用于燃料电池系统的输送装置的制作方法

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：

1、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，而是从至少一个罐、尤其是高压罐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。

2、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、具有喷射泵并且具有计量阀，该喷射泵被处在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在压力下的气态介质，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。

3、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，输送装置的部件，尤其是侧通道压缩机、hgi阀和喷射泵，至少部分地借助呈管路形式的流体连接部并且必要时借助附加的带有内置通道的分配器板相互连接和/或与燃料电池连接和/或与该输送装置的其他部件连接。在此，所述部件至少部分地作为单独的结构组存在，所述单独的结构组借助管路相互连接。在此，一方面产生很多流动转向并且因此产生流动损失。由此降低了输送装置的效率。

4、另一方面，由于将计量阀和/或喷射泵和/或侧通道压缩机等部件作为单独的构件来布置，产生如下缺点：这些部件总体上构成关于结构空间和/或几何形状体积的大的表面。由此有利于快速冷却，尤其在整个车辆长时间停放的情况下，这会导致增加的冰桥形成并因此导致对构件和/或整个燃料电池系统的增加的损坏，这又会导致输送装置的和/或燃料电池系统的可靠性和/或使用寿命降低。此外，另一缺点是计量阀和/或喷射泵和/或侧通道压缩机等构件的和/或燃料电池系统的和/或整个车辆的差的冷启动性能，因为加热能量和/或热能必须分别单个地引入到侧通道压缩机和/或喷射泵和/或计量阀等构件中，其中，所述构件彼此远离地布置并且因此(尤其在低于0℃的温度的情况下)必须单独加热每个构件，以便除去可能的冰桥。

5、另外，必须为侧通道压缩机、喷射泵和计量阀等部件分别设置自身的壳体，这导致高的制造成本和/或材料成本。喷射泵的设置还导致对输送装置的整个系统的结构空间要求提高，因为喷射泵可能与计量阀相结合地以外伸的方式构造。

技术实现思路

1、根据本发明，提供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，所述输送装置具有侧通道压缩机，其中，借助计量阀以处于压力下的气态介质的驱动射流至少部分地驱动所述输送装置，其中，借助所述计量阀向所述输送装置供应所述处于压力下的气态介质，其中，所述侧通道压缩机具有压缩机轮，所述压缩机轮以能够围绕转动轴线转动的方式布置，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，所述压缩机轮具有第一叶片，所述第一叶片在压缩机室的区域中布置在所述压缩机轮的周缘上，其中，所述压缩机室和/或所述第一叶片在其背离所述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，其中，第二叶片位于所述限界环的背离所述转动轴线的侧上，所述第二叶片布置在流动通道的区域中，其中，所述压缩机轮能够由所述计量阀的驱动射流来驱动，所述驱动射流作用到所述第二叶片上。

2、根据本发明，提供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。在此，借助计量阀以处在压力下的气态介质的驱动射流至少部分地驱动输送装置，其中，借助计量阀向输送装置供应处于压力下的气态介质，其中，侧通道压缩机具有压缩机轮，该压缩机轮分别以能够围绕转动轴线转动的方式布置。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。另外，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。在此，压缩机轮具有第一叶片，所述第一叶片在压缩机室的区域中布置在该压缩机轮的周缘上。

3、根据本发明提出一种输送装置，在该输送装置中，压缩机室和/或多个第一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，其中，第二叶片位于外限界环的背离转动轴线的侧上，所述第二叶片布置在流动通道的区域中。在此，压缩机轮能够由计量阀的驱动射流来驱动，该驱动射流作用到第二叶片上。通过这种方式可以改进输送机组的效率，因为经由第二叶片来高效地驱动压缩机轮，所述第二叶片在外限界环的背离转动轴线的侧上布置在流动通道的区域中。借助计量阀的驱动射流能够驱动第二叶片。在此，处在高压下的并且具有高速度的、呈驱动射流的形式的驱动介质撞击到第二叶片的表面上，并且尤其借助动量传递和/或流动效应实现了将力施加到压缩机轮上并且由于杠杆臂而使该压缩机轮运动和/或保持运动。另外，可以实现如下优点：可以省去并且不再需要构件喷射泵，因为借助计量阀直接驱动压缩机轮，由此能够减小输送装置的所需要的结构空间，因为在现有技术中使用的构件喷射泵可能以外伸(ausladend)并且远离输送装置的构件的剩余部分伸出的方式构造。另外，能够实现如下优点：借助尤其来自罐、尤其是高压罐的新鲜流入的驱动介质可以冷却输送装置和/或侧通道压缩机和/或驱动马达。此外，可以降低输送装置的生产成本，因为现在不再需要使用附加的冷却元件构件。

4、根据该输送装置的一种有利构型，侧通道压缩机在外限界环的背离转动轴线的侧上在壳体中具有至少一个分离室和至少流动通道，所述分离室至少部分地被封装，所述流动通道至少部分环形地围绕转动轴线环绕地延伸。通过这种方式，一方面可以实现如下优点：计量阀的驱动射流可以在流动通道的区域中流向并且驱动第二叶片，使得能够实现该流动通道与压缩机室的流体分隔。因此，驱动射流的流动能量可以至少几乎仅转换为旋转动能。在计量阀的驱动射流喷入到压缩机室的区域中的第一叶片上的情况下，会发生驱动介质与位于压缩机室中的气态介质、尤其是再循环物的流体混合，其中，驱动射流的流动能量至少部分地由于涡旋、流动损失和/或出于与气态介质和/或至少一个侧通道的表面的接触而造成的摩擦损失而降低。因此，通过具有流动通道的输送装置的根据本发明的实施方案，能够提高该输送装置的和/或整个燃料电池系统的效率。另一方面，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上维持侧通道压缩机的和/或输送装置的效率提高，因为可以提高气态介质中h2的份额和/或浓度，同时可以降低气态介质中水的份额和/或浓度。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。这种类型的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。

