CN115427661A - 用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置和燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置(1，30)，其中该装置(1，30)是干式旋转泵，该干式旋转泵包括第一旋转轴(13)和第二旋转轴(14)，第一旋转轴(13)和第二旋转轴(14)分别驱动带有爪的第一活塞(8)和带有爪的第二活塞(9)在包括用于气体组合物的入口孔(11)和出口孔(10)的泵送腔室(2)中旋转，第一旋转轴(13)和第二旋转轴(14)被配置为由位于齿轮腔室(4)中的驱动系统(17，18)驱动旋转；其中，该装置(1，30)包括第一对密封件(19)和第二对密封件(20)，每对密封件包括第一轴密封件(19a，20a)和第二轴密封件(19b，20b)，该第一对密封件(19)被设置为围绕第一旋转轴(13)，该第二对密封件(20)被设置为围绕泵送腔室(2)和齿轮腔室(4)之间的第二旋转轴(14)；其中，该装置(1，30)包括压力平衡腔室(25)，该压力平衡腔室(25)与位于第一对轴密封件(19)和第二对轴密封件(20)的第一轴密封件(19a，20a)和第二轴密封件(19b，20b)之间的间隙(24)流体连接，以调节该间隙(24)中的压力；其中，齿轮腔室(4)与间隙(24)流体连接；以及其中，泵送腔室(2)与第一对轴密封件(19)的第一轴密封件(19a)和第二对轴密封件(20)的第一轴密封件(20a)通过脉动衰减腔室(22)流体连接。本发明还涉及一种燃料电池系统(40，50，60，70，80，90)，该燃料电池系统包括根据本发明的用于再循环的装置。

Description

用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置和燃料电池 系统
技术领域
本发明涉及用于再循环至少部分气体组合物的装置的领域的第一方面，特别是涉及用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置的领域。本发明更具体地涉及用于再循环燃料电池中至少部分含氢的气体组合物的装置的领域，该燃料电池特别是用于机动车辆的燃料电池。在第二方面，本发明涉及一种允许再循环至少部分含氢的气体组合物的燃料电池系统。
背景技术
在燃料电池系统中，气态的氢和氧是生产电力所必需的。为了有助于去除由燃料电池的氢和氧反应生成的水，燃料电池被提供具有大于可转化气体的气流量的气体。
因此，燃料电池排出在燃料电池中未被使用的至少部分含未反应的气态氢的气体组合物(被称为氢废气)。为了能够使用这种氢废气，燃料电池系统配备了氢再循环回路，以用氢废气再供给燃料电池。为此，氢再循环回路通常配备有氢再循环装置。
从现有技术中已知的是使用喷射器或罗茨泵作为氢再循环装置。罗茨泵是由泵部分和包括电动驱动马达的马达部分组成。旋转轴从马达单元的电动马达延伸到泵送单元，且一对转子被容纳在泵送腔室中。当两个转子通过由马达驱动的旋转轴的旋转而被设置为旋转时，氢废气被吸入泵送腔室中，然后从泵送腔室中排出并再引入燃料电池中。
重要的是，专用于氢的再循环的泵被配置为这样一种方式，以防止吸入泵送腔室中的氢废气渗透到马达单元中，或防止马达单元中的氢浓度达到存在爆炸危险的值。为此，已知的现有技术装置使用轴密封，该轴密封通常围绕旋转轴或多个旋转轴设置在齿轮腔室和马达之间。设置轴密封以防止气态氢从泵送腔室沿旋转轴向马达泄漏，从而防止马达单元中的氢浓度成为爆炸性气体。
然而，气态氢可以通过轴密封。因此，一些氢从泵送腔室向马达单元扩散，使马达中的氢浓度产生潜在的危险增加。为了解决这个问题，氢泵已被提出，在该氢泵中气体流被主动引入马达单元中以通过马达单元并用马达单元运输可能通过轴密封的氢。
不幸的是，尽管这些泵可以限制由于马达单元中氢浓度增加而引起的爆炸风险，但这些泵不能确保包含待被再循环的至少部分气体组合物中的水分子不能进入泵的驱动腔室和/或马达单元中。这种对泵内部的污染是有问题的，因为它通常会导致泵的故障。
一种氢泵，特别是用于汽车领域燃料电池中的氢再循环的泵，还必须满足许多补充要求，即(该清单并不详尽)：
-满足氢最大外部泄漏量为10Ncm3/h的标准；
-能够在宽的调节范围内运转，该范围可以扩展至1:20的比率，特别是达到12000rev/min的最大速度；
