CN116636054A - 用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置、燃料电池系统和用于运行用于输送用于燃油电池系统的燃料的燃料输送装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明设法实现一种用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置(10)，其包括用于所述燃料的、具有第一输送装置(FE1)的第一输送路径(F1)；用于所述燃料的、具有第二输送装置(FE2)的第二输送路径(F2)；通口区域(MB)，所述第一输送路径(F1)和所述第二输送路径(F2)在所述通口区域中彼此相通；和用于所述燃料的共同输出开口(AO)，所述共同输出开口连接在所述通口区域(MB)上并且通过所述共同输出开口能将所述燃料向燃料电池放出。

Description

用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置、燃料电 池系统和用于运行用于输送用于燃油电池系统的燃料的燃料 输送装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置、一种燃料电池系统和一种用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法。
背景技术
通常，在一些燃料电池系统中，燃料、例如氢气可以被提供用于燃料电池的阳极电路。在此，阳极电路设计用于，以第一气体供给燃料电池或者燃料电池堆的阳极侧，然后通过所述第一气体可以在燃料电池上发生反应。
在此，可能的是，从箱中获得新鲜的燃料(氢气)，并且将其通过配量阀供入系统。另一方面，氢气也可以通过抽吸喷射泵和/或再循环风扇输送到回路中。在此，抽吸喷射泵可以覆盖上负载区域，并且再循环风扇可以覆盖下负载区域。回路循环和新鲜的供入的组合是可能的，然而，这两种输送方法也相互影响，因为它们通常彼此串联地(连接)地运行。
在DE 112006003013 B4中说明了一种具有配件和阀的箱，其中，阀紧固在配件中。
发明内容
本发明设法实现一种根据权利要求1所述的、用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置、一种根据权利要求10所述的燃料电池系统、和一种根据权利要求11所述的用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法。
优选的拓展方案是优选实施方式的内容。
本发明所基于的构思在于，说明一种用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置、一种燃料电池系统和一种用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法，其中，燃料的再循环输送和来自箱的燃料输送能并行运行，并且可通过该并行运行减少直接输送和循环输送的相互影响。
根据本发明，用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置包括用于燃料的、具有第一输送装置的第一输送路径；用于燃料的、具有第二输送装置的第二输送路径；通口区域，在所述通口区域中第一输送路径和第二输送路径彼此相通；和用于燃料的共同输出开口，所述共同输出开口连接在通口区域上并且可通过所述共同输出开口将燃料放出给燃料电池。
燃料可以是例如气态的，其中，输送液态燃料是可能的。第一输送路径和/或第二输送路径可以分别或者两者都包括管或者软管，所述管或者软管可以通向可以包括通口区域和输出开口的末段。
词条“燃料”在这里通常可以理解为用于驱动燃料电池的介质或者材料组分，例如用于燃料电池的阳极侧。在此，但也可能的是，在燃料电池的阴极侧上建立相同的系统。在此，燃料电池可以是单个的燃料电池或者燃料电池堆。
在此，输送的动作可以包括不同的方法，例如泵送或者抽吸射束输送。在此，两个平行地导向的输送路径可以通过各自的输送装置并且视在不同的运行模式下的预给定参数而定地、例如根据燃料电池的功率和新鲜燃料和/或经再循环的燃料的必要输送来运行，有利地并行地操控并且在通口区域中才合并。在此，通口区域可以直接位于输出开口前方。通过这类布置可以减少或者甚至避免两个输送装置和输送路径的相互影响，这可以改进燃料输送装置的灵活性和有效性并且最终也改进燃料电池的灵活性和有效性，因为可以更灵活地请求来自恰好优选的输送路径的燃料，并且可以更目标导向地在来自这两个输送路径的燃料之间进行选择。
第一输送路径和/或第二输送路径和它们的部件可以分别成形为模块。
例如，燃料输送装置可以用于所有具有氢气配量阀和再循环的燃料电池系统，或者也可以用于用于燃料电池系统的其它燃料类型。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，第一输送装置包括配量阀和/或抽吸喷射泵。
