CN113366679A - 燃料电池系统的阳极回路的用于输送气态介质的输送机组以及燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统的阳极回路的用于输送气态介质的输送机组以及燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池系统(1)的阳极回路(9)的输送机组(3)，用于从燃料电池(2)的阳极区域(38)输送气态介质、尤其氢，其中，所述输送机组(3)包括至少一个喷射泵(4)，其中，所述输送机组(3)借助至少一个连接管线(23,25)与所述阳极区域(38)的所述出口至少间接地流体连接，并且其中，所述输送机组(3)借助另一连接管线(27)与所述阳极区域(38)的所述出口流体连接。根据本发明，所述输送机组(3)附加于构件喷射泵(4)具有再循环鼓风机(8)和配量阀(6)作为另一构件，其中，用于所述气态介质的所述构件(4,6,8)的所述通流轮廓和/或所述构件(4,6,8)至少几乎完全布置在共同的壳体(7)中。

Description

燃料电池系统的阳极回路的用于输送气态介质的输送机组以 及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池系统的阳极回路的输送机组，其用于输送气态介质、尤其是氢，所述输送机组尤其设置为用于在具有燃料电池驱动装置的车辆中使用。此外，本发明涉及一种具有这样的输送机组的燃料电池系统。
背景技术
在车辆领域中，除液态燃料外，气态燃料未来也起到越来越大的作用。尤其在具有燃料电池驱动装置的车辆中必须控制氢气流。在此，气体流不再如喷射液态燃料那样不连续地被控制，而是将气体从至少一个高压箱中取出并且通过中压管线系统的流入管线引导到输送机组处。该输送机组将气体通过低压管线系统的连接管线引导至燃料电池。
由DE 10 2011 105 710 B4已知一种用于燃料电池系统的输送机组，该输送机组用于气态介质的输送和/或再循环，所述输送机组具有再循环鼓风机和由处于压力下的气态介质的驱动射束驱动的喷射泵，其中，燃料电池的阳极输出端与输送机组的输入端流体连接，并且其中，输送机组的输出端与燃料电池的阳极输入端流体连接。
由DE 10 2014 105 995 A1已知一种用于气态介质的输送和/或再循环的燃料电池系统，其中，处于压力下的气态介质借助配量阀被供应给喷射泵。
由DE 10 2011 105 710 B4已知的输送机组和由DE 10 2014 105 995 A1已知的燃料电池系统可能分别具有一定缺点。在此，输送机组的部件、尤其是再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀至少部分地借助呈管路形式的流体连接装置和必要时借助附加的具有内置通道的分配器板相互连接和/或与燃料电池连接。在此，这些部件至少部分地作为单独的组件存在，这些组件借助管路相互连接。在此，一方面产生多次流动偏转并且因此产生流动损失、尤其在空间的所有三个维度中的流动损失。由此降低输送机组的效率。此外，输送机组的部件通过管路的连接就此而言是不利的，即管路在输送机组的使用寿命上、尤其在强烈的温度波动时可能导致密封性问题、尤其在焊接的和/或焊上的管路中。另一方面，由于将各个部件布置为至少部分地分离的组件而产生的缺点是：这些组件总体上形成关于结构空间和/或几何形状体积的大的表面。由此，尤其在整个车辆的停放时间长的情况下有利于构件再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀的快速冷却，这可能导致增加的冰桥形成并且因此导致对构件和/或整个燃料电池系统的增加的损坏，这又可能导致输送机组和/或燃料电池系统的降低的可靠性和/或使用寿命。此外，另一缺点是输送机组和/或燃料电池系统和/或整个车辆的差的冷启动特性，因为尤其在温度低于0℃时必须将加热能量和/或热能分别单独地引入到构件再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀中，以便消除可能的冰桥。
发明内容
根据本发明提出一种用于燃料电池系统的输送机组，其用于气态介质、尤其是氢的输送和/或再循环，其中，氢在下面称为H2。此外，本发明涉及一种具有这样的输送机组的燃料电池系统。在此，输送机组包括至少一个再循环鼓风机，其中，输送机组借助至少一个连接管线与阳极区域的出口至少间接地流体连接，并且其中，输送机组借助另一连接管线与阳极区域的入口流体连接。
