被引导入单独的废气管线中，而大部分的阳极废气、在此是约80％的阳极废气作为循环气体被供入该循环。
6、在利用唯一的喷射器装置的已知解决方案中将通过这种方式将很高的流速和/或将很大的循环气体输送量加入到喷射器装置中，而在本专利技术设计中通过该分配装置可以进行所述大流量的分配。在已知解决方案中大量循环气体在喷射器装置中导致相应高的抽吸功率，而在本专利技术组合中可以降低所需的抽吸功率。
7、在此要指明的是，分配装置按照固定设定的方式、可切换的方式或甚至可变并且尤其可灵活控制的方式允许针对这些部分循环管线进行分配。因此在根据本专利技术的设计中现在可能的是，一部分循环气体未被转向至第一喷射器，而是被转向至鼓风装置。如果假定按照例如50:50分配，则在高的循环气体回输量下将一半供入第一喷射器装置并将另一半供入鼓风装置。该分配带来许多优点。
8、关于喷射器装置的优点尤其是喷射器装置的抽吸管接头被供以明显减少的循环气体量。因量减少而也在喷射器装置的抽吸管接头处需要相应降低的抽吸功率。由于在第一喷射器装置的驱动管接头处的初级压力和与之相关的在抽吸管接头处的抽吸功率之间通常存在非线性关系，故所需抽吸功率的降低导致明显更强地降低相应所需的工作压力。因此如果在抽吸管接头处的循环气体流动量例如通过抽吸功率从例如60毫巴减半至30毫巴而减半，则这造成明显更强地限制在驱动管接头处的所需工作压力，例如减小达5倍，即，从约5巴限制到约1巴。在驱动管接头处的关于初级压力的减弱效果因此超出在抽吸管接头处的抽吸功率的降低。
9、为了在流经第一喷射器装置的流动量减小的情况下现在还是能实现例如约80％的期望的高循环率，在本专利技术的设计中现在通过第二部分循环管线将尚余留的所需循环气体流动量引导至鼓风装置。鼓风装置现在也能够将循环气体回送入阳极供应部。但相比于只采用鼓风装置的现有技术的解决方案，在高循环率下也将鼓风装置中的所需流动量相应减小第一喷射器装置的份额，因为至少一部分期望循环量已经通过喷射器装置被送入阳极供应部中。除了相应减小的流动横截面、减小的鼓风装置所需输送功率和进一步的结构优点，这导致了相应减小的输入热量，因为较小的在变热状态下的流动量到达鼓风装置。
10、总之，在本专利技术的设计中可以伴随相应高的循环率实现高的循环气体流动量，在此，因第一喷射器装置和鼓风装置组合而仍可以将在第一喷射器装置的驱动管接头处的低初级压力、在喷射器装置的抽吸管接头处的相应的亚音速工作方式和鼓风装置的磨损小的设计相互结合使用。
11、因此可以在高循环率下给燃料电池系统提供更高效率，而不必考虑迄今所知的关于在喷射器装置处的高初级压力的高昂成本或在鼓风装置处的高防磨损保护。
12、可能有利的是在本专利技术的循环装置中第一部分循环装置通入第一喷射器装置的抽吸管接头且阳极供应部通入第一喷射器装置的驱动管接头中。第一喷射器装置的驱动管接头和出口因此形成阳极供应部流路的一部分，而抽吸管接头可以说是所循环的循环气体的侧向供应。从驱动管接头被送入的气体与循环气体的混合因此在第一喷射器装置内进行。如已经解释地，也可以在高循环率下将抽吸管接头内的高循环气体流动量尽量减小，从而与之相应地在第一喷射器装置的抽吸管接头处出现亚音速级的抽吸情况。为此，在初级侧、即在第一喷射器装置的驱动管接头处相应需要明显更低的压力，从而初级流不再被加速到超音速。为此，喷射器装置可以有利地被设计为射流泵装置、尤其是抽吸射流泵。
13、进一步有利的是在本专利技术的循环装置中在第二部分循环管线内设置换热器，尤其在鼓风装置下游和/或第一喷射器装置上游，用于与阳极供应部换热。换言之，换热器的冷侧在鼓本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于将来自燃料电池系统(100)的燃料电池堆(110)的阳极部(120)的阳极废气(AAG)作为循环气体(RG)进行循环的循环装置(10)，具有循环管线(20)，所述循环管线带有接纳部(22)，用于流体连通地连接至该阳极部(120)的阳极排出部(124)，其中，该循环管线(20)具有第一部分循环管线(24)、第二部分循环管线(26)以及分配装置(30)，用于分配该循环气体(RG)至这两个部分循环管线(24,26)，
2.根据权利要求1所述的循环装置(10)，其特征是，该第一部分循环管线(24)通入该第一喷射器装置(40)的抽吸管接头(44)中，该阳极供应部(122)通入该第一喷射器装置(40)的驱动管接头(42)中。
3.根据前述权利要求之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中设置换热器(150)，用于与该阳极供应部(122)换热，尤其在该鼓风装置(94)下游和/或该第一喷射器装置(40)上游。
4.根据前述权利要求之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中在该鼓风装置(94)上游设
5.根据权利要求4所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中设置用于蒸发该冷凝物(K)的蒸发器(80)。
6.根据权利要求4或5所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中尤其在该蒸发器(80)下游设置混合装置(90)，用于与来自燃料源(140)的燃料(BS)混合和/或用于在该鼓风装置(94)下游与该循环气体(RG)混合。
7.根据前述权利要求之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中在该鼓风装置(94)上游设置第二喷射器装置(50)，用于流体连通地接入该阳极供应部(122)中。
8.根据权利要求7所述的循环装置(10)，其特征是，该第二部分循环管线(26)通入该第二喷射器装置(50)的驱动管接头(52)中。
9.根据权利要求7或8所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中在该第二喷射器装置(50)上游设置冷凝器(60)，用于从该循环气体(RG)中冷凝出蒸汽状水分，其中，该冷凝器(60)将冷凝物(K)分配到冷凝物管线(62)中并将剩余循环气体(RG)分配到残余废气管线(64)中。
