再循环风机和燃料电池系统中的再循环系统的制作方法

本技术涉及一种用于针对燃料电池系统中含氢气气体的气体的回收的再循环风机。

背景技术：

1、在交通工具（例如汽车、火车、飞机或船）中可以设有燃料电池系统。在燃料电池系统中例如藉由氢气生成电能，以驱动交通工具。

2、燃料电池系统除了被供应气态氢气的燃料电池单元之外还可以具有用于将没有被消耗的氢气气体回收至燃料电池单元的输入端的回收装置。在回收装置中设有再循环风机，以便将没有被消耗的氢气气体回收至输入端。由此可以实现较小的燃料消耗。通过再循环尤其提高了燃料利用率，并且因此提高了效率。

3、常规的再循环风机是电动驱动或机械驱动的。基于喷射器原理的常见方案不需要从外部供应能量就足够。再循环风机可以被设计为电驱动压缩机，例如径流式压缩机。还可以使用额定压力比相对较小的侧通道压缩机和旋转活塞风机（所谓的罗茨风机）。

技术实现思路

1、所提出的目的是，提供一种替代性的再循环风机。

2、该目的通过用于针对燃料电池系统中含氢气气体的气体的回收装置的再循环风机来实现。

3、按照本实用新型的再循环风机，所述再循环风机用于针对燃料电池系统中含氢气气体的气体的回收，所述再循环风机包括：能被涡轮机驱动的风机，所述风机被设计成用于输送回流；以及涡轮机，所述涡轮机被设计成用于驱动所述风机，并且所述涡轮机能够被氢气流驱动。

4、再循环风机包括：可被涡轮机驱动的风机，该风机被设计成用于输送回流；以及涡轮机，该涡轮机被设计成用于驱动风机，并且该涡轮机能够被氢气流驱动。

5、燃料电池系统中的再循环系统提出，再循环风机与氢气储存器相联接。

6、再循环风机用于回收含氢气气体的气体。术语“气体”既包括氢气气体，也包括含氢气气体的气体混合物。有利地，氢气气体是这种气体混合物的主要成分。再循环风机提高了用于燃料电池型电动交通工具（例如汽车、火车、飞机或船）的燃料电池系统的效率和使用寿命。降低所提出的方案旨在：将再循环风机所需的电力降低至最小，以节省燃料（即氢气）并因此提高交通工具的续航里程。

7、再循环风机的基础是受涡轮机驱动的风机，类似于涡轮增压器的压缩机，其中涡轮机本身被氢气流过并且被其驱动。再循环风机利用来自氢气储存器的膨胀的氢气和氢气储存器的压力势来驱动涡轮机，涡轮机随后驱动风机。

8、基于氢气涡轮机的再循环风机方案对电力的需求很小，因为至多燃料电池单元的空载通风（leerlaufbelüftung）还需要电力，并且显著地节省了能够被用于提高交通工具续航里程的电能。此外，涡轮机驱动提供了额外的成本节约潜力，因为不需要昂贵的功率电子器件、冷却剂、空气轴承或防止氢气渗透的措施。

9、再循环风机将在燃料电池单元中反应时没有被消耗的氢气输送回至燃料电池系统的燃料电池单元，这降低了燃料电池单元的氢气消耗和老化。再循环风机还有利地用作压缩机，以维持氢气朝向燃料电池的输入端的流动方向。作为压缩机的风机将没有被消耗的氢气作为回流输送回至燃料电池单元的输入端。对风机的驱动通过如下的氢气流来进行，该氢气流作为燃料电池单元的燃料从氢气储存器、经过再循环风机的涡轮机被引导到燃料电池单元中。因此，燃料电池系统的再循环系统利用氢气储存器中的较高的压力水平来提高系统的效率。

10、在一个实施方式中，再循环风机包括风机中的用于输送回流的风机叶轮以及涡轮机中的涡轮机叶轮。风机叶轮和涡轮机叶轮彼此相联接，使得通过将涡轮机叶轮的转动传递至风机叶轮来使涡轮机叶轮的转动驱动风机叶轮。涡轮机叶轮能够被氢气流驱动。

