具有設置在外殼內的燃料電池的燃料電池系統技術方案

本發明專利技術涉及一種燃料電池系統（1），具有至少一個設置在外殼（11）內的燃料電池（2）和用于向該燃料電池（2）的陰極區（4）輸送空氣的輸送裝置（6）。在輸送裝置（6）的后面從燃料電池（2）的進氣中分支出一分氣流，該分氣流作為支承空氣和/或冷卻空氣穿流輸送裝置（6）的至少一部分。分氣流沿流動方向在輸送裝置（6）的前面或后面作為掃氣空氣穿流燃料電池（2）的外殼（11）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種按權利要求I的前序部分所詳細限定類型的具有至少一個設置在外殼內的燃料電池的燃料電池系統。
技術介紹
從普遍的現有技術中公知具有至少一個燃料電池的燃料電池系統。燃料電池在此方面通常實施為各單個燃料電池的堆疊組件。其例如可在車輛中用于產生電驅動能量。對于這種結構來說，在此通常由多個單個燃料電池實現燃料電池堆(燃料電池組)。這些燃料電池優選可構成為PEM燃料電池。這種類型的燃料電池或還有其它類型的燃料電池通常將氫或含氫的氣體作為燃料供給到燃料電池的陽極端并將氧或空氣中所含的氧供給到燃料電池的陰極端。為了能夠對這種燃料電池堆的可能的不密封性做出反應和由此防止氫或含氫的氣體與空氣形成能夠爆炸的混合氣體，在此方面從現有技術已知各種不同的措施。典型的是將燃料電池堆為此設置在一個外殼內。例如像DE 10 2007 042 784 Al中所介紹的那樣，外殼然后由掃氣空氣穿流(流過)。這種掃氣空氣在此將氫和/或氧的可能的微量泄漏從外殼掃出并將其輸送到燃料電池系統的這樣的區域內，在該區域內發生足夠的稀釋，從而不再存在能夠爆炸的混合氣體，或者在該區域內氫被燃燒或催化燃燒，以便由此避免氫排放物和能夠點燃的混合氣體。例如像上面提到的DE 10 2007 042 784 Al中描述的這種結構在此方面成本較高，因為它需要分散的部件以保持掃氣空氣流動。燃料電池系統方面其它普遍的現有技術此外還公開了陰極區所需的進氣通過流動式壓縮機被輸送。用于進氣的這種輸送裝置例如可以是純流動式壓縮機，特別是電機驅動的純流動式壓縮機。但也公開了和常見這樣的結構，其中形成有單級或多級的輸送裝置，由該輸送裝置構成渦輪增壓器類型的至少一個級。此外，所謂的電動渦輪增壓器也是公知和常用的。這種渦輪增壓器在與流動式壓縮機設置在一個共同軸上的渦輪機內利用來自燃料電池系統區域的剩余能量，或可選地由熱產生的能量，例如來自(催化)燃燒器，以便因此驅動流動式壓縮機。同時該軸上設置有電機，該電機根據功率需求和要求，要么電動機式地工作以支持流動式壓縮機，要么在渦輪機上存在比流動式壓縮機所需功率更多的情況下發電機式地工作。這種例如可能受到潤滑油或類似物污染的進氣流會導致持續損壞燃料電池并因此應無條件避免。為了確保利用這種結構不對燃料電池的陰極區造成潤滑油污染或類似污染，在燃料電池系統方面的普遍現有技術中，通常使用空氣軸承系統，以便可實現向燃料電池的陰極區輸送非常純凈的進氣流。
技術實現思路
在此本專利技術的目的在于，提供一種燃料電池系統，該燃料電池系統避免上述缺點并利用一種簡單、緊湊和成本低廉的燃料電池系統保證高效的結構。該目的根據本專利技術通過權利要求I特征部分所述的特征得以實現。根據本專利技術的燃料電池系統的其它具有優點的設計方案在此方面在從屬權利要求中予以說明。根據本專利技術的解決方案，作為支承空氣(承載空氣，Lagerluft)和/或冷卻空氣從輸送裝置的至少一部分穿流的分氣流(Teilluftstrom)沿流動方向在輸送裝置的前面或后面作為掃氣空氣穿流至少一個燃料電池的外殼。在根據本專利技術的結構中，針對輸送裝置而利用在輸送裝置后面從向燃料電池的進氣中分支出的支承空氣和/或冷卻空氣，以便除了輸送裝置的至少一部分之外還作為掃氣空氣穿流至少一個燃料電池的外殼。由此以本身公知的方式吸收可能的泄漏和/或燃料電池可能排出的氣體中能夠點燃或爆炸的混合氣體，并且可由掃氣空氣稀釋而排放到周圍環境，或者為了其它類型的應用和/或后燃燒而輸送到適當的部件。