-必须能够在宽的周边温度和气体输入范围内运转，特别是从-40℃到100℃之间的范围；
-由于燃料电池的供应电压，必须能够在12至800VCC的额定电压下运转，特别是24VCC、48VCC、200VCC、400VCC或750VCC的额定电压，并且必须具有较高的效率；以及
-由于燃料电池的双极板或膜对润滑剂等物质的敏感性，必须在泵送腔室和马达单元中使用合适的物质。
因此，主要的挑战在于燃料电池的不同行为，诸如不同的运行周期和运行压力，汽车区域的温度，水的流量等。
因此，需要一种坚固且灵活的泵，使得其能够满足上文所提及的所有要求的组合，并使其能够规避上文所提及的已知系统的问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置，使能够克服上述限制。
根据本发明，这些目的是通过两个独立权利要求的主题来实现的。本发明的更具体的方面在从属权利要求以及说明中进行了描述。
以更具体的方式并根据第一方面，本发明的一个目的是通过一种用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置来实现的，其中该装置是干式旋转泵，所述干式旋转泵包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴和第二旋转轴分别驱动带有爪的第一活塞和带有爪的第二活塞在包括用于气体组合物的入口孔和出口孔的泵送腔室中旋转，所述第一旋转轴和第二旋转轴被配置为由位于齿轮腔室中的驱动系统驱动旋转；所述装置包括第一对密封件和第二对密封件，每对密封件包括第一轴密封件和第二轴密封件，所述第一对密封件被设置为围绕第一旋转轴，所述第二对密封件被设置为围绕泵送腔室和齿轮腔室之间的第二旋转轴；所述装置包括压力平衡腔室，该压力平衡腔室与位于第一对轴密封件和第二对轴密封件的第一轴密封件和第二轴密封件之间的间隙流体连接，以调节该间隙中的压力；其中，齿轮腔室与间隙流体连接；以及其中泵送腔室与第一对轴密封件的第一轴密封件和第二对轴密封件的第一轴密封件通过脉动衰减腔室流体连接。
根据本发明的装置使作用在轴密封件两侧的压力得到平衡，这确保了泵送腔室相对于齿轮腔室的密封性。由于这种压力的平衡，轴密封件和它们安装所围绕的旋转轴之间的摩擦力始终保持不变，这使得有可能避免轴密封件的过早磨损，从而避免齿轮腔室被气态或液态形式的水分子污染和/或泵送腔室被存在于齿轮腔室中的润滑液分子污染。以一种有利的方式，第一对密封件由氟橡胶(例如VitonTM)制成，这使得这些密封件对油具有耐受性，第二对密封件由聚四氟乙烯(PTFE)制成，这使得这些密封件对在燃料电池中产生电力的过程中存在的物质(例如水、氢和氮)具有耐受性。
在本发明的第一优选实施方案中，在所述第一对轴密封件的第一轴密封件、第一对轴密封件的第二轴密封件、第二对轴密封件的第一轴密封件和第二对轴密封件的第二轴密封件中，至少一个轴密封件是唇形密封件。由于使用唇形密封件，根据本发明的装置可以以特别简单的方式实施。此外，使用唇形密封件可以实现最大的密封性，因为唇形在轴上的压力作为围绕唇形存在的压力的函数进行自我调节。
在本发明的第一优选实施方案中，间隙和齿轮腔室之间的流体连接是通过设置在第一旋转轴和/或第二旋转轴中的压力平衡通道进行的。这使得可以容易地平衡存在于两对密封件的轴密封件之间的间隙和齿轮腔室之间的压力。
在本发明的另一个优选实施方案中，所述装置包括在压力平衡通道和齿轮腔室之间的润滑流体过滤器。由于润滑流体过滤器，可以防止润滑流体进入压力平衡通道，从而扩散到泵送腔室中。
在根据本发明的一个优选实施方案中，设置了调节入口，以便从装置外部控制压力平衡腔室中的压力。因此，可以将气体引入到压力平衡腔室中，例如空气、氮气、氦气、氢气、氖气、氩气、氪气、氙气或这些气体的混合物，以便从装置外部调节该腔室中的压力。
在本发明的又一个优选实施方案中，脉动衰减腔室与压力平衡腔室通过一个膜流体连接，该膜可渗透气态氢但不可渗透液态和气态形式的水分子。脉动衰减腔室和间隙之间的流体连接使得存在于间隙、脉动衰减腔室和齿轮腔室中的压力的自动压力平衡成为可能。因此，在该实施方案中，不需要主动调节间隙中的压力。此外，半透膜的存在使得可以过滤水分子，并减少了齿轮腔室的污染和/或齿轮腔室的润滑液对泵送腔室的污染的风险。
