专利名称：用于燃料电池组的空气供给装置、燃料电池系统以及运行空气供给装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃料电池组的空气供给装置，该空气供给装置具有压缩机， 该压缩机用于压缩可经由输入管路输送给燃料电池组的输入空气；涡轮机，燃料电池组的排出空气可被输送给该涡轮机以驱动所述压缩机；可用燃料加载的燃烧室，其中所述涡轮机可用燃烧室的排气加载。另外，本发明还涉及一种具有用于将输入空气输送给燃料电池组的空气供给装置的燃料电池系统以及一种用于运行燃料电池组的空气供给装置的方法。
背景技术：
从车辆制造学已知一种用于燃料电池组的空气供给装置，该空气供给装置具有与内燃机的空气供给装置非常类似的部分。虽然燃料电池驱动与通过内燃机的驱动就其功能和结构而言是不同的，但是基于排气涡轮增压器的空气供给装置被证实是用于向燃料电池组供应输入空气的非常高效的流体机械。燃料电池组在燃料电池驱动期间提供电能用以驱动机动车。在用于燃料电池组的、具有压缩机一该压缩机压缩可经由输入管路输送给燃料电池组的输入空气一的空气供给装置中，为了驱动压缩机，设有涡轮机，燃料电池组的排出空气可输入该涡轮机。另外，从现有技术也已知可用燃料加载的燃烧室，其中所述涡轮机可用燃烧室的排气来加载。通过这种用燃烧室的排气对涡轮机进行的附加的加载，提供了升压器功能，借助该升压器功能，可以通过将特别大的输入空气质量流输入燃料电池组而在短时间内、较快速地得到燃料电池组提高的功率。如果为了驱动压缩机而设有电驱动部件，那么不需要根据功率要求一该功率要求是要能够提供所述特别高的、通过压缩机输送的质量流一来设计该电驱动部件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的空气供给装置和方法，所述空气供给装置或所述方法能够特别高效地驱动涡轮机。在根据本发明的用于燃料电池组的供给装置中，所述供给装置具有压缩机，该压缩机用于压缩可经由输入管路输送给燃料电池组的输入空气；涡轮机，燃料电池组的排出空气可被输送至该涡轮机以驱动压缩机；以及可用燃料加载的燃烧室，其中所述涡轮机可用燃烧室的排气来加载，所述输入管路具有分支管路，借助该分支管路可将被压缩的输入空气输送至燃烧室。本发明基于这样的认知如果将每单位体积的氧含量较高的输入空气输送至燃烧室，则能特别高效地驱动涡轮机。亦即，如果将被压缩的输入空气作为氧化剂输送至燃烧室，那么在输入燃料并点燃之后所进行的、呈自由基链反应形式的燃烧会伴随着特别高的能量释放。所述燃烧室的特别高能的排气导致特别高效地驱动涡轮机。通过用燃烧室的排气加载涡轮机而引起的涡轮机较高的功率使得能借助压缩机
4向燃料电池组增强地输送输入空气，从而能够提高燃料电池组的功率。在使用这种尤其可在短期内使用的升压器功能时，由压缩机压缩的输入空气的主要部分被输送至燃料电池组并被用于产生电流。而输入空气的在分支管路处被分岔出去的分气流则借助在燃烧室内的燃烧实现用高能排气加载所述气体涡轮机，并因此提高了燃料电池组的功率。燃料电池组即使未将待点燃的燃料输送至燃烧室，即在燃烧室内不发生燃烧，也能使输入空气的分气流经由分支管路旁路绕过燃料电池组。在此，由分支管路提供的旁路提供了一除燃料电池组之外的附加的可被穿流过的截面。在此，当压缩机在其喘振界限附近运行时，在给定压比的情况下，压缩机能提供更大的质量流并从而避免了压缩机的喘振。 为了在所述较大的质量流期间维持所述给出的压比，在此可借助不同于涡轮机的驱动装置、例如借助电动机为压缩机提供所需的功率。可以设想，为了将存在于燃料电池组的排出空气中的剩余氧气用于燃烧，可将燃料电池组的排出空气至少以补充的方式输送至燃烧室。在本发明的一种有利构造方式中，涡轮机设计成双流式的，其中第一螺旋通道可用燃烧室的排气加载而第二螺旋通道可用燃料电池组的排出空气加载。因此，较冷的燃料电池排出空气可像较热的燃烧室排气一样输送至相同的涡轮机。