本發(fā)明涉及一種用于燃料電池系統(tǒng)的輸送裝置，其用于輸送和/或再循環(huán)氣態(tài)介質(zhì)、尤其是氫氣，所述氣態(tài)介質(zhì)尤其設(shè)置用于使用在具有燃料電池驅(qū)動(dòng)器的車輛中。此外，本發(fā)明涉及一種具有根據(jù)本發(fā)明的輸送裝置的燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在車輛領(lǐng)域中，除了液態(tài)的燃料之外，氣態(tài)燃料在未來也發(fā)揮越來越大的作用。尤其是在具有燃料電池驅(qū)動(dòng)器的車輛中，必須控制氫氣氣流。在這里，氣流不再是像在噴射液體燃料時(shí)那樣不連續(xù)地被控制，而是氣體從至少一個(gè)箱、尤其是高壓箱中被取出并且通過中壓管線系統(tǒng)的箱管線線引到輸送裝置上。該輸送裝置將氣體通過低壓管線系統(tǒng)的連接管線導(dǎo)向至燃料電池。

2、從de?10?2019?201?170?a1已知一種用于燃料電池系統(tǒng)的輸送裝置，其用于輸送和/或再循環(huán)氣態(tài)介質(zhì)、尤其是氫氣，所述輸送裝置具有側(cè)通道壓縮機(jī)。在此，借助于配量閥將處于壓力下的氣態(tài)介質(zhì)供入噴射泵，其中，燃料電池的陽極輸出端與輸送裝置的輸入端流體式地連接，其中，輸送裝置的輸出端與燃料電池的陽極輸入端流體式地連接。

3、從de?10?2019?201?170?a1已知的輸送裝置已知的燃料電池系統(tǒng)可以分別具有一定的缺點(diǎn)。在此，輸送裝置的側(cè)通道壓縮機(jī)借助于驅(qū)動(dòng)器、尤其是借助于電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，所述電驅(qū)動(dòng)器借助于驅(qū)動(dòng)軸與可圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)葉輪萬向節(jié)式地連接。因此，驅(qū)動(dòng)器被用于驅(qū)動(dòng)側(cè)通道壓縮機(jī)和/或輸送裝置，并且被以能量、優(yōu)選電能供給。以此方式，必須施加能量，尤其是作為驅(qū)動(dòng)能和/或電能施加，以便驅(qū)動(dòng)側(cè)通道壓縮機(jī)和/或輸送裝置。

4、另一方面，由于驅(qū)動(dòng)器在側(cè)通道壓縮機(jī)組件上的布置而產(chǎn)生下述缺點(diǎn)：相對于安裝空間和/或幾何體積形成大的表面。由此有助于快速冷卻，尤其是在整個(gè)車輛的停車時(shí)間長的情況下，這會導(dǎo)致冰橋的提高地產(chǎn)生并且因而導(dǎo)致構(gòu)件和/或整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的提高的損壞，這又會導(dǎo)致輸送裝置和/或燃料電池系統(tǒng)的減小的可靠性和/或使用壽命。

5、此外，必須為驅(qū)動(dòng)器部件設(shè)置自身的殼體，這導(dǎo)致高的制造成本和/或材料成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于燃料電池系統(tǒng)的輸送裝置，其用于輸送和/或再循環(huán)氣態(tài)介質(zhì)、尤其是氫氣。在此，燃料電池系統(tǒng)具有陽極路徑和陰極路徑，其中，輸送裝置具有位于陽極路徑中的側(cè)通道壓縮機(jī)，所述側(cè)通道壓縮機(jī)具有殼體。此外，側(cè)通道壓縮機(jī)可以具有葉輪，所述葉輪可圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地布置。殼體分別具有所構(gòu)造的氣體進(jìn)入開口和所構(gòu)造的氣體排出開口，所述氣體進(jìn)入開口和氣體排出開口通過壓縮機(jī)空間、尤其至少一個(gè)側(cè)通道流體式地相互連接，其中，至少一個(gè)側(cè)通道具有斷路器區(qū)域。