在本发明的另一个优选实施方案中，脉动衰减腔室和泵送腔室之间的流体连接至少部分地具有迷宫的形式。这使得脉动能够被有效地衰减和平衡，这些脉动是由泵送腔室中的压缩循环产生的。因此，这使得可以确保作用于第一对密封件和第二对密封件的第一轴密封件的压力在装置的使用期间保持基本恒定。
在根据本发明的一个优选实施方案中，脉动衰减腔室与排出出口流体连接。这使得可以排出在脉动衰减腔室中形成的冷凝物，特别是水。
在本发明的另一个优选实施方案中，泵送腔室的入口孔以允许液体在重力作用下排出的方式定向。这对于防止当装置处于停止状态时在泵送腔室内形成水储存器是特别有利的。这样的水储存器会结冰，从而防止装置重新启动。在重力作用下的液体排出允许简单的设计，因为它不需要补充的“主动”元件。
在本发明的又一个优选实施方案中，齿轮腔室和/或泵送腔室被设置为耐氢的材料，或用耐氢的材料覆盖。这使得可以增加该装置的使用寿命。
在本发明的其他优选实施方案中，该装置被配置为用于机动车辆的燃料电池，特别是被配置为：
-允许氢最大外部泄漏量为10Ncm3/h；
-在燃料电池的入口处将泵送的气体混合物的压力提高到达到15bar的压力范围内，特别是1.5至5bar的绝对压力；
-能够以1:20的比例在高达12000转/分钟的控制范围内被驱动；
-能够在环境温度范围内运转，并能在-40℃至100℃之间输入至少部分气体组合物；和/或
-能够在12至800VCC的额定电压下运转，特别是24VCC、48VCC、200VCC、400VCC或750VCC的额定电压。
根据第二方面，本发明的目的是由于一种燃料电池系统实现的，该燃料电池系统包括至少部分含氢的气体组合物的储存器，该储存器被连接至燃料电池的入口，其中该系统包括根据本发明的用于再循环的装置，燃料电池的出口被连接至用于再循环的装置的入口孔，用于再循环的装置的出口孔被连接至燃料电池的入口。
由于这样的系统，燃料电池不仅可以通过储存器，而且可以通过用于再循环的装置来供应气体组合物。因此，燃料电池中未消耗的氢被重新引入到燃料电池中，限制了氢的损失，从而提高了系统的效率。
在本发明该方面的第一优选实施方案中，该系统包括水分离器，所述水分离器与燃料电池的出口和用于再循环的装置的入口孔流体连接。通过水分离器，可以在从燃料电池离开的气体组合物被引入到用于再循环的装置中之前从该气体组合物中提取水。这使得可以避免将过多的水引入到用于再循环的装置中。
在本发明这方面的第二优选实施方案中，该系统包括溢流阀，所述溢流阀与水分离器的排出出口流体连接。溢流阀允许水被去除，同时防止回流。该阀优选地包括传感器，该传感器允许测量水分离器中的水的量。当达到一定的水位时，溢流阀被打开，将水排出。
在本发明这方面的另一个优选实施方案中，用于再循环的装置的调节入口与储存器流体连接。这允许将储存器中包含的气体引入到用于再循环的装置中，并且可以平衡作用在该装置的轴密封件上的压力。通过平衡压力，可以避免密封件的过早磨损。
在本发明这方面的又一个优选实施方案中，用于再循环的装置的排出出口与水分离器的排出出口流体连接。这允许去除想在用于再循环的装置中积聚的水。
附图说明
参考17张附图，本发明的特性和优点将在下面的描述中以更详细的方式呈现，并以非限制性的方式通过例示给出实施的示例，这些附图表示：
-图1表示根据第一优选实施方案的用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置的第一截面图；
-图1a展示了图1的细节；
-图2表示根据第一优选实施方案的装置的前视图；
-图3表示根据第一优选实施方案的装置的第二截面图；
-图4表示根据第一优选实施方案的装置的第三截面图；。
-图5展示了图4的细节；
-图6表示根据第一优选实施方案的装置的侧视图；
-图7表示根据第一优选实施方案的装置的第四截面图；
-图8展示了图7的细节；
-图9表示根据第二优选实施方案的用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置的第一截面图；
-图10展示了图9的细节；
-图11表示根据第二优选实施方案的装置的第二截面图；
-图12图解地例示了根据本发明的第一实施方案的燃料电池系统；
-图13图解地例示了根据本发明的第二实施方案的燃料电池系统；
-图14图解地例示了根据本发明的第三实施方案的燃料电池系统；