参照权利要求1，输送机组这样地构造，使得输送机组除构件再循环鼓风机外还具有喷射泵和配量阀作为其它构件，其中，构件用于气态介质的通流轮廓和/或构件再循环鼓风机、喷射泵和配量阀至少几乎完全布置在一个共同的壳体中。以这种方式可以获得以下优点：在输送机组的部件之间、尤其在再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀之间建立直接的并且尽可能短的流动管线。此外，可以将输送机组中的气态介质的流动偏转的次数和/或流动方向的改变减少到尽可能小的数量，因为这些构件定位在共同的壳体中并且因此以很小的距离相对彼此定位。在此，构件再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀的流入开口和流出开口彼此在共同的壳体中这样地相对彼此布置，使得在这些构件之间产生流动连接的尽可能小的长度和尽可能少的流动偏转。在此，通流轮廓至少几乎完全位于共同的壳体中并且可以至少几乎完全省去外部的管路和/或外部的分配器板。因此，一方面可以减小由于不密封的管路系统而引起的泄漏，这减小了输送机组和/或燃料电池系统的失效概率。另一方面，因此可以减少输送机组和/或燃料电池系统中的摩擦损失和/或流动损失，由此可以改善输送机组和/或燃料电池系统的效率。
此外，通过将构件的通流轮廓和/或构件至少几乎完全布置在共同的壳体中能够以有利的方式确保，输送机组的整个表面可以在结构空间和/或几何形状体积方面变小，所述输送机组尤其包括构件再循环鼓风机、喷射泵和配量阀。因此，可以实现的优点是：尤其在整个车辆的停放时间长的情况下防止构件再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀的快速冷却，这导致减少和/或避免形成冰桥。在此，以有利的方式利用以下效应，即构件再循环鼓风机和/或喷射泵和/或配量阀在运行中例如通过电促动器和/或通过磁促动器产生热量，其中，该热量可以用于避免在共同的壳体中的所有构件的冷却。此外，通过构件在共同的壳体中的布置，在输送机组的体积总体上变小的情况下可以实现输送机组和/或燃料电池系统的改善的冷启动能力，尤其在整个车辆的停放时间长的情况下的冷启动能力，因为必须加热较少的质量并且因为可以利用各个构件的现有热量，以便加热共同的壳体。在此，还可以降低输送机组和/或燃料电池系统的失效概率，其中，可以提高使用寿命。
通过在从属权利要求中列举的措施可以实现在权利要求1中给出的输送装置的有利扩展方案。从属权利要求涉及本发明的有利扩展方案。
根据一个有利构型，再循环鼓风机具有带有环绕的外限界环的压缩机轮，所述外限界环相对于压缩机轮的旋转轴线旋转对称地延伸，并且其中，至少部分地被包封的分离室和/或排出通道在压缩机轮的背离旋转轴线的一侧上位于输送机组的壳体中。此外，组分H2O和/或组分N2在再循环鼓风机中与气态介质分离，其中，所述分离尤其借助离心原理在再循环鼓风机中进行。以这种方式，一方面可以实现以下优点：将至少一个侧通道和/或输送单元相对于壳体中的外部区域、尤其相对于分离室至少部分地包封。因此可以改善再循环鼓风机的效率和因此改善输送机组的效率。另一方面可以实现以下优点：从再循环鼓风机的压缩机室到尤其位于压缩机轮的外限界环与壳体之间的分离室中的重组分可以被排出和/或可以进一步从再循环鼓风机的壳体和燃料电池系统中被排出。这提供以下优点：可以在整个使用寿命上保持再循环鼓风机和/或燃料电池系统的效率的提高，因为可以提高气态介质中的H2的份额和/或浓度，而可以降低气态介质中的重组分、尤其H2O和/或N2的份额和/或浓度。此外，实现以下优点：通过将重组分从压缩机室的区域中导出，防止在燃料电池系统的关停状态下和在周围环境温度低时在可运动的零件、尤其是压缩机轮与壳体之间形成所谓的冰桥。这种冰桥使燃料电池系统、尤其是再循环鼓风机的启动变得困难或完全被阻止。因此，通过再循环鼓风机的根据本发明的构型可以防止由于冰桥形成而损坏再循环鼓风机的旋转的零件和/或驱动装置、尤其是电驱动装置。这导致燃料电池系统和/或车辆的更高的可靠性。通过利用离心原理导出重组分可以实现以下优点：这样地改善分离过程，使得组分H2O和/或N2可以几乎完全从介质、尤其与H2分离。由此可以保证，尽可能高份额的H2流回至燃料电池，由此一方面可以提高燃料电池的效率和/或功率。此外，可以实现以下优点：为了将组分H2O和/或N2与组分H2分离，不必提供附加的能量和/或仅须提供少量的能量、尤其从燃料电池系统和/或上一级系统(车辆)提供。因此，不再需要将能量、尤其是动能进一步导入到介质中，以便可以通过再循环鼓风机借助离心原理实现分离过程的最优效率。由此可以提高燃料电池系统的效率并且可以降低运行成本。
