具有设置在外壳内的燃料电池的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统（1），具有至少一个设置在外壳（11）内的燃料电池（2）和用于向该燃料电池（2）的阴极区（4）输送空气的输送装置（6）。在输送装置（6）的后面从燃料电池（2）的进气中分支出一分气流，该分气流作为支承空气和/或冷却空气穿流输送装置（6）的至少一部分。分气流沿流动方向在输送装置（6）的前面或后面作为扫气空气穿流燃料电池（2）的外壳（11）。

【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按权利要求I的前序部分所详细限定类型的具有至少一个设置在外壳内的燃料电池的燃料电池系统。
技术介绍
从普遍的现有技术中公知具有至少一个燃料电池的燃料电池系统。燃料电池在此方面通常实施为各单个燃料电池的堆叠组件。其例如可在车辆中用于产生电驱动能量。对于这种结构来说，在此通常由多个单个燃料电池实现燃料电池堆(燃料电池组)。这些燃料电池优选可构成为PEM燃料电池。这种类型的燃料电池或还有其它类型的燃料电池通常将氢或含氢的气体作为燃料供给到燃料电池的阳极端并将氧或空气中所含的氧供给到燃料电池的阴极端。为了能够对这种燃料电池堆的可能的不密封性做出反应和由此防止氢或含氢的气体与空气形成能够爆炸的混合气体，在此方面从现有技术已知各种不同的措施。典型的是将燃料电池堆为此设置在一个外壳内。例如像DE 10 2007 042 784 Al中所介绍的那样，外壳然后由扫气空气穿流(流过)。这种扫气空气在此将氢和/或氧的可能的微量泄漏从外壳扫出并将其输送到燃料电池系统的这样的区域内，在该区域内发生足够的稀释，从而不再存在能够爆炸的混合气体，或者在该区域内氢被燃烧或催化燃烧，以便由此避免氢排放物和能够点燃的混合气体。例如像上面提到的DE 10 2007 042 784 Al中描述的这种结构在此方面成本较高，因为它需要分散的部件以保持扫气空气流动。燃料电池系统方面其它普遍的现有技术此外还公开了阴极区所需的进气通过流动式压缩机被输送。用于进气的这种输送装置例如可以是纯流动式压缩机，特别是电机驱动的纯流动式压缩机。但也公开了和常见这样的结构，其中形成有单级或多级的输送装置，由该输送装置构成涡轮增压器类型的至少一个级。此外，所谓的电动涡轮增压器也是公知和常用的。这种涡轮增压器在与流动式压缩机设置在一个共同轴上的涡轮机内利用来自燃料电池系统区域的剩余能量，或可选地由热产生的能量，例如来自(催化)燃烧器，以便因此驱动流动式压缩机。同时该轴上设置有电机，该电机根据功率需求和要求，要么电动机式地工作以支持流动式压缩机，要么在涡轮机上存在比流动式压缩机所需功率更多的情况下发电机式地工作。这种例如可能受到润滑油或类似物污染的进气流会导致持续损坏燃料电池并因此应无条件避免。为了确保利用这种结构不对燃料电池的阴极区造成润滑油污染或类似污染，在燃料电池系统方面的普遍现有技术中，通常使用空气轴承系统，以便可实现向燃料电池的阴极区输送非常纯净的进气流。
技术实现思路
在此本专利技术的目的在于，提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统避免上述缺点并利用一种简单、紧凑和成本低廉的燃料电池系统保证高效的结构。该目的根据本专利技术通过权利要求I特征部分所述的特征得以实现。根据本专利技术的燃料电池系统的其它具有优点的设计方案在此方面在从属权利要求中予以说明。根据本专利技术的解决方案，作为支承空气(承载空气，Lagerluft)和/或冷却空气从输送装置的至少一部分穿流的分气流(Teilluftstrom)沿流动方向在输送装置的前面或后面作为扫气空气穿流至少一个燃料电池的外壳。在根据本专利技术的结构中，针对输送装置而利用在输送装置后面从向燃料电池的进气中分支出的支承空气和/或冷却空气，以便除了输送装置的至少一部分之外还作为扫气空气穿流至少一个燃料电池的外壳。