CN117855522A - 用于燃料电池系统的输送装置 - Google Patents

用于燃料电池系统的输送装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117855522A
CN117855522A CN202311286568.XA CN202311286568A CN117855522A CN 117855522 A CN117855522 A CN 117855522A CN 202311286568 A CN202311286568 A CN 202311286568A CN 117855522 A CN117855522 A CN 117855522A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compressor
fuel cell
channel
water
gaseous medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311286568.XA
Other languages
English (en)
Inventor
J·韦斯内尔
M·卡茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN117855522A publication Critical patent/CN117855522A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008Regenerative pumps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
    • F04D29/701Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/706Humidity separation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/54Installations characterised by use of jet pumps, e.g. combinations of two or more jet pumps of different type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K2015/03243Fuel tanks characterised by special pumps, the mounting thereof
    • B60K2015/0325Jet pumps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K2015/03256Fuel tanks characterised by special valves, the mounting thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K2015/03309Tanks specially adapted for particular fuels
    • B60K2015/03315Tanks specially adapted for particular fuels for hydrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池系统的输送装置,用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气,输送装置具有水分离器、具有喷射泵并且具有计量阀,喷射泵被处于压力下的气态介质的驱动射流驱动,借助计量阀向喷射泵供应处于压力下的气态介质,燃料电池的、尤其是燃料电池堆的阳极输出端与输送装置的输入端、尤其是流入通道流体连接,并且输送装置的输出端、尤其是流出通道与燃料电池的阳极输入端流体连接。根据本发明,输送装置和/或水分离器具有侧通道压缩机,侧通道压缩机借助连接通道与罐连接,连接通道处在比流入通道更高的测地学水平上,尤其借助流入通道向侧通道压缩机供应气态介质,流入通道处在较低的测地学水平上。

Description

用于燃料电池系统的输送装置