燃料、有利地氢可以通过配量阀、例如通过氢气配量阀供入至第一输送路径，从外部的箱和/或从燃料电池的再循环供入至第一输送路径。通过配量阀和抽吸喷射泵可以在燃料电池的高的负载区域和/或功率区域中将燃料供入燃料电池，因为通过具有抽吸喷射泵的第一输送路径可以实现足够高的燃料体积流。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，第一输送路径可以与外部的燃料箱连接。
因此，第一输送路径可以将燃料从外部的燃料箱输送给燃料电池并且因而输送给燃料电池系统。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，第二输送装置包括再循环泵。
为了回路中的输送，第二输送路径可以使燃料从燃料电池并且返回至燃料电池地循环，有利地，在小的负载区域和/或功率区域中单独地或者辅助第一输送路径地进行。
再循环泵可以包括再循环风扇。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，第二输送路径可以与燃料电池连接作为用于燃料的回路。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，该燃料输送装置设置为用于，输送液态的或者气态的氢气作为燃料。
相应地，在输送路径上可以设计有泵、管线、密封件和阀。
根据燃料输送装置的一种优选实施方式，通口区域包括振动阀，借助于该振动阀，第一输送路径和/或第二输送路径可以在通口区域中通过施加在相应另一输送路径中的压力至少部分地关闭。
振动阀可以包括活门，该活门可以在通口区域中至少部分地或者完全地关闭第一输送路径的和/或第二输送路径的输出端并且可以中断燃料从该输送路径的溢出。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，振动阀包括弹簧，借助于该弹簧可以使振动阀在静止位置预紧，在该静止位置下，第一输送路径或者第二输送路径被关闭。
在此，静止位置可以这样选择，使得在静止位置中没有反作用力对振动阀产生影响并且振动阀可以由弹簧这样保持，使得振动阀或者完全地关闭输送路径中的一个或者仅部分地关闭输送路径中的一个。
根据燃料输送装置的一种优选的实施方式，第一输送路径设置为用于，在燃料电池系统的上负载区域中运行，并且第二输送路径设置为用于，在燃料电池系统的下负载区域中运行，其中，下负载区域和上负载区域完全不同或者具有重叠值区域，其中，第一输送路径和/或第二输送路径可以彼此并行地运行。
第一输送路径可以在上负载区域中运行，并且，第二输送路径可以在下负载区域中运行。
负载区域可以在燃料电池上的负载(功率运行)的50％处分隔开，换言之，在50％以下可以指下负载区域，并且从50％起/超过50％可以指上负载区域。在至今的燃料输送装置中，两个输送单元可以串联地连接，其中，负载区域(在相应的负载区域下的运行)的过渡可以是浮动的。
如果燃料电池和燃料输送装置在部分负载中运行，则可以存在重叠值区域。
根据本发明，燃料电池系统包括燃料电池和根据本发明的燃料输送装置。
根据本发明，在用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法中进行：提供用于输送燃料的根据本发明的燃料电池系统和将燃料输送装置与燃料电池连接；识别用于从燃料箱和/或从燃料电池输送燃料的必要性，并且然后借助于具有第一输送装置的第一输送路径输送燃料到燃料电池；和/或识别用于在回路中从燃料电池输送燃料的必要性并且然后借助于具有第二输送装置的第二输送路径在回路中输送燃料；和通过用于燃料的共同输出开口放出燃料，所述共同输出开口连接在通口区域上并且通过所述共同输出开口将燃料放出给燃料电池。
识别必要性可以通过传感器或者关于燃料电池的运行方式的知识来进行，例如从关于燃料电池目前所运行的功率区域/负载区域的结论出发进行。因此，第一输送路径可以从外部由箱和/或从燃料电池自身的再循环的进口输送燃料。
有利地，该方法的突出之处也可以在于燃料输送装置和/或燃料电池系统的已经提到的特性并且反之亦然。
从随后的说明参照附图得出本发明的实施方式的另外的特征和优点。
附图说明
随后，根据在附图的示意性图示中所给出的实施例解释本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的另一实施例的用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的示意图；
图2示出根据本发明的另一实施例的用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的示意图；
图3示出根据本发明另一实施例的用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的示意图；和
图4示出根据本发明的一个实施例的用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法的方法步骤的方框图。
在附图中，相同的附图标记表示相同的或者功能相同的元件。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个实施例的用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的示意图。