-图15图解地例示了根据本发明的第四实施方案的燃料电池系统；以及
-图16图解地例示了根据本发明的第五实施方案的燃料电池系统；以及
-图17图解地例示了根据本发明的第六实施方案的燃料电池系统。
具体实施方式
图1展示了根据本发明的第一优选实施方案的用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置1的沿线A-A(参考图2)的截面图。该装置1(在此为干式爪式泵的形式)由多个子单元组成，这些子单元以可拆卸的方式相互连接，即在例示的结构示例中，带有泵送腔室盖3的泵送腔室2和带有齿轮腔室盖5的齿轮腔室4。
泵送腔室2被设置为接收两个带有爪的活塞8和9(参考图3)，该活塞由第一旋转轴13和第二旋转轴14驱动旋转，第一旋转轴13和第二旋转轴14由分别位于齿轮腔室盖5和齿轮腔室4中的轴承15和16支撑。带有爪的活塞8的旋转轴13代表输入轴，而带有爪的活塞9的轴14形成输出轴。旋转轴13被配置为以本领域技术人员已知的方式由电动马达驱动，此处将不作详细描述。
带有爪的活塞9的第二旋转轴14的驱动以及它与带有爪的活塞8的第一旋转轴13的必要同步是通过包括在两个轴承15和16之间啮合的两个齿形轮17和18的驱动系统执行的。为了允许齿形轮17对齿形轮18的最佳驱动，齿轮腔室4包含润滑液。对于用于再循环含氢的组合物的装置1的使用，有利的是注意润滑液适用于该应用领域。特别有利的是提供一种与氢不反应且与用于燃料电池的膜的材料相容的润滑液。
如图3所示，活塞8和9是带有被配置为能够彼此相对地滚动或缠绕的带有爪的活塞，从而它们有效地运输和压缩通过入口孔11进入并通过出口孔10离开的气体组合物。入口孔11有利地以如下方式定向：当装置1如图1所示定向时，也就是说，当它倚靠在底座12上时，存在于泵送腔室2中的液体可以在重力的作用下流出该腔室。
如上文所提及的，重要的是用于再循环的装置1被配置为这样一种方式以防止液态或气态形式的水能够进入齿轮腔室4和/或防止润滑液能够污染泵送腔室2。事实上，一些水可能与齿轮腔室4中存在的润滑液发生反应和/或防止齿形轮17和18和/或轴承15和16的最佳驱动，从长远来看这将导致装置1的故障。此外，泵送腔室2被一些润滑液污染会导致装置1所连接的燃料电池的性能下降。
为了将泵送腔室与爪式泵的齿轮腔室分开，在现有技术中已知的是使用定位在泵送腔室和齿轮腔室之间的橡胶的轴密封件。这通常可以防止供应给燃料电池的部分气体组合物中所包含的水能够进入齿轮腔室，并防止润滑液能够污染泵送腔室。
在一个优选的实施方案中，通常围绕驱动带有爪的活塞的旋转轴定位的轴密封件是唇形类型的，使得密封唇部与旋转轴接触，并且在唇部的弹性作用下达到最佳的密封性。轴密封件可以具有不同的性质，机械密封类型，迷宫式或其他。
如前所述，本发明的目的是提供一种用于再循环氢的装置1，该装置1可用于燃料电池领域，更具体地，可用于机动车辆的燃料电池领域。在该应用领域中，待再循环的包含氢的组合物的压力可以有很大的变化，这意味着施加在轴密封件唇部上的压力也可以有很大的变化。在很大的压力下，密封件的唇部和它们所围绕的旋转轴之间会产生很大的摩擦力，这可能导致唇部的快速磨损。磨损的唇部不再允许达到必要的密封性，一些气态或液态的水会进入齿轮腔室，或者一些润滑液会污染泵送腔室。
为了解决这个问题，如不同附图所示，装置1包括第一对密封件19，第一对密封件19包括围绕第一旋转轴13放置的第一轴密封件19a和第二轴密封件19b，以及第二对密封件20，第二对密封件20包括围绕第二旋转轴14放置的第一轴密封件20a和第二轴密封件20b。如上文所提及的，轴密封件是轴的密封件，也就是说，密封件两侧之间的压力差越大，唇部越紧地压在密封件所围绕的旋转轴上。这意味着，随着压力差的增加，密封件的唇部和轴之间的摩擦力也会增加。这样的增加会导致过早的磨损，并可能导致密封件的破裂。
为了防止该密封件对19和20的密封件的过早磨损，装置1包括压力平衡系统，以便可以平衡轴密封件两侧的压力。如图4和图5所示，装置1包括压力平衡腔室25，它与密封件对19和20的第一轴密封件和第二轴密封件之间存在的间隙24流体连接。压力平衡腔室25中的压力可以通过借助于调节入口29从装置外部引入气体来调节。因此，这使得可以控制压力平衡腔室25和间隙22中的压力，从而平衡作用于轴密封件两侧的压力。