在燃料电池组的排出空气的温度超过100°C不太多的同时，所述燃烧室的排气的温度可通过燃烧室达到例如600°C 至700°C。因此，输送至双流涡轮机的排气流或排出空气流具有不同的成分、不同的入口温度以及不同的入口压强。第一螺旋通道和第二螺旋通道可设置成，使得燃烧室的排气和燃料电池组的排出空气首先直接在涡轮机的涡轮的上游相遇。同样可设想，使所述(气)流直到在进入涡轮的区域内之前还保持分开。如果考虑对于第一螺旋通道给出的燃烧室流量参数一该燃烧室流量参数可以被计算为经过第一螺旋通道的质量流mBK与排气温度Tbk的方根相乘并除以燃烧室排气的压强Pbk，那么由于高的排气温度Tbk和较小的质量流mBK，该燃烧室流量参数可具有与燃料电池组流量参数相当的数量级。所述燃料电池组流量参数一该燃料电池组流量参数可以被计算为燃料电池组的排出空气的质量流与排出空气的温度Tbz的方根相乘并除以压强 Pbz-在此表征经过第二螺旋通道的流量。燃烧室流量参数的值可为1。在燃料电池组流量参数具有相当的数量级的情况下，在较低的温度时存在较大的质量流mBZ。在本发明的另一种有利构造方式中，第二螺旋通道的可被穿流过的横截面大于第一螺旋通道的可被穿流过的横截面。如果所述燃烧室流量参数在数量级上具有值1并且所述燃料电池组流量参数在数量级上具有值1. 5，那么在此给出的双流式的并且不对称的涡轮机特别适用于例如驱动压缩机。由此，如果涡轮机用燃烧室的排气来加载，则能够既在正常运行中又在升压器运行中实现涡轮机的特别高的效率。示出为进一步有利的是，第二螺旋通道布置成比第一螺旋通道更靠近一支承涡轮机的涡轮以及压缩机的压缩机叶轮的轴的轴承。在此，较冷的燃料电池组排出空气在其中流过的第二螺旋通道起到热缓冲器的作用，该热缓冲器减小了该轴的轴承的热负载。在本发明的又一有利构造方式中，第二螺旋通道布置成比第一螺旋通道更靠近一用于驱动压缩机的电驱动部件。这里，所述第二螺旋通道起到了对该电驱动部件的热负载进行缓冲的热缓冲器的作用。
以有利的方式在压缩机的上游布置有低压压缩机，其中，为了驱动该低压压缩机设有一电驱动部件。通过可借助串联连接两个压缩机来实现的两级压缩，可相应有利地设计压缩机和低压压缩机的效率。在此，特别有利的是，布置在可被电驱动的低压压缩机下游的压缩机不具有电驱动部件，亦即类似于一本身已知的涡轮增压器来设计。通过使压缩机放弃设置电驱动部件， 使得不需要专门对由燃烧室的排气造成的热负载进行防护。因此，在此布置结构中被构造为高压压缩机的压缩机的运行范围基本上依赖于由燃烧室的排气和/或燃料电池组的排出空气提供给涡轮机的能量。通过借助电驱动部件附加地驱动低压压缩机，可借助两级压缩的方式来实现燃料电池组的特别宽的功率范围。代替地，可在压缩机的下游布置有高压压缩机，其中为了驱动该高压压缩机设有一电驱动部件。在此，该电驱动部件也是与压缩机热隔离的，其中驱动压缩机的涡轮机可用热的燃烧室排气来加载。如果与已知的涡轮增压器相类似地构造的、即不具有电驱动装置的压缩机布置在高压压缩机的上游，那么该压缩机可设计成具有较小的特定转速、例如小于每分钟100，000转。在这类小特定转速的设计方案中，可以使用压缩机叶轮和涡轮的相应较大的直径。由此，可为支承涡轮和压缩机叶轮的轴使用较经济的轴承。然而还可设想，在两级压缩的情况下串联连接两个涡轮机，这两个涡轮机分别驱动低压压缩机和高压压缩机。在此，可附加地通过一电驱动部件来驱动这两个压缩机。如果在压缩机的下游布置有一高压压缩机，那么根据本发明的又一有利构造方式，所述分支管路在高压压缩机的下游布置在输入管路中。由此，被特别高地压缩的输入空气可被输送给燃烧室。在本发明的又一有利构造方式中，在分支管路连接至输入管路上的连接部位处布置有计量装置，以调节可被输送至燃烧室的输入空气流。该计量装置优选也能完全关断分支管路。由此，输入空气的可被输送至燃烧室的分气流可根据燃料电池组的希望的功率来调节。进一步此外有利的是，涡轮机具有用于节流和/或关断至少第一螺旋通道的节流装置。