(57)【要約】  本発明は、ガス状の媒体、特に水素を圧送するための及び／又は再循環させるための、燃料電池システム（３１）用の圧送装置（１）であって、再循環ブロワ（８）と、圧力下にあるガス状の媒体の駆動噴流によって駆動されるジェットポンプ（４）と、調量弁（６）とを備えており、圧力下にあるガス状の媒体は、ジェットポンプ（４）に調量弁（６）を用いて供給され、燃料電池（２９）のアノード出口（３）は、圧送装置（１）の入口に流体接続されており、圧送装置（１）の出口は、燃料電池（２９）のアノード入口（５）に流体接続されており、ジェットポンプ（４）と調量弁（６）とは、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）を形成している、圧送装置（１）に関する。本発明によれば、圧送装置（１）のコンポーネントは、プレート状の支持要素（２）に位置決めされていて、圧送装置（１）のコンポーネントの間における及び／又はコンポーネントの内部における流れ管路が、専らプレート状の支持要素（２）に対して平行に延在するようになっており、プレート状の支持要素（２）は、燃料電池（２９）と圧送装置（１）との間に配置されている。
2021505815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状の媒体、特に水素を圧送するための及び／又は再循環させるための、燃料電池システム（３１）用の圧送装置（１）であって、再循環ブロワ（８）と、圧力下にあるガス状の媒体の駆動噴流によって駆動されるジェットポンプ（４）と、調量弁（６）とを備えており、前記圧力下にあるガス状の媒体は、前記ジェットポンプ（４）に前記調量弁（６）を用いて供給され、燃料電池（２９）のアノード出口（３）が、前記圧送装置（１）の入口に流体接続されており、前記圧送装置（１）の出口は、前記燃料電池（２９）のアノード入口（５）に流体接続されており、前記ジェットポンプ（４）と前記調量弁（６）とは、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）を形成している、圧送装置（１）において、
前記圧送装置（１）のコンポーネントは、プレート状の支持要素（２）に位置決めされていて、前記圧送装置（１）の前記コンポーネントの間における及び／又は前記コンポーネントの内部における流れ管路が、専ら前記プレート状の支持要素（２）に対して平行に延在するようになっており、前記プレート状の支持要素（２）は、前記燃料電池（２９）と前記圧送装置（１）との間に配置されている、
ことを特徴とする圧送装置（１）。
【請求項２】
前記ガス状の媒体は、前記圧送装置（１）を、前記プレート状の支持要素（２）に対して少なくともほぼ平行に延在する平面（４８）において貫流し、前記圧送装置（１）における前記ガス状の媒体の、前記圧送装置（１）の前記平面（４８）の内部において行われる変向及び／又は流れ案内は、専ら前記再循環ブロワ（８）及び／又は前記弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）の領域において行われる、請求項１に記載の圧送装置（１）。
【請求項３】
前記再循環ブロワ（８）は、第１の流れ接続部（７）を形成しており、前記第１の流れ接続部（７）は、前記再循環ブロワ（８）のハウジング（２４）の一部として形成されており、前記第１の流れ接続部（７）は、前記弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）の第１の供給路（２８）内に直接開口している、請求項１又は２に記載の圧送装置（１）。
【請求項４】
前記圧送装置（１）は、水分離器（１０）を有しており、前記水分離器（１０）は、前記アノード出口（３）と前記再循環ブロワ（８）との間に位置していて、前記アノード出口（３）及び前記再循環ブロワ（８）に流体接続されており、前記水分離器（１０）は、前記再循環ブロワ（８）との直接的な第２の流れ接続部（９）を形成している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧送装置（１）。
【請求項５】
前記第２の流れ接続部（９）は、前記再循環ブロワ（８）の前記ハウジング（２４）の一部として形成されており、前記第２の流れ接続部（９）は、前記水分離器（１０）の排出路（３２）内に直接開口している、請求項４に記載の圧送装置（１）。
【請求項６】
前記第１の流れ接続部（７）は、内部に位置している第１の流れ通路（１５）を備えた第１の接続管（１１）、特に円筒形の第１の接続管（１１）を形成しており、前記再循環ブロワ（８）の前記第１の接続管（１１）は、前記第１の流れ通路（１５）の方向において前記再循環ブロワ（８）から離反する方向に延在している、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の圧送装置（１）。
【請求項７】
前記第１の流れ接続部（７）の前記第１の接続管（１１）は、前記弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）の第１の切欠き（１９）、特に円筒形の第１の切欠き（１９）内に進入しており、前記第１の接続管（１１）と前記第１の切欠き（１９）との間におけるシールが、第１のシールリング（１４）によって行われており、前記第１のシールリング（１４）は、前記第１の接続管（１１）の外径部と前記第１の切欠き（１９）の内径部との間に位置している、請求項６に記載の圧送装置（１）。
【請求項８】
