(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池装置などの設備への組付けのために、漏洩のないコンパクトな気体燃料圧送装置を提供する。【解決手段】ラジアルターボ送風機１６として構成した圧送装置１２と駆動装置１４とを備え、圧送装置は、キャンドモータ１８として構成した駆動装置に対して緊密に封止されている。これによりＳＯＦＣ燃料電池装置に使用した状態で、たとえば熱いアノードガスなどの高温のガスに対して防護され、圧送ユニット１０の耐用期間が大幅に高められる。このため圧送ユニットを流体技術的にアノード排ガス再循環回路内にかつ／またはアノード排ガス再循環回路に接して配置することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの圧送装置（１２）と駆動装置（１４）とを備え、前記圧送装置（１２）は、前記駆動装置（１４）に対して緊密に封止されている、圧送ユニット（１０）であって、
前記圧送装置（１２）は、ラジアルターボ送風機（１６）として構成されていることを特徴とする、圧送ユニット（１０）。
【請求項２】
前記駆動装置（１４）は、キャンドモータ（１８）として構成されている、請求項１記載の圧送ユニット（１０）。
【請求項３】
前記圧送装置（１２）と前記駆動装置（１４）とは、１つのユニットとして構成されている、請求項１または２記載の圧送ユニット（１０）。
【請求項４】
前記圧送装置（１２）と前記駆動装置（１４）とは、電磁クラッチ（１９）を介して作用結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧送ユニット（１０）。  
【請求項５】
前記圧送装置（１２）は、少なくとも部分的に前記駆動装置（１４）により取り囲まれている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧送ユニット（１０）。
【請求項６】
前記圧送装置（１２）と前記駆動装置（１４）との間に壁部（３２）が形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧送ユニット（１０）。
【請求項７】
前記壁部（３２）は、前記圧送装置（１２）および／または前記駆動装置（１４）に対する保持部（３３）として構成されている、請求項６記載の圧送ユニット（１０）。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の少なくとも１つの圧送ユニット（１０）が、流体技術的にアノード排ガス再循環回路（１３０）内にかつ／またはアノード排ガス再循環回路に接して配置されていることを特徴とする、アノード排ガス再循環回路（１３０）を備える燃料電池装置（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの圧送装置と駆動装置とを備え、圧送装置は、駆動装置に対して緊密に封止されている、圧送ユニットに関し、さらに本発明は、アノード排ガス再循環回路を備える燃料電池装置にも関する。
【０００２】
背景技術
文献独国実用新案第２０２００５０１７５７４号明細書は、圧送装置を開示している。この圧送装置は、圧送領域と駆動領域とを備えるポンプまたは送風機として構成されており、この場合、圧送領域は、駆動領域に対して緊密に封止されている。
【０００３】
発明の開示
これに対して、少なくとも１つの圧送装置と駆動装置とを備え、圧送装置は、駆動装置に対して緊密に封止されている、本発明に係る圧送ユニットは、圧送装置がラジアルターボ送風機として構成されているという利点を有する。ラジアルターボ送風機により、圧送ユニットの効率が大幅に高まると同時に、コンパクトでより軽量の構造が実現される。
【０００４】
従属請求項に記載された特徴により、本発明の好適な改良態様が実現可能である。そこでは、駆動装置は、キャンドモータとして構成されており、これにより、効率的な駆動が保証される。
【０００５】
好適な１態様では、圧送装置と駆動装置とが１つのユニットとして構成されており、これにより、圧送装置を追加的によりコンパクトに構成することができ、ひいてはたとえば燃料電池装置などの設備への技術的に簡単な組付けも可能になる。
【０００６】
特に好適には、圧送装置と駆動装置とが、電磁クラッチを介して作用結合されており、これにより、ほぼ摩擦のない駆動が可能になる。
【０００７】
そこで好適には、圧送装置が少なくとも部分的に駆動装置により取り囲まれており、これにより、駆動装置が効率的に圧送装置に作用することができる。
【０００８】
特に好適な態様では、圧送装置と駆動装置との間に壁部が形成されており、これにより、駆動装置に対する圧送装置の緊密な封止が可能になる。
【０００９】
特に好適には、壁部が、圧送装置および／または駆動装置に対する保持部として構成されており、これにより、特に効率的に圧送ユニットのコンパクトな構造が可能になる。
【００１０】
