-
Die
Erfindung betrifft eine Kompressor-Regenerator-Vorrichtung für eine Brennstoffzelle mit den
Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.
-
Bei
einer Brennstoffzellenanordnung wird eine Kompressor-Regenerator
(Expander)-Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle verbunden, die
in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, wie beispielsweise
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 7-14599 beschrieben. In Brennstoffzellen ist im allgemeinen
ein Paar von Separatoren auf beiden Seiten einer Elektrolytschicht angeordnet.
In diesen Separatoren sind Zuführnuten für die Einspeisung
von Brennstoff und eines Sauerstoff enthaltenden Gases ausgebildet.
Einer der Separatoren führt
einen Wasserstoff enthaltenden Brennstoff und der andere ein Sauerstoff
enthaltendes Gas, beispielsweise Luft. Aufgrund einer chemischen
Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff findet eine Elektronenbewegung
statt, die einen elektrischen Strom hervorruft. Mit der stromaufwärts gelegenen
Seite jeder solchen Brennstoffzelle werden ein Brennstoffeinspeisrohr
und ein Lufteinspeisrohr verbunden, um Brennstoff bzw. Luft zuzuführen. Das Lufteinspeisrohr
ist zur Atmosphäre
hin offen und zwar über
einen Kompressionsmechanismus, der von einem Motor angetrieben wird.
Der als Kompressionsmechanismus ausgebildete Teil bringt Luft von Atmosphärendruck
auf einen vorbestimmten höheren
Druck und speist sie in die Brennstoffzelle ein.
-
Mit
der stromabwärts
gelegenen Seite der Brennstoffzelle ist ein Luftausstoßrohr verbunden, über welches
ein Abgas an die Atmosphäre
abgegeben wird, nachdem im Inneren der Zelle aus der Luft Sauerstoff
extrahiert wurde. Mit dem Luftausstoßrohr ist ein Regeneratormechanismus
verbunden, der den Motor, welcher den Kompressionsteil antreibt,
unterstützt,
wobei diejenige Kraft ausgenutzt wird, die bei der Expansion des
Abgases erzeugt wird. In Brennstoffzellenvorrichtungen dieser Art
werden sowohl bei dem Kompressions- als auch dem Regeneratorteil
ein separater Kompressor und ein separater Regenerator für eine Brennstoffzelle
verwendet. Bei einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung sind der Kompressor-
und der Regeneratorteil so ausgebildet, daß sie von der gleichen Antriebswelle
aus angetrieben werden können.
Derartige Brennstoffzellenvorrichtungen sind beispielsweise aus
der
DE 43 18 818 A1 bekannt.
-
Bei
den konventionellen Kompressoren und Regeneratoren für eine Brennstoffzelle
besteht das Problem, daß große Installationsräume erforderlich sind
und die Montage, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, schwierig
ist, weil Kompressions- und Regenerationsteil voneinander separat
angeordnet sind. Dieses Problem kann gelöst werden, wenn Kompressions-
und Regenerationsteil miteinander integriert werden. Selbst wenn
aber der Kompressions- und der Regenerationsteil auf diese Weise
integriert sind, muß noch
ein weiteres Problem gelöst werden.
Wenn eine Kompressionskammer und eine Regenerationskammer räumlich weit
voneinander entfernt angeordnet sind, ist der Weg eines Rohres zur
Verbindung der Kompressions- mit der Regenerationskammer durch die
Brennstoffzelle lang und es tritt in der Zwischenzeit in dem Sauerstoff
enthaltenden Gas mit großer
Wahrscheinlichkeit ein Druckverlust auf. Daher hat das Sauerstoff
enthaltende Gas keinen ausreichenden Druck, wenn es in die Brennstoffzelle
eingespeist wird, mit der Folge, daß der Wirkungsgrad der Energieerzeugung
der Brennstoffzelle abfällt
oder der Regeneratorteil die Antriebsquelle nicht in ausreichender
Weise unterstützen kann,
da ihm kein Abgas mit ausreichendem Druck zugeführt wird.