11、风机叶轮是受涡轮机驱动的，其中来自氢气储存器的氢气驱动涡轮机叶轮，然后被引入燃料电池单元。流入燃料电池单元的氢气在到达那里的途中被用来驱动再循环风机。

12、具有待回收氢气的回流以及具有要从氢气储存器供应到燃料电池单元的氢气的氢气流以在空间上分离的方式流过再循环风机。

13、在一个实施方式中，再循环风机包括涡轮机中的涡轮机入口，通过该涡轮机入口，来自氢气储存器的氢气能够作为氢气流被引导至涡轮机叶轮，从而使氢气流驱动涡轮机叶轮并且使其转动。氢气流经过涡轮机出口离开涡轮机并流入燃料电池单元。回流从风机入口、经过风机流向到风机出口。

14、对风机的驱动可以以仅受涡轮机驱动的方式来进行。在这样的实施方式中，没有对风机提供额外的电动驱动，因此避免了氢气渗透到电气部件或电磁部件中的问题。在这种受涡轮机驱动的风机的情况下，成本和复杂性都更低。

15、在一个实施方式中，风机可以额外地被电动驱动，因此作为涡轮机驱动的替代方案，风机可以被电动驱动，或者涡轮机驱动得到电动辅助。在涡轮机驱动和电动驱动结合的情况下，对电动驱动的功率要求明显低于在常规的纯电动驱动的情况下的功率要求。在燃料电池系统的工作过程中，涡轮机驱动显著地节省了电能。为电动驱动而设的电动机必须被密封以防止氢气侵入。

16、有利地，涡轮机驱动的功率是能够被调节的，以便因此还设定风机的压缩机功率。这样的调节可以通过对来自储存器的、驱动涡轮机叶轮的氢气流进行节流来实现。这例如可以通过连接在涡轮机上游的阀来实现，该阀作为减压阀对氢气流进行节流。替代性地或附加地，这种调节可以通过如下方式来进行，即，使来自储存器的氢气流仅部分地流过涡轮机，而其余部分被引导绕过涡轮机。为此目的，可以提供阀、尤其是旁通阀。在一个实施方式中，旁通阀可以布置在增压器的废气门附近。阀可以是再循环风机的一体式组成部分，或者可以被设置为再循环系统中的单独部件，以便对涡轮机进行调节。在涡轮机驱动受电动辅助的情况下，对涡轮机驱动的调节还可以通过借助于通电对电动驱动进行调节来进行。为了对涡轮机驱动进行调节以及在此为了利用储存器的膨胀压差（expansionsgefälle），另一种方案提出，通过使涡轮机减速来导出部分的电能。

17、在一个实施方式中，风机叶轮和涡轮机叶轮由转子包括。转子包括再循环风机的旋转部件。有利地，转子能够被电动驱动，因此风机叶轮不一定要被涡轮机叶轮驱动。在一个实施方式中，转子的受涡轮机驱动的转动可以得到电动辅助。在一个实施方式中，电动机与转子相联接，从而使电动机驱动转子或辅助转子的旋转。电动机可以被操控成使得风机的功率可以因此被影响。

18、在一个实施方式中，转子包括轴，该轴与涡轮机叶轮和风机叶轮相连接。涡轮机叶轮和风机叶轮布置在轴的端部区域处。电动机布置在风机叶轮与涡轮机叶轮之间。轴能够被电动机驱动或其转动能够得到电动机的辅助。电动机的这种布置方式伴随着紧凑的结构方式。

19、替代性地，电动机布置在风机叶轮的背离涡轮机叶轮的一侧，或者电动机布置在涡轮机叶轮的背离风机叶轮的一侧。在这些布置方式中，风机叶轮和涡轮机叶轮可以被定位成靠近彼此。这可以达到这样的程度，即，在一个实施方式中，涡轮机叶轮和风机叶轮是以背靠背的布置方式布置的并且被设计为一个部件。

20、在一个实施方式中，通过旁通阀，氢气流能够至少部分地被引导绕过涡轮机叶轮，从而可以影响风机的功率。对涡轮机的这种类型的调节可以通过旁通阀（还称为“废气门”）或类似的功率调节机构来进行。当旁通阀打开时，旁通阀使氢气流至少部分地被引导绕过涡轮机叶轮。在闭合的状态下，氢气流流过涡轮机叶轮。

21、电动机和旁通阀可以实现，对风机的功率进行控制并且使其与工作要求相适配。

22、再循环风机被用于燃料电池系统的再循环系统。再循环风机与氢气储存器相联接，从氢气储存器馈送氢气流以驱动涡轮机叶轮。再循环风机的涡轮机入口与氢气储存器相联接，其方式为使氢气流驱动涡轮机叶轮。

23、有利地，所述再循环风机联接在所述氢气储存器与燃料电池单元之间，从而使氢气流可以驱动再循环风机，然后流入燃料电池单元。这种联接可以借助于另外的部件、例如通过阀来进行。此外，具有没有被消耗的氢气的回流流回（被风机输送回）到燃料电池单元。为此目的，再循环风机的风机联接在燃料电池单元的输出端与输入端之间。

24、所述再循环风机联接在所述燃料电池单元的输出端与输入端之间。

25、上述再循环风机可以基于常规的风机设计方案，这种风机设计方案已在其针对氢气的气体流的应用方面进行了适配，因此成本及复杂性在功率电子器件和电动机方面也是明晰的。

26、有利地，所述再循环风机包括用于输送所述回流的风机叶轮、以及涡轮机叶轮，所述风机叶轮和所述涡轮机叶轮彼此相联接，其方式为使所述涡轮机叶轮的转动驱动所述风机叶轮，其中，所述涡轮机叶轮能够被所述氢气流驱动。

27、有利地，所述再循环风机包括所述涡轮机中的涡轮机入口，通过所述涡轮机入口，氢气能够作为氢气流被引导至所述涡轮机叶轮，从而使所述氢气流驱动所述涡轮机叶轮并且使其转动。

28、有利地，所述再循环风机的涡轮机入口与所述氢气储存器相联接，从而从所述氢气储存器馈送所述氢气流。

29、有利地，所述风机能够被电动驱动，和/或对所述风机的涡轮机驱动能够被电动辅助。

30、有利地，涡轮机驱动的功率是能够被调节的。

31、有利地，所述风机叶轮和所述涡轮机叶轮由转子包括，并且电动机联接到所述转子，从而使得所述电动机驱动所述转子和/或辅助所述转子的转动。

32、有利地，所述转子包括轴，所述轴与所述涡轮机叶轮和所述风机叶轮相联接，并且所述轴能够被电动机驱动，或者所述轴的转动能够得到所述电动机的辅助。

33、有利地，所述电动机布置在所述风机叶轮与所述涡轮机叶轮之间，或者所述电动机布置在所述风机叶轮的背离所述涡轮机叶轮的一侧，或者所述电动机布置在所述涡轮机叶轮的背离所述风机叶轮的一侧。

34、有利地，所述涡轮机叶轮和所述风机叶轮是以背靠背的布置方式布置的并且被设计为一个部件。

35、有利地，通过旁通阀，所述氢气流能够至少部分地被引导绕过所述涡轮机叶轮。

36、有利地，通过减压阀，所述氢气流能够在所述涡轮机的输入端侧被节流。

37、有利地，所述氢气来自氢气储存器。

38、有利地，通过旁通阀，所述氢气流能够至少部分地被引导绕过所述涡轮机叶轮。

39、有利地，通过减压阀，所述氢气流能够在所述涡轮机的输入端侧被节流。

40、有利地，所述再循环风机的涡轮机联接在所述氢气储存器与燃料电池单元之间。

41、有利地，所述再循环风机的风机叶轮联接在所述燃料电池单元的输出端与输入端之间。