さらに本発明は、アノード排ガス再循環回路を備える燃料電池装置に関する。燃料電池装置は、少なくとも１つの圧送ユニットが、上記の記述により説明されたように、流体技術的にアノード排ガス再循環回路内にかつ／またはアノード排ガス再循環回路に接して配置されているという利点を有する。そうして、アノード排ガスの再循環のために少なくとも１つの本発明に係る圧送ユニットを使用することにより、通常よりもわずかなエネルギしか必要とせず、これにより、同様に燃料電池装置の全体効率が高められる。
【００１１】
本発明の実施の態様が、図面に概略的に示されていて、以下の記述において詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る圧送ユニットの概略図を示す。
【図２】本発明に係る圧送ユニットを備える本発明に係る燃料電池装置の概略図を示す。
【００１３】
実施の形態の説明
図１は、本発明に係る圧送ユニット１０の概略図を示している。圧送ユニット１０は、圧送装置１２と駆動装置１４とを備え、この場合、圧送装置１２は、駆動装置１４に対して緊密に封止されている。圧送ユニット１０は、圧送装置１２がラジアルターボ送風機１６として構成されていることを特徴とする。これにより、流体の特に効果的な圧送が可能になる。
【００１４】
ここでは、ラジアルターボ送風機１６とは、極めて高い回転数で運転することができ、ひいては大量の流体を圧送することができるラジアル送風機と解される。
【００１５】
ラジアル送風機とは、送風機の駆動軸線に対して平行または軸方向に流体を吸い込み、ラジアル羽根車の回転により９０°変向して、半径方向に吹き出す送風機と解される。これにより、特に強い圧力上昇が可能になる。
【００１６】
したがって、ラジアルターボ送風機１６としての圧送装置１２により、大量の流体の圧送だけではなく強い圧力上昇も可能になる。
【００１７】
駆動装置１４は、キャンドモータ１８として構成されており、これにより、ラジアルターボ送風機１６の技術的に効率的な駆動が行われる。図示の実施の態様では、キャンドモータ１８は、静的に配置されている。択一的に、キャンドモータ１８を可動に配置することも考えられる。
【００１８】
圧送装置１２またはラジアルターボ送風機１６と、駆動装置１４またはキャンドモータ１８とは、１つのユニットとして構成されており、これにより、圧送ユニット１０の特にコンパクトな構成が達成され、ひいてはたとえば燃料電池装置などの設備への簡単な組付けも可能になる。
【００１９】
圧送装置１２またはラジアルターボ送風機１６と、駆動装置１４またはキャンドモータ１８とは、電磁クラッチ１９を介して作用結合されており、これにより、ラジアルターボ送風機１６とキャンドモータ１８とは、互いに間隔を置いて形成することができ、ひいてはほぼ摩擦のない駆動が行われる。
【００２０】
そこで、ラジアルターボ送風機１６は、ロータ２０を有し、キャンドモータ１８は、ステータ２２を有する。ロータ２０は、スリーブ２３により取り囲まれている。ロータ２０だけではなくステータ２２も、電気式に駆動制御することができるコイルである。ロータ２０は、軸方向に延在する軸２４に取り付けられている。同様に、ラジアルターボ送風機１６のラジアル羽根車２６が軸２４に取り付けられており、これにより、ロータ２０の回転運動がラジアル羽根車２６の回転運動をも生じさせ、ラジアル羽根車２６の回転運動により、流体を、軸方向に吸込通路２８を介して吸い込み、９０°変向させ、これに続いて半径方向に吹出通路３０を介して吹き出すことができる。
【００２１】
圧送装置１２（図示の実施の態様ではラジアルターボ送風機１６のロータ２０）は、駆動装置１４またはキャンドモータ１８により、少なくとも部分的に取り囲まれている。そこで、キャンドモータ１８のステータ２２は、軸方向で内側に延在するロータ２０に対向して配置されており、これにより、キャンドモータ１８のステータ２２は、電磁クラッチ１９、つまり磁気的な相互作用により、直接にラジアルターボ送風機１６のロータ２０に作用して、トルクをローラ２０に及ぼすことができる。これにより、ラジアルターボ送風機１６の特に効率的な駆動が行われ、これにより、運転中に、高い回転数が達成される。
【００２２】
圧送装置１２またはラジアルターボ送風機１６と駆動装置１４またはキャンドモータ１８との間に少なくとも１つの壁部３２が形成されており、これにより、ラジアルターボ送風機１６とキャンドモータ１８とは、互いに対して緊密に封止されている。そこで、キャンドモータ１８は、ＳＯＦＣ燃料電池装置に使用した状態で、たとえば熱いアノードガスなどの高温のガスに対して防護され、これにより、圧送ユニット１０の耐用期間が大幅に高められる。
【００２３】
さらに壁部３２は、圧送装置１２またはラジアルターボ送風機１６と駆動装置１４またはキャンドモータ１８とに対する保持部３３として構成されており、これにより、壁部３２は、圧送ユニット１０の小型化に役立つ。
【００２４】
壁部３２は、キャンドモータ１８へ向けてラジアルターボ送風機１６のロータ２０を取り囲み、この場合、壁部３２は、ラジアルターボ送風機１６の軸２４が軸受３４により、図示の場合にはスラスト軸受により、回転運動可能に所定の保持部領域３６に配置されるように構成されている。