-
Zur
Lösung
dieses Problemes könnten
die Kompressionskammer, welche der Steigerung des Druckes des sauerstoffhaltigen
Gases auf hohen Druck im Kompressionsteil dient, und die Regenerationskammer,
welche die Antriebsquelle durch das Abgas im Regeneratorteil unterstützt, einander
benachbart angeordnet werden. In diesem Fall jedoch kann das Abgas
leicht von der Seite der Regenerationskammer zur Seite der Kompressionskammer über einen
Bypass ausweichen. Mit anderen Worten, Sauerstoff des Abgases muß in der
Brennstoffzelle extrahiert werden. Wenn daher Abgas mit niedrigem Sauerstoffgehalt
zur Kompressionskammer hin austritt, wird der Druck dieses Abgases
mit geringem Sauerstoffgehalt im Kompressionsteil auf einen hohen
Druck angehoben, und das Gas wird alsdann in die Brennstoffzelle
eingespeist. In diesem Falle kann eine ausreichende Menge an Sauerstoff
zur Erzeugung eines Stromes in der Brennstoffzelle nicht zugeführt werden,
und der Wirkungsgrad der Energieerzeugung der Brennstoffzelle fällt in Folge
dessen ab.
-
Aus
der
US 3 874 827 A ist
eine Vorrichtung bekannt, die als Kompressor, Expander oder Pumpe Verwendung
findet und Bauteile in Form einer Schnecke oder Spirale aufweist.
Dichtungsringe zwischen einer Endplatte und einem Spiralgehäuse sowie
auf einer Grundplatte regulieren bzw. kompensieren die verschiedenen
einwirkenden Kräfte,
wie zum Beispiel die Druckunterschiede zwischen Nieder- und Hochdruckbereich
oder die Kräfte
in den beweglichen Spiralbauteilen.
-
Im
Hinblick auf die beschriebenen Probleme ist es ein Ziel der Erfindung,
eine Kompressor-Regenerator-Vorrichtung
für eine
Brennstoffzelle zu schaffen, die eine Antriebsquelle in ausreichender
Weise unterstützen
und einen hohen Energieerzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle
gewährleisten kann.
-
Eine
Kompressor-Regenerator-Vorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß der Erfindung
umfaßt einen
Kompressionsteil, einschließlich
Kompressionskammer, zur Komprimierung eines Sauerstoff enthaltenden
Gases auf einen hohen Druck zu dem Zwecke, dieses Gas in die Brennstoffzelle
einzuleiten, und einen Regenerationsteil, einschließlich Regenerationskammer,
zur Unterstützung
einer Antriebsquelle unter Verwendung eines von der Brennstoffzelle
abgegebenen Abgases, wobei der Kompressionsteil und der Regenerationsteil
von derselben Antriebsquelle angetrieben, die Kompressions- und
die Regenerationskammer einander benachbart angeordnet und zwischen
der Kompressions- und der Regenerationskammer Dichtungsmittel zur
Verhinderung eines Austrittsweges des Abgases aus der Regenerations-
in die Kompressionskammer angeordnet sind.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind der Kompressions- und der Regenerationsmechanismus so ausgebildet,
daß sie
von derselben Antriebsquelle angetrieben werden können und
miteinander integriert sind. Infolgedessen ist der Installationsraum
klein und es wird eine ausgezeichnete Montierbarkeit, beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug erreicht.
-
Die
Kompressions- und die Regenerationskammer sind aneinander angrenzend
angeordnet. Infolgedessen wird der Weg für Rohrleitungen zur Verbindung
der Kompressions- mit
der Regenerationskammer durch die Brennstoffzelle hindurch kurz, und
ein Druckverlust im sauerstoffhaltigen Gas tritt auf diesem kurzen
Weg kaum auf. Infolgedessen behält
das sauerstoffenthaltende Gas einen Druck, der für eine Einleitung in die Brennstoffzelle
ausreicht, und es wird ein guter Wirkungsgrad der Energieerzeugung
in der Brennstoffzelle aufrechterhalten. Ein Abgas mit ausreichendem
Druck wird dem regenerativen Mechanismus zugeführt, so daß die Energie der Antriebsquelle
in ausreichender Weise unterstützt werden
kann.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind insbesondere Dichtungsmittel zur Verhütung eines Leckflusses des
Abgases zur Kompressionskammer hin zwischen dieser Kammer und der
Regenerationskammer angeordnet. Daher hindern die Dichtmittel das
Abgas, welches einen niederen Gehalt an Sauerstoff hat, daran, zur
Kompressionskammer hin abgeleitet zu werden, was wiederum dazu führt, daß das Abgas
mit seinem geringem Sauerstoffgehalt vom Kompressionsteil nicht
unter Druck gesetzt und zur Brennstoffzelle hingeleitet werden muß. Infolgedessen
kann Sauerstoff in ausreichender Menge zur Erzeugung eines elektrischen
Stromes in der Brennstoffzelle zugeführt werden, und man erzielt
einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad der Energieerzeugung.