从这些附图中可以看出，泵送腔室2还通过孔21与脉动衰减腔室22流体连接。脉动衰减腔室22本身与密封件对19的第一轴密封件19a和密封件对20的第一轴密封件20a流体连接。由于脉动衰减腔室22，可以衰减甚至平衡在泵送腔室2的泵送周期中产生的压力脉动，从而确保作用在第一轴密封件19a和20a唇部的压力在装置1的使用期间保持基本恒定。这对于确保最佳的密封性是很重要的。脉动衰减腔室22和泵送腔室2之间的流体连接有利地采用了具有低气体通过的迷宫23的形式，这使得可以有效地衰减甚至平衡压力脉动。
由于脉动衰减腔室22和泵送腔室2之间的流体连接，水可以积聚在脉动衰减腔室22中。在这种情况下，提供排出出口26是有利的，水可以通过该排出出口26排出(同样参考图6)。此外，水本身可以通过连接孔21由泵送腔室2的循环再抽吸。另外，通过调节入口29，气体(例如空气、氮气、氦气、氢气、氖气、氩气、氪气、氙气或这些气体的混合物)可以被引入压力平衡腔室25，从而进入间隙24，这使得可以容易地平衡作用于轴密封件的压力。
为了使密封件19a和20a以及密封件19b和20b不会过早磨损，第二旋转轴14包括压力平衡通道27，它将间隙24连接至齿轮腔室4(参见图7和图8)。因此，作用在轴密封件19b和20b两侧的压力被平衡，这减小了旋转轴和这些密封件之间的摩擦力。为了避免润滑液通过通道27回流到间隙24中，第二旋转轴14在其齿轮腔室中的端部包括过滤器28，该过滤器允许气体的扩散，但不允许液体的扩散。
图9和图10展示了根据本发明的第二优选实施方案的用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置30沿线A-A(参考图2)的截面图。在此，我们将放弃描述该装置30中与装置1相似的元件。此外，在例示这两个实施方案的附图中，类似的元件带有相同的附图标记。
在装置30中，脉动衰减腔室22与压力平衡腔室25流体连接，因此与间隙24流体连接。这使得泵送腔室2、间隙24和齿轮腔室4中的压力自动平衡成为可能。在这个实施方案中，因此不需要主动调节压力平衡腔室25中的压力。由于泵送腔室2和间隙24之间通过脉动衰减腔室22的流体连接，轴密封件对19和20的轴密封件19a和20a的两侧的压力被自动平衡了。
有利地，脉动衰减腔室22和压力平衡腔室25之间的流体连接是通过半透膜31实现的，气态氢可以通过该半透膜31扩散，但它保留了液态或气态形式的水以及润滑液。以类似于装置1的方式，脉动衰减腔室22和泵送腔室2之间的流体连接至少部分地具有迷宫23的形状，这使得可以有效地衰减甚至平衡来自泵送腔室2的压力脉动。此外，从图10中可以看出，脉动衰减腔室22和间隙24(以及因此压力平衡腔室25)之间的流体连接是通过第一对校准孔32、第二对校准孔33和第三对校准孔34有利地实现。校准孔33的尺寸使得可以控制气体组合物沿膜31的流动速率。以类似于装置1的方式，排出出口26允许排放将想要积聚在脉动衰减腔室22中的水排出。在装置30中，排出出口26被配置为将在离心力作用下通过校准孔32被推回的水排出。最后，在本实施方案中还提供了调节入口29，用于从装置外部调节压力平衡腔室25的压力。
膜31的存在使得可以进一步降低水分子在齿轮腔室4中的扩散和润滑液在泵送腔室2中的扩散的风险。值得注意的是，以类似于装置1的方式，密封件对19和20的轴密封件两侧的压力被平衡，这使得可以限制它们的磨损。此外，如图9所示，装置30的第二旋转轴14在其一端还包括过滤器28，过滤器28防止存在于齿轮腔室中的润滑液通过通道27回流。
图12示出了根据本发明的第一实施方案的燃料电池系统40。该系统40包括氢储存器41，压力调节器42，具有阳极43a、膜43b和阴极43c的燃料电池43。系统40还包括根据本发明该方面的第一实施方案的用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置1。该装置1的出口孔10被连接至向燃料电池43供应气态氢的管道44，这使得可以将未消耗的氢重新引入到燃料电池中。燃料电池43的出口43e被连接至水分离器45，该水分离器45允许去除从燃料电池离开的气体组合物中所包含的大部分水。这些水通过水分离器45的排出出口45a并通过溢流阀46排出。由于水分离器45的作用，大部分的水已经被去除的气体组合物通过装置1的入口孔11被引入到装置1中。因此，装置1可以将气体组合物压缩到必要的压力，并将其重新引入管道44。在这个实施方案中，装置1的调节入口29与管道44相连，因此与储存器41相连，这允许作用在装置1的轴密封件(此处未示出)的两侧的压力得以平衡。如图12所示，排出出口26在本实施方案中未使用，优选地是封闭的。