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池系统的输送装置,该输送装置用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气,所述气态介质尤其设置为用于在具有燃料电池驱动器的车辆中使用。
背景技术
在车辆领域中,除了液态燃料之外,气态燃料在将来也将发挥越来越重要的作用。尤其是在具有燃料电池驱动器的车辆中,需要控制氢气气体流。在这种情况下,不再像在喷射液态燃料的情况下那样不连续地控制气体流,而是从至少一个高压容器中提取气体并且经由中压管线系统的流入管线传导给输送装置。该输送装置将气体经由低压管线系统的连接管线引导至燃料电池。
由DE 10 2017 222 390 A1已知一种用于燃料电池系统的输送装置,该输送装置用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气,该输送装置具有侧通道压缩机、具有水分离器、具有喷射泵并且具有计量阀,该喷射泵被处于压力下的气态介质的驱动射流驱动。在此,借助计量阀向喷射泵供应处于压力下的气态介质,其中,燃料电池的阳极输出端与输送装置的输入端流体连接,并且其中,输送装置的输出端与燃料电池的阳极输入端流体连接。
由DE 10 2017 222 390 A1已知的输送装置/已知的燃料电池系统可能分别具有一定的缺点。在此,水分离器位于阳极输出端的区域中,并且因此位于侧通道压缩机的和喷射泵的上游。由于水分离器的基于内部管路敷设、水分离器中的流动转向部和气态介质在水分离器的流动区域中的摩擦的构造方式,导致流动损失和流动能量损失。由此降低该输送装置的效率。另外,在将水从水分离器中排出并且借助燃料电池堆的阴极输出端导出到阴极回路中时需要能量,因为该输入端处在燃料电池系统的较高的测地学水平上。因此,需要做提升功,以便借助水分离器将来自阳极区域的水从该系统中导走,由此消耗能量和/或需要将能量引入到该系统中。这导致输送装置的效率变差。
另一方面,由于将水分离器作为单独的结构组布置在侧通道压缩机的上游,产生如下缺点:所述单独的结构组总体上相对于结构空间和/或几何体积构成大的表面。由此,尤其在整个车辆长时间停放的情况下,有利于快速冷却,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,这又可能导致输送装置的和/或燃料电池系统的降低的可靠性和/或使用寿命。此外,另一缺点是构件水分离器和侧通道压缩机的和/或燃料电池系统的和/或整个车辆的差的冷启动性能,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侧通道压缩机和/或喷射泵和/或计量阀中,其中,所述构件彼此远离地布置并且因此每个构件需要单独被加热,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装置,用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气,所述输送装置具有水分离器、具有喷射泵并且具有计量阀,所述喷射泵被处于压力下的气态介质的驱动射流驱动,其中,借助所述计量阀向所述喷射泵供应所述处于压力下的气态介质,其中,燃料电池的、尤其是燃料电池堆的阳极输出端与所述输送装置的输入端、尤其是流入通道流体连接,并且其中,所述输送装置的输出端、尤其是流出通道与所述燃料电池的阳极输入端流体连接,其中,所述输送装置和/或所述水分离器具有侧通道压缩机,所述侧通道压缩机借助连接通道与罐至少间接地流体连接,其中,所述连接通道处在比所述流入通道更高的测地学水平( Niveau)上,尤其借助所述流入通道向所述侧通道压缩机和/或所述输送装置供应所述气态介质并且所述流入通道处在较低的测地学水平上。
根据本发明,提出一种用于燃料电池系统的输送装置,用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气,其中,氢气在下文中被称为H2。在此,输送装置具有水分离器、喷射泵和计量阀,该喷射泵被处于压力下的气态介质的驱动射流驱动。在此,借助计量阀向输送装置、尤其是喷射泵供应喷射泵的处于压力下的气态介质。在此,燃料电池的、尤其是燃料电池堆的阳极输出端与输送装置的输入端、尤其是流入通道流体连接。此外,输送装置的输出端、尤其是流出通道与燃料电池的阳极输入端流体连接。