前記第２の流れ接続部（９）は、内部に位置している第２の流れ通路（１７）を備えた第２の接続管（１３）、特に円筒形の第２の接続管（１３）を形成しており、前記再循環ブロワ（８）の前記第２の接続管（１３）は、前記第２の流れ通路（１７）の方向において前記再循環ブロワ（８）から離反する方向に延在している、請求項５に記載の圧送装置（１）。
【請求項９】
前記第２の流れ接続部（９）の前記第２の接続管（１３）は、前記水分離器（１０）の第２の切欠き（２１）、特に円筒形の第２の切欠き（２１）内に進入しており、前記第２の接続管（１３）と前記第２の切欠き（２１）との間におけるシールが、第２のシールリング（１６）によって行われており、前記第２のシールリング（１６）は、前記第２の接続管（１３）の外径部と前記第２の切欠き（２１）の内径部との間に位置している、請求項８に記載の圧送装置（１）。
【請求項１０】
前記第１の流れ接続部（７）は、内部に位置している第１の流れ通路（１５）を備えた第１の接続プレート（２５）として形成されており、前記第１の接続プレート（２５）は、前記再循環ブロワ（８）の前記ハウジング（２４）の一部として形成されており、前記再循環ブロワ（８）の前記第１の接続プレート（２５）は、前記第１の流れ通路（１５）の方向において前記再循環ブロワ（８）から離反する方向に延在している、請求項３に記載の圧送装置（１）。
【請求項１１】
前記再循環ブロワ（８）の前記ハウジング（２４）は、前記第１の接続プレート（２５）を用いて前記弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）に前記第１の流れ通路（１５）の方向において接触しており、第１のシールリング（１４）が、前記第１の流れ通路（１５）の方向において及び／又は前記第１の流れ通路（１５）を取り囲むように、前記第１の接続プレート（２５）と前記弁・ジェットポンプアセンブリ（１２）との間に位置している、請求項１０に記載の圧送装置（１）。
【請求項１２】
前記第２の流れ接続部（９）は、内部に位置している第２の流れ通路（１７）を備えた第２の接続プレート（２７）として形成されており、前記第２の接続プレート（２７）は、前記再循環ブロワ（８）の前記ハウジング（２４）の一部として形成されており、前記再循環ブロワ（８）の前記第２の接続プレート（２７）は、前記第２の流れ通路（１７）の方向において前記再循環ブロワ（８）から離反する方向に延在している、請求項５に記載の圧送装置（１）。
【請求項１３】
前記再循環ブロワ（８）の前記ハウジング（２４）は、前記第２の接続プレート（２７）を用いて前記水分離器（１０）に前記第２の流れ通路（１７）の方向において接触しており、第２のシールリング（１６）が、前記第２の流れ通路（１７）の方向において及び／又は前記第２の流れ通路（１７）を取り囲むように、前記第２の接続プレート（２７）と前記水分離器（１０）との間に位置している、請求項１２に記載の圧送装置（１）。
【請求項１４】
前記再循環ブロワ（８）の前記ハウジング（２４）の内部における前記内部に位置している第１の流れ通路（１５）は、湾曲部（２２）を形成しており、前記第１の流れ通路（１５）における前記ガス状の媒体の変向及び／又は流れ案内が、前記湾曲部（２２）によって行われる、請求項６，７，１０又は１１に記載の圧送装置（１）。
【請求項１５】
燃料電池システム（３１）での、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の圧送装置（１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、特に燃料電池駆動装置を備えた車両に使用するために設けられている、ガス状の媒体、特に水素を圧送するための及び制御するための、燃料電池システム用の圧送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両分野においては、液状の燃料の他に将来的にガス状の燃料も益々重要である。特に燃料電池駆動装置を備えた車両においては、水素ガス流が制御されなければならない。その際、ガス流は、最早液状の燃料の噴射時のように断続的に制御されるのではなく、ガスは、少なくとも１つの高圧タンクから取り出され、中圧管路システムの供給管路を介して圧送装置に導かれる。この圧送装置は、低圧管路システムの接続管路を介してガスを燃料電池に案内する。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１１１０５７１０号明細書に基づいて、ガス状の媒体を圧送するための及び／又は再循環させるための、燃料電池システム用の圧送装置が公知であり、この圧送装置は、再循環ブロワと、圧力下にあるガス状の媒体の駆動噴流によって駆動されるジェットポンプとを備えており、燃料電池のアノード出口は、圧送装置の入口に流体接続されていて、圧送装置の出口は、燃料電池のアノード入口に流体接続されている。
【０００４】
米国特許第９５９５７２５号明細書に基づいて公知の、ガス状の媒体を圧送するための及び／又は再循環させるための、燃料電池システム用の圧送装置においては、圧力下にあるガス状の媒体は、ジェットポンプに調量弁を用いて供給され、ジェットポンプと調量弁とは、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１１０５７１０号明細書
【特許文献２】米国特許第９５９５７２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