根据输送机组的一个有利构型，再循环鼓风机和喷射泵这样地相对彼此布置在共同的壳体中，使得再循环鼓风机的压缩机轮的旋转轴线至少近似垂直于喷射泵的纵轴线延伸。此外，再循环鼓风机的气体排出开口直接过渡到喷射泵的第一入口和/或抽吸区域中并且在此形成集成的流动通道。此外，集成的流动通道在共同的壳体内形成弯曲部，其中，气态介质在再循环鼓风机与喷射泵之间的偏转和/或流动引导仅在弯曲部的区域中进行。这提供以下优点：由于流动管线的长度和/或流动偏转的数量可以减少在输送机组内的流动损失和/或压力损失。此外，有利的是，在再循环鼓风机和喷射泵中的流动引导部在平行的平面中延伸，其中，可以通过以下方式改善该有利的效果，即气态介质在从再循环鼓风机流出时(其中，气态介质尤其在再循环鼓风机中被加载以涡流能量)通过弯曲部的区域这样有利地被导入到喷射泵的抽吸区域中，使得能够在该区域中和/或在喷射泵的混合管的区域中改善脉冲传递和/或喷射泵效应。此外，进一步减少气态介质的流动偏转，由此可以进一步减少在输送机组内的流动损失。在此，以减小摩擦的方式设计集成的流动通道在弯曲区域中的几何造型。由此，尤其在燃料电池系统的几乎所有运行点和/或压力比的情况下可以改善输送机组的效率并且可以降低用于运行输送机组的能量消耗。此外，借助构件再循环鼓风机和喷射泵相对彼此的布置可以引起输送机组的紧凑的结构形式，使得可以实现以下优点：输送机组需要尤其在整个车辆中的很小的结构空间。
此外，通过输送机组的根据本发明的构型，可以减少用于装配输送机组所需的构件的数量，这又导致输送机组的成本节约。此外，降低了由于输送机组的相对彼此错误地定向的部件而引起的装配错误的概率，这又降低了输送机组在运行中的失效概率。
根据燃料电池系统的一个特别有利的构型，组分H2O和/或组分N2在阳极回路中与气态介质的分离借助再循环鼓风机和/或借助分离器进行。由此以有利的方式确保，可以引起提早并快速地分离重组分H2O和/或N2，由此提高燃料电池系统的效率，因为重组分仅须尽可能短地通过阳极回路被一起输送，一起输送重组分将引起效率降低，因为对于气态介质中重组分的份额而言，较少的H2能够被输送并且因为重组分具有较大的质量。此外，在燃料电池系统的一个示例性实施方式中(其中，再循环鼓风机和分离器用于从阳极回路分离和/或导出重组分)可能产生累加效应，特别是当构件串联时。以这种方式可以进一步提高燃料电池系统的效率。
根据燃料电池系统的一个有利构型，分离器在阳极回路中沿流动方向V布置在输送机组之前，其中，阳极区域借助第一连接管线与分离器流体连接，并且分离器借助第二连接管线与输送机组流体连接，并且输送机组借助第三连接管线与阳极区域流体连接。此外，可以通过回引管线将H2O和/或N2从再循环鼓风机沿流动方向VI导出到分离器中。在此，分别在压缩机轮的背离旋转轴线的一侧上位于输送机组的壳体中的并且至少部分地被包封的分离室和/或排出通道通过回引管线至少间接地与分离器的收集容器流体连接。此外，分离室和/或排出通道相对于分离器的收集容器形成提高的压力水平，其中，H2O和/或N2沿流动方向VI从再循环鼓风机导出到分离器中。以这种方式可以利用提高的压力水平和/或离心力，气态介质由再循环鼓风机中的旋转运动被加载以所述离心力，以便引起重组分H2O和/或N2从分离室通过排出通道和/或回引管线更好地排出到分离器的收集容器中。在此，利用尤其在分离室中相对于收集容器存在更高压力时的压力降，以便借助排出通道和/或回引管线将重组分从输送机组导出到分离器的收集容器中。此外，通过回引管线和/或之前所说明的分离室与收集容器之间的压力降可以改善过程，使得在收集容器中的H2尤其通过第二连接管线被输送回到阳极回路中。因此，通过水分离器的使用和相应地布置可以实现以下优点：可以提高输送机组和/或燃料电池系统的效率。
此外，通过输送机组与分离器借助回引管线的直接连接可以提高从输送机组中的水分离度，使得输送机组中的水即使在整个车辆的停放时间长的情况下并且在低温、尤其低于0℃时也不会形成可能损坏输送机组和/或燃料电池系统、尤其是薄膜的冰桥。此外，燃料电池系统的根据本发明的构型使尤其位于输送机组上的清除阀变得多余，该清除阀用于排出H2O和/或N2，使得从阳极回路中出现较少的压力损失和/或H2损失并且还需要较少的构件，使得可以降低整个燃料电池系统的材料成本和/或制造成本。
根据燃料电池系统的一个有利扩展方案，收集容器具有排出阀，其中，排出阀在收集容器中布置于在常规使用中低的测地高度
Figure BDA0003188216700000061
上，其中，将所有H2O和/或N2从阳极回路的区域经由排出阀导出。在此，第二连接管线在收集容器中布置在大的测地高度上。由此以有利的方式确保，在利用重力的情况下，气态介质的尤其在分离器的收集容器中从其余气态介质中分离的重组分、尤其是H2O和/或N2在排出阀附近收集在低测地高度的区域中。在此，重组分然后可以经由排出阀并且进一步经由出口从分离器导出并且因此从阳极回路导出，其中，至少几乎没有H2一起被导出并且因此对于借助燃料电池系统的能量获得造成丢失。此外，以有利的方式确保，在利用重力的情况下，气态介质的尤其在分离器的收集容器中从其余气态介质中分离的轻组分、尤其是H2收集在大测地高度的区域中、尤其是在第二连接管线附近。在此，轻组分然后可以从分离器的收集容器导出并且导入到阳极回路的第二连接管线中。因此，可以改善燃料电池系统的效率。