输送装置和/或水分离器构造成使得输送装置和/或水分离器具有侧通道压缩机,该侧通道压缩机借助连接通道与罐至少间接地流体连接,其中,连接通道处在比流入通道更高的测地学水平上,尤其借助该流入通道向侧通道压缩机和/或输送装置供应气态介质并且该流入通道处在较低的测地学水平上。通过这种方式能够实现如下优点:一方面可以实现输送装置的部件的紧凑布置,并且因此可以实现输送装置的紧凑的结构形式。另外,通过这种方式能够实现如下优点:可以避免水在输送装置的管线之一中积聚,并且将水直接从输送装置中导走到水收集器的罐中。此外,在导走的情况下,水可以在被导走到罐中时被带到较高的测地学水平上,使得在晚些从罐中导走水时不必做附加的提升功,以便借助水分离器将水从系统和/或阳极区域中导走。因此,借助输送装置的根据本发明的构型可以节省能量,并且输送装置的效率能够提高。
根据该输送装置的一种有利构型,侧通道压缩机具有至少一个侧通道和压缩机轮,该压缩机轮以能够围绕转动轴线转动的方式布置,其中,该压缩机轮具有叶片,所述叶片布置在该压缩机轮的周缘上。在此,压缩机室位于叶片和/或至少一个侧通道的区域中,其中,压缩机室和/或叶片在其背离转动轴线的侧上通过外限界环限界和/或能够至少部分地在流体上被封装。通过这种方式,一方面可以实现如下优点:相对于壳体中的外部区域、尤其是相对于分离室,至少部分地封装至少一个侧通道和/或压缩机室。因此,能够改进侧通道压缩机的效率并且因此能够改进输送装置的效率。
根据该输送装置的一种有利的扩展方案,在外限界环的背离转动轴线的侧上构成分离室,该分离室至少部分地被封装。在此,该分离室在侧通道压缩机的壳体中位于限界环的背离转动轴线的侧上。通过这种方式可以实现如下优点:可以从气态介质中导走水,该水可以从侧通道压缩机的压缩机室中被导走到分离室中和/或进一步从该分离室中从侧通道压缩机的壳体和输送装置中被导走。这提供如下优点:可以在整个使用寿命内维持侧通道压缩机的和输送装置的效率的提高,因为气态介质中H2的份额和/或浓度可以提高,而气态介质中水的份额和/或浓度可以降低。另外,实现如下优点:通过从压缩机室的区域中将水引导出来来防止在燃料电池系统关断的状态中并且在低环境温度的情况下在可运动的部件之间、尤其是在压缩机室与壳体之间形成所谓的冰桥。这种冰桥会妨碍或者完全阻止输送装置的、尤其是侧通道压缩机的启动。因此,通过侧通道压缩机的和/或输送装置的根据本发明的构型,可以防止由于冰桥形成而损坏侧通道压缩机的旋转部件。这导致输送装置的更高的可靠性。
根据该输送装置的一种特别有利的扩展方案,实现切向的导出,其中,连接通道至少在第一部分区域A中相对于侧通道压缩机的压缩机室和/或分离室切向地延伸,该压缩机室和/或分离室环形地围绕转动轴线延伸,其中,尤其是,水在第一部分区域A中的导出方向在相对于重力的作用方向的反方向上延伸。通过这种方式可以实现如下优点:将重的组分水从气态介质中导出,并且在通过连接通道进行的导出过程期间做提升功,在所述导出过程中,将水从侧通道压缩机引导至罐,并且水在穿过至少该连接通道的第一部分区域A时被输送到较高的测地学水平上。因此,在在输送装置中和/或在水分离器中将水与气态介质分离的过程中,可以利用协同效应,并且此外可以提高输送装置的效率和/或水分离器的效率。此外,能够利用借助压缩机轮而处在围绕转动轴线延伸的旋转运动中的水的现有动能,其中,在借助连接通道的关于环形轨道切向地延伸的部分区域进行导出时,可以利用该动能的大部分,因为两个运动矢量至少几乎沿相同的方向延伸。这改进了水分离器的效率和/或输送装置的效率。
根据该输送装置的一种特别有利的构型,在侧通道压缩机中将组分水与气态介质分离,其中,该分离尤其借助离心原理实现。通过这种方式可以实现如下优点:压缩机轮的首要用于压缩气态介质的动能、尤其是旋转能量还用于在该压缩机轮旋转时由该压缩机将存在于气态介质中的水加速并且在此借助离心力使所述水运动远离该压缩机轮的转动轴线。因此,可以实现高效地将水与气态介质分离,并且能够改进水分离器的和/或输送装置的效率。通过使用离心原理来将重的组分、例如水尤其从压缩机室中引导出来,可以实现如下优点:改进分离过程,使得可以将水几乎完全与介质、尤其是与气态介质的氢气分离。由此可以保证,尽可能高份额的氢气回流至燃料电池堆,由此一方面可以提高燃料电池堆的和/或燃料电池系统的效率和/或功率。另外,能够实现如下优点,为了将组分水与组分氢气分隔,不必提供附加的能量和/或仅需要提供少量能量,尤其是由燃料电池系统和/或由上级的系统车辆提供。因此,不再需要将能量、尤其是动能或者压力能导入到介质中,以便可以通过侧通道压缩机借助离心原理实现分离过程的优化的效率。由此,可以提高燃料电池系统的效率,并且可以减少运行成本。