独国特許出願公開第１０２０１１１０５７１０号明細書及び米国特許第９５９５７２５号明細書に基づいて公知の圧送装置は、いくつかの欠点を有することがある。当該発明によれば、圧送装置のコンポーネント、特に再循環ブロワ及び／又はジェットポンプ及び／又は調量弁は、少なくとも部分的に、管路の形態及び／又は内部に位置している通路を備えた分配プレートの形態の流体接続部を用いて、互いに及び／又は燃料電池に接続されている。ここで、多くの流れ変向部ひいては大きな流れ損失が、特に空間のすべての三次元において発生している。これによって、圧送装置の効率は、低減させられる。さらに、管路による圧送装置のコンポーネント同士の接続には、管路が圧送装置の耐用寿命にわたって、特に大きな温度変化が発生する場合に、特に溶接された管路においては、シール性の問題を惹起する点において、欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の開示
発明の利点
本発明によれば、ガス状の媒体、特に水素を圧送するための及び／又は再循環させるための、燃料電池システム用の圧送装置が提案される。以下、水素をＨ２と記載する。
【０００８】
請求項１の記載を参照すると、圧送装置は、以下のように構成されている、即ち、圧送装置のコンポーネントが、プレート状の支持要素に位置決めされていて、圧送装置のコンポーネントの間及び／又はコンポーネントの内部における流れ管路が、専らプレート状の支持要素に対して平行に延在するようになっており、プレート状の支持要素は、燃料電池と圧送装置との間に配置されている。このように構成されていると、圧送装置のコンポーネントの間における直接的で可能な限り短い流れ管路を製造することができる。さらに圧送装置における流れ変向部の数及び／又はガス状の媒体の流れ方向の変化を、可能な限り微少な数に低減させることができる。このことは、圧送装置の内部における流れ損失及び／又は圧力損失を、流れ管路の長さ及び／又は流れ変向部の数に基づいて低減させることができるという利点を提供する。これに加えてさらに、圧送装置のコンポーネントの間及び／又はコンポーネントの内部における流れ管路が、プレート状の支持要素に対して平行に延在しているという利点がある。これによって、ガス状の媒体の流れ変向部がさらに減少させられ、これにより、圧送装置の内部における流れ損失をさらに低減させることができる。これによって、圧送装置の効率を改善することができ、圧送装置を動作させるためのエネルギコストを節減することができる。
【０００９】
さらに好ましくは、圧送装置のコンポーネントは、プレート状の支持要素に配置されており、これによって、コンポーネントをそれぞれプレート状の支持要素に結合するだけで、部材の相互の簡単な位置決めを実現することができる。これによって、組立てのために必要な部材の数を低減させることができ、このことにより、さらに、圧送装置のコストが節減される。さらに圧送装置の、誤差を含んで相互に方向付けられるコンポーネントに基づく、組立てエラーの確率が低下させられ、このことは、さらに圧送装置の故障確率を低下させる。
【００１０】
従属請求項に記載された処置によって、請求項１に記載された圧送装置の好適な発展形態が可能である。従属請求項は、本発明の好適な発展形態に該当する。
【００１１】
圧送装置の好適な構成によれば、ガス状の媒体は、圧送装置を、プレート状の支持要素に対して少なくともほぼ平行に延在する平面において貫流している。さらに、圧送装置におけるガス状の媒体の、圧送装置の平面の内部において行われる変向及び／又は流れ案内は、専ら再循環ブロワ及び／又は弁・ジェットポンプアセンブリの領域において行われる。このように構成されていると、ガス状の媒体は、専ら平面において圧送装置を貫いて流れ、これによって、ガス状の媒体の移動方向が二次元に制限されるという利点を得ることができる。三次元におけるガス状の媒体の変向は、完全に回避される。これによって、ガス状の媒体を、微少な数の流れ変向部及び／又は流れ方向の変化によって圧送装置を通して移動させることができ、このことは、低減させられた流れ損失及び／又は圧力損失を惹起する。このことは、さらに圧送装置の効率を高める。さらに、流れ変向部及び／又は流れ方向の変化の最小化によって、動作中における、特に燃料電池システムの全負荷動作中における、圧送装置のノイズレベルを低減することができる。
【００１２】
圧送装置の好適な発展形態によれば、再循環ブロワは、第１の流れ接続部を形成しており、ここで、第１の流れ接続部は、再循環ブロワのハウジングの一部として形成されており、第１の流れ接続部は、弁・ジェットポンプアセンブリの第１の供給路内に直接開口している。このように構成されていると、特に燃料電池からの使用されなかったガス状の再循環媒体である再循環物（Rezirkulat）が、再循環ブロワによって圧縮され、その後で直接及び／又は可能な限り短い第１の流れ接続部を用いて、ジェットポンプの領域に圧送され、このジェットポンプ内において再循環物が駆動媒体と接触し、駆動媒体によって駆動されるという利点を得ることができる。これによって、ジェットポンプの効率を高めることができ、これにより、圧送装置における最適なジェットポンプ効果を、ほぼすべての動作点において得ることができるという利点を得ることができる。これによって、全燃料電池システムの効率を改善することができる。それというのは、圧送装置の最適な圧送作用を、燃料電池システムの種々様々な動作状態において保証することができるからである。さらに、再循環ブロワとジェットポンプとの間におけるガス状の媒体の流れ損失及び／又は圧力損失を低減させることができる。それというのは、第１の流れ接続部を可能な限り短く形成することができるからである。
