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。

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。

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，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。由于水分离器的构造方式，由于内部管路敷设、在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，出现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。

4、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关于结构空间和/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，所述构件彼此分开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。

技术实现思路

1、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上、尤其处在第二平面上，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、尤其处在第一平面中，并且其中，借助驱动器、尤其是电驱动器来驱动所述侧通道压缩机，其中，所述驱动器在参考轴线的方向上位于所述侧通道压缩机与所述罐之间。

2、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。

3、根据本发明，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(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，并且该流入通道处在低的测地学水平上。在此，借助驱动器、尤其是电驱动器来驱动侧通道压缩机，其中，该驱动器在参考轴线的方向上位于侧通道压缩机与罐之间。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。此外，能够实现如下优点：防止尤其是在整个车辆长时间停放的情况下构件侧通道压缩机、驱动器和罐的快速冷却，这导致减少和/或避免冰桥的形成。在此，以有利的方式利用如下效应：驱动器在运行中产生热量，例如通过摩擦和/或电阻，其中，该热量能够用于避免在共同的壳体中的所有构件的冷却。在此有利的是，驱动器位于构件侧通道压缩机与罐之间，因为该驱动器因此可以将其热能均匀地沿两个方向传递给这些构件。此外，因此防止罐和包含在该罐中的水的冷却，其中，防止水结冰并且防止由于水在冰点以下的较大膨胀而由于膨胀损坏该罐。因此，可以增加输送装置的和/或水分离器的和/或侧通道压缩机的和/或罐的可靠性。

4、根据该输送装置的一种特别有利的构型，连接通道至少在连接通道的长度的一部分上延伸穿过驱动器的壳体的内部空间。通过这种方式可以实现如下优点：可以借助流动通过该连接通道的介质来冷却驱动器。尤其是在燃料电池系统的确定的运行状态中在驱动器的高转速下，会在驱动器中出现增加的热量发展。在此，较凉的并且流动通过该连接通道的介质用于驱动器的温度降低，其方式是，该介质从驱动器中吸收现有的热能并且经由连接通道从该驱动器中将该热能运输出来。因此，能够降低该驱动器的由于通过增加的温度造成的损坏而引起的失效概率，由此能够增加整个输送装置的使用寿命。

5、根据该输送装置的一种有利的构型，罐借助导热元件与驱动器、尤其是与驱动器的壳体连接。通过这种方式可以实现如下优点：可以以更快速且更高效的方式将在驱动器中产生的热能从驱动器传递到罐上。此外，可以至少减缓在整个车辆的长停放时间和低的外部温度、尤其是低于0℃的情况下罐的冷却，因为持续地也在关断输送装置和/或驱动器之后将剩余热能从驱动器传递到罐上。因此，能够防止由于水结冰对罐的损伤，并且可以降低输送装置的和/或水分离器的和/或罐的失效概率。

6、根据该输送装置的一种有利的扩展方案，构件侧通道压缩机、驱动器和罐位于共同的壳体中。通过这种方式，尤其在整个车辆长时间停放的情况下，通过将所述构件布置在共同的壳体中，在输送装置的体积总体上减小的情况下，能够实现输送装置的和/或燃料电池系统的改进的冷启动能力，因为需要加热的质量较少，并且因为可以利用各个构件的现有热量来加热共同的壳体。在此，此外可以降低输送装置的和/或燃料电池系统的失效概率，其中，可以增加使用寿命。另外，可以实现输送装置的紧凑的结构形式，因为三个构件侧通道压缩机、罐和驱动器可以安装在共同的壳体中。

7、根据该输送装置的一种特别有利的扩展方案，侧通道压缩机的转动轴线与参考轴线至少几乎平行地延伸。通过这种方式可以实现如下优点：可以在参考轴线的方向上实现输送装置的构件的更紧凑的布置，因为侧通道压缩机因此在参考轴线的方向上需要更少的结构空间。因此，在整个车辆中可以减小输送装置所需要的结构空间。

8、根据该输送装置的一种特别有利的构型，连接通道在第一子区域a中在第一导走方向上延伸，并且其中，连接通道在第二子区域b中在第二导走方向上延伸，其中，第一导走方向与第二导走方向至少几乎正交地延伸。在此，可以在第一子区域a与第二子区域b之间构造弯曲部。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，由于连接通道成形为具有第一子区域a和的第二子区域b，罐可以通过驱动器布置在侧通道压缩机上。因此，在共同的组合体中的构件侧通道压缩机、驱动器和罐的表面能够减小，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引导出来，其中，由于旋转运动而存在于水中的动能的大部分仍主要由被驱动的压缩机轮来引入。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在那里被收集。因此，可以节省在现有技术中必须产生附加的能量、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。

9、根据该输送装置的一种特别有利的构型，借助离心原理，在侧通道压缩机中将组分水与气态介质分离。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。

10、根据该输送装置的一种有利构型，水分离器和/或罐位于阳极输出端的上方和/或第一平面的上方。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。

11、根据该输送装置的一种特别有利的扩展方案，侧通道压缩机具有加热元件，其中，该加热元件尤其位于该侧通道压缩机的壳体和/或该输送装置的共同的壳体中。通过这种方式可以实现如下优点：在整个车辆的冷启动程序中，尤其在环境温度低于0℃时，在输送装置的和/或侧通道压缩机的和/或罐的流动轮廓中，借助例如给加热元件通电和/或给加热元件供给能量来消除现有的冰桥。在此，加热元件借助所引入的能量发热，并且将该能量以热能的形式传递到共同的壳体上并且从那里传递到冰桥上，尤其使所述冰桥融解。

12、但是，在该输送装置的另外的示例性实施方式中，加热元件也可以位于该输送装置的所有另外的构件中。

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。