根据该输送装置的一种特别有利的构型,连接通道具有弯曲部,其中,尤其被导走的水的流动方向IV在弯曲部的区域中从与重力的作用方向平行且相反地延伸的流动方向IVa改变成与重力的作用方向正交地延伸的流动方向IVb。通过这种方式,一方面能够实现如下优点:实现水分离器的紧凑的构造方式,其方式是,罐由于连接通道成形为具有弯曲部而可以直接布置在侧通道压缩机上。因此,在共同的组合体中的两个构件的表面能够减小,使得可以在处在停用状态中的车辆长时间停放的情况下减缓冷却并且因此减缓冰桥形成。此外,根据本发明的该构型提供如下优点:在侧通道压缩机中被分离的水可以尽可能高效地并且直接地从侧通道压缩机中被引导出来,其中,主要通过被驱动的压缩机轮仍然将由于旋转运动而存在于水中的动能的大部分引入。在此,借助弯曲部使待分离的水转向,使得在没有另外的外部驱动能量的情况下水由于现有的动能流入直至到罐中并且可以被收集在那里。因此,可以节省在现有技术中需要产生附加的能量、例如压力能的构件,由此能够降低输送装置的制造成本。此外,可以提高输送装置的效率。
根据该输送装置的一种特别有利的构型,水分离器和/或罐位于阳极输出端的上方和/或第一轴线的上方。通过这种方式能够实现如下优点:被分离的水借助尽可能短的、呈连接通道形式的流动连接部被输送到罐的区域中。由此能够实现如下优点:可以提高输送装置的和/或水分离器的效率。另外,在将水从侧通道压缩机中输送到罐中时的流动损失和/或压力损失可以保持得尽可能低。另外,通过根据本发明的构型,借助罐的这种布置,可以实现水分离器的成本有利且紧凑的结构形式。另外,通过这种方式可以实现如下优点:与气态介质经由阳极输出端从堆中流出相比,水在分离过程中和/或在积聚在罐中时被带到更高的测地学水平上。因此,在晚些从罐中导走水时不需要附加的提升功来借助水分离器将水从系统和/或阳极区域中导走。
根据该输送装置的一种有利的构型,流入通道借助第一流出部与阴极输出端连接,第一排出阀、尤其是清除阀(Purgeventil)位于该第一流出部中。通过这种方式可以实现如下优点:气态介质中的重的元素能够与可能的现有的排泄阀无关地被排出,所述重的元素不是水,而是尤其是氮。通过这种方式能够改进该输送装置的效率。此外,氮可以借助第一流出部尽可能提早地从阳极区域中引导出来,由此能够提高输送装置的效率。此外,可以借助清除阀实现有针对性的且与运行有关的清除(Purgen),使得能够有针对性地排出氮。
根据该输送装置的一种特别有利的扩展方案,水分离器的罐借助第二流出部与阴极输出端连接,第二排出阀、尤其是排泄阀(Drainventil)位于第二流出部中。通过该方式能够实现如下优点:借助第二流出部从罐中向阴极区域供应水。水可以例如被供应至阴极区域中的部件加湿器。因此,被分离的水仍然可以在阴极区域中被利用,并且因此可以改进阴极区域的效率和/或整个燃料电池系统的效率。此外,视燃料电池系统的运行状态和/或阴极区域的运行状态而定地,可以借助第一排出阀来控制:存在于收集容器中的水和/或存在于整个阳极区域中的水应何时借助第一排出阀被排出并且应被排出多少。在此,为了控制第一排出阀,可以考虑来自阴极区域的参数和测量值,例如是:燃料电池的温度、压力、运行状态,电空气压缩机的转速,体积流量,质量流量,和/或阴极区域中的空气湿度或气态介质的水饱和度。通过这种方式能够进一步提高燃料电池系统的和/或阴极区域的效率。
本发明不限于在这里描述的实施例和在其中强调的方面。相反地,在通过说明书给出的范围内,能够实现在说明书中描述的特征和/或优点的多个变型和/或组合,所述变型和/或组合在本领域内技术人员的能力范围内。
附图说明
下面,根据附图更详细地描述本发明。
附图示出:
图1示出输送装置的俯视图,该输送装置具有水分离器、喷射泵和计量阀;
图2示出侧通道压缩机在压缩机室、分离室和连接通道的区域中的局部。
具体实施方式