在这种情况下，可省略布置在分支管路与输入管路的连接部位处的计量装置，因为经由分支管路引导至燃料电池组的输入空气的量可借助所述节流装置来进行计量一尤其是如果该节流装置允许关断第一螺旋通道。例如，可将可变滑阀/可变滑件用作节流装置，借助该可变滑阀可在通向涡轮的入口区域处关断第一螺旋通道。在此，借助该可变滑阀优选地可改变涡轮机导向叶栅的叶片的高度。另外，这种节流装置能够特别精细地调节对第一螺旋通道进行加载的燃烧室排气的量。分节流装置也可构造成用于节流和/或关断第一螺旋通道和第二螺旋通道。因此，为第一螺旋通道和第二螺旋通道给出了可变性。在本发明的另一有利改进方案中，在涡轮机的上游布置有一计量装置，借助该计量装置，燃烧室的排气与燃料电池组的排出空气一起可被输送至第一螺旋通道和/或第二螺旋通道。该计量装置可包括旋转滑阀/转动滑件，该旋转滑阀也能用燃烧室的排气或燃料电池组的排出空气对第一螺旋通道和第二螺旋通道分开地进行加载。根据旋转滑阀的位置，燃烧室的所有排气与燃料电池组的排出空气一起能以混合的方式输送至第一螺旋通道和第二螺旋通道。这种计量装置能够根据排气或排出空气的各
6自当前的质量流高效率地与用排出空气和/或排气对涡轮机所进行的加载相匹配。借助该计量装置能够以特别简单和费用低廉的方式方法实现对一具有不可变几何形状尺寸的双流涡轮机的可变的加载。进一步另外有利的是，涡轮机构造为一尤其是可变的/变几何形状尺寸的一双流涡轮机或分区段式的涡轮机(kgmentturbine)。在双流涡轮机中，可借助所述连接在该双流涡轮机上游的计量装置以特别简单和费用低廉的方式方法实现所述可变性。然而，也可在涡轮机侧使用可变的、例如具有轴向滑件的双流涡轮机。而在分区段式的涡轮机中，可借助可转动的舌环或类似物来调节流量行为的变化，其中可使得排气或排出空气转移入第二螺旋通道或第一螺旋通道内。这类分区段式的涡轮机在结构方面是特别简单和成本低廉的。然而，具有固定的、不可变的几何形状尺寸的分区段式涡轮机也能借助升压器功能高效地驱动压缩机。进一步此外有利的是，为了储备用于燃烧室和燃料电池组的燃料，设置有一公共的储备容器。由此减小了装置的复杂性。所述燃料尤其可以是氢气。在本发明的又一构造方式中，在涡轮机的下游可布置有排气后处理装置。如果在燃料燃烧期间所产生的不希望的排气、尤其是氮氧化物的浓度不希望地高，那么这尤其有利。排气后处理装置可包括简单的氮氧化物催化转化器等。根据本发明的另一方面，上面所述的目的通过一种具有根据本发明的空气供给装置的燃料电池系统来实现。另外，通过一种用于运行用于燃料电池组的空气供给装置的方法能够实现特别高效地驱动涡轮机，在所述方法中，压缩机压缩经由输入管路输送至燃料电池组的输入空气； 燃料电池组的排出空气被输送至驱动压缩机的涡轮机；燃烧室用燃料来加载，其中，涡轮机用燃烧室的排气来加载，并且其中将被压缩的输入空气输送至燃烧室，该被压缩的输入空气经由分支管路而从输入管路分岔出。对本发明的空气供给装置所描述的优选实施形式和优点对于本发明的用于运行用于燃料电池组的空气供给装置的方法也适用。
从下面的对优选实施形式的描述以及参照附图可得出本发明的其他优点、特征和细节，在所述附图中相同的或功能相同的元件采用相同的附图标记。附图中图1是用于燃料电池组的空气供给装置的第一实施形式，该燃料电池组与机动车的驱动部件相连接，其中燃料电池组的排出空气和燃烧室的排气可输送至双流涡轮机；图2是根据图1的空气供给装置的双流涡轮机的剖视图；图3是用于向燃料电池组供应输入空气的空气供给装置的第二实施形式；图4是根据图3的空气供给装置的双流分区段式涡轮机的剖视图；图5是用于将输入空气输送至燃料电池组的空气供给装置的第三实施形式；图6是根据图5的空气供给装置的可变的双流涡轮机的剖视图；图7是用于将输入空气输送至燃料电池组的空气供给装置的第四实施形式，其中在双流涡轮机的上游布置有计量装置；图8是处于第一计量位置中的根据图7的计量装置的剖视图9是处于第二计量位置中的根据图7的计量装置的剖视图。