图13示出了根据本发明的第二实施方案的燃料电池系统50。该系统50与图12中展示的系统40相当，不同的是，在该实施方案中，排出出口26被连接至水分离器45的出口。这使得可以将想要在装置1内形成的水排出。
图14示出了根据本发明的第三实施方案的燃料电池系统60。除了一个重要的差异外，该系统60与图12中展示的系统40相当。这个差异在于系统60包括根据本发明该方面的第二实施方案的用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置30。如上文所提及的，再循环装置的这个实施方案提供了自动平衡作用于装置30的轴密封件(此处未示出)两侧的压力的系统。由于这个自动平衡系统，不需要为了平衡作用于轴密封件的压力而通过调节入口29引入气体。因此，在图14的实施方案中，调节入口29没有连接至管道44。值得注意的是，在这个实施方案中，也可以在调节入口29和管道44之间提供连接，以便在必要时，允许将气体引入到装置30中。例如，如果自动平衡装置不能如所期望的那样发挥作用，这将是必需的。
图15示出了根据本发明的第四实施方案的燃料电池系统70。该系统70与图14中的系统60相当，除了在本实施方案中，排出出口26被连接至水分离器45的出口这一事实。这允许将想要在装置30内形成的水去除。
图16和图17就其本身而言示出了根据本发明的第五和第六实施方案的燃料电池系统80、90。在这些实施方案中，排出出口26分别与再循环装置1的入口孔11、再循环装置30的入口孔11流体连接。这使得可以将想要在再循环装置内部形成的水去除，并且通过再循环装置1、30和管道44将这些水重新引入燃料电池43中。
显然，本发明的实施可以有各种变化。尽管已经通过示例的方式描述了非限制性的实施方案，但是很好地理解，以详尽的方式确定所有可能的变化是不可能的。当然，在不偏离本发明范围的情况下，可以设想用同等的装置来代替所描述的装置。所有这些修改都形成了泵和循环器领域技术人员的常识的一部分。

Claims (20)

1.一种用于再循环至少部分含氢的气体组合物的装置(1，30)，其特征在于，
所述装置(1，30)是干式旋转泵，所述干式旋转泵包括第一旋转轴(13)和第二旋转轴(14)，所述第一旋转轴(13)和第二旋转轴(14)分别驱动带有爪的第一活塞(8)和带有爪的第二活塞(9)在泵送腔室(2)中旋转，所述泵送腔室(2)包括用于气体组合物的入口孔(11)和出口孔(10)，所述第一旋转轴(13)和第二旋转轴(14)被配置为由位于齿轮腔室(4)中的驱动系统(17，18)驱动旋转；
所述装置(1，30)包括第一对密封件(19)和第二对密封件(20)，每对密封件包括第一轴密封件(19a，20a)和第二轴密封件(19b，20b)，所述第一对密封件(19)被设置为围绕第一旋转轴(13)，所述第二对密封件(20)被设置为围绕泵送腔室(2)和齿轮腔室(4)之间的第二旋转轴(14)；
所述装置(1，30)包括压力平衡腔室(25)，该压力平衡腔室(25)与位于第一对轴密封件(19)和第二对轴密封件(20)的第一轴密封件(19a，20a)和第二轴密封件(19b，20b)之间的间隙(24)流体连接，以调节该间隙(24)中的压力；
齿轮腔室(4)与间隙(24)流体连接；以及
泵送腔室(2)与第一对轴密封件(19)的第一轴密封件(19a)和第二对轴密封件(20)的第一轴密封件(20a)通过脉动衰减腔室(22)流体连接。
2.根据权利要求1所述的装置(1，30)，其中在所述第一对轴密封件(19)的第一轴密封件(19a)、第一对轴密封件(19)的第二轴密封件(19b)、第二对轴密封件(20)的第一轴密封件(20a)和第二对轴密封件(20)的第二轴密封件(20b)中，至少一个轴密封件是唇形密封件。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的装置(1，30)，其中间隙(24)和齿轮腔室(4)之间的流体连接是通过设置在第一旋转轴(13)和/或第二旋转轴(14)中的压力平衡通道(27)进行的。