【００１３】
圧送装置の特に好適な構成によれば、圧送装置は、水分離器を有しており、水分離器は、燃料電池のアノード出口と再循環ブロワとの間に位置している。ここで、水分離器は、燃料電池のアノード出口及び再循環ブロワに流体接続されており、水分離器は、再循環ブロワとの直接的な第２の流れ接続部を形成している。このように構成されていると、燃料電池の動作時に発生し、かつ、ガス状の媒体、特にＨ２と一緒にアノード出口を通って圧送装置内に戻り流れる水が、再循環ブロワ及び／又はジェットポンプ及び／又は調量弁内に浸入し得ることを阻止することができる。それというのは、水は、水分離器によってガス状の媒体から既に直接分離され、圧送装置から排出されるからである。これによって、腐食による圧送装置のコンポーネントの損傷、特にコンポーネントの可動部分の損傷を阻止することができ、これにより、全圧送装置の耐用寿命が延長する。さらに、圧送装置における水の早期のかつ迅速な分離によって、圧送装置の効率を高めることができる。このことは、効率を低下させるおそれがある、圧送装置の他のコンポーネントを通してガス状の媒体、特にＨ２と一緒に水を圧送するということが、必要とされないことに基づいている。それというのは、圧送装置内における水の割合に対して、微少な割合のガス状の媒体を圧送することができるからであり、水は、比較的高い質量を有しているからである。従って、水分離器の使用及びそれぞれの配置によって、圧送装置の効率を高めることができるという利点を得ることができる。
【００１４】
圧送装置の好適な発展形態によれば、第２の流れ接続部は、再循環ブロワのハウジングの一部として形成されており、ここで、第２の流れ接続部は、水分離器の排出路内に直接開口している。このように構成されていると、コンポーネント、即ち、水分離器と再循環ブロワとの間における流れ損失及び／又は圧力損失を低減させることができる。それというのは、コンポーネントの間における流れ接続部は、可能な限り微小な長さしか有していないからである。この微小な長さに基づいて、流れ接続部の内側表面によるガス状の媒体の摩擦損失が微少になり、これによって、流れ損失及び／又は圧力損失も微少である。従って、圧送装置の効率を改善することができる。さらに、第２の流れ接続部を、再循環ブロワのハウジングの一部として形成することによって、コンパクトでスペースを節減する構造形式を得ることができる。
【００１５】
圧送装置の特に好適な構成によれば、第１の流れ接続部は、内部に位置している第１の流れ通路を備えた第１の接続管、特に円筒形の第１の接続管を形成しており、ここで、再循環ブロワの第１の接続管は、第１の流れ通路の方向において再循環ブロワから離反する方向に延在している。さらに、第１の流れ接続部の第１の接続管は、弁・ジェットポンプアセンブリの第１の切欠き、特に円筒形の第１の切欠き内に進入しており、ここで、第１の接続管と第１の切欠きとの間におけるシールが、第１のシールリングによって行われており、第１のシールリングは、第１の接続管の外径部と第１の切欠きの内径部との間に位置している。このように構成されていると、再循環ブロワをジェットポンプに流体接続させることができ、ここで、さらに、コンポーネントを互いに固定させることができるという利点を得ることができる。特に、ここでは、再循環ブロワの内部に位置している第１の流れ通路を、ジェットポンプの第１の供給路に接続することができ、その結果、第１の流れ接続部が形成される。このことは、コンポーネント、即ち、再循環ブロワ及びジェットポンプをただ１回の組立てステップにおいて、安価な組立て形式で互いに流体接続すると同時に互いに固定することができるという利点を有している。このことは、一方では配管及び／又は分配プレートを用いた、他方では部材の追加的な固定を用いた高価な流体接続部とは対照的である。これによって、圧送装置の組立てコストを節減することができる。さらに、部材の相互の流体接続時における及び／又は固定時における組立てエラーのリスクが低減させられ、このことは、圧送装置の故障確率を低下させる。さらに、部材、即ち、再循環ブロワ及びジェットポンプのコンパクトでスペースを節減する配置形式を得られるという利点を得ることができ、これによって、圧送装置の必要な取付け空間が低減させられ、このことは、さらに、顧客への製品搬送時における、燃料電池システム内への圧送装置の取付け時における及び全燃料電池システムにおけるスペース需要に関するさらなる利点を意味する。使用される第１のシールリングによって、第１の流れ接続部の確実なカプセル化が得られるように、他の利点を得ることができ、その結果、ガス状の媒体の流出を低減させることができ、これによって、圧送装置の効率を改善することができる。
【００１６】
好適な発展形態によれば、第２の流れ接続部は、内部に位置している第２の流れ通路を備えた第２の接続管、特に円筒形の第２の接続管を形成しており、ここで、再循環ブロワの第２の接続管は、第２の流れ通路の方向において再循環ブロワから離反する方向に延在している。さらに、第２の流れ接続部の第２の接続管は、水分離器の第２の切欠き、特に円筒形の第２の切欠き内に進入しており、ここで、第２の接続管と第２の切欠きとの間におけるシールが、第２のシールリングによって行われており、第２のシールリングは、第２の接続管の外径部と第２の切欠きの内径部との間に位置している。このように構成されていると、以下に記載される複数の利点を得ることができる。即ち、再循環ブロワを水分離器に流体接続させることができ、ここで、コンポーネントをさらに互いに固定することができるという利点が得られる。ここで、再循環ブロワの内部に位置している第２の流れ通路を、水分離器の排出路に接続することができ、その結果、第２の流れ接続部が形成される。このことは、コンポーネント、即ち、再循環ブロワとジェットポンプとを１回の組立てステップにおいて安価な組立て形式で互いに流体接続させることができるという利点を有している。このことは、配管及び部材の追加的な固定を用いた高価な流体接続とは対照的である。これによって、圧送装置の組立てコストを節減することができる。さらに流体接続時における組立てエラーのリスク及び／又は部材の相互の固定が減少させられ、このことは、全圧送装置の故障確率を低下させる。さらに、部材、即ち、再循環ブロワ及びジェットポンプのコンパクトでスペースを節減する配置形式を得られるという利点を得ることができ、これによって、さらに、圧送装置の必要な取付け空間が低減させられる。これによって、全圧送装置の比較的コンパクトな構造形式を生ぜしめることができる。さらに、水分離器と再循環ブロワとの間における第２の流れ接続部の微小な長さに基づいて、第２の流れ接続部の内側表面によるガス状の媒体の摩擦損失が微少になり、これによって、流れ損失及び／又は圧力損失も微少である。従って、圧送装置の効率を改善することができる。さらに、第２の流れ接続部を、再循環ブロワのハウジングの一部として形成することによって、圧送装置のコンパクトでスペースを節減する構造形式を得ることができる。使用される第２のシールリングによって、第２の流れ接続部の確実なカプセル化が得られるように、他の利点を得ることができ、その結果、ガス状の媒体の流出を低減させることができ、これによって、圧送装置の効率を改善することができる。
【００１７】
好適な構成によれば、第１の流れ接続部は、内部に位置している第１の流れ通路を備えた第１の接続プレートとして形成されており、ここで、第１の接続プレートは、再循環ブロワのハウジングの一部として形成されており、再循環ブロワの第１の接続プレートは、第１の流れ通路の方向において再循環ブロワから離反する方向に延在している。さらに、再循環ブロワのハウジングは、第１の接続プレートを用いて弁・ジェットポンプアセンブリに、第１の流れ通路の方向において接触しており、ここで、第１のシールリングは、第１の流れ通路の方向において、及び／又は、第１の流れ通路を取り囲むように、第１の接続プレートと弁・ジェットポンプアセンブリとの間に位置している。このように構成されていると、接続プレートにおけるコンポーネント、即ち、再循環ブロワ及びジェットポンプの相互の位置決めを、特に第１の流れ接続部の方向におけるコンポーネントの相互の許容誤差に依存せずに行うことができる。これによって、迅速な組立てを保証することができ、ひいては組立てコストを節減することができる。さらに、コンポーネント、即ち、再循環ブロワ及びジェットポンプを、コンパクトな組立て複合体として互いに結合することができる。さらに、第１の接続プレートを備えた第１の流れ接続部の構成に基づいて可能である、コンポーネントの間における第１の流れ接続部の微小な長さに基づいて、第１の流れ接続部の内側表面によるガス状の媒体の摩擦損失が微少になり、これによって、流れ損失及び／又は圧力損失は微少である。これによって、圧送装置の効率を改善することができる。
【００１８】
特に好適な発展形態によれば、第２の流れ接続部は、内部に位置している第２の流れ通路を備えた第２の接続プレートとして形成されており、ここで、再循環ブロワの第２の接続プレートは、再循環ブロワのハウジングの一部として形成されており、再循環ブロワの第２の接続プレートは、第２の流れ通路の方向において再循環ブロワから離反する方向に延在している。さらに、再循環ブロワのハウジングは、第２の接続プレートを用いて水分離器に、第２の流れ通路の方向において接触しており、ここで、第２のシールリングは、第２の流れ通路の方向において、及び／又は、第２の流れ通路を取り囲むように、第２の接続プレートと水分離器との間に位置している。このように構成されていると、接続プレートにおけるコンポーネント、即ち、再循環ブロワ及び水分離器の相互の位置決めを、特に第１の流れ接続部の方向におけるコンポーネントの相互の許容誤差に依存せずに行うことができる。これによって、部材、即ち、再循環ブロワ及び水分離器の迅速な組立てを保証することができ、ひいては組立てコストを節減することができる。さらに、コンポーネント、即ち、再循環ブロワ及びジェットポンプを、コンパクトな構造形式で互いに結合することができる。さらに、第１の接続プレートを備えた第１の流れ接続部の構成に基づいて可能である、コンポーネントの間における第１の流れ接続部の微小な長さに基づいて、第１の流れ接続部の内側表面によるガス状の媒体の摩擦損失が微少になり、これによって、流れ損失及び／又は圧力損失は微少である。これによって、圧送装置の効率を改善することができる。
【００１９】