根据图1的示意图示出输送装置1的俯视图。该输送装置适合用于燃料电池系统31,用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气。在此,输送装置1具有水分离器10和计量阀6,其中,借助计量阀6向喷射泵4供应处于压力下的气态介质。在此,燃料电池29的、尤其是燃料电池堆33的阳极输出端3与输送装置1的输入端、尤其是流入通道18流体连接。此外,燃料电池的29、尤其是燃料电池堆33的阳极输出端5与输送装置1的输出端、尤其是流出通道19通道流体连接。在此,输送装置1和/或水分离器10具有侧通道压缩机8,该侧通道压缩机借助连接通道20与罐13至少间接地流体连接,其中,连接通道20在第二轴线17的区域中处在比流入通道18更高的测地学水平上,尤其借助该流入通道向侧通道压缩机8和/或输送装置1供应气态介质,该流入通道处在低的测地学水平15上。连接通道20至少在第一部分区域A中相对于侧通道压缩机8的压缩机室30和/或分离室34切向地延伸,该压缩机室和/或分离室环形地围绕转动轴线41延伸,其中,尤其是,水在第一部分区域A中的导出方向37在相对于重力的作用方向22的反方向上延伸。在此,流出通道19可以围绕第三轴线27至少几乎旋转对称地延伸,其中,第三轴线27可以处在比第一轴线15和/或第二轴线17更高的测地学水平上。
如图1所示,连接通道20具有弯曲部26,其中,尤其被导走的水的流动方向IV在弯曲部26的区域中从与重力的作用方向22平行且相反地延伸的流动方向IVa改变成与重力的作用方向22正交地延伸的流动方向IVb。在此,水分离器10和/或罐13位于阳极输出端3的上方和/或第一轴线15的上方。在此,流入通道18借助第一流出部28与阴极输出端23连接,第一排出阀14、尤其是清除阀14位于该第一流出部中。此外,水分离器10的罐13借助第二流出部32与阴极输出端23连接,第二排出阀16、尤其是排泄阀16位于该第二流出部中。在此,输送装置1可以在车辆中使用,用于对行驶驱动装置和/或辅助消耗器的电能供给。罐13被升高地位于阴极输出端23的上方,使得该罐可以存储水,而在燃料电池堆33的下方不需要附加的结构空间。同时,因此防止到输送装置1和/或侧通道压缩机8中的回流。在此示出的第一排出阀14可以用于降低阳极气体和/或气态介质中的氮含量,如果第二排出阀16(该第二排出阀尤其是排泄阀16)的该功能仅不充分地被满足。
图1示出,参考轴线12与重力的作用方向22正交地延伸,其中,第一轴线15和/或第二轴线17和/或第三轴线27与参考轴线12至少几乎平行地延伸。另外,可以借助输送装置1从燃料电池堆33中抽吸气态介质,该气态介质是阳极气体,其中,该气态介质是在燃料电池堆33中未消耗的再循环物。该再循环物经由阳极输出端3流入到输送装置1和/或流入通道18中,并且可以包含水。该水可以例如以水颗粒11的形式存在,所述水颗粒尤其作为水滴出现。气态介质,包括水在内,在侧通道压缩机8的压缩机轮7中被置于旋转运动中和/或被输送和/或借助压缩机轮7在周向方向上被携动。为此,在压缩机轮7的外直径上构造有多个叶片35,所述叶片在压缩机轮7的旋转运动的情况下携动和/或输送气态介质。由于较高的密度,在借助叶片35输送气态介质时,水在压缩机室30中(在侧通道压缩机8的典型的高转速的情况下在半个转子回转内)径向向外游移,并且借助连接通道20从侧通道压缩机8中被引导出来。接下来,剩余的经干燥的气态介质可以在喷射泵4中与新鲜氢气混合,所述喷射泵尤其是抽吸喷射泵4,所述新鲜氢气尤其是如下氢气:所述氢气从处在尤其是700巴的高压下的氢气容器中被输送并且经由流出通道19被供应给燃料电池堆33。在此,经由计量阀6向喷射泵4供应驱动介质。
另外,在图1中示出,输送装置1具有加热元件21,其中,加热元件21尤其位于侧通道压缩机8的壳体43中。该加热元件21可以在低温的情况下使用,如果系统加热功率单独地不足以有针对性地加热输送装置1的如下区域:在整个车辆长时间停放的情况下剩余水积聚在所述区域中,其中,剩余水在低于0℃的温度的情况下可能构成冰桥,所述冰桥损坏输送装置1。为了防止冰桥的这种构成,以电的方式给加热元件21供给能量、尤其是加热能量。此外,在另外的替代的实施方式中,尤其是除了电能之外,可以通过换热器给加热元件21供给能量,和/或通过磁场尤其是以感应的方式给加热元件21供给能量,和/或以机械的方式给加热元件21供给能量,和/或以化学的方式给加热元件21供给能量。