2、參照權(quán)利要求1，輸送裝置包括與側(cè)通道壓縮機(jī)連接的渦輪機(jī)，其中，側(cè)通道壓縮機(jī)至少間接地借助于位于陰極路徑中的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。以此方式可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：作為附加的構(gòu)件可以省去驅(qū)動(dòng)器、尤其是電驅(qū)動(dòng)器，并且因而不必為輸送裝置的驅(qū)動(dòng)器使用附加的能量、尤其是電能，因?yàn)閭?cè)通道壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以僅僅借助于渦輪機(jī)來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殛帢O路徑無論如何都處于工作壓力、尤其是2.5-3.5巴的工作壓力下，可以使用陰極排出空氣的降壓、尤其是降壓能量，以便借助于渦輪機(jī)至少間接地驅(qū)動(dòng)側(cè)通道壓縮機(jī)。通過使用渦輪機(jī)也可以省去用于電驅(qū)動(dòng)器的、具有功率電子部件的構(gòu)件。因此，可以降低構(gòu)件成本并且因而降低輸送裝置的總成本。此外，在燃料電池系統(tǒng)的一種示例性的實(shí)施方式中，噴射泵可以僅可選地安裝，并且也可以僅僅使用在陽極路徑中的側(cè)通道壓縮機(jī)來輸送氣態(tài)介質(zhì)。

3、此外，以此方式可以改進(jìn)燃料電池系統(tǒng)的有效作用系數(shù)，因?yàn)榭梢允褂媒柚谠谙到y(tǒng)中已經(jīng)存在的、來自陰極路徑中的能量而有效率地驅(qū)動(dòng)側(cè)通道壓縮機(jī)，所述能量否則可能會至少部分地放出到環(huán)境中，而不是必須使用附加的電能，例如來自緩沖電池的電能，所述附加的電能必須借助于對燃料、尤其氫氣的附加消耗來產(chǎn)生。

4、此外，借助于根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送裝置的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：可以改進(jìn)輸送裝置和/或側(cè)通道壓縮機(jī)的冷啟動(dòng)能力，因?yàn)橛捎谑∪チ嗽趥?cè)通道壓縮機(jī)上的驅(qū)動(dòng)器構(gòu)件，也不必設(shè)置自身的驅(qū)動(dòng)殼體，由此，輸送裝置和/或側(cè)通道壓縮器的總表面相對于其體積減小，由此，在整個(gè)車輛的停車時(shí)間長的情況下，延遲側(cè)通道壓縮機(jī)和/或輸送裝置冷卻到0℃的溫度以下。因此，可以防止或者至少減少在側(cè)通道壓縮機(jī)中的冰橋產(chǎn)生，尤其是由于在氣態(tài)介質(zhì)中存在的水引起的冰橋產(chǎn)生，從而可以降低輸送裝置的故障概率。也可以節(jié)省用于驅(qū)動(dòng)殼體的制造成本和/或材料成本。

5、通過在從屬權(quán)利要求中所舉出的措施實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求1中給出的輸送機(jī)裝置的有利拓展。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案。

6、根據(jù)輸送裝置的有利構(gòu)型，輸送裝置包括耦合元件，所述耦合元件尤其是實(shí)施為磁體耦合裝置，其中，借助于耦合元件可將轉(zhuǎn)矩尤其是間接地從渦輪機(jī)傳遞到側(cè)通道壓縮機(jī)上。以此方式，可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：側(cè)通道壓縮機(jī)和渦輪機(jī)不直接機(jī)械式連接，由此防止具有破壞性影響的力、尤其是橫向力或者縱向力從渦輪機(jī)傳遞到側(cè)通道壓縮機(jī)上。這些破壞性的力可以涉及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和/或所產(chǎn)生的相對于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線軸向地伸展的力，尤其是在快速地起動(dòng)時(shí)可能導(dǎo)致所述力。因此，可以以此方式防止側(cè)通道壓縮機(jī)的損壞。此外，借助于磁體耦合裝置可以防止來自渦輪機(jī)的運(yùn)行的軸向力和/或徑向力和/或者沖擊負(fù)荷和/或扭矩峰值傳遞到側(cè)通道壓縮機(jī)上。具有這類耦合元件的輸送裝置的另一可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于，在渦輪機(jī)和側(cè)通道壓縮機(jī)之間不存在直接的機(jī)械式連接，例如借助于貫通的軸進(jìn)行的連接，而是實(shí)現(xiàn)機(jī)械式連接的中斷、尤其是在空間上的中斷。在此，機(jī)械式的連接的這種中斷可以例如位于從陽極路徑到陰極路徑的過渡區(qū)域中。因此，可以降低輸送裝置的故障概率和/或提高輸送裝置的使用壽命。