好適な構成によれば、再循環ブロワのハウジングの内部における内部に位置している第１の流れ通路は、湾曲部を形成しており、ここで、第１の流れ通路におけるガス状の媒体の変向及び／又は流れ案内が、湾曲部によって行われる。このことは、特にコンポーネント、即ち、水分離器、再循環ブロワ、及び、弁・ジェットポンプアセンブリ装置の相互の配置形式に基づいて、プレート状の支持要素に対して平行に延在する平面におけるガス状の媒体の必要な変向が、変向に基づく流れ損失及び／又は圧力損失が可能な限り微少に保つことができるように行われるという利点を提供する。この目的のために、湾曲部の半径は、ガス状の媒体と内部に位置している第１の流れ通路の内側表面との間における摩擦損失が可能な限り微少であるように選択されている。ここで、好ましくは、第１の流れ通路の曲率半径及び／又は直径は、流れ方向において例えば先細りによって変化させられ、その結果、可能な限り微少な摩擦しか発生しない。これによって、湾曲部によるガス状の媒体の流れ変向及び／又は流れ方向の変化に基づいて、圧力損失及び摩擦損失を低減させることができ、これによって、再循環ブロワ及び／又は弁・ジェットポンプアセンブリ及び／又は全圧送装置の効率が改善される。再循環ブロワのハウジング内に湾曲部を組み込むことによって、圧縮領域の流出部と湾曲部との間における距離が可能な限り微小になるという利点を得ることができ、これによって、高められた動圧（Staudruck）、特に背圧（Rueckstaudruck）が湾曲部によって流れ通路の流出開口において形成される。このことは、圧送装置及び／又は燃料電池システムの種々様々な動作点において再循環ブロワの効率に好適に作用することができる。それというのは、高められた動圧は、再循環ブロワの好適な圧送作用の迅速な形成に好適な影響を及ぼすからである。さらに、再循環ブロワのハウジング内における湾曲部の組込みは、例えば再循環ブロワと弁・ジェットポンプアセンブリとの間における追加的な配管の形態の、圧送装置のためのさらなる構造空間が不要になる点において好適である。これによって、圧送装置のコンパクトな構造形式の利点を得ることができる。
【００２０】
次に図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】プレート状の支持要素に位置決めされたコンポーネント、即ち、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリ、再循環ブロワ及び水分離器を備えた圧送装置の第１実施例を示す平面図である。
【図２】プレート状の支持要素に位置決めされたコンポーネント、即ち、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリ、再循環ブロワ及び水分離器を備えた圧送装置の第２実施例を示す平面図である。
【図３】第１実施例による圧送装置を備えた燃料電池システムを示す側面図である。
【図４】ハウジングを備えた再循環ブロワの、図１においてＩＩで示された部分を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
発明の実施形態
図１には、本発明に係る圧送装置１の第１実施例が平面図において示されている。
【００２３】
図１に示されているように、圧送装置１は、プレート状の支持要素２を有しており、この支持要素２には、コンポーネント、即ち、ジェットポンプ４、調量弁６、再循環ブロワ８及び水分離器１０が装着されている。ここで、圧送装置１は、ガス状の媒体、特にＨ２を圧送するために及び／又は再循環させるために機能する。さらに、ジェットポンプ４は、圧力下にあるガス状の媒体によって駆動され、ここで、特に駆動媒体である、圧力下にあるガス状の媒体は、ジェットポンプ４に調量弁６を用いて供給される。さらに、調量弁６とジェットポンプ４とは、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリ１２を形成しており、ここで、調量弁６は、少なくとも部分的にジェットポンプ４内に組み込まれている。さらに、組み合わせられた弁・ジェットポンプアセンブリ１２は、第１の供給路２８、第２の供給路３６、吸込み領域１８及び拡散領域２０を有している。再循環ブロワ８は、第１の流れ接続部７を形成しており、ここで、第１の流れ接続部７は、再循環ブロワ８のハウジング２４の一部として形成されていて、第１の流れ接続部７は、弁・ジェットポンプアセンブリ１２の第１の供給路２８内に直接開口している。これによって、再循環ブロワ８と弁・ジェットポンプアセンブリ１２、特にジェットポンプ４とは、第１の流れ接続部７を用いて互いに流体接続されている。ここで、第１の流れ接続部７は、内部に位置している第１の流れ通路１５を備えた第１の接続管（Verbindungszapfen）１１、特に円筒形の第１の接続管１１を形成しており、ここで、第１の接続管１１は、再循環ブロワ８のハウジング２４の一部として形成されていて、第１の流れ通路１５の方向において再循環ブロワ８から離反する方向に延在している。ここで、第１の流れ通路１５は、再循環ブロワ８のハウジング２４内において延在していて内部に位置している配管（Verrohrung）として形成されていて、ガス状の媒体を流れ案内するために機能する。第１の流れ接続部７及び／又はハウジング２４の第１の接続管１１は、弁・ジェットポンプアセンブリ１２の第１の切欠き１９、特に円筒形の第１の切欠き１９内に進入しており、ここで、第１の接続管１１と第１の切欠き１９との間におけるシールは、第１のシールリング１４によって行われており、ここで、第１のシールリング１４は、特に弾性材料製の第１のシールリング１４、例えばＯリングである。第１の流れ接続部７は、ジェットポンプ４の領域において第１の供給路２８内に移行している。ここで、プレート状の支持要素２は、長手方向軸線５０及び横方向軸線５２の方向に、及び／又は、長手方向軸線５０と横方向軸線５２とによって形成された平面４８に対して平行に延在している。
【００２４】