4.根据权利要求3所述的装置(1，30)，包括在压力平衡通道(27)和齿轮腔室(4)之间的润滑流体过滤器(28)。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，其中设置了调节入口(29)，以便从装置外部控制压力平衡腔室(25)中的压力。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(30)，其中脉动衰减腔室(22)与压力平衡腔室通过膜(31)流体连接，该膜能渗透气态氢但至少不可渗透液态和气态形式的水分子。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，其中脉动衰减腔室(22)和泵送腔室(2)之间的流体连接至少部分地具有迷宫的形式。
8.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，其中脉动衰减腔室(22)与排出出口(26)流体连接。
9.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，其中泵送腔室(2)的入口孔(11)以允许液体在重力作用下排出的方式定向。
10.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，其中齿轮腔室(4)和/或泵送腔室(2)被设置为耐氢的材料，或用耐氢的材料覆盖。
11.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，所述装置被配置为允许氢最大外部泄漏量为10Ncm3/h。
12.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，所述装置被配置为能够以1:20的比例在高达12000转/分钟的控制范围内被驱动。
13.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，所述装置被配置为能够在环境温度范围内运转，并能在-40℃至100℃之间输入至少部分气体组合物。
14.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，所述装置被配置为能够在12至800VCC的额定电压下运转，特别是24VCC、48VCC、200VCC、400VCC或750VCC的额定电压。
15.根据前述权利要求中的任何一项所述的装置(1，30)，所述装置被配置为在燃料电池的入口处将至少部分含氢的气体组合物的压力提高到达到15bar的压力范围内，特别是1.5至5bar的绝对压力。
16.一种燃料电池系统(40，50，60，70)，所述燃料电池系统包括至少部分含氢的气体组合物的储存器(41)，该储存器(41)被连接至燃料电池(43)的入口(43d)，其特征在于，
该系统包括根据权利要求1至15中的任何一项所述的用于再循环的装置(1，30)，燃料电池(43)的出口(43e)被连接至用于再循环的装置(1，30)的入口孔(11)，用于再循环的装置(1，30)的出口孔(10)被连接至燃料电池(43)的入口(43d)。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统(40，50，60，70，80，90)，包括水分离器(45)，所述水分离器(45)与燃料电池(43)的出口和用于再循环的装置(1，30)的入口孔流体连接。
18.根据权利要求17所述的燃料电池系统(40，50，60，70，80，90)，包括溢流阀(46)，所述溢流阀(46)与水分离器(45)的排出出口(45a)流体连接。
19.根据权利要求16至18中的任何一项所述的燃料电池系统(40，50，60，70，80，90)，其中用于再循环的装置(1，30)的调节入口(29)与所述储存器(41)流体连接。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的燃料电池系统(40，50，60，70，80，90)，其中用于再循环的装置(1，30)的排出出口(26)与所述水分离器(45)的排出出口(45a)流体连接。
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