用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置10包括：用于燃料的、具有第一输送装置FE1的第一输送路径F1；用于燃料的、具有第二输送装置FE2的第二输送路径F2；通口区域MB，第一输送路径F1和第二输送路径F2在所述通口区域中彼此相通；和用于燃料的共同输出开口AO，所述共同输出开口连接在通口区域MB上，并且通过所述共同输出开口可以将燃料放出给燃料电池。在此，第一输送装置FE1可以包括配量阀DV和/或抽吸喷射泵SP。第一输送路径F1可以与外部的燃料箱连接。第二输送装置FE2可以包括再循环泵RP，并且第二输送路径F2可以与燃料电池连接，作为用于燃料的回路。
通常，燃料输送装置10与其部件可以设计为用于，将液态的或者气态的氢气作为燃料来输送。
通口区域MB可以包括振动阀FV，借助于该振动阀，在通口区域MB中第一输送路径F1和/或第二输送路径F2可以由施加在相应的另一输送路径中的压力至少部分地关闭。为此，振动阀FV可以包括弹簧F，借助于该弹簧可以使振动阀FV在静止位置中预紧，在所述静止位置下可以关闭第一输送路径F1或者第二输送路径F2。在此，第一输送路径F1可以设置用于在燃料电池系统的上负载区域内运行，并且第二输送路径F2可以设置为用于，在燃料电池系统的下负载区域内运行，其中，下负载区域和上负载区域可以完全不同或者可以具有重叠值区域，其中，第一输送路径F1和/或第二输送路径F2可以彼此平行地运行。燃料输送装置10可以被包括在具有燃料电池的燃料电池系统中，例如成形为燃料电池系统的阳极模块。
图1示出一种情况：在该情况下，仅第二输送路径F2是激活的并且燃料(箭头表示)由再循环泵RP输送，尤其是在回路循环中又被输送至燃料电池(阳极)。在此，振动阀FV这样被打开，使得第二输送路径F2在通口区域MB处完全地打开并且第一输送路径F1完全地关闭。在这种情况下，第一输送装置FE1可以被关断并且没有燃料从箱中输送。
如果没有燃料(氢气)从第一输送路径F1被配量到第二输送路径的再循环并且如果再循环泵RP运行，则振动阀可以位于上止挡部中并且关闭第一输送路径F1并且因此可以防止或者至少减少气动短路(所输送的阳极气体流经燃料电池(堆)并且不是向后流经抽吸喷射泵(或者流经第一输送路径)。在这种情况下，最小负载可以施加/发生在燃料电池上。为此，振动阀可以被预紧或者不被预紧，其中，预紧可以施加比来自第二输送路径的压力更小的力并且因此振动阀可以被压到第一输送路径的开口上，或者可以这样被预紧，以便在第一输送路径中的压力消失时达到该位置。
图2示出根据本发明的另一实施例的用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的示意图。
图2示出来自图1的燃料输送装置10，其中，然而，第一输送路径F1也可以是激活的，其中，燃料输送装置10和燃料电池可以在部分负载下运行，即可以在这样的负载下运行：所述负载可以小于全负载并且因此也可以部分地以第一输送路径运行。在这里，配量阀DV可以在每单位时间内将确定量的燃料装入第一输送路径F1中，并且抽吸喷射泵SP可以产生燃料的这种体积流，其中，燃料的装入可以由在外部的燃料箱进行和/或也可以由燃料电池的再循环路径进行，即，已经处于系统中的气体。通过再循环路径进行的供入可以通过孔朝第一输送路径进行。图2示出燃料电池的进口，该进口通向第二输送路径F2并且也可以通过在配量阀DV和/或抽吸喷射泵的区域中的孔通向第一流动路径F1。图1可以同样地构造，然而，该孔在那里被关闭，例如通过促动器关闭。
在下方负载点(例如在50％的负载以下)中，仅需要非常少量的新鲜氢气。
在图2的在这里所说明的解决方案中，两个路径也可以并行地运行，也就是说，在上负载区域和下负载区域之间的过渡区域是浮动的。最终，这取决于部件(组合部件)的设计和在其中划出边界的运行策略。
以此方式，燃料电池可以在部分负载下运行，换言之，小于全负载地运行。则振动阀FV可以占据第一和第二输送路径之间的中间位置，例如由此确定：来自第一输送路径和来自第二输送路径的体积流中的哪个占主导并且彼此之间处于哪种关系。例如，如果两个流是相同的，则振动阀FV可能恰好位于在第一输送路径F1的输出端和第二输送路径F2的输出端之间的中间位置中，例如位于振动阀FV的运动空间的角平分线上。在该中间位置中，振动阀也可以被预紧。
再循环泵RP可以与抽吸喷射泵SP并联地连接。压力侧的合并可以在通口区域MB中通过振动阀FV进行。振动阀可以是弹簧加载的，以限定明确的静止位置。在部分负载下，振动阀FV振摆到这样的位置上：所述位置基于不同的质量流产生。因此，在部分负载下，当两个输送路径都可以使用时，振动阀寻找这样的位置：该位置相应于两个质量流的比例。位态和振动行为可以通过弹簧来适配。
图3示出根据本发明的另一实施例的用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的示意图。
图3示出来自图1或者来自图2的燃料输送装置10，其中，可以仅第一输送路径F1是激活的并且燃料电池和因此燃料输送装置10可以在全负荷下运行，即可以仅用来自箱的燃料运行。替代地，第一输送路径也可以同时使用来自循环的燃料(除了来自箱的新鲜的燃料之外，在此，燃料电池的输入管线可以连接在配量阀DV上并且通过配量阀DV配入到第一输送路径中并且由抽吸喷射泵SP输入到第一输送路径F1中)。