さらに、圧送装置１は、一方では、特に再循環媒体であるガス状の媒体によって貫流され、ここで、再循環媒体は、燃料電池２９（図３に図示）を貫流した後で、新たに圧送装置１を通って流れる。他方では、圧送装置１には、駆動媒体が供給され、ここで、駆動媒体は、供給管路を用いて、燃料電池システム３１のタンク、特に高圧タンクから供給される。
【００２５】
さらに、図１に示されているように、水分離器１０は、アノード出口３と再循環ブロワ８との間に位置していて、アノード出口３及び再循環ブロワ８に流体接続されている。ここで、水分離器１０は、再循環ブロワ８との直接的な第２の流れ接続部９を形成していて、第２の流れ接続部９に流体接続されている。ここで、第２の流れ接続部９は、再循環ブロワ８のハウジング２４の一部として形成されており、第２の流れ接続部９は、水分離器１０の排出路３２に直接開口している。ここで、第２の流れ接続部９は、内部に位置している第２の流れ通路１７を備えた第２の接続管１３、特に円筒形の第２の接続管１３を形成しており、ここで、第２の接続管１３は、再循環ブロワ８のハウジング２４の一部として形成されていて、第２の流れ通路１７の方向において再循環ブロワ８から離反する方向に延在している。ここで、第２の流れ通路１７は、再循環ブロワ８のハウジング２４内において延在していて内部に位置している配管として形成されていて、ガス状の媒体を流れ案内するために機能する。第２の流れ接続部９及び／又はハウジング２４の第２の接続管１３は、水分離器１０の第２の切欠き２１、特に円筒形の第２の切欠き２１内に進入しており、ここで、第２の接続管１３と第２の切欠き２１との間におけるシールは、第２のシールリング１６によって行われており、第２のシールリング１６は、特に弾性材料製の第２のシールリング１６、例えばＯリングである。ここで、第２のシールリング１６は、第２の接続管１３の外径部と第２の切欠き２１の内径部との間に位置している。
【００２６】
さらに、図１に示されているように、一方では圧送装置１の入口が、燃料電池２９のアノード出口３に、特に流体接続されており、他方ではアノード入口５が、圧送装置１の出口に、特に流体接続されている。例えば、特に再循環媒体であるガス状の媒体の、燃料電池２９から圧送装置１を貫通する流れ貫流が、水分離器１０、再循環ブロワ８、弁・ジェットポンプアセンブリ１２の順序で行われる。その際、ガス状の媒体は、流れ方向ＶＩにおいてコンポーネントを貫いて流れる。
【００２７】
ジェットポンプ４及び／又は弁・ジェットポンプアセンブリ１２の内部において、いわゆるジェットポンプ効果が起こる。そのために、第２の供給路３６を通して、弁・ジェットポンプアセンブリ１２の外側から、特にＨ２であるガス状の駆動媒体が、特に高圧タンクから調量弁６内に流入する。さらに、再循環媒体は、再循環ブロワ８から第１の流れ接続部７及び第１の供給路２８を通ってジェットポンプ４の吸込み領域１８内に圧送される。いまや駆動媒体は、調量弁６の開放によって、特に高圧下で吸込み領域１８内にもたらされる。ここで、ガス状の駆動媒体は、流れ方向ＶＩにおいて流れる。第２の供給路３６から吸込み領域１８内に流れかつ駆動媒体として機能するＨ２は、第１の供給路２８から吸込み領域１８内に流入する再循環媒体に対して圧力差を有しており、ここで、駆動媒体は特に、少なくとも１０バールの比較的高い圧力を有している。ジェットポンプ効果を発生させるために、低い圧力及び低い質量流を有する再循環媒体が、ジェットポンプ４の吸込み領域１８内に圧送される。ここで、駆動媒体は、記載された圧力差と、特に音速に近い高い速度とを有する駆動媒体が、調量弁６を通って吸込み領域１８内に流入する。その際、駆動媒体は、既に吸込み領域１８内にある再循環媒体に衝突する。駆動媒体と再循環媒体との間における大きな速度差及び／又は圧力差に基づいて、媒体の間において内部摩擦及び乱流が発生させられる。その際、剪断応力が、高速の駆動媒体とそれに比較して著しく低速の再循環媒体との間の境界層において発生する。この応力は、衝撃伝達（Impulsuebertragung）を生ぜしめ、その際、再循環媒体は加速され、一緒に引っ張られる。混合は、運動量保存（Impulserhaltung）の原理に基づいて行われる。ここで、再循環媒体は、流れ方向ＶＩにおいて加速され、再循環媒体に対しても圧力降下が発生し、これによって、吸込み作用が生じ、ひいてはさらなる再循環媒体が、第１の供給路２８及び／又は流れ接続部７の領域から追加圧送される。調量弁６の開放時間及び開放頻度の変化及び／又は調整によって、再循環媒体の圧送率を調節することができ、全燃料電池システム３１（図１には図示せず、図３参照）のそれぞれの要求に、動作状態及び動作要求に応じて適合させることができる。
【００２８】
図２には、本発明に係る圧送装置１の第２実施例が平面図において示されている。ここで、第１の流れ接続部７は、内部に位置している第１の流れ通路１５を備えた第１の接続プレート２５として形成されており、ここで、第１の接続プレート２５は、再循環ブロワ８のハウジング２４の一部として形成されていて、第１の接続プレート２５は、第１の流れ通路１５の方向において再循環ブロワ８から離反する方向に延在している。さらに、再循環ブロワ８のハウジング２４は、第１の接続プレート２５を用いて弁・ジェットポンプアセンブリ１２に、第１の流れ通路１５の方向において接触しており、ここで、第１のシールリング１４は、第１の流れ通路１５の方向において及び／又は第１の流れ通路１５を取り囲むように、第１の接続プレート２５と弁・ジェットポンプアセンブリ１２との間に位置している。