根据燃料电池系统的一个特别有利的构型，分离棱边这样地布置在收集容器中，使得来自阳极区域的流入的气态介质这样地偏转和/或分束，使得轻组分H2朝第二连接管线的方向转向，而重组分H2O和/或N2朝储存器的方向转向。这具有以下优点：在分离器中、尤其在收集容器中可以实现重组分与轻组分的分离和导出，其中，可以改善燃料电池系统的效率。此外，借助分离棱边可以实现以下优点：轻组分H2被引导到收集容器的高测地高度上，而重组分H2O和/或N2被引导到低测地高度的区域中，其中，分离过程借助分离棱边通过存在于第一连接管线中的压力和从第一连接管线流入到收集容器中的并且作用到分离棱边上的气态介质的流动速度来增强。因此，分离器中的流动损失和/或压力损失保持得小，并且可以改善燃料电池系统的效率。
根据一个特别有利的扩展方案，回引管线具有截止阀，其中，截止阀位于再循环鼓风机与分离器、尤其收集容器之间。在此，第一传感器件和/或第二传感器件与控制装置连接，其中，尤其是第一传感器件连续地感测分离器的参数，第二传感器件连续地感测再循环鼓风机的参数。在此，控制装置尤其基于由相应的传感器件感测到的参数控制排出阀和/或截止阀的打开和关闭。以这种方式可以获得以下优点：当借助传感器件确定气态介质中的重组分的特定浓度时和/或当在燃料电池系统的不同区域中确定和/或超过特定的压力水平和/或温度水平时，可以借助基于由传感器件感测到的数据对排出阀和/或截止阀的操控、尤其是打开和关闭，尽可能总是从燃料电池系统的阳极回路和/或分离室中导出重组分。此外，可以利用来自阳极回路、尤其输送机组和/或再循环鼓风机和/或第一连接管线和/或第二连接管线的可能存在的压力降和/或流动和/或质量流，以便将重组分尽可能有效地并且至少几乎不需要附加能量消耗地从阳极回路导出和/或引起相应的分离。以这种方式可以提高燃料电池系统的效率。
本发明不局限于在此说明的实施例和在此突出的方面。而是，在由权利要求给定的范围内可以实现在权利要求中所说明的特征和/或优点的多种变型和/或组合，它们在本领域技术人员的能力范围内。
附图说明
下面根据附图详细地描述本发明。附图示出了：
图1具有输送机组和分离器的根据本发明的燃料电池系统的示意图，
图2根据本发明的分离器的示意性截面图，
图3在一个壳体中的具有再循环鼓风机之一、喷射泵和配量阀的输送机组的立体剖视图，
图4再循环鼓风机的压缩室的在图3中用II标出的局部，
图5分离室的在图4中用III标出的局部。
具体实施方式
图1示出根据本发明的燃料电池系统的示意图，所述燃料电池系统具有输送机组3和分离器10。
在此，在图1中示出，燃料电池系统1具有燃料电池2，其中，燃料电池2具有阳极区域38和阴极区域40。在此，燃料电池2的阳极区域38与阳极回路9连接，其中，阳极回路9具有分离器10、输送机组3和箱42。在此，分离器10在阳极回路9中沿流动方向V布置在输送机组3之前，其中，阳极区域38借助第一连接管线23与分离器10流体连接，并且分离器10借助第二连接管线25与输送机组3流体连接，并且输送机组3借助第三连接管线27与阳极区域38流体连接。此外，输送机组3具有再循环鼓风机8、喷射泵4和配量阀6，其中，配量阀6位于箱42和喷射泵4之间。在一个示例性的实施方式中，配量阀6至少几乎直接与喷射泵4连接，其中，在两个构件之间不存在外部管路，因为配量阀6集成地实施在喷射泵4中，或者外部管路尽可能短地实施，以便避免通过管路的流动损失。
在此，输送机组3的再循环鼓风机8将来自燃料电池2的未使用的再循环物经由第一入口28输送到喷射泵4中。此外，处于压力下的H2(其尤其是驱动介质)沿流动方向VII借助配量阀6供应给喷射泵4并且经由第二入口36流入到喷射泵4中。此外，组分H2O和/或组分N2在阳极回路9中与气态介质的分离借助再循环鼓风机8和/或借助分离器10进行。在此，再循环鼓风机8借助回引管线21与分离器10连接。在此，可以将H2O和/或N2从再循环鼓风机8沿流动方向VI排出到分离器10中。此外，回引管线21具有截止阀26，其中，截止阀26位于再循环鼓风机8与分离器10、尤其是分离器10的收集容器31之间。此外，排出阀44位于分离器的收集容器31处，借助所述排出阀可以将由气态介质分离出的重组分H2O和/或N2从阳极回路9和/或燃料电池系统1中导出。