因此，新鲜的燃料(氢气)可以通过配量阀DV(第一输送路径的模块)从外部由箱供入系统。在全负荷下，再循环泵RP可以被关掉并且仅抽吸喷射泵SP工作。然后，通过流动力可以使振动阀FV保持(压)在用于第二输送路径F2的下方关闭位态中。
图4示出根据本发明的一个实施例的用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法的方法步骤的方框图。
在用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置的方法中，进行：提供S1根据本发明的燃料输送装置和将燃料输送装置与燃料电池连接；识别S2用于从燃料箱输送燃料的必要性和然后借助于具有第一输送装置的第一输送路径将燃料从燃料箱输送S3到燃料电池；和/或识别S4用于在回路中从燃料电池输送燃料的必要性和然后借助于具有第二输送装置的第二输送路径将在回路中输送S5燃料；和通过用于燃料的共同输出开口放出S6燃料，所述共同输出开口连接在通口区域上并且通过所述共同输出开口将燃料放出给燃料电池。
尽管以上已根据优选实施例完全说明了本发明，但是本发明不限于此，而是可以以各种方式进行修改。

Claims (11)

1.用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置(10)，所述燃料输送装置包括：
-用于燃料的、具有第一输送装置(FE1)的第一输送路径(F1)；
-用于燃料的、具有第二输送装置(FE2)的第二输送路径(F2)；
-通口区域(MB)，在所述通口区域中所述第一输送路径(F1)和所述第二输送路径(F2)彼此相通；和
-用于燃料的共同输出开口(AO)，所述共同输出开口连接在所述通口区域(MB)上，并且通过所述共同输出开口能将所述燃料放出给燃料电池。
2.根据权利要求1所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述第一输送装置(FE1)包括配量阀(DV)和/或抽吸喷射泵(SP)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述第一输送路径(F1)能与外部的燃料箱连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述第二输送装置(FE2)包括再循环泵(RP)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述第二输送路径(F2)能与燃料电池连接作为用于所述燃料的回路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料输送装置(10)，所述燃料输送装置设置为用于，输送液态的或者气态的氢作为燃料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述通口区域(MB)包括振动阀(FV)，借助于所述振动阀，在所述通口区域(MB)中所述第一输送路径(F1)和/或所述第二输送路径(F2)能够通过施加在相应另一输送路径中的压力至少部分地关闭。
8.根据权利要求7所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述振动阀(FV)包括弹簧(F)，借助于所述弹簧能使所述振动阀(FV)在静止位置中预紧，在所述静止位置下，所述第一输送路径(F1)或者所述第二输送路径(F2)关闭。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃料输送装置(10)，在所述燃料输送装置中，所述第一输送路径(F1)设置为用于在所述燃料电池系统的上负载区域中运行，并且所述第二输送路径(F2)设置为用于在所述燃料电池系统的下负载区域中运行，其中，所述下负载区域和所述上负载区域完全不同或者具有重叠值区域，其中，所述第一输送路径(F1)和/或所述第二输送路径(F2)能彼此并行地运行。
10.燃料电池系统，其包括燃料电池和根据权利要求1至9中任一项所述的用于输送燃料的燃料输送装置(10)。
11.用于运行用于输送用于燃料电池系统的燃料的燃料输送装置(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供(S1)根据权利要求1至9中任一项所述的用于输送燃料的燃料输送装置(10)，并且使所述燃料输送装置(10)与燃料电池连接；
-识别(S2)用于从燃料箱和/或从燃料电池输送所述燃料的必要性，并且然后借助于具有第一输送装置(FE1)的第一输送路径(F1)将所述燃料输送(S3)至所述燃料电池；和/或
-识别(S4)用于在回路中从所述燃料电池输送燃料的必要性，并且然后借助于具有第二输送装置(FE2)的第二输送路径(F2)在所述回路中输送(S5)所述燃料；和
-通过用于所述燃料的共同输出开口(AO)放出(S6)所述燃料，所述共同输出开口连接在所述通口区域(MB)上并且通过所述共同输出开口将所述燃料放出给所述燃料电池。
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