在喷射泵4内发生所谓的喷射泵效应。为此,气态介质通过连接件36流入到喷射泵4中,该气态介质尤其是再循环物,该连接件将侧通道压缩机8与喷射泵4、尤其是与喷射泵4的抽吸区域连接。在该喷射泵4中,位于抽吸区域中的该再循环物被加载以驱动介质,该驱动介质来自高压容器并且经由计量阀6、尤其是借助计量阀6的喷嘴来供应。现在,通过打开计量阀6,尤其在高压下将驱动介质引入到抽吸区域中。从计量阀6中流动到抽吸区域中的并且用作驱动介质的氢气与再循环介质具有压力差。在此,再循环介质通过连接件36流入到抽吸区域18中,其中,驱动介质尤其具有为至少10巴的较高压力。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18中。在此,具有所描述的压力差和尤其接近声速的高速度的驱动介质通过到计量阀6流入到抽吸区域18中。在此,驱动介质遇到已经处在喷射泵4的抽吸区域18中的再循环介质。由于驱动介质与再循环介质之间的大的速度差和/或压力差,在所述介质之间产生内摩擦和湍流。在此,在快速的驱动介质与明显较缓慢的再循环介质之间的边界层中产生剪切应力。该应力引起动量传递,其中,再循环介质被加速和夹携(mitgerissen)。根据动量守恒原理,发生混合。在此,再循环介质在流动方向上被加速,并且也对于再循环介质产生压力降,由此出现抽吸作用,并且因此另外的再循环介质从连接件36的区域中被补充输送。通过改变和/或调整计量阀6的打开持续时间和打开频率,可以调整再循环介质的输送速率并且视运行状态和运行要求而定地将其适配于整个燃料电池系统11的相应需求。
在图1中示出,借助阴极输入端25给燃料电池堆33供应来自环境的空气、尤其是氧气。在氧气在燃料电池堆33中至少部分地与氢气发生反应之后,借助阴极输出端23将该空气从燃料电池堆33中引导出来。
图2示出侧通道压缩机8在压缩机室30、分离室34和连接通道20的区域中的局部。在此示出,侧通道压缩机8具有至少一个侧通道24和压缩机轮7,该压缩机轮以能够围绕转动轴线41转动的方式布置,其中,压缩机轮7具有叶片35,所述叶片布置在该压缩机轮的周缘上,其中,压缩机室30位于叶片35和/或至少一个侧通道24的区域中,其中,压缩机室30和/或叶片35在其背离转动轴线41的侧上通过外限界环39限界和/或能够至少部分地在流体上被封装。此外,压缩机轮7具有环绕的外限界环39,该外限界环相对于压缩机轮7的转动轴线41旋转对称地延伸。在此,分离室34和/或连接通道20在侧通道压缩机8的壳体43中位于压缩机轮7的背离转动轴线41的侧上,该分离室至少部分地尤其相对于至少一个侧通道24被封装。在此示出压缩机轮7,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形凸缘45。该外置的环形凸缘45关于转动轴线41径向地并且在外限界环39的背离转动轴线41的侧上延伸。在此,至少一个外置的环形凸缘45在轴向上和/或在径向上与壳体43至少几乎贴靠,和/或与该壳体构成小的间隙尺寸,该小的间隙尺寸至少几乎不能被气态介质克服/越过(überwinden)。由于在具有至少一个外置的环绕的环形凸缘45的压缩机轮7与壳体43之间能够构成小的间隙尺寸,可以实现至少一个侧通道24和/或压缩机室30相对于分离室34的至少部分的封装。在此,分离室34至少部分地围绕转动轴线41环绕地在壳体43与外限界环39之间延伸。在压缩机轮7的旋转速度增加的情况下,气态介质的重的组分水,通过借助压缩机轮7的旋转运动起作用的力,尤其是离心力和/或甩出力,受到如此大的力,使得水在方向IX上从相应的侧通道24和/或压缩机室30穿过相应的环形凸缘45与壳体43之间流动到分离室38中。在此,借助离心原理,在侧通道压缩机8中将组分水与气态介质分离。因此,水从至少一个侧通道24的区域中被引导出来,并且被收集在分离室34的区域中。替代地,水可以借助现有的所产生的运动能量进入到连接通道20中,该运动能量相对于压缩机轮周缘切向地起作用。在此,输送装置1的所有构件可以借助板形元件2紧固在燃料电池29上和/或紧固在燃料电池堆33上。

Claims (11)

1.一种用于燃料电池系统(31)的输送装置(1),用于输送和/或再循环气态介质、尤其是氢气,所述输送装置具有水分离器(10)、具有喷射泵(4)并且具有计量阀(6),所述喷射泵被处于压力下的气态介质的驱动射流驱动,其中,借助所述计量阀(6)向所述喷射泵(4)供应所述处于压力下的气态介质,其中,燃料电池(29)的、尤其是燃料电池堆(33)的阳极输出端(3)与所述输送装置(1)的输入端、尤其是流入通道(18)流体连接,并且其中,所述输送装置(1)的输出端、尤其是流出通道(19)与所述燃料电池(29)的阳极输入端(5)流体连接,其特征在于,所述输送装置(1)和/或所述水分离器(10)具有侧通道压缩机(8),所述侧通道压缩机借助连接通道(20)与罐(13)至少间接地流体连接,其中,所述连接通道(20)处在比所述流入通道(18)更高的测地学水平(17)上,尤其借助所述流入通道向所述侧通道压缩机(8)和/或所述输送装置(1)供应所述气态介质,并且所述流入通道处在较低的测地学水平(15)上。