具体实施例方式图1示意性示出用于向燃料电池组12供应输入空气的空气供给装置10的第一实施形式。燃料电池组12以本身已知的方式方法具有多个单体燃料电池，其中借助膜18使阳极室14与阴极室16分开。燃料电池组12以导电的方式与蓄能器20相连接，以便储存借助燃料电池组12产生的电能。蓄能器20就其本身而言与电驱动部件22以导电的方式相连接，借助该电驱动部件22向当前未更详细示出的机动车的传动系M供应动能。空气供给装置10包括压缩机沈，借助该压缩机沈可将被压缩的输入空气经由输入管路观输送至燃料电池组12。为了驱动压缩机沈的轴30，现在设置有被构造成电动机 32的电驱动部件。另外，在压缩机沈的轴30上布置有双流涡轮机34，借助该双流涡轮机 34可驱动压缩机沈的压缩机叶轮。为此，燃烧室38的排气可被输送至涡轮机34的第一螺旋通道36。另外，燃料电池组12的排出空气可被输送至涡轮机34的第二螺旋通道40。从压缩机沈通向燃料电池组12的输入管路观具有分支管路42，被压缩的输入空气借助该分支管路42可从压缩机沈被输送至燃烧室38。在根据图1的实施形式中，在分支管路42与输入管路观相连接的连接部位处布置有计量装置44，用以调节可输送至燃烧室38的输入空气分气流。为了为燃烧室38储备燃料，设有储备容器46，在该储备容器46内储存有作为燃料的氢气。第一管路48从这个储备容器46通向燃烧室38，其中可借助第一气门/阀50来调节可被输送至燃烧室38的燃料的量。借助具有第二气门/阀M的第二管路52可将燃料从储备容器46输送至燃料电池组12。如果要求提高燃料电池组12的功率，那么可将借助压缩机沈压缩的输入空气输送至燃烧室38内并将燃料从储备容器46输送至燃烧室38。在此，通过用燃烧室38的排气对涡轮机34的第一螺旋通道36加载以及用燃料电池组12的排出空气对第二螺旋通道40 加载，使得涡轮机34具有特别高的功率。因此，借助涡轮机34驱动的压缩机沈能为燃料电池组12提供特别大的量的被压缩的输入空气，由此可获得燃料电池组12的特别高的功率。 通过将被压缩的输入空气输送至燃烧室38，燃料在燃烧室38内能进行特别高能的燃烧，并因此可通过被输送至第一螺旋通道36的燃烧室38的排气特别高效地驱动涡轮机34。在用于将燃烧室38的排气输送至第一螺旋通道36的排气路径56中存在有用燃烧室-流量参数来表征的排气。燃烧室流量参数中包括排气的质量流mBK、排气温度Tbk和排气的压强PBK。以类似的方式，从燃料电池组12通向第二螺旋通道40的排出空气路径58 能用燃料电池组流量参数来表征。这些特征为排出空气的质量流mBZ、排出空气的温度Tbz和排出空气的压强I\z。在分支管路42的下游、通向燃料电池组12，输入管路洲具有增压空气冷却器60。 另外，根据图1的实施形式的空气供给装置示出了控制装置62，借助该控制装置62能控制计量装置44并进而可被输送至燃料电池组12的输入空气主气流、气门50、54以及对可被输送至燃烧室38的输入空气流的分质量所进行的计量/定量供给。在将分气流经由分支管路42释放至燃烧室38以及将燃料计量加入燃烧室38内时，在燃烧室内被加热到600°C 至700°C的排气在从第一螺旋通道36输送至涡轮之后发生膨胀，同时释放机械功。以类似的方式，通过将燃料电池组12的排出空气经由第二螺旋通道40输送至涡轮机34的涡轮而使该排出空气膨胀。在涡轮机34的下游连接有排气后处理装置64。图2示出根据图1的空气供给装置10的双流涡轮机34的剖视图。涡轮机壳体66 具有第一螺旋通道36和第二螺旋通道40。在此，第二螺旋通道40的可被穿流过的横截面大于第一螺旋通道36的可被穿流过的横截面。因此，涡轮机34是不对称的双流涡轮机，其涡轮68通过轴30支承。在该不对称的双流涡轮机的一种替代的、优选的实施形式中，与第二螺旋通道40相比，对燃烧室38的排气进行引导的第一螺旋通道36距轴30的轴承70的距离更大。由此，对燃料电池组12的高出100°C不太多的较冷的排出空气进行引导的第二螺旋通道40用作相对于轴承70和电动机32的热缓冲器。