[發明專利]用于燃料電池組的空氣供給裝置、燃料電池系統以及運行空氣供給裝置的方法

無效

• 申請號: 200980138510.2
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN102171878A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: S·薩姆瑟;M·斯圖特
• 申請（專利權）人: 戴姆勒股份公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;F02B37/00;H01M8/06;H01M8/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;張亞非

技術領域

本發明涉及一種用于燃料電池組的空氣供給裝置，該空氣供給裝置具有：壓縮機，該壓縮機用于壓縮可經由輸入管路輸送給燃料電池組的輸入空氣；渦輪機，燃料電池組的排出空氣可被輸送給該渦輪機以驅動所述壓縮機；可用燃料加載的燃燒室，其中所述渦輪機可用燃燒室的排氣加載。另外，本發明還涉及一種具有用于將輸入空氣輸送給燃料電池組的空氣供給裝置的燃料電池系統以及一種用于運行燃料電池組的空氣供給裝置的方法。

背景技術

從車輛制造學已知一種用于燃料電池組的空氣供給裝置，該空氣供給裝置具有與內燃機的空氣供給裝置非常類似的部分。雖然燃料電池驅動與通過內燃機的驅動就其功能和結構而言是不同的，但是基于排氣渦輪增壓器的空氣供給裝置被證實是用于向燃料電池組供應輸入空氣的非常高效的流體機械。燃料電池組在燃料電池驅動期間提供電能用以驅動機動車。

在用于燃料電池組的、具有壓縮機--該壓縮機壓縮可經由輸入管路輸送給燃料電池組的輸入空氣--的空氣供給裝置中，為了驅動壓縮機，設有渦輪機，燃料電池組的排出空氣可輸入該渦輪機。另外，從現有技術也已知可用燃料加載的燃燒室，其中所述渦輪機可用燃燒室的排氣來加載。通過這種用燃燒室的排氣對渦輪機進行的附加的加載，提供了升壓器功能，借助該升壓器功能，可以通過將特別大的輸入空氣質量流輸入燃料電池組而在短時間內、較快速地得到燃料電池組提高的功率。如果為了驅動壓縮機而設有電驅動部件，那么不需要根據功率要求--該功率要求是要能夠提供所述特別高的、通過壓縮機輸送的質量流--來設計該電驅動部件。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種開頭所述類型的空氣供給裝置和方法，所述空氣供給裝置或所述方法能夠特別高效地驅動渦輪機。

在根據本發明的用于燃料電池組的供給裝置中，所述供給裝置具有：壓縮機，該壓縮機用于壓縮可經由輸入管路輸送給燃料電池組的輸入空氣；渦輪機，燃料電池組的排出空氣可被輸送至該渦輪機以驅動壓縮機；以及可用燃料加載的燃燒室，其中所述渦輪機可用燃燒室的排氣來加載，所述輸入管路具有分支管路，借助該分支管路可將被壓縮的輸入空氣輸送至燃燒室。

本發明基于這樣的認知：如果將每單位體積的氧含量較高的輸入空氣輸送至燃燒室，則能特別高效地驅動渦輪機。亦即，如果將被壓縮的輸入空氣作為氧化劑輸送至燃燒室，那么在輸入燃料并點燃之后所進行的、呈自由基鏈反應形式的燃燒會伴隨著特別高的能量釋放。所述燃燒室的特別高能的排氣導致特別高效地驅動渦輪機。

通過用燃燒室的排氣加載渦輪機而引起的渦輪機較高的功率使得能借助壓縮機向燃料電池組增強地輸送輸入空氣，從而能夠提高燃料電池組的功率。在使用這種尤其可在短期內使用的升壓器功能時，由壓縮機壓縮的輸入空氣的主要部分被輸送至燃料電池組并被用于產生電流。而輸入空氣的在分支管路處被分岔出去的分氣流則借助在燃燒室內的燃燒實現用高能排氣加載所述氣體渦輪機，并因此提高了燃料電池組的功率。

燃料電池組即使未將待點燃的燃料輸送至燃燒室，即在燃燒室內不發生燃燒，也能使輸入空氣的分氣流經由分支管路旁路繞過燃料電池組。在此，由分支管路提供的旁路提供了一除燃料電池組之外的附加的可被穿流過的截面。在此，當壓縮機在其喘振界限附近運行時，在給定壓比的情況下，壓縮機能提供更大的質量流并從而避免了壓縮機的喘振。為了在所述較大的質量流期間維持所述給出的壓比，在此可借助不同于渦輪機的驅動裝置、例如借助電動機為壓縮機提供所需的功率。

可以設想，為了將存在于燃料電池組的排出空氣中的剩余氧氣用于燃燒，可將燃料電池組的排出空氣至少以補充的方式輸送至燃燒室。

在本發明的一種有利構造方式中，渦輪機設計成雙流式的，其中第一螺旋通道可用燃燒室的排氣加載而第二螺旋通道可用燃料電池組的排出空氣加載。因此，較冷的燃料電池排出空氣可像較熱的燃燒室排氣一樣輸送至相同的渦輪機。在燃料電池組的排出空氣的溫度超過100℃不太多的同時，所述燃燒室的排氣的溫度可通過燃燒室達到例如600℃至700℃。因此，輸送至雙流渦輪機的排氣流或排出空氣流具有不同的成分、不同的入口溫度以及不同的入口壓強。

第一螺旋通道和第二螺旋通道可設置成，使得燃燒室的排氣和燃料電池組的排出空氣首先直接在渦輪機的渦輪的上游相遇。同樣可設想，使所述(氣)流直到在進入渦輪的區域內之前還保持分開。