2.根据权利要求1所述的输送装置(1),其特征在于,所述侧通道压缩机(8)具有至少一个侧通道(24)和压缩机轮(7),所述压缩机轮以能够围绕转动轴线(41)转动的方式布置,其中,所述压缩机轮(7)具有叶片(35),所述叶片布置在所述压缩机轮的周缘上,其中,压缩机室(30)位于所述叶片(35)和/或所述至少一个侧通道(24)的区域中,其中,所述压缩机室(30)和/或所述叶片(35)在其背离所述转动轴线(41)的侧上通过外限界环(39)限界和/或能够至少部分地在流体上被封装。
3.根据权利要求2所述的输送装置(1),其特征在于,在所述外限界环(39)的背离所述转动轴线(41)的侧上构成分离室(34),所述分离室至少部分地被封装,其中,所述分离室(34)在所述侧通道压缩机(8)的壳体(43)中位于所述限界环(39)的背离所述转动轴线(41)的侧上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的输送装置(1),其特征在于,所述连接通道(20)至少在第一部分区域(A)中相对于所述侧通道压缩机(8)的压缩机室(30)和/或分离室(34)切向地延伸,所述压缩机室和/或分离室环形地围绕所述转动轴线(41)延伸,其中,尤其是,所述水在所述第一部分区域(A)中的导出方向(37)在相对于重力的作用方向(22)的反方向上延伸。
5.根据上述权利要求中任一项所述的输送装置(1),其特征在于,借助离心原理,在所述侧通道压缩机(8)中将组分水与所述气态介质分离。
6.根据权利要求4或者5所述的输送装置(1),其特征在于,所述连接通道(20)具有弯曲部(26),其中,尤其被导走的水的流动方向(IV)在所述弯曲部(26)的区域中从与所述重力的作用方向(22)平行且相反地延伸的流动方向(IVa)改变成与所述重力的作用方向(22)正交地延伸的流动方向(IVb)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的输送装置(1),其特征在于,所述水分离器(10)和/或所述罐(13)位于所述阳极输出端(3)的上方和/或第一轴线(15)的上方。
8.根据上述权利要求中任一项所述的输送装置(1),其特征在于,所述流入通道(18)借助第一流出部(28)与阴极输出端(23)连接,第一排出阀(14)、尤其是清除阀(14)位于所述第一流出部中。
9.根据上述权利要求中任一项所述的输送装置(1),其特征在于,所述水分离器(10)的罐(13)借助第二流出部(32)与阴极输出端(23)连接,第二排出阀(16)、尤其是排泄阀(16)位于所述第二流出部中。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的输送装置(1)在燃料电池系统(31)中的应用。
11.一种根据权利要求1至10中任一项所述的燃料电池系统(31)在车辆中的应用,用于对行驶驱动装置和/或辅助消耗器的电能供给。
CN202311286568.XA 2022-10-07 2023-10-07 用于燃料电池系统的输送装置 Pending CN117855522A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210600.8 2022-10-07
DE102022210600.8A DE102022210600A1 (de) 2022-10-07 2022-10-07 Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117855522A true CN117855522A (zh) 2024-04-09

Family