图3示出空气供给装置10的第二实施形式。在该第二实施形式中，分两级被压缩的输入空气可输送至燃料电池组12。在此，在压缩机沈的上游连接有一低压压缩机72，该低压压缩机72可借助电动机32来驱动。相比之下，压缩机沈的轴30不是通过电动机来驱动，而是仅通过一被构造成不对称的分区段式涡轮机的双流涡轮机74来驱动。以与图1 中示出的双流涡轮机相类似的方式，根据图3的涡轮机74具有第一螺旋通道36和第二螺旋通道40。在此，第一螺旋通道36可用燃烧室38的排气来加载而第二螺旋通道40可用燃料电池组12的排出空气来加载。现在将燃烧室38的排气和燃料电池组12的排出空气的能量提供给压缩机沈以用于驱动，该压缩机现在担当能以特别有利于效率的方式运行的高压压缩机的功能。空气供给装置10的其余部分与图1中示出的实施形式相当。图4在剖开的侧视图中示出根据图3的双流式不对称的分区段式涡轮机74。现在，涡轮机74被构造成可变的不对称的分区段式涡轮机。为了改变可经由第一螺旋通道36 或经由第二螺旋通道40输送至涡轮68的排气或排出空气的量，现在设有可转动的舌形滑件76。在舌形滑件76的如图4所示的位置中，舌形滑件76的舌部78能够使来自第一螺旋通道36的排气转移入第二螺旋通道40中并且使来自第二螺旋通道40的排出空气转移入第一螺旋通道36中。相比之下，通过逆时针地转动舌形滑件76，舌部78能够为涡轮68的各区段单独地经第一螺旋通道36加载排气和经第二螺旋通道40加载排出空气。涡轮机74现具有双凸缘80，通过该双凸缘80排气路径56和排出空气路径58可相互并行地连接到涡轮机74 上。在根据图5的空气供给装置10的实施形式一其中同样也可经由输入管路观将分两级被压缩的输入空气输入燃料电池组12-中，在压缩机沈的下游连接有一高压压缩机82。在此，为了驱动高压压缩机82设有电动机32，而压缩机沈的轴30不具有电驱动部件。另外，驱动压缩机沈的涡轮机84被构造成可变的双流涡轮机。在这种涡轮机84中， 也可为第一螺旋通道36输入燃烧室38的排气而为第二螺旋通道40输入燃料电池组12的排出空气。然而，涡轮机84具有用于节流和关断第一螺旋通道36的节流装置86。由于可借助节流装置86关断第一螺旋通道36，所以在根据图5的空气供给装置的实施形式中可略去图1和图3中示出的计量装置44。在第一螺旋通道36被关断期间，分两级被压缩的输入空气不能流过从输入管路28通向燃烧室38的分支管路42。
图6在剖视图中示出了根据图5的涡轮机84的一部分。现在，在涡轮机壳体66 中布置有一作为节流装置86的可变滑阀，借助该可变滑阀可改变涡轮机导向叶栅88的可被流过的表面。在此，所述可变滑阀是凹形块体，借助该凹形块体能够不同程度地覆盖涡轮机导向叶栅88的叶片。在可变滑阀的如图6所示的位置中，所述凹形块体几乎完全覆盖涡轮机导向叶栅88。在可变滑阀的这个位置中仅开放了很窄的流动截面，从而使来自第二螺旋通道40的、燃料电池组12的排出空气能够以高的流速转移入涡轮机壳体66的容纳有涡轮68的区域中。与之相比，在可变滑阀的如图6所示的位置中，可用燃烧室38的排气加载的第一螺旋通道36-在此该第一螺旋通道36具有比第二螺旋通道40小的可被穿流过的横截面一被可变滑阀完全关闭。因此，来自第一螺旋通道36的排气不能转移至涡轮机壳体66 的容纳有涡轮68的区域。借助可变滑阀，能够实现经由第二螺旋通道40用排出空气和经由第一螺旋通道 36用排气给涡轮机导向叶栅88可变地加载。在此，可变滑阀可在轴向上移动越过中间壁 90，该中间壁沿轴向将第一螺旋通道36与第二螺旋通道40分开。在一种替代的实施形式中，中间壁90可沿径向延伸越过涡轮机导向叶栅88直至涡轮68的外周。在这种情况下， 可变滑阀仅适用于关断第一螺旋通道36并相应地改变涡轮机导向叶栅88的在第一螺旋通道36的出口区域内的导向叶片高度。涡轮机导向叶栅88的导向叶片用作为用于使从螺旋通道40、36流出的介质在其撞击到涡轮68上之前加速的喷嘴。