10.根据权利要求9所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中设置压缩机装置(70)，用于压缩该冷凝物(K)。
11.根据权利要求9或10所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中在该第二喷射器装置(50)上游且尤其在该压缩机装置(70)下游设置用于蒸发该冷凝物(K)的蒸发器(80)。
12.根据权利要求9至11之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该残余废气管线(64)中设有混合装置(90)，用于流体连通地连接至该燃料源(140)以便将所述剩余循环气体(RG)与该燃料(BS)混合。
13.根据权利要求9至12之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中尤其在该压缩机装置(70)上游和/或该蒸发器(80)上游设有混合装置(90)，用于流体连通地连接至该燃料源(140)以将该冷凝物(K)与该燃料(BS)混合。
14.根据权利要求9至13之一所述的循环装置(10)，其特征是，该混合装置(90)具有燃料供应部(142)，其具有调节阀(12)用于改变进入到该混合装置(90)中的燃料(BS)流动量。
15.根据权利要求9至14之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该残余废气管线(64)中设有调节阀(12)，用于改变该残余废气管线(64)内的流动量。
16.一种用于将来自燃料电池系统(100)的燃料电池堆(110)的阳极部(120)的阳极废气(AAG)作为循环气体(RG)进行循环的循环装置(10)，具有循环管线(20)，所述循环管线带有接纳部(22)，用于流体连通地连接至该阳极部(120)的阳极排出部(124)，其中，在该循环管线(20)中设有第一喷射器装置(40)，用于流体连通地加入到燃料源(140)的燃料供应部(142)中，并且在该第一喷射器装置(40)下游设置鼓风装置(94)，用于流体连通地加入到该阳极供应部(122)中。
17.一种用于由燃料(BS)产生电流的燃料电池系统(100)，具有带有阳极部(120)和阴极部(1...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于将来自燃料电池系统(100)的燃料电池堆(110)的阳极部(120)的阳极废气(aag)作为循环气体(rg)进行循环的循环装置(10)，具有循环管线(20)，所述循环管线带有接纳部(22)，用于流体连通地连接至该阳极部(120)的阳极排出部(124)，其中，该循环管线(20)具有第一部分循环管线(24)、第二部分循环管线(26)以及分配装置(30)，用于分配该循环气体(rg)至这两个部分循环管线(24,26)，
2.根据权利要求1所述的循环装置(10)，其特征是，该第一部分循环管线(24)通入该第一喷射器装置(40)的抽吸管接头(44)中，该阳极供应部(122)通入该第一喷射器装置(40)的驱动管接头(42)中。
3.根据前述权利要求之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中设置换热器(150)，用于与该阳极供应部(122)换热，尤其在该鼓风装置(94)下游和/或该第一喷射器装置(40)上游。
4.根据前述权利要求之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中在该鼓风装置(94)上游设置冷凝器(60)，用于从该循环气体(rg)中冷凝出蒸汽状水分，其中，该冷凝器(60)将冷凝物(k)分配到冷凝物管线(62)并将剩余循环气体(rg)分配到残余废气管线(64)。
5.根据权利要求4所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中设置用于蒸发该冷凝物(k)的蒸发器(80)。
6.根据权利要求4或5所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中尤其在该蒸发器(80)下游设置混合装置(90)，用于与来自燃料源(140)的燃料(bs)混合和/或用于在该鼓风装置(94)下游与该循环气体(rg)混合。
7.根据前述权利要求之一所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中在该鼓风装置(94)上游设置第二喷射器装置(50)，用于流体连通地接入该阳极供应部(122)中。
8.根据权利要求7所述的循环装置(10)，其特征是，该第二部分循环管线(26)通入该第二喷射器装置(50)的驱动管接头(52)中。
9.根据权利要求7或8所述的循环装置(10)，其特征是，在该第二部分循环管线(26)中在该第二喷射器装置(50)上游设置冷凝器(60)，用于从该循环气体(rg)中冷凝出蒸汽状水分，其中，该冷凝器(60)将冷凝物(k)分配到冷凝物管线(62)中并将剩余循环气体(rg)分配到残余废气管线(64)中。
10.根据权利要求9所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中设置压缩机装置(70)，用于压缩该冷凝物(k)。
11.根据权利要求9或10所述的循环装置(10)，其特征是，在该冷凝物管线(62)中在该第二喷射器装置(50)上游且尤其在该压缩机装置(70)...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉斐尔·纽鲍尔，R·珀斯彻尔，马利斯·霍费尔，贝恩德·赖特尔，C·施勒克纳，约尔格·马斯，
申请(专利权)人：AVL李斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：
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