【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池系统和一种用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备。
技术介绍
1、燃料电池越来越多地、尤其还在车辆中用作能量转换器，以便将存储在燃料(例如氢气)中的化学能与氧气一起直接转换为电能。燃料电池典型地具有阳极、阴极和布置在阳极与阴极之间的电解质膜。在阳极上进行燃料的氧化，在阴极上进行氧气的还原。在此，在阴极侧上产生水。
2、通常，给燃料电池的阳极连续地过剩地供应气态燃料，即，供应与在化学计量上需要供应给阴极的给定氧气供应量相比更多的燃料。剩余燃料通常被再循环或被重新供应给阳极。这通常借助再循环鼓风机进行，该再循环鼓风机将阳极排出物从阳极的出口输送回到阳极的入口。
3、再循环鼓风机通常借助电马达来运行。为了改进燃料电池系统的能效，在de 102007 037 096 a1中公开了，借助涡轮机来驱动再循环鼓风机。涡轮机将压缩空气用作工作流体，该压缩空气借助压缩机被压缩，用于供应给阴极。
技术实现思路
1、根据本专利技术，提出一种具有权利要求1的特征的再循环设备和一种具有权利要求9的特征的燃料电池系统。
2、根据本专利技术的第一方面，用于在燃料电池系统中再循环阳极废气的再循环设备包括鼓风机以及涡轮机，所述鼓风机具有抽吸接口、压力接口和工作轮，该抽吸接口用于与燃料电池系统的燃料电池组件的燃料出口连接，该压力接口用于与燃料电池组件的燃料入口连接，该工作轮用于将阳极废气从抽吸接口输送至压力接口，所述涡轮机具有入口、出口和涡轮，该入
3、根据本专利技术的第二方面，燃料电池系统包括燃料电池组件以及根据本专利技术的第一方面的再循环设备，该燃料电池组件具有至少一个燃料电池、燃料入口和燃料出口，其中，鼓风机的压力接口和涡轮机的出口与燃料入口连接，并且其中，鼓风机的抽吸接口与燃料出口连接。
4、本专利技术所基于的构思在于，在涡轮机中部分地减少例如从罐中供应给燃料电池系统的燃料流的动能，并且借助涡轮机驱动鼓风机，以便再循环阳极废气。为此，根据本专利技术，涡轮机的工作轮和鼓风机的工作轮在运动学上相互耦合，例如经由轴、法兰或者通过将涡轮和工作轮一件式地构造的方式相互耦合，所述涡轮机的工作轮通过燃料、例如氢气来驱动，所述鼓风机的工作轮输送阳极废气。典型地，罐中的燃料处在8巴与20巴之间的范围内的压力下，并且在1.5巴与3.5巴之间的范围内的压力下被供应给燃料电池组件的阳极。有利地，该压力差可以在涡轮机中减少并且用于驱动鼓风机。
5、通过在涡轮机中使用被供应给燃料电池系统的燃料流的动能来驱动将阳极废气再循环的鼓风机，有利地改进了燃料电池系统的能效。
6、有利的构型和扩展方案由另外的从属权利要求以及由参照附图的图示的描述得出。
7、根据一些实施方式可以设置，涡轮具有圆形的外周缘，在该外周缘上构造有多个基本上半球形的流动面，并且其中，沿着外周缘布置有多个喷嘴，所述喷嘴相对于外周缘切向地定向并且分别与所述入口连接。因此，流动面可以是凹形弯曲的面，所述凹形弯曲的面半球形地或基本上半球形地延伸。喷嘴这样定向，使得气态燃料被导向到流动面上，由此使燃料偏转并且使涡轮运动。因此，涡轮可以构型为一种自由射束涡轮机。因此，有利地产生流动面的更简单的结构构造和不复杂的流动引导。
8、根据一些实施方式可以设置，流动面通过构造在外周缘中的凹陷部来限定。因此，流动面不或者仅略微地在径向上从外周缘突出，并且有利地实现涡轮机的紧凑的构造。
9、根据一些实施方式可以设置，涡轮安装在鼓风机的工作轮的外周缘上。例如，涡轮和鼓风机的工作轮可以构造为一个部件，其中，鼓风机的工作轮的外周缘相应于涡轮的外周缘。因此，实现再循环设备的还更紧凑的构造。
10、根据一些实施方式可以设置，鼓风机和涡轮机具有共同的壳体，其中，鼓风机构造为侧通道压缩机，在所述侧通道压缩机中，鼓风机的工作轮在端侧上具有轮叶，所述轮叶面向构造在壳体中的、环段形的侧通道，其中，抽吸接口和压力接口构造在侧通道的相反的端部区域中，并且其中，壳体具有与输出端接口连接的混合通道，涡轮机的出口和鼓风机的压力接口与该混合通道连接。因此，在其中输送阳极废气的侧通道和在其中向涡轮机供应新鲜燃料的空间关于径向方向直接相邻，并且新鲜燃料和阳极废气直接在共同的壳体内混合。由此实现还更紧凑的构造。工作轮的或涡轮机的外周缘可以例如被环段形的新鲜气体通道包围，喷嘴彼此之间以预确定的间距伸入到该新鲜气体通道中。新鲜气体通道可以汇入到混合通道中。
11、根据一些实施方式可以设置，在鼓风机的工作轮的端侧与壳体的在径向上限界侧通道的区域之间构造有间隙，该间隙将侧通道与构造在壳体中的沟槽连接，使得液态水能够从侧通道中在径向方向上通过该间隙被导出。该沟槽可以例如关于轴向方向与新鲜气体通道分开。可选地，沟槽至少部分地包围工作轮或涡轮，并且优选环段形地构造。通过工作轮围绕转动轴线的旋转，阳极废气在径向方向上加速，使得径向向外地运输包含在阳极废气中的水。通过该间隙，能够以简单的方式从侧通道中导出水。