【００２９】
さらに図２に示されているように、第２の流れ接続部９は、内部に位置している第２の流れ通路１７を備えた第２の接続プレート２７として形成されており、ここで、第２の接続プレート２７は、再循環ブロワ８のハウジング２４の一部として形成されていて、再循環ブロワ８の第２の接続プレート２７は、第２の流れ通路１７の方向において再循環ブロワ８から離反する方向に延在している。ここで、再循環ブロワ８のハウジング２４は、第２の接続プレート２７を用いて水分離器１０に、内部に位置している第２の流れ通路１７の方向において接触しており、ここで、第２のシールリング１６は、第２の流れ通路１７の方向において及び／又は第２の流れ通路１７を取り囲むように、第２の接続プレート２７と水分離器１０との間に位置している。
【００３０】
図３には、第１実施例に係る圧送装置１を備えた燃料電池システム３１が側面図において示されている。図３に示されているように、圧送装置１のコンポーネント、特に、水分離器１０、再循環ブロワ８、及び、弁・ジェットポンプアセンブリ１２は、プレート状の支持要素２に位置決めされていて、流れ管路が圧送装置１のコンポーネントの間及び／又は内部において、専らプレート状の支持要素２に対して平行に延在するようになっており、ここで、プレート状の支持要素２は、燃料電池２９と圧送装置１との間に配置されている。ここで、特に再循環媒体であるガス状の媒体は、燃料電池２９からアノード出口３を介してプレート状の支持要素２を通って圧送装置１内に、特に水分離器１０内に流入する。圧送装置１の内部において、流れ管路は、コンポーネント内にも、コンポーネントの間にも延在しており、ここで、流れ管路は、特に第１の流れ接続部７及び第２の流れ接続部９であり、プレート状の支持要素に対して少なくともほぼ平行に、ひいては図３に示された平面４８に対して少なくともほぼ平行に延在している。ここで、平面４８は、長手方向軸線５０及び横方向軸線５２（図２に示されている）の方向に延在する。これによって、ガス状の媒体は圧送装置１を、専ら、プレート状の支持要素２に対して少なくともほぼ平行に延在する平面４８において、貫流する。さらに圧送装置１におけるガス状の媒体の変向及び／又は流れ案内は、専ら再循環ブロワ８及び／又は弁・ジェットポンプアセンブリ１２の領域において行われ、圧送装置１の平面４８に対して少なくともほぼ平行に行われる。単にアノード出口３及びアノード入口５の、圧送装置がプレート状の支持要素２を介して燃料電池２９に接続されている領域においてだけ、ガス状の媒体は、流れ方向ＶＩから平面４８に対して平行に離隔し、ここで、この領域は、まったく又は部分的にしか、圧送装置１の、圧送装置１に対するガス状の媒体の流入及び／又は流出が行われる領域に位置しない。圧送装置がガス状の媒体をアノード入口５を介して燃料電池２９内に戻し圧送する領域において、圧送装置１は、ジェットポンプ４の領域に流出湾曲部２６及び接続部材３０を有しており、ここで、接続部材３０は、アノード入口５内に移行している。
【００３１】
図４には、ハウジング２４を備えた再循環ブロワ８が平面図において示されている。ここで、ハウジング２４は、第２の流れ接続部９を有しており、この第２の流れ接続部９を用いてガス状の媒体は、水分離器１０の排出路３２から到来して再循環ブロワ８内に流入する。その際、ガス状の媒体は、流れ方向ＶＩにおいて第２の流れ接続部９を通って再循環ブロワ８の、内部に位置している第２の流れ通路１７内に流れる。流れ方向ＶＩにおける第２の流れ通路１７の貫流後に、ガス状の媒体は、再循環ブロワ８のハウジング２４の内部において、コンプレッサホイール３３を備えたコンプレッサ領域３８に達し、その際、コンプレッサホイール３３は、回転方向３５における回転を実施する。外周部にブレード３７が配置されているコンプレッサホイール３３の回転によって、再循環ブロワ８のコンプレッサ領域３８における回転方向３５のガス状の媒体の加速及び／又は圧縮が行われる。コンプレッサホイール３３によるガス状の媒体の加速及び／又は圧縮が行われた後で、ガス状の媒体は、流れ方向ＶＩにおいて内部に位置している第１の流れ通路１５内に流入する。ここで、内部に位置している第１の流れ通路１５は、再循環ブロワ８のハウジング２４の内部において湾曲部２２を形成しており、第１の流れ通路１５内におけるガス状の媒体の変向及び／又は流れ案内は、湾曲部２２によって行われる。その際、ガス状の媒体の、再循環ブロワ８及び／又は圧送装置１の構造によって条件付けられた変向は、平面４８に対して少なくともほぼ平行に行われ、これによって、ガス状の媒体の変向に基づく圧力損失及び／又は摩擦損失を微少であるように保つことができる。さらに湾曲部２２の領域は、ハウジング２４の内部に配置されており、これによって、ガス状の媒体の、必要な変向及び／又は流れ案内は、コンポーネントの間、即ち、再循環ブロワ８と弁・ジェットポンプアセンブリ１２との間における追加的な構造空間及び／又は例えば配管のような追加的な部材を必要としない。ここで、湾曲部２２の領域は、流れ横断面が流れ方向ＶＩにおいて例えば先細りの形態で変化するように最適化することができる。
【００３２】
本発明は、ここに記載された実施例及びそこに開示された態様に制限されるものではない。むしろ、請求項に記載された範囲内において、当業者の判断の枠内における多数の変化形態が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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