ID=90469663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311286568.XA Pending CN117855522A (zh) 2022-10-07 2023-10-07 用于燃料电池系统的输送装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117855522A (zh)
DE (1) DE102022210600A1 (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017222390A1 (de) 2017-12-11 2019-06-13 Robert Bosch Gmbh Fördereinrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung zum Fördern und/oder Rezirkulieren von einem gasförmigen Medium

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022210600A1 (de) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11894585B2 (en) Delivery unit for an anode circuit of a fuel cell system for delivering a gaseous medium, and fuel cell system
CN111417815B (zh) 用于将至少一个液态组分从气态组分分离的气液分离器
US11817540B2 (en) Delivery unit for an anode circuit of a fuel cell system for delivering a gaseous medium
JP5685316B2 (ja) 燃料電池システム
US11067092B2 (en) Side-channel compressor for a fuel cell system for conveying and/or compressing a gaseous media
US7938874B2 (en) Driven separator for gas seal panels
CN111051703B (zh) 用于燃料电池系统的用于输送和/或压缩气态介质的侧通道压缩机
CN117855522A (zh) 用于燃料电池系统的输送装置
CN117855523A (zh) 用于燃料电池系统的输送装置
CN117855524A (zh) 用于燃料电池系统的输送装置
CN117855521A (zh) 用于燃料电池系统的输送装置
CN117855525A (zh) 用于燃料电池系统的输送装置
EP3071841A1 (en) Method and system for multi-stage compression of a gas using a liquid
CN117597802A (zh) 用于回收从燃料电池排出的再循环流的回收系统和方法
KR102712950B1 (ko) 차량용 공기 압축기
US20240243306A1 (en) Conveying device for a fuel cell system for conveying and/or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen
CN115911457A (zh) 用于燃料电池系统的输送装置以及燃料电池系统
CN114765267A (zh) 燃料电池系统的气态介质输送和/或再循环的输送装置
US4321006A (en) Gas compression cycle and apparatus therefor
US20240084806A1 (en) Side channel compressor for a fuel cell system, fuel cell system, and use of a side channel compressor
CN118805028A (zh) 用于燃料电池系统的、用于输送和/或再循环气态介质、尤其氢气的输送装置,燃料电池系统
CN115621498A (zh) 燃料电池系统和用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication