KR20230118666A - 연료 전지에 공기를 공급하기 위한 장치 - Google Patents

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KR20230118666A
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필립 하우즈만
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셀센트릭 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 연료 전지(3)에 공기를 공급하기 위한 장치(10)에 관한 것으로서, 적어도 하나의 공기 이송 장치(11), 및 연료 전지(3)로부터의 응축된 생성된 물을 적어도 하나의 노즐(171-178)에 의해 압축된 공급 공기 유동으로 공급하는 적어도 하나의 가습 장치를 포함한다. 본 발명은, 공급 공기 유동의 유동 단면에 물을 공급하기 위한 2-성분 노즐(171-178)의 영역(15)이 형성되고, 여기서 2-성분 노즐(171-178) 각각에 대해 관류 가능한 분리된 단면(161-168)이 형성되고, 관류 가능한 분리된 단면(161-168) 각각은 밸브 시트(24) 및 밸브 시트(24) 방향으로 복원력에 의해 유동의 역방향으로 가압되는 밸브 본체(23)를 갖는 밸브(22)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지에 공기를 공급하기 위한 장치
본 발명은 본원의 청구항 제1항의 전제부에 보다 상세히 정의된 유형에 따른 연료 전지에 공기를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 장치를 갖는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지는 일반적으로 공기 이송 장치, 예를 들어 전기 모터에 의해 구동되고 필요한 경우 배기 공기 터빈에 의해 지지 방식으로 구동될 수도 있는 터보 기계에 의해 공기가 공급된다. 이러한 구성은 일반적으로 전기 터보차저, ETC 또는 모터 보조 터보차저라는 용어로 알려져 있다. 이 경우, 압축 후 연료 전지로 공급되는 공기가 그에 따라 가열되도록 이루어진다. 저온 연료 전지, 특히 PEM 연료 전지의 경우, 이는 심각한 단점이며, 많은 종래의 구조에서 충전 공기 냉각기가 제공된다. 이것은 가습기를 통해 관류하기 전에 공기를 식히고, 연료 전지에서 사용하기에 적합하게 가습된다. 이러한 구조는 크고, 복잡하며, 공급 공기 유동에서 압력 손실을 유발한다. 특히 충전 공기 냉각기는 이 경우 연료 전지 시스템의 냉각 회로에 추가적인 부하를 주는 단점이 있다. 이 폐열의 온도가 대부분 100 내지 120 ℃ 미만인 비교적 낮은 온도 수준에서는 어쨌든 연료 전지 시스템에서 폐열을 소산시키는 것이 어렵기 때문에, 충전 공기 냉각기를 통한 추가의 열 입력은 상당한 단점을 나타낸다.
DE 10 2004 038 633 B4는 이제 연료 전지 시스템의 응축물을 인젝터를 통해 충전 공기 냉각기로 사용되는 열 교환기에 도입함으로써 공기를 가습하는 것을 제안한다. 그 결과, 한편으로는 연료 전지로부터 생성된 물이 소모되고, 다른 한편으로는 가습기, 예를 들어 가스/가스 가습기로서 설계된 멤브레인 가습기가 필요하지 않을 수 있다. 그러나, 냉각 회로의 부하는 여기에 남아 있다.
DE 10 2017 214 312 A1은, 연료 전지 시스템에서 응축되고 분사 밸브를 통해 압축기 하류의 체적 유동으로 분사되는 물을 사용하여 연료 전지로의 공급 공기 유동을 가습한다. 이러한 방식으로 가습이 이루어지며, 종래의 가습기가 필요하지 않을 수 있다. 충전 공기 냉각기의 주제는 여기에서 역할을 하지 않으며 언급되지 않는다.
이제 본 발명의 목적은, 본원의 청구항 제1항의 전제부에 보다 상세히 정의된 유형에 따른 연료 전지에 공기를 공급하기 위한 개선된 장치를 명시하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 본원의 청구항 제1항, 특히 청구항 제1항의 특징부의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다. 이 장치의 유리한 구성예 및 개발예는 종속 청구항에서 나타난다. 청구항 제10항은 또한 이러한 장치를 갖는 연료 전지 시스템을 명시한다.