此外，在图1中示出，第一传感器件22和/或第二传感器件24与控制装置14连接，其中，尤其是第一传感器件22连续地感测分离器10的参数，并且第二传感器件24连续地感测再循环鼓风机8的参数，其中，控制装置14尤其基于由传感器件22、24感测到的参数控制排出阀44和/或截止阀26的打开和关闭。在此，所感测的参数例如可以是压力、温度、体积流、气态介质的不同组分，例如H2、H2O、N2和/或污物颗粒的浓度。在此，传感器件22、24例如也可以直接安装在输送机组3上。借助相应的并且存储在控制装置14上的逻辑或计算方法，例如呈具有存储单元的CPU形式，基于所感测的数据可以这样相应地操控和/或打开和/或关闭阀26、44，使得可以从阳极回路9和/或燃料电池系统1中优化地排出重组分，其中，尽可能大量的轻组分H2可以再次被引回到阳极回路9中。
图2示出根据本发明的分离器10的示意性截面图。在此，分离器10具有收集容器31，其中，收集容器31借助回引管线21和/或第一连接管线23和/或第二连接管线25与燃料电池系统1的阳极回路9和/或燃料电池系统1的不同部件，例如再循环鼓风机8连接。此外，收集容器31具有排出阀44和/或出口32，借助所述排出阀和/或出口将重组分、尤其是H2O和/或N2排出到周围环境中或引回到燃料电池系统1的阴极回路中。在此，排出阀44和/或出口32在收集容器31中例如布置在低的测地高度上，尤其以便借助重力将重组分引导和/或收集到收集容器31的该区域中。在此，可以经由排出阀44将所有H2O和/或N2从阳极回路9的区域中导出。在此，收集容器31中的低测地高度的区域称为蓄水池18。在蓄水池18的背离排出阀44的一侧上，至少一个壁部位于蓄水池18上方，该壁部用作蓄水池18的溢出保护。相反地，第二连接管线25在此可以布置在收集容器31的相对置的一侧上，例如布置在收集容器31的高测地高度上。
此外，在图2中示出，分离棱边37这样地布置在收集容器31中，使得来自阳极区域38流入的、通过第一连接管线流入的气态介质(其尤其是再循环物)这样地偏转和/或分束，使得轻组分H2朝第二连接管线25的方向偏转，而重组分H2O和/或N2朝蓄水池18的方向偏转。在此，充分利用重力对气态介质的作用，借助该作用将轻组分偏转到分离棱边37的上方区域中、尤其在分离棱边37的面向第二连接管线25的一侧上，并且其中，重组分由于其较大的质量被偏转到分离棱边37的下方区域中、尤其在分离棱边37的面向蓄水池18的一侧上。借助分离棱边37加速轻组分与重组分的分束，因为各组分在收集容器31中分别偏转到高测地高度的区域中或低测地高度的区域中。此外示出，在一个示例性实施方式中，薄膜室33在收集容器31中位于高测地高度的区域中、尤其在收集容器31与第二连接管线25流体连接的区域中。在此，薄膜室33尤其具有薄膜插入件35。薄膜插入件35在此构造为半渗透薄膜，其中，介质的轻组分H2可以运动穿过薄膜，而组分H2O和/或N2尤其由于分子尺寸而不能运动穿过薄膜。在此，应从收集容器31到达第二连接管线25中的气态介质必须穿过薄膜室33和/或薄膜插入件35和/或薄膜。此外，由于分离器10的根据本发明的构型而获得以下优点：借助对重力的充分利用实现气态介质的组分在收集容器31中分层。
此外，在图2中示出，分离器10具有第一传感器件22，其中，第一传感器件22从收集容器31连续地感测参数，其中，第一传感器件22和/或控制装置14分析评估和/或处理所感测的数据和/或借助CPU以计算方式分析评估，并且其中，借助控制装置14操纵排出阀44。在另一示例性实施方式中，传感器件22也可以感测分离器10在蓄水池18的区域中的液位并且将这些感测到的数据考虑用于分析评估、尤其借助CPU和/或控制装置14进行分析评估，使得当超过确定的液位并且因此排空蓄水池18时，例如操纵排出阀44。在此，借助控制装置14操纵排出阀44可以机械地和/或电地和/或电子地和/或以其它方式进行，其中，可以完全和/或部分地打开或关闭排出阀44。此外，这种操控类型适用于在图2中未示出的截止阀26并且第二传感器件24借助控制装置14以类似和/或相同方式操控。
图3示出输送机组3的立体剖视图，该输送机组具有再循环鼓风机8、喷射泵4和配量阀6。在此示出，输送机组3除构件喷射泵4外还具有再循环鼓风机8和配量阀6作为其它构件，其中，构件4、6、8的用于气态介质的通流轮廓和/或构件4、6、8至少几乎完全布置在共同的壳体7中。在一个示例性实施方式中，壳体在此可以两件式、三件式或多件式地实施。在此，各个零件尤其由相同材料构成和/或这些零件具有至少近似相同的热膨胀系数。在此，再循环鼓风机8具有驱动装置47、尤其是电驱动装置47，所述驱动装置借助驱动轴至少万向节式地与可绕着旋转轴线48旋转的压缩机轮12连接。一旦转矩从驱动装置47被传递到压缩机轮12上，则压缩机轮12被置于旋转运动中并且至少一个输送单元20在环绕着旋转轴线48的旋转运动中运动通过壳体7中的压缩机室30。在此，分别总是有一个输送室20布置在压缩机轮12的两个叶轮叶片5之间。在此，已经处于压缩机室30中的气态介质被至少一个输送单元20带动并且在此被输送和/或压缩。此外，在至少一个输送单元20和至少一个侧通道19之间发生气态介质的运动、尤其流体交换。在此，对于输送作用决定性的是，在运行中在至少一个侧通道19内可以形成循环流动。