7、根據(jù)一種有利的擴(kuò)展方案，輸送裝置的耦合元件至少具有第一磁體和/或第二磁體的構(gòu)件，其中，第一磁體與第一機(jī)械式連接元件(尤其是第一軸)材料鎖合地、形鎖合地或者力鎖合地連接，和/或，其中，第二磁體與第二機(jī)械式連接元件(尤其是第二軸)材料鎖合地、形鎖合地或者力鎖合地連接。以此方式，可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：耦合元件和/或磁體耦合裝置具有低的復(fù)雜度，因此需要少的構(gòu)件并且因而使輸送裝置的總成本保持低。也不需要給磁體耦合裝置通電流，從而一方面可以節(jié)省能量、尤其是電能。另一方面，磁體耦合裝置也可以在電流中斷的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，由此可以降低輸送機(jī)的故障概率。它也不需要摩擦對和/或接觸對的直接接觸，由此可以實(shí)現(xiàn)耦合器的至少幾乎無磨損運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。這導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)和/或車輛和/或輸送裝置的更高的可靠性。

8、根據(jù)輸送裝置的特別有利的構(gòu)型，第一磁體實(shí)施為第一環(huán)式磁體，而第二磁體實(shí)施為第二環(huán)式磁體，其中，相應(yīng)的環(huán)式磁體環(huán)繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線盤狀地伸展，其中，第一環(huán)式磁體在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向上布置在第二環(huán)式磁體旁邊。以此方式可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：耦合元件可以以緊湊的結(jié)構(gòu)型式實(shí)施，因?yàn)榄h(huán)式磁體由于其直徑而主要需要相對于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線在徑向上的安裝空間，然而，其中，耦合元件可以相對于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線軸向地實(shí)施，并且因而相對于第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線在軸向上需要少量安裝空間。此外，通過環(huán)式磁體的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可以提高可傳遞的扭矩。此外，環(huán)式磁體和/或耦合元件的緊湊結(jié)構(gòu)類型、尤其是相對于體積而言具有盡可能小的表面的結(jié)構(gòu)類型而提供下述優(yōu)點(diǎn)：在低的環(huán)境溫度下、尤其是在0℃以下的范圍內(nèi)，輸送裝置和/或相應(yīng)的磁體和/或者耦合元件的冷卻更緩慢地進(jìn)行并且因而可以更長時(shí)間地推遲冰橋產(chǎn)生的發(fā)生。

9、根據(jù)一種特別有利的擴(kuò)展方案，第一環(huán)式磁體和/或第二環(huán)式磁體可圍繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線同中心地轉(zhuǎn)動(dòng)地布置，其中，至少一個(gè)盤狀地環(huán)繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的空氣間隙位于第一環(huán)式磁體和第二環(huán)式磁體之間。以此方式可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：借助于盤狀地環(huán)繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的空氣間隙在第一環(huán)式磁體和第二環(huán)式磁體之間的布置可以實(shí)現(xiàn)耦合元件和/或輸送裝置的緊湊結(jié)構(gòu)類型。此外，空氣間隙、第一環(huán)式磁體和/或第二環(huán)式磁體的這種布置提供了在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線地方向上快速地裝配和拆卸耦合元件和側(cè)通道壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，由此可以降低裝配成本并且由此可以減少產(chǎn)生的維護(hù)成本。

10、根據(jù)輸送裝置的有利擴(kuò)展方案，密封膜位于耦合元件的區(qū)域中，其中，密封膜實(shí)現(xiàn)陽極路徑與陰極路徑的流體式封裝和/或分隔。在此，密封膜可以在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向上位于第一磁體和第二磁體之間，尤其是位于空氣間隙的區(qū)域中。以此方式可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：借助于盤狀地環(huán)繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的空氣間隙在第一環(huán)式磁體和第二環(huán)式磁體之間的布置可以實(shí)現(xiàn)耦合元件和/或輸送裝置的緊湊的結(jié)構(gòu)類型。此外，空氣間隙的這種布置提供下述優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)陰極路徑與陽極路徑的封裝、尤其是流體式封裝和/或流體式分隔。因此，可以防止空氣從陰極路徑到達(dá)陽極路徑中和/或氫氣從陽極路徑到達(dá)陰極路徑中，由此防止爆鳴氣混合物，所述爆鳴氣混合物可能導(dǎo)致輸送裝置和/或燃料電池系統(tǒng)的(尤其是由于爆炸引起的)損壞。因此，借助于具有密封膜的輸送裝置的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)型可以減小耦合元件和/或輸送裝置和/或燃料電池系統(tǒng)的故障概率，同時(shí)可以提高其使用壽命。

11、根據(jù)輸送裝置的一種有利的擴(kuò)展方案，第一磁體和/或第二磁體至少部分地具有硬鐵氧體和/或陶瓷材料。以此方式，可以提高磁體耦合裝置對研磨顆粒和損壞的抵抗力并且因而提高側(cè)通道壓縮機(jī)的使用壽命。此外，可以以此方式改進(jìn)磁體耦合裝置的有效作用系數(shù)和響應(yīng)行為并且減小耦合裝置打滑的危險(xiǎn)。