-
Aus
diesen Gründen
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Antriebsquelle ausreichend unterstützen und die Leistungskraft
der Brennstoffzelle bei einem hohen Wert halten.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Kompressionsteil als Schnecken- oder Spiralanordnung
(scroll-Typ) ausgebildet und umfaßt ein Gehäuse, eine erste Fläche an einer
Seitenplatte, die durch eine rotierende Antriebswelle in Umlauf
versetzt wird, sowie ein erstes Spiralglied, das von der ersten
Fläche
absteht. Der Regenerationsteil ist ebenfalls als Schnecken- oder
Spiralanordnung (Scroll-Typ) ausgebildet und umfaßt das Gehäuse, welches
auch den Kompressionsteil bildet, die andere, der ersten Fläche der
Seitenplatte gegenüberliegende
Fläche
sowie ein zweites Spiralglied, das an dieser Fläche ausgebildet ist und von
ihr absteht. Diese Konstruktion führt zu einer ruhigen und leichten
Kompressor-Regenerator-Vorrichtung für eine Brennstoffzelle. Da
der Kompressionsteil und der Regenerationsteil die Seitenplatte
gemeinsam haben, von welcher die ersten und zweiten Spiralglieder
abstehen, läßt sich
die Gesamtlänge
in Axialrichtung einschließlich
der Antriebsquelle reduzieren. Daher läßt sich die Vorrichtung äußerst einfach
und bequem, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug montieren. Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist das Dichtungsmittel zwischen dem Gehäuse, welches den Kompressions-
und den Regenerationsteil bildet, und der Seitenplatte, die sowohl
zum Kompressions- als auch zum Regenerationsteil gehört, ausgebildet.
-
Das
Dichtungsmittel umfaßt
vorzugsweise eine ringähnliche
Zone, die vom Gehäuse
und der Seitenplatte gebildet wird, wobei in dieser Zone wenigstens
eine Fläche
der Seitenplatte und des Gehäuses
einander stets gegenüberliegen.
In der ringähnlichen
Zone ist eine ringförmige
Dichtringnut ausgebildet, und in dieser Nut ist ein Dichtring passend
angeordnet, der in Gleitkontakt mit der Seitenplatte oder dem Gehäuse gelangt.
Dieser Aufbau veranlaßt
das Abgas, in der ringähnlichen
Zone auf den Dichtring in der Dichtringnut einen ausreichenden Gegendruck
auszuüben.
Aufgrund der Bewegung der Seitenplatte wird der Dichtring in der
Nut zur Seitenplatte oder zum Gehäuse hin gedrückt, und
zwar auf der Grundlage des Bernoulli'schen Theorems. Auf diese Weise wird
das Abgas in der Regenerationskammer vom Dichtring abgedichtet und
daran gehindert, in die Kompressionskammer hinübergeleitet zu werden.
-
Falls
das Abgas lediglich durch Anwendung des Gegendruckes abgedichtet
wird, kann eine kleine Menge dieses Gases, je nach dem Grad des
Gegendruckes, austreten. Daher wird der Dichtring vorzugsweise mit
Hilfe eines Druckausübungsmittels
zur Seitenplatte oder zum Gehäuse
hingedrückt.
Somit wird der Dichtring unabhängig
vom Gegendruck zur Seitenplatte oder zum Gehäuse hingedrückt, und das Abgas kann nicht
auslecken.
-
Als
Druckausübungsmittel
kann ein O-Ring verwendet werden, der relativ kostengünstig im
Handel erhältlich
ist. Dieser O-Ring wird vorzugsweise in der Dichtringnut untergebracht
und in gewissem Ausmaß gequetscht,
so daß ein
Freiraum in der Breitenrichtung der Dichtringnut entsteht. Wenn
in der Hreitenrichtung der Dichtringnut ein Freiraum geschaffen wird,
wird der Dichtring in der Dichtringnut vom O-Ring abgelenkt. In
diesem Falle verfehlt der O-Ring seinen Zweck, den Dichtring zur
Seitenplatte oder zum Gehäuse
hin zu drücken.
O-Ringe können verschiedene
Formen haben, beispielsweise einen gewöhnlichen massiven Kreisquerschnitt,
einen X-förmigen
Querschnitt, einen H-förmigen
Querschnitt, einen C-förmigen
Querschnitt, eine hohle Querschnittsform und so weiter. Unter diesen
Querschnittsformen erzeugt der O-Ring mit einem gewöhnlichen
massiven Kreisquerschnitt eine große Reaktionsänderung
bezüglich
einer Quetschung und eine große
Qualitätsveränderung
der Kompressor-Regeneratoreigenschaften, falls diese mit einer Brennstoffzelle
verbunden sind. Infolgedessen werden O-Ringe von X-förmigen,
H-förmigen
und C-förmigen Querschnitt
oder ein O-Ring mit hohler Querschnittsform bevorzugt verwendet.
Wenn insbesondere der O-Ring einen X-förmigen Querschnitt besitzt,
kann das Abgas in den Freiraum dieses O-Ringes eindringen und der
Dichtring kann leichter zur Seitenplatte oder zum Gehäuse hingedrückt werden, und
zwar durch die Druckkraft des O-Ringes und den Druck des Abgases.
Infolgedessen wird der Effekt einer Verhinderung eines ausleckenden
Abgases durch einen solchen O-Ring vergrößert.
-
Die
nachstehende Heschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung.
Es zeigen:
-
1: eine Gesamtquerschnittsansicht
einer Kompressor-Regenerator-Vorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
2: eine vergrößerte Schnittansicht
mit der Darstellung des Hauptteiles einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3: eine Ansicht ähnlich 2 mit der Darstellung einer
zweiten Ausführungsform
der Erfin- dung;
-
4: eine Ansicht ähnlich 2 der Darstellung einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung;
-
5: eine Darstellung ähnlich 2 mit der Darstellung einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung und
-
6: eine Ansicht ähnlich 2 mit der Darstel- lung
einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung.
-
Bei
der Kompressor-Regenerator-Vorrichtung für eine Brennstoffzelle entsprechend
der ersten Ausführungsform
der Erfindung (1 und 2) ist ein Zentralgehäuse 20 mit
einem Frontgehäuse 10 verbunden.
Mit dem rückwertigen
Ende des Zentralgehäuses 20 ist
weiterhin ein zylindrisches Gehäuse 30 gekoppelt.
An das hintere Ende des Gehäuses 30 schließt sich
ein rückwärtiges Gehäuse 40 an.
-
Ein
Luftansaugdurchlaß 11,
der in radialer Richtung mit der Atmosphäre verbunden ist, öffnet sich
an einer Seitenfläche
des Frontgehäuses 10.
Ein Luftaustrittsdurchlaß 12 öffnet sich
an der vorderen Stirnseite im Mittelteil des Frontgehäuses 10 in
axialer Richtung. Ein Luftzuführrohr 12a,
das mit einer Brennstoffzelle F auf der Zuführungsseite von sauerstoffhaltigem
Gas verbunden ist, ist an den Luftaustrittsdurchlaß 12 angeschlossen.
Im Frontgehäuse 10 ist
ein erstes stationäres
Spiralglied 13 ausgebildet und steht in axialer Richtung
nach rückwärts hin ab.
-
Ein
weiterer Luftaustrittsdurchlaß 21,
der zur Atmosphäre
hin offen ist, ist so ausgebildet, daß er sich an der Seitenfläche des
Zentralgehäuses 20 in radialer
Richtung öffnet.
Weiterhin ist eine Lufteinlaßöffnung 22 vorgesehen.
Ein Luftaustrittrohr 22a, das mit der Abgasseite der Brennstoffzelle
F verbunden ist, ist an die Lufteinlaßöffnung 22 angeschlossen.
Im Zentralgehäuse 20 ist
ferner ein zweites stationäres Spiralglied 23 so
ausgebildet, daß es
in Axialrichtung nach vorne hin absteht.
-
Zwischen
dem Frontgehäuse 10 und
dem Zentralgehäuse 20 ist
eine scheibenähnliche
Seitenplatte 53 angeordnet.
-
An
der Seitenplatte 53 ist ein erstes bewegliches Spiralglied 51 ausgebildet
und steht in Axialrichtung nach vorne ab. Ein zweites bewegliches
Spiralglied 52 ist an der Seitenplatte so gestaltet, daß es in Axialrichtung
nach rückwärts absteht.
Das erste bewegliche Spiralglied 51 der Seitenplatte 53 greift
in das erste ortsfeste Spiralglied 13 des Frontgehäuses 10 ein.
Das zweite bewegliche Spiralglied 52 der Seitenplatte 53 kämmt mit
dem zweiten ortsfesten Spiralglied 23 des Zentralgehäuses 20.
Zwischen dem Frontgehäuse 10,
dem Zentralgehäuse 20 und
der Seitenplatte 53 ist ein Mechanismus 60 zur
Verhinderung einer Rotation angeordnet. An der Mitte der Seitenplatte 53 ist
ein Vorsprung 50 derart ausgebildet, daß er axial sowohl nach vorne
als auch nach hinten absteht. Im Zentralgehäuse 20 und im rückwärtigen Gehäuse 40 ist über im Gehäuse 30 vorgesehene Lager 31 und 32 eine
Antriebswelle 70 drehbar abgestützt. Im Gehäuse 30 ist zusammen
mit der Antriebswelle 70 weiterhin ein Antriebsmotor M
für diese Welle
vorgesehen. Exzentrisch zu ihrer Achse steht von der vorderen Stirnseite
der Antriebswelle 70 ein Kurbelzapfen 70a ab,
der über
ein Lagerglied 33 drehbar in den Vorsprung 50 der
Seitenplatte 53 eingepaßt ist.
-
Auf
diese Weise entsteht eine von den Frontgehäuse 10 und der Seitenplatte 53 abgeschlossene Kompressionskammer 14,
und diese Glieder bilden zusammen einen Kompressionsteil C des "scroll-Typs" (Spiral- oder Schneckenanordnung). Der
Luftansaugdurchlaß 11 wird
mit der Kompressionskammer 14 vor dem Verschließen dieser
Kammer verbunden. Der Luftaustrittsdurchlaß 12 kommuni ziert
mit der Kompressionskammer 14, die letzten Endes den Kompressionsvorgang
bewerkstelligt. Eine durch das Zentralgehäuse 20 und die Seitenplatte 53 abgeschlossene
Regenerationskammer 24 bildet einen Regenerationsteil E
des "Scroll-Typs". Der Luftaustrittsdurchlaß 21 steht
mit der Regenerationskammer 24 in Verbindung, die letzten
Endes den Expansionsvorgang bewirkt, und wird nicht verschlossen.
Der Lufteinführdurchlaß 22 ist
mit der abgeschlossenen Regenerationskammer 24 verbunden und
besitzt die kleinste Kapazität.
-
Zur
Verhinderung eines Ausleck- oder Umgehungsweges des Abgases G aus
der Regenerationskammer 24 in die Kompressionskammer 14,
werden Dichtungsmittel eingesetzt. Mit anderen Worten, zwischen
dem Frontgehäuse 10 und
dem Zentralgehäuse 20 ist,
wie aus 2 ersichtlich,
eine Aussparung 57 derart vorgesehen, daß die Seitenplatte 53 in dieser
Aussparung gleiten kann. In der Aussparung 57 ist eine
Ringzone 54a ausgebildet, in welcher das Frontgehäuse 10 und
eine Fläche
der Seitenplatte 53 am Außenumfang dieser Platte einander
stets gegenüberliegen.
In einer weiteren Ringzone 54b der Aussparung 57 liegen
das Zentralgehäuse 20 und
die andere Fläche
der Seitenplatte 53 am Außenumfang dieser Platte einander
stets gegenüber.
In der Ringzone 54b des Gehäuses 20 ist eine Dichtringnut 80 so
ausgebildet, daß sie
sich zur Seitenplatte 53 hin öffnet. Ein Dichtring 81 aus
Polytetraflouroethylen ist in die Nut 80 eingepaßt.
-
Wenn
die Antriebswelle 70 vom Motor M angetrieben wird, führt die
Seitenplatte 53 einen beschränkten Umlauf aus, wobei ihre
Umlaufrotation durch den Mechanismus 60 beschränkt ist.
Wenn infolgedessen die Kapazität
der Kompressionskammer 14 des Kompressionsteils C allmählich abnimmt,
wird atmosphärische
Luft aus dem Saugdurchlaß 11 in
die Kompressionskammer 14 eingesaugt. Nach Komprimierung
auf hohen Druck in dieser Kammer wird die Luft aus dem Luftaustrittdurchlaß 12 über das
Rohr 12a in die Brennstoffzelle F eingespeist. In der Brennstoffzelle
F wird der Sauerstoff aus der Luft verbraucht und Luft, die als
Abgas G übrigbleibt,
wird über
die Abgasrohrleitung 22a und den Lufteinführdurchlaß 22 in
die Regenerationskammer 24 des Regenerationsteils E eingespeist.
-
Das
der Kammer 24 zugeführte
Abgas G entspannt sich oder expandiert gleichzeitig zusammen mit
dem oben beschriebenen Betriebsvorgang der Vorrichtung. Infolgedessen
wächst
das Volumen der Regenerationskammer 24 allmählich. Der
größte Teil des
Abgases wird in der Regenerationskammer 24 auf Atmosphärendruck
entspannt und aus dem Luftauslaßdurchlaß 21 in
die Atmosphäre
abgegeben. Dabei wird Energie erzeugt, die zum Antrieb der Antriebswelle 70 dient.
Diese Energie unterstützt
die Energie des Motors M, der den Kompressionsteil C antreibt.
-
Auf
diese Weise ist der Weg über
das Lufteinspeisrohr 12a und die Luftaustrittrohrleitung 22a, welche
die Kompressionskammer 14, die Brennstoffzelle F und die Regenerationskammer 24 verbinden, kurz,
weil die Kompressionskammer 14 und die Regenerationskammer 24 nebeneinander
angeordnet sind. Auf diesem Weg tritt ein Druckverlust in der Luft kaum
auf. Infolgedessen hat die Luft ausreichenden Druck, um in die Brennstoffzelle
F eingespeist zu werden, und der Wirkungsgrad der Zelle läßt sich
auf einem hohen Wert halten. Das einen ausreichenden Druck besitzende
Abgas G wird in den Regenerationsteil E eingeführt und kann die Leistung des
Motors M in ausreichender Weise unterstützen.
-
Ein
Teil des Abgases G, das in die Regenerationskammer 24 eingespeist
wird, versucht jedoch von der Seite der Regenerationskammer 24 zur
Seite der Kompressionskammer 14 hin, wie in 2 dargestellt, auszutreten.
Daher wird der Dichtring 81 in die Dichtringnut 80 zwischen
der Kompressionskammer 14 und der Regenerationskammer 24 eingeschaltet.
Das Abgas G in der Ringzone 54b übt auf den Dichtring 81 in
der Nut 80 einen ausreichenden Rück- oder Gegendruck aus. Der
Dichtring 81 wird somit in der Nut 80 zur Seitenplatte 53 hin
vorgespannt. Gleichzeitig wird aufgrund der Bewegung der Seitenplatte 53 der
Druck auf den Dichtring 81 auf der Seite der Seitenplatte 53 kleiner
als der Druck auf der gegenüberliegenden
Seite der Seitenplatte, und zwar aufgrund des Bernoulli'schen Theorems. Infolgedessen
wird der Dicht-ring 81 effektiv zur Seitenplatte 53 hingezogen.
Da der Dichtring 81 in dieser Weise ein Auslecken des Abgases
G in die Kompressionskammer verhindert, wird dieses Gas daran gehindert,
durch den Kompressionsteil C unter einen hohen Druck gesetzt und
in die Brenn stoffzelle F eingeleitet zu werden. Daher kann lediglich
Luft, die ausreichend Sauerstoff enthält, in die Kompressionskammer 14 eingesaugt
und an die Brennstoffzelle F weitergegeben werden. Infolgedessen
wird der Brennstoffzelle F eine ausreichende Menge an Sauerstoff
zugeführt,
um einen entsprechenden elektrischen Strom zu erzeugen, wobei der
Wirkungsgrad der Energieerzeugung der Brennstoffzelle hoch gehalten
werden kann.
-
Bei
der beschriebenen Ausführungsform
der Erfindung sind der Mechanismus des Kompressionsteils C und der
Mechanismus der Regenerationsteils E miteinander verbunden und integriert,
so daß sie vom
gleichen Motor M angetrieben werden können. Infolgedessen ist nur
ein kleiner Installationsraum erforderlich und die Vorrichtung läßt sich,
beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, bequem montieren. Da insbesondere
der Kompressionsteil C und der Regenerationsteil E die Seitenplatte 53 gemeinsam
haben, läßt sich
die Gesamtlänge
in axialer Richtung, einschließlich
Motor M, reduzieren. Infolgedessen wird die Montierbarkeit der Vorrichtung
weiterhin verbessert, die Konstruktion ist erheblich vereinfacht und
die Herstellungskosten lassen sich senken.
-
Aus
diesen Gründen
ermöglicht
es die erfindungsgemäße Vorrichtung,
den Motor M in ausreichender Weise zu unterstützen und den Wirkungsgrad der
Brennstoffzelle F hoch zuhalten.
-
Da
außerdem
der Kompressionsteil C und der Regenerationsteil E eine Spiral-
oder Schneckenanordnung verwenden, ist die Vorrichtung besonders ruhig
und leicht.
-
Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der abgewandelte Dichtungselemente eingesetzt werden. In die
Dichtringnut 80 ist ein Dichtring 81 zusammen
mit einem O-Ring 84 eingesetzt, wobei letzterer als Druckausübungsmittel
wirkt. Der O-Ring 84 hat einen gewöhnlichen massiven Kreisquerschnitt.
Der O-Ring 84 drückt
den Dichtring 81 zur Seitenplatte 53 hin. Im übrigen ist
die Konstruktion der Vorrichtung gemäß 3 ebenso wie diejenige der ersten Ausführungsform
gemäß 1 und 2.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform
gemäß 3 drückt der O-Ring 84 den
Dichtring 81 zur Seitenplatte 53 hin, und zwar
unabhängig
vom Grad des Rück-
oder Gegendruckes des Abgases G, und verhindert in zuverlässiger Weise,
daß das
Abgas G in die Kompressionskammer 14 ausleckt.
-
Bei
der dritten, in 4 dargestellten
Ausführungsform
der Erfindung werden weiterhin abgewandelte Dichtungsmittel eingesetzt.
Der Dichtring 81 ist in die Dichtringnut 80 zusammen
mit einem O-Ring 96 eingesetzt, wobei letzterer eine X-förmige Querschnittsform
hat. Im übrigen
entspricht der Aufbau demjenigen der ersten Ausführungsform gemäß 1 und 2.
-
Bei
der Vorrichtung gemäß 4 kann der O-Ring 96 eine Änderung
der Reaktion mit Bezug auf eine Randverquetschung abschwächen und
eine Qualitätsveränderung
verringern. Da das Abgas in den Freiraum des O-Ringes 96 eindringt,
drücken
die Druckkraft des O-Ringes 96 und der Druck des Abgases
G den Dichtring 81 stärker
zur Seitenplatte 53 hin und verhindern effektiv ein Auslecken
des Abgases G. Infolgedessen ist auch diese Ausführungsform der Erfindung von
verbesserter Wirksamkeit.
-
Bei
der in 5 dargestellten
vierten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Dichtringnut 85, die sich zum Zentralgehäuse hin öffnet, in
der Ringzone der Seitenplatte 53 ausgebildet. Der Dichtring 81 ist über einen
O-Ring 84 in die Nut 85 eingepaßt. Der
Rest der Konstruktion entspricht derjenigen der zweiten Ausführungsform
(3).
-
Auch
diese Ausführungsform
zeigt die gleiche Betriebs- und
Wirkungsweise wie die zweite Ausführungsform.
-
Eine
fünfte
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kompressor-Regenerator-Vorrichtung
für eine
Brennstoffzelle ist in 6 dargestellt. In
der Ringzone 54a des Frontgehäuses 10 ist eine Dichtringnut 88 ausgebildet,
die sich zur Seitenplatte 53 hin öffnet. Eine weitere Dichtringnut 89,
die sich ebenfalls zur Seitenplatte 53 hin öffnet, ist
in der Ringzone 54b des Zentralgehäuses 20 angeordnet. Die
Dichtringe 81 sind in die Dichtringnuten 88 und 89 zusammen
mit jeweils einem O-Ring 84 eingepaßt. Im übrigen entspricht die Konstruktion
derjenigen der zweiten Ausführungsform.
-
Auch
die fünfte
Ausführungsform
der Erfindung wirkt in der gleichen Weise und hat die gleichen Effekte
wie die zweite Ausführungsform.