借助第二入口36将处于压力下的驱动介质供应给配量阀6，该驱动介质借助配量阀6的打开和关闭经由喷嘴被供应给抽吸区域11并且在那里与来自再循环鼓风机8的再循环物相遇。在此，喷射泵4在尤其沿着其纵轴线50延伸的流动方向VIII上具有抽吸区域11、混合管13和锥形延伸的扩散器区域15以及出口弯管17，其中，该出口弯管与第三连接管线27连接。在此，在喷射泵4内发生所谓的喷射泵效应。为此，气态驱动介质、尤其H2通过第二入口36从外部、尤其从箱42流入到配量阀6中。现在，借助配量阀6的打开，尤其在高压下将驱动介质引入到抽吸区域11中。在此，气态驱动介质沿流动方向VIII的方向流动。从第二入口36流到抽吸区域11中的并且用作驱动介质的H2具有与从第一入口28流入到抽吸区域11中的再循环介质的压力差，其中，驱动介质尤其处于至少10bar的更高压力下。为了出现喷射泵效应，具有低压力和低质量流的再循环介质被输送到喷射泵4的抽吸区域11中。在此，具有所说明的压力差和尤其接近声速的高速度的驱动介质通过配量阀6流入到抽吸区域11中。在此，驱动介质作用到已经位于抽吸区域11中的再循环介质上。由于在驱动介质和再循环介质之间的大的速度和/或压力差，在介质之间产生内摩擦和紊流。在此，在快速的驱动介质与明显更慢的再循环介质之间的边界层中产生剪切应力。该应力引起脉冲传递，其中，再循环介质被加速并且被携带。根据动量守恒原则发生混合。在此，再循环介质沿流动方向VI被加速并且也对于再循环介质产生压力降，由此出现抽吸作用并且因此其它再循环介质从第一入口28和/或再循环鼓风机的区域被补充输送。通过改变和/或调节配量阀6的打开持续时间和打开频率，可以调节再循环介质的输送率并且根据运行状态和运行要求对整个燃料电池系统11的相应需求进行匹配。
此外，在图3中示出，输送机组3的部件4、6、8在壳体7中分别相对彼此紧凑地布置。在此，再循环鼓风机8和喷射泵4这样地相对彼此布置在共同的壳体7中，使得再循环鼓风机8的压缩机轮12的旋转轴线48至少近似垂直于喷射泵4的纵轴线50延伸。以这种方式一方面可以减小输送机组3的表面和/或在车辆中所需的结构空间。另一方面，构件4、6、8的通流轮廓可以这样节省空间地相对彼此布置，使得例如再循环鼓风机8的气体排出开口16可以几乎直接通到喷射泵4的抽吸区域11和/或第一入口28中，尤其通过流动优化地集成的、具有弯曲部43的流动通道41，其中，气态介质在再循环鼓风机8与喷射泵4之间的偏转和/或流动引导仅在弯曲部43的区域中进行。因此，至少几乎不需要附加的管路用于连接部件4、6、8。此外，第二传感器24和/或低压传感器45节省空间地和/或集成地布置在壳体7中，由此需要很少的结构空间。
尤其由导热材料构成的驱动装置47能够以有利的方式被加热，这尤其在输送机组3和/或车辆的冷启动过程中是有利的。在此，加热驱动装置47并且例如由于其导热性而将热能传递到压缩机轮12以及输送机组3的其它部件上和/或传递到壳体7上。在尤其在较长时间段上和/或在低于冰点的低周围环境温度下关停输送机组3和/或车辆时，液体冻结并且形成冰桥。这些冰桥可能在起动和/或启动时和/或在运行时导致输送机组3和/或燃料电池系统1的损坏。通过加热驱动装置47熔化冰桥，并且液体从固态的聚集状态变化为液态的聚集状态并且可以被排出。有利地，驱动装置47在此这样地布置，使得到壳体7中的热导入尽可能快速且有效地进行。在此，集成的壳体的特别造型和对于壳体使用复合材料还可以导致更好的导热性。替代地，在一个示例性实施方式中，可以利用来自燃料电池2、尤其燃料电池堆的热效应用于加热或冷却集成的壳体7。此外，配量阀6的促动器可以用作热源并且以有利的方式类似于驱动装置47起作用。
在图4中示出具有压缩机轮12的再循环鼓风机8的压缩机室30的在图3中用II标出的局部。在此示出，压缩机轮12具有环绕的外限界环39，该外限界环相对于压缩机轮12的旋转轴线48旋转对称地延伸。在此，在再循环鼓风机和/或输送机组3的壳体7中，在压缩机轮12的背离旋转轴线48的一侧上有至少部分地、尤其被至少一个侧通道19包封的分离室34和/或排出通道46。此外，压缩机轮12相对于对称轴线49对称地构造，其中，对称轴线49正交于旋转轴线48地延伸。此外示出，压缩机轮12的叶轮叶片5的渐缩(auslaufend)的轮廓，其中，该轮廓在沿着对称轴线49的另一截面中汇聚。