又一实施形式，该实施形式基本相当于根据图1的实施形式。相应地，涡轮机34构造为具有不可变的几何形状尺寸的不对称的双流涡轮机。为了仍能够用燃烧室38的排气和/或燃料电池组12的排出空气对涡轮68进行可变的加载，在涡轮机34的上游布置有计量装置92。这个计量装置92能够比较粗略地、但结实地以及成本低廉地经由第一螺旋通道 36和/或第二螺旋通道40给涡轮68加载。另外，计量装置92能够计量经由燃烧室38的分支管路42而流入的被压缩的输入空气。在根据图7的实施形式中，计量装置92如同布置在分支管路42的连接在输入管路观上的连接部位处的计量装置44以及气门5054 — 样可借助控制装置62来控制。图8在一剖视图中示出了在图7中示意性示出的计量装置92。计量装置92包括旋转滑阀94，该旋转滑阀在图8中示出为处于中间位置。在这个中间位置中，可经由排出空气路径58输送至第二螺旋通道40的排出空气在不与来自排气路径56的排气相混合的情况下输入涡轮机34。类似地，在旋转滑阀94的这个中间位置中，来自于燃烧室38的、流经排气路径56的排气在不与燃料电池组12的排出空气相混合的情况下输入涡轮机34的第一螺旋通道36。与涡轮机34相类似，计量装置94具有双凸缘96，计量装置92借助该双凸缘96可与涡轮机34相联接。在旋转滑阀94的如图9所示的位置中，不但燃料电池组12的排出空气(该排出空气经由排出空气路径58流入计量装置9 而且燃烧室38的排气(该排气经由排气路径 56从燃烧室38流入计量装置9 都被输送至双流涡轮机34的第一螺旋通道36。在旋转滑阀94的当前未示出的第三位置一在该第三位置中旋转滑阀沿顺时针方向朝向相对而置的止挡部运动一中，燃烧室38的排气与燃料电池组12的排出空气一起仅流入第二螺旋通道40。在旋转滑阀94的同样未示出的各中间位置中，排出空气和排气以混合的方式既流入第一螺旋通道36也流入第二螺旋通道40。由此，能够以特别简单和成本低廉的方式方法在对双流涡轮机34的涡轮68进行加载时实现高的可变性。 要与阳极循环建立连接的和未被使用而近乎可被看成是泄漏量或损耗量的氢气量能够有利地同样也输送至燃烧室38和涡轮机34，以有利地利用能量。
权利要求
1.一种用于燃料电池组(12)的空气供给装置，所述空气供给装置具有压缩机(沈)， 该压缩机用于压缩能经由输入管路08)输送给所述燃料电池组(1 的输入空气；涡轮机(34、74、84)，所述燃料电池组(1 的排出空气能被输送给该涡轮机以驱动所述压缩机 (26)；以及能用燃料加载的燃烧室(38)，其中所述涡轮机(34、74、84)能用所述燃烧室(38) 的排气来加载，其特征在于，所述输入管路08)具有分支管路(42)，被压缩的输入空气借助所述分支管路能被输送至所述燃烧室(38)。
2.根据权利要求1所述的空气供给装置，其特征在于，所述涡轮机(34、74、84)构造为双流式的，其中第一螺旋通道(36)能用所述燃烧室(38)的排气来加载，而第二螺旋通道 (40)能用所述燃料电池组(12)的排出空气来加载。
3.根据权利要求2所述的空气供给装置，其特征在于，所述第二螺旋通道00)的能被穿流过的横截面大于所述第一螺旋通道(36)的能被穿流过的截面。
4.根据权利要求2或3所述的空气供给装置，其特征在于，所述第二螺旋通道00)布置成比所述第一螺旋通道(36)更靠近一支承所述涡轮机(34、74、84)的涡轮(68)以及所述压缩机(26)的压缩机叶轮的轴(30)的轴承(70)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，所述第二螺旋通道GO)布置成比所述第一螺旋通道(36)更靠近一用于驱动所述压缩机06)的电驱动部件(32)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，在所述压缩机 (26)的上游布置有低压压缩机(72)，其中，设有一用于驱动所述低压压缩机(7 的电驱动部件(32)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，在所述压缩机 (26)的下游布置有高压压缩机(82)，其中，设有一用于驱动所述高压压缩机(8 的电驱动部件(32)。