12、根據(jù)輸送裝置的一種有利的構(gòu)型，傳動(dòng)裝置、尤其是連續(xù)可變的傳動(dòng)裝置位于渦輪機(jī)和側(cè)通道壓縮機(jī)之間，其中，傳動(dòng)裝置位于第一和/或第二機(jī)械式連接元件的區(qū)域中。以此方式可以實(shí)現(xiàn)下述優(yōu)點(diǎn)：由渦輪機(jī)生成的轉(zhuǎn)矩和/或轉(zhuǎn)數(shù)尤其借助于第二機(jī)械式連接元件通過傳動(dòng)裝置改變，使得根據(jù)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)所需要的轉(zhuǎn)數(shù)和/或所需要的轉(zhuǎn)矩可以引入和/或提供到側(cè)通道壓縮機(jī)中，尤其是借助于第一機(jī)械式連接元件引入和/或提供。因此，可以提高側(cè)通道壓縮機(jī)和/或輸送裝置和/或燃料電池的有效作用系數(shù)。

13、根據(jù)輸送裝置的一種有利的構(gòu)型，渦輪機(jī)位于燃料電池的陰極區(qū)域的流下游，尤其位于陰極區(qū)域與來自陰極路徑的導(dǎo)出裝置之間。在此，側(cè)通道壓縮機(jī)位于燃料電池的陽極區(qū)域的流上游，尤其位于連接管線的區(qū)域中。以此方式可以提高輸送裝置的有效作用系數(shù)并且可以減小可能發(fā)生的流損失。此外，以此方式實(shí)現(xiàn)輸送裝置的緊湊的結(jié)構(gòu)類型、尤其是構(gòu)件渦輪機(jī)和/或耦合元件和/或側(cè)通道壓縮機(jī)和/或相應(yīng)的機(jī)械式連接元件的緊湊結(jié)構(gòu)類型。

14、根據(jù)輸送裝置的一種有利的構(gòu)型，渦輪機(jī)位于燃料電池的陰極區(qū)域的流下游，尤其位于陰極區(qū)域與來自陰極路徑的導(dǎo)出裝置之間。在此，側(cè)通道壓縮機(jī)位于燃料電池的陽極區(qū)域的流下游，尤其位于回流管線的區(qū)域中。以此方式可以提高輸送裝置的有效作用系數(shù)并且減小可能發(fā)生的流損失。此外，以此方式實(shí)現(xiàn)輸送裝置的緊湊結(jié)構(gòu)類型、尤其是構(gòu)件渦輪機(jī)和/或耦合元件和/或側(cè)通道壓縮機(jī)和/或相應(yīng)的機(jī)械式連接元件的緊湊結(jié)構(gòu)類型。

15、根據(jù)輸送裝置的有利構(gòu)型，渦輪機(jī)位于燃料電池的陰極區(qū)域的流上游，尤其位于到陰極路徑的供入裝置與陰極區(qū)域之間。在此，側(cè)通道壓縮機(jī)位于燃料電池的陽極區(qū)域的流下游，尤其位于回流管線的區(qū)域中。以此方式可以提高輸送裝置的有效作用系數(shù)并且減小可能發(fā)生的流損失。此外，以此方式實(shí)現(xiàn)輸送裝置的緊湊結(jié)構(gòu)類型、尤其是構(gòu)件渦輪機(jī)和/或耦合元件和/或側(cè)通道壓縮機(jī)和/或相應(yīng)的機(jī)械式連接元件的緊湊結(jié)構(gòu)類型。

16、根據(jù)輸送裝置的有利構(gòu)型，渦輪機(jī)位于燃料電池的陰極區(qū)域的流上游，尤其位于到陰極路徑的供入裝置與陰極區(qū)域之間。在此，側(cè)通道壓縮機(jī)位于燃料電池的陽極區(qū)域的流上游，尤其位于連接管線的區(qū)域中。以此方式可以提高輸送裝置的有效作用系數(shù)并且減小可能發(fā)生的流損失。此外，以此方式實(shí)現(xiàn)輸送裝置的緊湊結(jié)構(gòu)類型、尤其是構(gòu)件渦輪機(jī)和/或耦合元件和/或側(cè)通道壓縮機(jī)和/或相應(yīng)的機(jī)械式連接元件的緊湊結(jié)構(gòu)類型。

17、本發(fā)明不限于在這里所說明的實(shí)施例和這其中所強(qiáng)調(diào)的方面。更確切地說，在權(quán)利要求所給出的范圍內(nèi)，大量的變型是可行的，所述變型處于本領(lǐng)域技術(shù)人員處理的框架下。