由此以本身公知的方式吸收可能的泄漏和/或燃料电池可能排出的气体中能够点燃或爆炸的混合气体，并且可由扫气空气稀释而排放到周围环境，或者为了其它类型的应用和/或后燃烧而输送到适当的部件。不需要用于外壳扫气空气的附加风扇或诸如此类的器件，在此却可保持全部正常工作。这节省了输送装置和与其相关的成本，以及该输送装置所需的结构空间。根据本专利技术的燃料电池系统因此可比根据现有技术的燃料电池系统更加紧凑、轻便和成本低廉地构成。在根据本专利技术的燃料电池系统的另一种特别有利的设计方案中，此外扫气空气还沿流动方向在输送装置的后面穿流外壳。该流动方向确保输送装置的区域内较高的压力，从而支承空气和/或冷却空气在此安全可靠地以必要的压力和必要的体积流到达。在穿流了输送装置和在此方面不可避免地出现压力损失后，扫气空气然后进入外壳的区域内。由于在这里典型地不出现太高的压力损失和不需要具有特别高的体积流的穿流，所以穿流输送装置后扫气空气剩下的流动能量对此完全足够，从而总体上输送装置无需或仅需耗用很少的能量，以利用扫气空气实现外壳的彻底扫气。因此该结构在节省结构空间和部件的情况下，与传统的结构相比无需或仅需最小的附加能量开支。与采用扫气空气本身的输送装置的结构相比，这样不仅可节省结构空间，而且也可节省能量。在根据本专利技术的系统的一种非常具有优点的改进方案中，此外扫气空气在输送装置与外壳之间穿流至少一个换热器。由此可相应降低进入外壳之前扫气空气区域内的温度，而不必担心外壳和处于其中的至少一个燃料电池受到扫气空气的加热。这特别是在这种情况下具有优点，即扫气空气在输送装置的区域内还承担用于冷却输送装置的例如电机驱动装置的任务。换热器在此方面可由气态或液态的冷却介质穿流，以便由此冷却扫气空气。气态冷却介质例如可以是燃料电池系统的冷却回路中存在的冷却介质。在本专利技术该思路的一种替换或补充的设计方案中，在输送装置与外壳之间设置有用于扫气空气的管道元件，其形成为比纯流动连接所需要的(长度)更长。通过这种有意地形成得更长且优选分布在燃料电池系统的较冷区域内的管道元件，作为对上述换热器的替换或补充，可通过更长的流动行程达到在扫气空气进入外壳之前冷却的目的。在根据本专利技术的燃料电池系统的一种有利改进方案中，此外穿流外壳后的扫气空气流动到具有催化活性材料的区域内。扫气空气向具有催化活性材料的区域内的输送非常好地适合于减少通过外壳内的至少一个燃料电池的泄漏出现的可能的氢排放物。由此避免向周围环境的排放并安全可靠地避免出现具有潜在危险的能够点燃的混合气体。具有催化活性材料的区域在此方面可不同地构成。例如可设想，正如现有技术中所公开的那样使用复合器，该复合器仅用于消耗扫气空气内可能含有的氢或利用空气氧将其转换成水。作为对此的替换或补充，扫气空气4在穿流外壳后例如可输送到阴极区的进气处。由于阴极区内存在至少一个燃料电池的电催化器作为催化活性材料，所以在这里也可反应掉扫气空气运送的最小量的氢，而对燃料电池的性能没有不利影响。由于这种催化器本来就必须存在以便保持燃料电池的正常电化学工作，所以利用这种结构可节省专门用于反应掉扫气空气的催化器。由于例如在使用钼作为催化剂时催化器的成本较高，所以由此产生明显的成本优势。此外，在结构空间和重量方面形成优势。但或者，正如上面已经介绍的那样，也可使用例如这样构成的催化燃烧器，使得来自阳极区和阴极区的排气(废气)在该燃烧器内燃烧并且热的排气驱动例如与输送装置组合的膨胀器。在这种结构中，然后也可向该催化燃烧器输送扫气空气。这样也可在无需附加的催化活性材料的情况下达到氢排放物不与扫气空气进入周围环境的目的。在根据本专利技术的燃料电池系统的一种具有优点的设计方案中，此外扫气空气沿流动方向在外壳和/或输送装置的前面和/或后面穿流其它所要冷却的和/或所要加热的部件。扫气空气在穿流输送装置时作为支承空气或冷却空气相应加热，并且在正常情况下不与外壳区域内逐渐升高的温度接触。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·梅尔特，S·普菲策尔，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：
国别省市：