종래 기술과 유사하게, 본 발명에 따른 장치는 공급 공기 유동을 가습하기 위해 노즐을 사용한다. 이 경우, 본 발명에 따르면, 응축된 물의 공급을 위한 2-성분 노즐의 영역이 공급 공기 유동의 단면에 형성되도록 이루어진다. 2-성분 노즐 각각에 대해 관류 가능한 분리된 단면이 제공될 수 있으므로, 각각의 노즐에서는 공기 유동이 목표한 대로 흐른다. 이를 통해, 가습하려는 공기의 체적 유동에 적합하게 2-성분 노즐을 설계하는 것이 쉽고 매우 효율적으로 된다. 관류 가능한 분리된 단면 각각은 이 경우 밸브 시트 및 밸브 본체를 포함하며, 이 밸브 본체는 예를 들어 스프링 또는 다른 복원 요소에 의해 유동의 역방향으로 밸브 시트 방향으로 복원력을 받는다.
개별 복원력은, 본 발명에 따른 장치의 매우 유리한 개발예에 따르면, 관류 가능한 분리된 단면 각각에 대해 구조상 개별적으로 사전 설정될 수 있으므로, 공기 이송 장치가 형성하는 압력 및 체적 유동에 따라, 밸브 본체 중 하나 또는 다른 것 또는 목표한 개수의 밸브 본체만이 밸브 시트로부터 들어 올려져서, 각각의 2-성분 노즐을 통해 관류하고 여기에 공급된 물을 분무할 수 있다. 모든 밸브 본체가 관류 가능한 분리된 단면 모두에서 밸브 시트로부터 들어 올려지면, 최대 공기 체적 유동을 위해 설계되고 2-성분 노즐 영역의 모든 2-성분 노즐에 물이 공급되어 체적 유동을 가습하는 해당 단면을 사용할 수 있어야 한다.
여기서, 예를 들어, 150 내지 250 ℃ 정도의 온도를 가질 수 있는 유동 압축기 하류의 고온 체적 유동의 가습이 이상적이라는 것이 밝혀졌다. 본 사상의 유리한 개발예에 따라 특히 연료 전지 시스템의 폐열에 의해 열 교환기를 통해 예열될 수 있는 공급된 물은 체적 유동에서 이상적으로 증발될 수 있다. 이는 한편으로는 공급 공기 유동이 가습되는 것을 보장하고, 다른 한편으로는 공기 이송 장치 하류에서 냉각되도록 한다. 필요한 공급 공기 유동에 따라, 이 체적 유동에 적합한 개수의 관류 가능한 분리된 단면에 의해 적절한 가습이 보장될 수 있다. 이를 통해 이상적인 조정이 달성될 수 있다. 특히, 이러한 방식으로 설계된 공기 공급 장치는 충전 공기 냉각기 및 가습기를 모두 생략할 수 있으므로, 공급 공기 유동에서 발생하는 압력 손실이 효율적으로 감소된다. 또한, 부품 및 부품에 필요한 설치 공간을 절약할 수 있으므로, 추가적인 이점도 제공된다.
응축된 물이 즉 연료 전지 시스템 자체로부터의 폐열에 의해 상응하게 예열되는 위에서 이미 설명된 변형 실시예에서, 이 구조는 또한 연료 전지의 냉각 회로에 대한 부하를 경감시킬 수 있게 한다. 이는 충전 공기 냉각기를 생략할 수 있는 가능성에 의해 부하가 경감될 뿐만 아니라, 분무 전에 응축된 물을 예열하기 위해 연료 전지의 냉각 회로로부터의 열을 사용함에 의해서도 부하가 경감될 수 있다. 이는 폐열의 소산과 관련하여 이미 중요한 저온 연료 전지의 냉각 회로의 구성을 더욱 최적화하는 데 크게 도움이 된다.
이 구조의 또 다른 결정적인 이점은, 공기 이송 장치에 의해 이송되는 체적 유동에 의해 필요에 따라 개방되는 밸브 본체 및 밸브 시트의 사용이다. 이 체적 유동이 특정 한계값 미만으로 떨어지거나 또는 전혀 발생하지 않으면, 밸브 본체가 밸브 시트 위로 가압되거나 또는 당겨지고 이 구조는 밀봉된다. 본 발명에 따른 장치의 추가적인 이점은, 공기 이송 장치가 작동하지 않을 때마다, 이에 따라 연료 전지를 통해 공기가 관류하는 것이 바람직하지 않을 때마다, 연료 전지를 통해 공기가 관류하는 것을 효율적으로 방지하는 수동 캐소드 차단 밸브이다.
압력 하에서 자동으로 개방되는 이러한 유형의 일반적인 밸브는 예를 들어 스프링을 통해 작동할 수 있다. 이것은, 체적 유동이 증가하고 밸브 시트와 밸브 본체 사이의 개방 단면적이 증가함에 따라 스프링의 복원력도 증가한다는 단점이 있다. 이로 인해 밸브 본체가 진동하여, 불균일한 유동이 발생할 수 있으며, 이는 발생하는 압력 변동으로 인해 후속하는 부품 및/또는 계량 정밀도에 불리하게 될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 매우 유리한 개발예에 따르면, 복원력으로서 자기력이 사용된다. 이 경우 이 자기력은 예를 들어 밸브 본체 영역 그러나 바람직하게는 밸브 시트 영역에 있는 전환 가능한 및/또는 영구적인 자석과, 밸브 시트 영역 또는 바람직하게는 밸브 본체 영역에 있는 예를 들어 강철 또는 철 합금과 같은 자화 가능한 재료 사이에 작용한다. 따라서, 밸브 본체는 바람직하게는 예를 들어 플라스틱으로 이루어진 내화학성 코팅을 갖는 예를 들어 중공 철 또는 강철 구체의 형태로 설계된다. 이 경우, 밸브 본체는 영구 자석에 의해 및/또는 전자기에 의해 밸브 시트에 유지된다. 체적 유동이 증가하면, 중공 구체로 설계되어 적은 질량을 갖고 그에 따라 동적으로 반응하는 밸브 본체가 밸브 시트로부터 들어 올려져, 관류 가능한 단면을 해제시킨다. 체적 유동이 증가함에 따라, 이러한 관류 가능한 단면적은 더 커진다. 스프링 장착 구체와 달리, 자기 복원력의 경우 밸브 본체와 밸브 시트 사이의 거리에 따라 복원력도 감소하므로, 각각의 밸브의 점진적인 힘-변위 특성 곡선이 생성되며, 이는 한편으로는 각각의 2-성분 노즐로의 공급 공기 유동을 제어하기 위해 그리고 다른 한편으로는 캐소드 차단 밸브로서 언급된 적용 분야에 이상적이다.
본 발명에 따른 장치의 또 다른 매우 바람직한 실시예는 또한, 물이 이송 장치를 통해 직접 또는 수집 라인을 통해 2-성분 노즐로 이송될 수 있는 것을 제공할 수 있다. 이송 압력 및 이송된 체적 유동에 따라, 가습을 위한 물의 양이 조정될 수 있다. 특히, 수집 라인의 사용은 또한 장치를 둘러싸는 시스템, 특히 장치를 둘러싸는 연료 전지 시스템의 다른 영역에서 물을 사용할 수 있게 한다. 이와 같이 물 수집 라인과 함께 물을 사용하는 것은 예를 들어 본 출원인의 DE 10 2020 206 156 A1에 자세히 설명되어 있다.
수집된 물은 이 경우 예를 들어 불순물을 기계적으로 포획하고 물에 모인 이온을 제거하기 위해 적절한 세척 장치 및 필터를 통과할 수 있고 통과해야 한다. 예를 들어 정수 필터와 이온 교환기 카트리지의 조합이 제공될 수 있고, 예를 들어 수집 라인의 영역에, 또는 이러한 시스템의 개별 물 분리기와, 특히 위에서 언급된 열 교환기를 포함하는 바람직하게는 가열된 수집 탱크 사이에 배열될 수 있다.
관류 가능한 개별적으로 분리된 단면은, 각각의 2-성분 노즐 및 밸브와 함께, 본 사상의 매우 유리한 발전예에 따르면, 공기 이송 장치로서 유동 압축기의 출구에 직접 배열될 수 있다. 이러한 문맥에서, 직접적이라 함은, 추가의 부품이 사이에 삽입되지 않음을 의미한다. 특히, 본 발명에 따른 장치는, 분리된 단면의 밸브 및 2-성분 노즐이 유동 압축기의 출구에 직접 플랜지 연결되어, 이를 통해 냉각 및 가습된 공급 공기를 직접 또는 짧은 라인을 통해 연료 전지의 캐소드 챔버로 유입하는 방식으로 설계될 수 있다. 이 경우, 유동 압축기의 출구 바로 하류의 이 영역에서 공급 공기의 최고 온도가 존재하므로, 한편으로는 이 공급 공기를 가습하고 다른 한편으로는 연료 전지에 적합한 온도 수준으로 냉각하도록, 예열된 물의 증발이 이상적으로 일어날 수 있다.
본 장치의 매우 바람직한 개발예에 따르면, 적어도 2 개의 공기 이송 장치 및/또는 가습 장치가 순차적 캐스케이드로서 제공될 수 있는 것이 제안될 수 있다. 2 개의 이러한 연속적인 가습기 노즐 및/또는 충전 스테이지는 그 자체로 알려진 레지스터 충전을 위해 사용될 수 있다. 이는 구조의 높은 가변성을 가능하게 하고, 다양한 재료 유동을 효율적으로 가습시킬 수 있다.
각각의 공기 이송 장치는 공기 이송 장치, 배기 공기 터빈, 및 전기 기계를 갖는 전기 보조식 터보차저의 일부일 수 있다. ETC(전기 터보차저)(Electric Turbo Charger) 또는 모터 보조 터보차저라는 용어로도 일반적으로 알려진 이러한 구조는 연료 전지에 공기를 효율적으로 공급하는 데 이상적으로 적합하다. 전기 기계로부터 일반적으로 요구되는 구동력 외에도, 배기 공기에서 회수된 에너지는 터빈을 통한 압축에도 사용될 수 있다. 터빈 영역에 공기 이송 장치를 구동하는 데 필요한 것보다 더 많은 에너지가 있는 경우, 전기 기계는 이 에너지를 전기 에너지의 형태로 회수하고 일시적으로 저장하도록 발전기로 작동될 수도 있다. 이는 2 개뿐만 아니라 1 개의 공기 이송 장치의 사용에도 적용된다.
본 장치의 전체 구조는 연료 전지, 특히 개별 전지의 스택, 소위 연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 시스템에 통합될 수 있다. 연료 전지 시스템 자체는 이 경우 다양한 고정식 또는 이동식 적용 분야에 사용될 수 있다. 특히, 차량에 전기 구동 에너지를 제공하는 데 사용될 수 있다. 특히 이러한 차량 적용 분야에서, 한편으로는 도로로 배수할 필요가 없도록 수집된 생성된 물을 재사용하는 것이 유리하고, 다른 한편으로는 구조의 체적, 중량, 에너지 효율성 측면에서 결정적인 이점이 있으며, 여기서 본 발명에 따른 장치를 통한 부품의 절약은 특히 큰 이점이다.
본 발명에 따른 장치의 추가의 유리한 구성은 또한 예시적인 실시예로부터 나타나며, 이는 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 구비한 차량의 개략적으로 도시된 연료 전지 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 라인(II-II)에 따른 장치의 일부를 통한 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 라인(III-III)에 따른 개략적인 단면도이다.
도 1의 표현에서, 매우 개략적인 방식으로 도시된 차량(1), 예를 들어 유틸리티 차량 또는 승용차를 볼 수 있다. 그 전기 구동력의 적어도 일부는, 여기서 부분적으로만 그리고 매우 단순화된 방식으로 도시된 연료 전지 시스템(2)에 의해 이 차량(1)에 공급된다. 이 연료 전지 시스템은 예를 들어 소위 연료 전지 스택으로서 PEM 기술을 사용하는 개별 셀의 스택으로서 구성되는 연료 전지(3)를 그 코어로서 포함한다. 공통 캐소드 챔버(4) 및 공통 애노드 챔버(5)가 여기서 순전히 예로서 예시적으로 도시된다. 수소 저장 시스템(6)으로부터의 수소는 애노드 챔버(5)로 공급되고, 잔류 수소는 물 분리기(8)를 갖는 배기 라인(7)을 통해 시스템에서 배출된다. 물론 애노드 측의 추가 변형예도 가능하다. 이들은 본 발명에 대해 이차적으로 중요하기 때문에, 여기서 더 이상 논의되지 않을 것이다. 그러나, 수소를 위한 상이한 저장 시스템, 상이한 주입 장치, 및 하나 이상의 재순환 이송 장치를 갖는 애노드 회로 등이 여기에서 고려될 수 있고 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
캐소드 챔버(4)에는 산소 공급원으로서 공기가 공기 공급 장치(10)를 통해 공급된다. 이 장치(10)의 일부는 예를 들어 소위 전기 터보차저(12)의 일부로서 설계될 수 있는 공기 이송 장치(11)이다. 그 자체로 알려진 이 전기 터보차저(12)는, 바람직하게는 유동 압축기로서 설계된 공기 이송 장치(11) 외에도, 배기 공기 터빈(13) 및 전기 기계(14)를 포함한다. 이것이 작동하는 방식은 원칙적으로 알려져 있으므로, 여기에서 더 자세히 설명할 필요가 없다.
공기 이송 장치(11) 하류에는 연료 전지(3)의 캐소드 챔버(4)로의 뜨겁고 건조한 압축된 공급 공기 유동이 존재한다. 이것은 이제, 바람직하게는 공기 이송 장치(11) 직후에, 각각 2-성분 노즐을 갖는 관류 가능한 분리된 단면의 영역에 도달한다. 도 2의 개략적인 단면도에는, 도 1에서 15로 표시된 이 영역이 다시 도시되어 있다. 관류 가능한 분리된 단면은 여기에서 참조 부호 161 내지 168로 표시된다. 이것들은 예를 들어 둥글고, 공급 공기의 유동 단면 내에 배열될 수 있다. 관류 가능한 각각의 개별의 분리된 단면(161-168)의 중앙에는 2-성분 노즐(171-178)이 있으며, 이 2-성분 노즐에는 한편으로는 관류 가능한 단면(161-168)을 통해 관류하는, 공기 이송 장치(11) 하류의 뜨겁고 건조한 공기의 체적 유동이 관류할 수 있고, 다른 한편으로는 도 1의 표현에서 볼 수 있는 바와 같이 이송 장치(18)를 통해 물이 공급된다. 이 물은 이 경우 연료 전지 시스템(2)에서 응축되어 수집되는 탈이온수이다. 2 개의 물 분리기가 도 1의 표현에서 순전히 예로서 도시되어 있다. 한편으로는 이것은 이미 언급한 애노드측 물 분리기(8)이고, 다른 한편으로는 이것은 캐소드 챔버(4)와 배기 공기 터빈(13)을 연결하는 배기 공기 라인(19)에서 여기에서 9로 표시된 캐소드측 물 분리기이다. 이러한 방식으로 수집된 생성된 물은 예를 들어 여기서 예시적으로 도시되고 20으로 표시된 탱크에 도달하고, 이 탱크에서 또는 유동 방향으로 탱크 하류에서 열 교환기(21)를 통해 예열된 다음 이송 펌프(18) 영역에 도달하여, 생성된 이송 압력 및 생성된 체적 유동에 따라 각각의 2-성분 노즐(171-178)로 공급된다. 이것은 예를 들어 2-성분 노즐(171-178) 각각에 대해 직접 수행될 수 있고, 필요하다면 밸브를 통해 전환 가능한 방식으로, 또는 대응하는 2-성분 노즐이 외부로 나가는 수집 라인을 통해 수행될 수 있다.
장치(10)의 이러한 구조는 또한 공기 이송 장치 중 2 개 또는 필요한 경우 그 초과가 순차적 캐스케이드로서 직렬로 연결됨으로써 변경될 수 있다. 그런 다음 이것들은 각각 대응되는 공기 유동을 가습하고 여기에 설명된 다른 기능을 제공하기 위해 대응되는 2-성분 노즐(171-178)이 뒤따를 것이다.
도 3의 표현에는 이제 관류 가능한 분리된 단면 중 하나가 단면도로 도시되어 있는데, 여기서는 예를 들어 단면(164)이 도시되어 있다. 이것은 2-성분 노즐(174), 그리고 밸브 본체(23) 및 밸브 시트(24)로 구성된 밸브(22)를 포함한다. 밸브 본체(23)는 바람직하게는 플라스틱 코팅이 된 중공 강철 구체로서 설계될 수 있다. 밸브 시트(24) 영역에는 예를 들어 원주 방향 링으로 설계된 영구 자석(25)이 있다. 이것은 밸브 본체(23)에 인력을 가하여, 밸브(22)를 통해 체적 유동이 거의 또는 전혀 없을 때 관류 가능한 각각의 단면(161-168)이 폐쇄되도록 한다. 이것은 특히 공기 이송 장치(11)가 작동하지 않을 때의 경우이다. 이에 따라, 예를 들어 차량(1)의 순수한 전기적 작동 동안, 또는 차량의 스위치가 꺼져 있을 때 외부 바람의 영향에 의한 공기 흐름과 같이, 공기가 캐소드 챔버(4)를 통해 관류하는 것이 방지된다. 이것은 나중에 재시동 시에 소위 공기/공기 시동으로 이어져 연료 전지(3)를 손상시킬 수 있는, 신선한 산소가 연료 전지(3)로 침투하는 것을 방지하는데 결정적인 이점이 있다.
이제, 공기 이송 장치(11)로부터의 체적 유동이 증가함에 따라 관류 가능한 각각의 단면(161-168)에서 밸브(22) 중 먼저 하나, 그 후에 복수 개가 그에 따라 개방되도록 이루어진다. 특히 복원력은, 공기 이송 장치(11)로부터의 각각의 체적 유동에 적절하게, 적합한 개수의 관류 가능한 단면(161-168)이 그들의 밸브(22)에 의해 개방되는 방식으로 조정될 수 있는데, 예를 들어 먼저 중앙의 관류 가능한 단면(161)이 개방되고 그 후 공기 이송 장치(11)로부터의 최대 체적 유동에서 관류 가능한 모든 단면(161-168)이 그 각각의 밸브(22)에 의해 개방될 때까지 점진적으로 그 주위의 중앙에 배열된 관류 가능한 단면(161-168)이 개방되는 방식으로 조정될 수 있다. 관류 가능한 각각의 단면(161-168)이 밸브(22)를 통해 개방되는 즉시, 공기가 이를 통해 관류한다. 이와 동시에 물이 공급되면, 2-성분 노즐(171-178)을 통해 공기 이송 장치(11) 하류의 뜨겁고 건조한 공기 유동에서 그에 따라 분무되므로, 미세한 액적으로 분무된 물 입자가 체적 유동에서 증발될 수 있다. 그 결과, 한편으로는 공급 공기 유동을 매우 효율적으로 냉각하고, 다른 한편으로는 공급 공기 유동을 매우 잘 가습하게 된다. 2-성분 노즐(171-178)은 이 경우 각각의 체적 유동에 맞게 조정되는 방식으로 설계될 수 있으므로, 항상 물의 이상적인 분무 및 그에 따른 이상적인 가습 및 냉각이 일어나게 된다. 이것은 공급된 공기의 모든 체적 유동에 적용되는데, 각각의 체적 유동에 적합한 개수의 관류 가능한 단면만이 밸브(22)에 의해 수동적으로 해제되기 때문이다. 동시에, 밸브(22)는 공기 이송 장치가 꺼질 때 환경으로부터 캐소드 챔버(4)를 차단한다.