不需要用于外殼掃氣空氣的附加風扇或諸如此類的器件，在此卻可保持全部正常工作。這節省了輸送裝置和與其相關的成本，以及該輸送裝置所需的結構空間。根據本專利技術的燃料電池系統因此可比根據現有技術的燃料電池系統更加緊湊、輕便和成本低廉地構成。在根據本專利技術的燃料電池系統的另一種特別有利的設計方案中，此外掃氣空氣還沿流動方向在輸送裝置的后面穿流外殼。該流動方向確保輸送裝置的區域內較高的壓力，從而支承空氣和/或冷卻空氣在此安全可靠地以必要的壓力和必要的體積流到達。在穿流了輸送裝置和在此方面不可避免地出現壓力損失后，掃氣空氣然后進入外殼的區域內。由于在這里典型地不出現太高的壓力損失和不需要具有特別高的體積流的穿流，所以穿流輸送裝置后掃氣空氣剩下的流動能量對此完全足夠，從而總體上輸送裝置無需或僅需耗用很少的能量，以利用掃氣空氣實現外殼的徹底掃氣。因此該結構在節省結構空間和部件的情況下，與傳統的結構相比無需或僅需最小的附加能量開支。與采用掃氣空氣本身的輸送裝置的結構相比，這樣不僅可節省結構空間，而且也可節省能量。在根據本專利技術的系統的一種非常具有優點的改進方案中，此外掃氣空氣在輸送裝置與外殼之間穿流至少一個換熱器。由此可相應降低進入外殼之前掃氣空氣區域內的溫度，而不必擔心外殼和處于其中的至少一個燃料電池受到掃氣空氣的加熱。這特別是在這種情況下具有優點，即掃氣空氣在輸送裝置的區域內還承擔用于冷卻輸送裝置的例如電機驅動裝置的任務。換熱器在此方面可由氣態或液態的冷卻介質穿流，以便由此冷卻掃氣空氣。氣態冷卻介質例如可以是燃料電池系統的冷卻回路中存在的冷卻介質。在本專利技術該思路的一種替換或補充的設計方案中，在輸送裝置與外殼之間設置有用于掃氣空氣的管道元件，其形成為比純流動連接所需要的(長度)更長。通過這種有意地形成得更長且優選分布在燃料電池系統的較冷區域內的管道元件，作為對上述換熱器的替換或補充，可通過更長的流動行程達到在掃氣空氣進入外殼之前冷卻的目的。在根據本專利技術的燃料電池系統的一種有利改進方案中，此外穿流外殼后的掃氣空氣流動到具有催化活性材料的區域內。掃氣空氣向具有催化活性材料的區域內的輸送非常好地適合于減少通過外殼內的至少一個燃料電池的泄漏出現的可能的氫排放物。由此避免向周圍環境的排放并安全可靠地避免出現具有潛在危險的能夠點燃的混合氣體。具有催化活性材料的區域在此方面可不同地構成。例如可設想，正如現有技術中所公開的那樣使用復合器，該復合器僅用于消耗掃氣空氣內可能含有的氫或利用空氣氧將其轉換成水。作為對此的替換或補充，掃氣空氣4在穿流外殼后例如可輸送到陰極區的進氣處。由于陰極區內存在至少一個燃料電池的電催化器作為催化活性材料，所以在這里也可反應掉掃氣空氣運送的最小量的氫，而對燃料電池的性能沒有不利影響。由于這種催化器本來就必須存在以便保持燃料電池的正常電化學工作，所以利用這種結構可節省專門用于反應掉掃氣空氣的催化器。由于例如在使用鉬作為催化劑時催化器的成本較高，所以由此產生明顯的成本優勢。此外，在結構空間和重量方面形成優勢。但或者，正如上面已經介紹的那樣，也可使用例如這樣構成的催化燃燒器，使得來自陽極區和陰極區的排氣(廢氣)在該燃燒器內燃燒并且熱的排氣驅動例如與輸送裝置組合的膨脹器。在這種結構中，然后也可向該催化燃燒器輸送掃氣空氣。這樣也可在無需附加的催化活性材料的情況下達到氫排放物不與掃氣空氣進入周圍環境的目的。在根據本專利技術的燃料電池系統的一種具有優點的設計方案中，此外掃氣空氣沿流動方向在外殼和/或輸送裝置的前面和/或后面穿流其它所要冷卻的和/或所要加熱的部件。掃氣空氣在穿流輸送裝置時作為支承空氣或冷卻空氣相應加熱，并且在正常情況下不與外殼區域內逐漸升高的溫度接觸。因此本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·梅爾特，S·普菲策爾，
申請(專利權)人：戴姆勒股份公司，
類型：
國別省市：