在此示出压缩机轮12，该压缩机轮在外限界环39的区域中具有至少一个外置的环绕的环圈29a、b。该外置的环圈29a、b相对于对称轴线49轴向地并且在外限界环39的背离旋转轴线48的一侧上延伸。在此，至少一个外置的环圈29a、b相对于对称轴线49轴向和/或径向地与壳体3的壳体上部分7和/或壳体下部分8至少近似贴靠和/或与其形成小的间隙尺寸，所述间隙尺寸至少近似地不能被气态介质克服。通过在具有至少一个外置的环绕的环圈29a、b的压缩机轮12与壳体7之间可以形成小的间隙尺寸，能够实现至少一个侧通道19与分离室34至少部分地包封。
此外，在图4中示出，分离室34至少部分地环绕着旋转轴线48地构造在壳体7与外限界环39之间。因此，重组分从至少一个侧通道19的区域和输送单元20中被导出并且被收集在分离室34的区域中。气态介质的这些重组分例如可以是来自燃料电池系统1运行的不希望的废产物和/或副产物。通过排出重组分可以提高输送机组3的输送和压缩作用，因为待输送的气态介质、尤其对于燃料电池2中的电流产生所需的H2的份额在输送单元20和至少一个侧通道19中提高。由此可以提高输送机组3的效率，因为不必一起输送对于运行不希望的重组分。
图5示出在图4中用III标出的分离室34的局部。在此示出，组分H2O和/或组分N2在再循环鼓风机8中从气态介质被分离，其中，所述分离尤其借助再循环鼓风机8中的离心原理进行。在此示出，分离室34通过排出通道46与回引管线21至少间接地流体连接，其中，回引管线21将输送机组3和/或再循环鼓风机8至少间接地与分离器10的收集容器31流体连接。在此，分离室34和/或排出通道46可以相对于分离器10的收集容器31形成提高的压力水平，并且其中，H2O和/或N2沿流动方向VI从再循环鼓风机8导出到分离器10中。
通过构造该分离室34能够实现将重组分、尤其N2和/或H2O从气态介质中排出并且收集在该分离室34中。在此，以有利的方式利用压缩机轮12在运行时的旋转，由于与气态介质的其余部分、尤其H2相比更大的质量而利用重组分的更大的离心力，使得重组分借助离心力这样强地从旋转轴线48运动离开，使得所述重组分沿流动方向IX从压缩机轮12与壳体7之间的至少一个侧通道19中、尤其在小间隙尺寸的区域中穿过运动到分离室34中，其中，发生离心力分离。有利地，附加的排出通道46位于分离室34的测地学的最深点处。有利地在此，通过重力和/或离心力对在分离室34中收集的气态介质的重组分的作用实现通过排出通道46自动排出到回引管线21中，而不必采取其它措施，例如机械的泵送。此外，通过排出通道46向外自动排出重组分的效应通过以下方式增强：在再循环鼓风机8运行时，重组分继续流到分离室34中并且由此将已经位于那里的重组分通过排出通道46压出。
此外，这提供以下优点：重组分一方面可以从输送单元20的区域和/或至少一个侧通道19排出，并且另一方面也可以从分离室34的区域通过排出通道46从输送机组3排出。由此防止损坏旋转的构件、尤其是压缩机轮12或损坏轴承的风险，因为残留的重组分，例如H2O在燃料电池系统1的关停状态下和在环境温度低时导致冰桥形成，其在再循环鼓风机8启动时可能损坏这些构件。通过经由排出通道46导出重组分来防止这种损坏。此外，实现了以下优点：通过导出重组分，防止在燃料电池系统1的关停状态下和在周围环境温度低时在可运动的零件(尤其是压缩机轮12)与壳体7之间形成所谓的冰桥。
本发明不局限于在此说明的实施例和在此突出的方面。而是，在由权利要求给定的范围内可以实现多个变型方案，这些变型方案在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (16)

1.一种用于燃料电池系统(1)的阳极回路(9)的输送机组(3)，用于从燃料电池(2)的阳极区域(38)输送气态介质、尤其氢，其中，所述输送机组(3)包括至少一个喷射泵(4)，其中，所述输送机组(3)借助至少一个连接管线(23,25)与所述阳极区域(38)的出口至少间接地流体连接，并且其中，所述输送机组(3)借助另一连接管线(27)与所述阳极区域(38)的入口流体连接，其特征在于，所述输送机组(3)除构件喷射泵(4)外还具有再循环鼓风机(8)和配量阀(6)作为其它构件，其中，所述构件(4,6,8)用于气态介质的通流轮廓和/或所述构件(4,6,8)至少几乎完全布置在共同的壳体(7)中。
2.根据权利要求1所述输送机组(3)，其特征在于，所述再循环鼓风机(8)具有压缩机轮(12)，该压缩机轮具有环绕的外限界环(39)，所述外限界环相对于所述压缩机轮(12)的旋转轴线(48)旋转对称地延伸，并且其中，至少部分地被包封的分离室(34)和/或排出通道(46)在所述压缩机轮(12)的背离所述旋转轴线(48)的一侧上位于所述输送机组(3)的壳体(7)中。