이는 따뜻한 압축된 공기로 예열된 연료 전지 시스템(1)으로부터의 물을 사용하여 공급 공기 유동을 가습하기 위해, 한편으로는 공기 이송 장치(11)의 이송 압력 및 체적 유동을 통해 그리고 이송 펌프(18)의 이송 압력 및 체적 유동을 통해 적절한 조절을 허용하는 미세한 계단 모양의 특성 곡선을 생성한다. 예열은 이 경우 특히 연료 전지(3) 자체로부터의 폐열에 의해 열교환기(21)에서 일어날 수 있으므로, 이러한 폐열의 추가적인 사용은 연료 전지 시스템(2) 및 이에 따라 차량(1)의 냉각 시스템의 부하를 경감시킨다.

Claims (10)

  1. 연료 전지(3)에 공기를 공급하기 위한 장치(10)로서,
    적어도 하나의 공기 이송 장치(11), 및 상기 연료 전지(3)로부터의 응축된 생성된 물을 적어도 하나의 노즐(171-178)에 의해 압축된 공급 공기 유동으로 공급하는 적어도 하나의 가습 장치를 포함하고,
    상기 공급 공기 유동의 유동 단면에 물을 공급하기 위한 2-성분 노즐(171-178)의 영역(15)이 형성되고, 상기 2-성분 노즐(171-178) 각각에 대해 관류 가능한 분리된 단면(161-168)이 형성되고, 상기 관류 가능한 분리된 단면(161-168) 각각은 밸브 시트(24) 및 상기 밸브 시트(24) 방향으로 복원력에 의해 상기 유동의 역방향으로 가압되는 밸브 본체(23)를 갖는 밸브(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복원력은 상기 밸브 본체(23) 영역 또는 바람직하게는 상기 밸브 시트(24) 영역에 있는 전환 가능한 및/또는 영구적인 자석과, 상기 밸브 시트(24) 또는 바람직하게는 상기 밸브 본체(23)의 자화 가능한 재료 사이의 자기력으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브 본체(24)는 자화 가능한 재료로 이루어진 중공 구체로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복원력은 상기 관류 가능한 분리된 단면(161-168) 각각에 대해 사전 설정되고, 상기 관류 가능한 분리된 단면(161-168) 중 적어도 2 개는 상이한 사양 및/또는 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물은 이송 펌프(18)를 통해 직접 또는 수집 라인을 통해 상기 2-성분 노즐(171-178)로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물은 유동 방향으로 상기 2-성분 노즐(171-178)의 상류에서, 바람직하게는 상기 연료 전지(3)를 포함하는 연료 전지 시스템(2)으로부터의 폐열에 의해 작동 가능한 열 교환기(21)를 통해 관류하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관류 가능한 분리된 단면(161-168)은 공기 이송 장치(11)로서 사용되는 유동 압축기의 출구에 직접 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2 개의 공기 이송 장치(11) 및/또는 가습 장치가 순차적 캐스케이드로서 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 공기 유동에는 충전 공기 냉각기 및 멤브레인 가습기가 없는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 특히 차량(1)에 전기 구동력의 적어도 일부를 공급하기 위한, 연료 전지(3) 및 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 장치(10)를 포함하는 연료 전지 시스템(2).
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