【００２５】
図示の態様では、壁部３２は、ハウジング３８の一部であり、ハウジング３８により、ラジアルターボ送風機１６は、ラジアル羽根車２６へ向かう第２の保持部領域４０においても、第２の軸受４２を用いて回転運動可能に配置されている。
【００２６】
さらに、キャンドモータ１８に割り当てられた第２のハウジング４４が形成されている。この場合、壁部３２は、これが第２のハウジング４４を保持部領域３６で支持しひいてはキャンドモータ１８に対する保持部３３をも形成するように、構成されている。
【００２７】
さらに、キャンドモータ１８に割り当てられた第２のハウジング４４は、第３の保持部領域４６において、ハウジング３８に取り付けられており、これにより、キャンドモータ１８は、追加的に支持される。
【００２８】
ラジアル羽根車２６は、第３のハウジング４８によりカバーされ、この場合、第３のハウジング４８は、ハウジング３８と相俟って、吸込通路２８および吹出通路３０を形成する。この場合、第３のハウジング４８は、ハウジング３８に取り付けられており、この場合、第３のハウジング４８とハウジング３８との間にシール５６が配置されており、これにより、圧送装置１２は、完全に、外側の周囲に対して封止されており、ひいてはガスが外側の周囲から吸い込まれることがない。
【００２９】
固定リング５０，５２，５４により、対応する箇所でラジアルターボ送風機１６、ロータ２０およびステータ２２の取付部が追加的に固定される。
【００３０】
図２には、本発明に係る圧送ユニット１０を備える本発明に係る燃料電池装置１１０の概略図が示されている。燃料電池装置１１０は、燃料電池１１２を備える。燃料電池１１２は、電流だけではなく熱も生成するように設けられている。
【００３１】
択一的に、燃料電池装置１１０が、複数の燃料電池１１２を有する燃料電池スタックを備えることも考えられる。
【００３２】
供給管路１１４を介して、燃料電池装置１１０に、燃料、図示の態様では主にメタンガスを含有する天然ガスが供給される。圧送ユニットにより、燃料が圧送され、管路１１６を介して、改質器１１８、図示の態様では蒸気改質器に供給される。改質器１１８により、燃料または天然ガスがヘリウムに改質され、これに続いて、ヘリウムは、燃料電池１１２のアノード１２０に供給される。同時に、燃料電池１１２のカソード１２２に、酸素が、第２の供給管路１１５を介して供給される。
【００３３】
改質により得られたヘリウムは、供給された酸素とともに、燃料電池１１２において、電流および熱を生成しつつ電気化学反応される。その際に生じるアノード排ガスは、アノード側で、アノード排ガス管路１２４を介して導出される。カソード側で、電気化学反応時に生じるカソード排ガスは、カソード排ガス管路１２６を介して導出される。図示の態様では、カソード排ガスは、水蒸気である。
【００３４】
アノード排ガス再循環管路１２８により、アノード排ガスの一部が分岐され、供給管路１１４に戻し案内される。燃料電池１１２における化学反応の間、供給されたヘリウムは、たいていは、完全には反応されないので、アノード排ガス再循環管路１２８により、反応されなかったヘリウムの少なくとも一部が燃料電池１１２に再び供給され、これにより、燃料電池装置１１０の効率が高められる。
【００３５】
したがって、燃料電池装置１１０は、アノード排ガスの再循環のためアノード排ガス再循環回路１３０を備える。燃料電池装置１１０は、とりわけ、搬送ユニットが、上記の記述により説明されたように、アノード排ガス再循環回路１３０内にかつ／またはアノード排ガス再循環回路に接して配置されており、これにより、アノード排ガスの特に効率的な再循環が可能になることを特徴としている。
【００３６】
既に説明されたように、圧送装置１２としてラジアルターボ送風機１６を備える圧送ユニット１０により、高い回転数が実現可能であり、これにより、強い圧力上昇が得られ、大量のアノード排ガスを再循環させることができる。図示の態様では、圧送ユニット１０は、２５００００回転／分の回転数で運転される。これにより、燃料電池装置１１０の全体効率が大幅に高められている。
【００３７】
図示の態様では、圧送ユニット１０は、改質器１１８の上流側に配置されており、これにより、排ガスの再循環の他に、追加的に新たな燃料も圧送することができる。この場合、圧送ユニット１０は、供給管路１１４と圧送ユニット１０の吸込通路２８とのフランジ結合により、アノード排ガス再循環回路１３０内に取り付けられている。吹出通路２８もまた、同様にフランジ結合により、管路１１６と結合されている。
【００３８】
択一的に、圧送ユニット１０を、アノード排ガス再循環回路１３０の他の箇所に配置することも考えられる。そこで、圧送ユニット１０を燃料電池１１２の下流側に配置することも考えられる。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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