5、根据输送装置的一种有利的扩展方案，该输送装置具有罐，其中，侧通道压缩机和罐借助连接通道至少间接地、尤其是经由分离室流体连接，并且共同构成水分离器。在此，连接通道位于比流入通道更高的测地学水平( niveau)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，并且该流入通道位于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来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。

6、根据输送装置的一种有利的扩展方案，流出通道尤其在该流出通道的上游区域中具有混合区域，其中，此外侧通道压缩机的输出端和流动通道的输出端经由该混合区域相互流体连接。通过这种方式可以实现如下优点：从计量阀中经由流动通道供应到混合区域中的驱动介质与从侧通道压缩机的压缩机室中经由该侧通道压缩机的输出端供应给混合区域的再循环物可以高效地聚集在一起并且混合。在此，驱动介质和再循环物的混合在混合区域中才发生，而在混合区域的上游在压缩机室的区域或者流动通道的区域中不发生再循环物和驱动介质的混合。因此，来自高压罐的并且经由计量阀配量到侧通道压缩机的流动通道中的处在压力下的驱动介质的压力能和/或动能的大部分可以至少几乎仅用于通过第二叶片来驱动压缩机轮。这实现如下优点：提高输送装置的和/或侧通道压缩机的效率。另外，输送装置的根据本发明的该扩展方案提供如下优点：在压缩机室的区域和/或分离室的区域和/或侧通道压缩机的区域中进行水分离之后，才使驱动介质与再循环物聚在一起，从而可以防止：驱动介质的一部分无意间通过水分离器中的水分离过程从输送机组中导出，并且因此不再能够在燃料电池堆中使用。因此，燃料电池堆的和/或燃料电池系统的效率能够提高。

7、根据输送装置的一种特别有利的构型，流动通道尤其是在压缩机室的下游的端部区域中经由节流部至少间接地与压缩机室流体连接。通过这种方式可以实现如下优点：在流动通道中的驱动介质的压力水平提高的情况下，借助节流部将驱动介质从流动通道中导走到压缩机室中，使得流动通道中的压力水平能够降低。因此防止，具有提高的压力水平的驱动介质流入到混合区域中并且从那里流入到流出通道和燃料电池堆中并且损坏该燃料电池堆，因为燃料电池堆的膜片对阴极区域与阳极区域之间的压力差反应灵敏并且可能撕裂和/或损坏。在此，节流部实施成使得驱动介质在超过确定的压力水平的情况下才经过节流部，这例如通过节流部的在结构上的几何形状构型来实现。由于压缩机轮与至少一个侧通道之间的较大的流动空间和在流动技术方面的互相配合，可以更高效地在压缩机室中降低经由节流部导走到压缩机室中的提高的压力。因此，能够降低燃料电池堆和整个燃料电池系统的失效概率，并且因此可以增加燃料电池系统的使用寿命。

8、根据输送装置的一种特别有利的构型，节流部借助执行装置能够调设、尤其是能够减小或者增加流量，其中，借助该执行装置也能够完全地在流体上关闭节流部，使得尤其是所述流动通道能够至少通过该流动连接部相对于压缩机室在流体上被封装。

9、通过这种方式能够实现如下优点：视输送装置的运行状态而定地和/或视流动通道中的压力水平而定地实现以受控制的方式将驱动介质从流动通道中导走到压缩机室中，以便调整和/或降低流动通道中和/或混合区域中和/或流出通道中的压力水平，使得经由阳极输入端流入到燃料电池堆中的气态介质不超过对燃料电池堆有害的压力水平。在输送装置的一种示例性实施方式中，借助存在于流动通道、混合区域、流出通道或者阳极输入端中的一个或者多个传感器、尤其是压力传感器，可以测量压力水平，其中，测量值用于有针对性地操控执行装置，用于调设开口横截面和/或用于关闭和/或完全打开节流部。通过这种方式能够实现更快速且更高效地从流动通道中导走驱动介质，以便防止在超过压力水平的情况下燃料电池堆被损坏。因此，能够增加燃料电池堆和/或燃料电池系统的使用寿命。

10、根据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气态介质、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开，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能够通过侧通道压缩机借助离心原理实现分离过程的效率优化。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。

11、根据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参考轴线平行地延伸的流动方向iva改变成至少几乎在重力的作用方向上延伸的流动方向ivb。通过这种方式能够实现如下优点：至少在第二子区域b中，可以仅借助已经存在的运动动能并且借助使用重力来将水通过连接通道输送直至到罐中。通过这种方式不需要附加的能量用于运输通过子区域b，该附加的能量必须首先从连接通道之外引入，该附加的能量例如是压力或者附加的冲量(impuls)。因此，可以改进水分离器的和/或输送装置的效率。

12、根据输送装置的一种特别有利的构型，第二叶片实施为佩尔顿(pelton)式涡轮机叶片。在此，第二叶片在面向驱动射流和计量阀的侧上敞开，并且在背离驱动射流和计量阀的侧上具有腹式的/隆起的(bauchig)成形部。通过这种方式能够实现如下优点：可以提高能够通过驱动射流实现的输送压力，并且可以改进在流动通道的区域中压缩机轮的在流动技术方面的效率。因此，可以提高侧通道压缩机的总效率。另外，通过具有高速度的、呈驱动射流的形式的驱动介质和作用到佩尔顿式涡轮机叶片的敞开表面上的力，能够实现改进的冲量传递和/或改进的流动效果，使得将力施加到相应的压缩机轮上并且由于杠杆臂而使该压缩机轮运动和/或保持运动。

13、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。