3.根据权利要求1所述的输送机组(3)，其特征在于，组分H2O和/或组分N2在所述再循环鼓风机(8)中从气态介质分离，其中，所述分离尤其借助离心原理在所述再循环鼓风机(8)中进行。
4.根据权利要求1所述的输送机组(3)，其特征在于，所述再循环鼓风机(8)和所述喷射泵(4)相对彼此布置在所述共同的壳体(7)中，使得所述再循环鼓风机(8)的压缩机轮(12)的旋转轴线(48)至少近似垂直于所述喷射泵(4)的纵轴线(50)延伸。
5.根据权利要求1所述的输送机组(3)，其特征在于，所述再循环鼓风机(8)的气体排出开口(16)直接过渡到所述喷射泵(4)的第一入口(28)和/或抽吸区域(11)中并且形成集成的流动通道(41)。
6.根据权利要求5所述的输送机组(3)，其特征在于，所述集成的流动通道(41)在所述共同的壳体(7)内形成弯曲部(43)，其中，气态介质在所述再循环鼓风机(8)与所述喷射泵(4)之间的偏转和/或流动引导仅在所述弯曲部(43)的区域中进行。
7.一种具有根据权利要求1至6中任一项所述的输送机组(3)的燃料电池系统(1)，用于控制燃料电池(2)的氢供应和/或氢输出。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，组分H2O和/或组分N2在所述阳极回路(9)中从气态介质的分离借助所述再循环鼓风机(8)和/或借助分离器(10)进行。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述分离器(10)在所述阳极回路(9)中沿流动方向V布置在所述输送机组(3)之前，其中，所述阳极区域(38)借助第一连接管线(23)与所述分离器(10)流体连接，并且所述分离器(10)借助第二连接管线(25)与所述输送机组(3)流体连接，并且所述输送机组(3)借助第三连接管线(27)与所述阳极区域(38)流体连接。
10.根据权利要求8所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，通过回引管线(21)将H2O和/或N2从所述再循环鼓风机(8)沿流动方向VI导出到所述分离器(10)中。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，分离室(34)和/或排出通道(46)通过所述回引管线(21)至少间接地与所述分离器(10)的收集容器(31)流体连接，所述分离室和/或所述排出通道在所述压缩机轮(12)的背离旋转轴线(48)的一侧上分别位于所述输送机组(3)的壳体(7)中并且至少部分地被包封，其中，所述分离室(34)和/或所述排出通道(46)相对于所述分离器(10)的收集容器(31)形成提高的压力水平，并且其中，将H2O和N2从所述再循环鼓风机(8)沿所述流动方向VI导出到所述分离器(10)中。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述收集容器(31)具有排出阀(44)，其中，所述排出阀(44)在所述收集容器(31)中布置于在常规使用中低的测地高度上，其中，将所有H2O和/或N2从所述阳极回路(9)的区域经由所述排出阀(44)导出。
13.根据权利要求9所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述第二连接管线(25)在所述收集容器(31)中布置在大的测地高度上。
14.根据权利要求13所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，分离棱边(37)布置在所述收集容器(31)中，使得从所述阳极区域(38)流入的气态介质被偏转和/或分束，使得轻组分H2朝所述第二连接管线(25)的方向转向，而重组分H2O和/或N2朝储存器(18)的方向转向。
15.根据权利要求10所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述回引管线(21)具有截止阀(26)，其中，所述截止阀(26)位于所述再循环鼓风机(8)和所述分离器(10)、尤其是所述收集容器(31)之间。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的输送机组(3)，其特征在于，第一传感器件(22)和/或第二传感器件(24)与控制装置(14)连接，其中，尤其是所述第一传感器件(22)连续地感测所述分离器(10)的参数，并且所述第二传感器件(24)连续地感测所述再循环鼓风机(8)的参数，其中，所述控制装置(14)尤其基于由这些传感器件(22,24)感测到的参数控制所述排出阀(44)和/或所述截止阀(26)的打开和关闭。
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