8.根据权利要求7所述的空气供给装置，其特征在于，所述分支管路0 在所述高压压缩机(8 的下游布置在所述输入管路08)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，在所述分支管路 (42)连接至所述输入管路08)上的连接部位处布置有一计量装置(44)，该计量装置用于调节能被输送至所述燃烧室(38)的输入空气流。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，所述涡轮机(84) 具有用于节流和/或关断至少所述第一螺旋通道(36)的节流装置(86)。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，在所述涡轮机 (34)的上游布置有一计量装置(92)，借助该计量装置所述燃烧室(38)的排气与所述燃料电池组(1 的排出空气一起能被输送至所述第一螺旋通道(36)和/或所述第二螺旋通道 00)。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，所述涡轮机 (34、74、84)被构造为一尤其是可变的一双流涡轮机(34、84)或分区段式涡轮机(74)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，为了储备用于所述燃烧室(38)和所述燃料电池组(1 的燃料，设置有一公共的储备容器06)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，在所述涡轮机 (34、74、84)的下游布置有排气后处理装置(64)。
15.一种具有用于将输入空气输送给燃料电池组(12)的空气供给装置(10)的燃料电池系统，其特征在于，所述空气供给装置(10)根据权利要求1至14中任一项来设计。
16.一种用于运行用于燃料电池组(12)的空气供给装置(10)的方法，在所述方法中， 用压缩机06)压缩经由输入管路08)输送给燃料电池组(1 的输入空气，将燃料电池组(1 的排出空气输送至驱动所述压缩机06)的涡轮机(34、74、84)，用燃料加载燃烧室 (38)，其中，用所述燃烧室(38)的排气加载所述涡轮机(34、74、84)，其特征在于，将被压缩的输入空气输送至所述燃烧室(38)，所述被压缩的输入空气经由分支管路 (42)从所述输入管路08)分岔出。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，借助根据权利要求1至14中任一项所述的空气供给装置(10)来实施所述方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于燃料电池组(12)的空气供给装置(10)，该空气供给装置(10)具有压缩机(26)，该压缩机用于压缩可经由输入管路(28)输送给燃料电池组(12)的输入空气；涡轮机(34)，燃料电池组(12)的排出空气可输送至该涡轮机以驱动压缩机(26)；以及可用燃料加载的燃烧室(38)，其中涡轮机(34)可用燃烧室(38)的排气加载，其中输入管路(28)具有分支管路(42)，被压缩的输入空气借助该分支管路(42)可输送至燃烧室(38)。另外，本发明还涉及一种燃料电池系统以及用于运行空气供给装置(10)的方法。
文档编号H01M8/06GK102171878SQ200980138510
公开日2011年8月31日 申请日期2009年9月9日 优先权日2008年9月30日
发明者M·斯图特, S·萨姆瑟 申请人:戴姆勒股份公司