12、根据一些实施方式可以设置，再循环设备具有驱动设备，该驱动设备在运动学上耦合到鼓风机的工作轮上，该驱动设备尤其呈电动马达的形式。因此，可以进一步提高对通过鼓风机输送的燃料质量流的调节的灵活性。
13、根据一些实施方式可以设置，再循环设备具有收集容器，用于收集在鼓风机中从阳极废气中分离的液态水。
14、根据一些实施方式可以设置，收集容器与鼓风机通过一个或者多个线路连接，并且其中，所述线路和/或该收集容器热耦合到驱动设备上。例如，驱动器可以伸入到收集容器中，或者一个或多个线路可以沿着驱动设备伸延。这改进对驱动设备的冷却并且因此改进该驱动设备的使用寿命。
15、根据一些实施方式可以设置，鼓风机的压力接口和涡轮机的出口在没有中间连接的抽吸喷射泵的情况下直接与燃料入口连接。通过由涡轮机和鼓风机组成的组合，可以有利地不仅在高负载的情况下、还在低负载的情况下提供所需要的再循环质量流以及所需要的新鲜气体质量流，这简化对燃料电池系统的调节。此外，减小系统中的流动损失。
16、根据一些实施方式可以设置，燃料电池系统具有计量阀，该计量阀与涡轮机的入口连接，该计量阀能够与燃料罐连接并且设立为用于，改变从燃料罐中供应给涡轮机的燃料质量流。
17、根据一些实施方式可以设置，燃料电池系统具有罐，该罐与涡轮机的入口连接。
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1.一种用于在燃料电池系统(200)中再循环阳极废气的再循环设备(100)，所述再循环设备具有：
2.根据权利要求1所述的再循环设备(100)，其中，所述涡轮(20)具有圆形的外周缘(20a)，在所述外周缘上构造有多个基本上半球形的流动面(23a)，并且其中，沿着所述外周缘(20a)布置有多个喷嘴(24)，所述喷嘴相对于所述外周缘(20a)切向地定向并且分别与所述入口(21)连接。
3.根据权利要求2所述的再循环设备(100)，其中，所述流动面(23a)通过构造在所述外周缘(20a)中的凹陷部(23)来限定。
4.根据权利要求2或者3所述的再循环设备(100)，其中，所述涡轮(20)安装在所述鼓风机(1)的工作轮(10)的外周缘(10a)上。
5.根据权利要求4所述的再循环设备(100)，其中，所述鼓风机(1)和所述涡轮机(2)具有共同的壳体(3)，其中，所述鼓风机(1)构造为侧通道压缩机，在所述侧通道压缩机中，所述鼓风机(1)的工作轮(10)在端侧上具有轮叶(13)，所述轮叶面向构造在所述壳体(3)中的、环段形的侧通道(30)，其
6.根据权利要求5所述的再循环设备(100)，其中，在所述鼓风机(1)的工作轮(10)的端侧与所述壳体(3)的在径向上限界所述侧通道(30)的区域之间构造有间隙(33)，所述间隙将所述侧通道(30)与构造在所述壳体(3)中的沟槽(34)连接，使得液态水能够从所述侧通道(30)中在径向方向(R1)上通过所述间隙(33)被导出。
7.根据上述权利要求中任一项所述的再循环设备(100)，所述再循环设备附加地具有：
8.根据权利要求7所述的再循环设备(100)，所述再循环设备附加地具有：
9.一种燃料电池系统(200)，所述燃料电池系统具有：
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统(200)，其中，所述鼓风机(1)的压力接口(12)和所述涡轮机(2)的出口(12)在没有中间连接的抽吸喷射泵的情况下直接与所述燃料入口(211)连接。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于在燃料电池系统(200)中再循环阳极废气的再循环设备(100)，所述再循环设备具有：
2.根据权利要求1所述的再循环设备(100)，其中，所述涡轮(20)具有圆形的外周缘(20a)，在所述外周缘上构造有多个基本上半球形的流动面(23a)，并且其中，沿着所述外周缘(20a)布置有多个喷嘴(24)，所述喷嘴相对于所述外周缘(20a)切向地定向并且分别与所述入口(21)连接。
3.根据权利要求2所述的再循环设备(100)，其中，所述流动面(23a)通过构造在所述外周缘(20a)中的凹陷部(23)来限定。
4.根据权利要求2或者3所述的再循环设备(100)，其中，所述涡轮(20)安装在所述鼓风机(1)的工作轮(10)的外周缘(10a)上。
5.根据权利要求4所述的再循环设备(100)，其中，所述鼓风机(1)和所述涡轮机(2)具有共同的壳体(3)，其中，所述鼓风机(1)构造为侧通道压缩机，在所述侧通道压缩机中，所述鼓风机(1)的工作轮(10)在端侧上具有轮叶(13)，所述轮叶面向构造在所述壳体(3)中的、环段形的侧通道(30)，其中，所述抽吸接口(11)...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·格拉斯布伦纳，O·米勒，M·卡茨，A·贝特，A·赖希勒，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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