[发明专利]用于给燃料电池供应空气的设备

说明书

本发明涉及一种用于给燃料电池(3)供应空气的设备(10)，该设备具有至少一个空气输送装置(11)和至少一个加湿装置，加湿装置通过至少一个喷嘴(171‑178)将来自燃料电池(3)的冷凝出的产物水输入被压缩的进入空气流。该设备的特征在于，在进入空气流的流动横截面中形成有用于输入水的双组分喷嘴(171‑178)的场域(15)，其中，为每个双组分喷嘴(171‑178)形成有分隔开的可流过的横截面(161‑168)，分隔开的可流过的横截面(161‑168)中的每一个均包括具有阀座(24)和阀体(23)的阀(22)，阀体与流动相逆地通过复位力被压向阀座(24)的方向。

技术领域

本发明涉及一种根据在权利要求1的前序部分中详细限定的类型的用于给燃料电池供应空气的设备。此外，本发明还涉及一种具有这种设备的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池的空气供应通常通过空气输送装置、例如叶片机械进行，其被电动驱动并且必要时也可以由排出空气涡轮机辅助驱动。该结构通常称为“电动涡轮增压器”或“ETC”或“电机辅助的涡轮增压器”。在此，在压缩后，供送给燃料电池的进入空气相应被加热。在低温燃料电池、尤其是PEM燃料电池中，这是严重的缺点，并且在许多常规的结构中设置有增压空气冷却器。该增压空气冷却器在空气流过加湿器并且相应被加湿以在燃料电池中使用之前将空气冷却下来。该结构大而复杂并且在进入空气流中造成压力损失。尤其地，增压空气冷却器在此具有以下缺点，即该增压空气冷却器附加地对燃料电池系统的冷却回路施加负荷。因为在废热的通常低于100℃至120℃的相对低的温度水平下本来就很难导出燃料电池系统的废热，所以通过增压空气冷却器的附加的热量输入是很大的缺点。

DE 10 2004 038 633 B4现在提出了，以如下方式实现空气的加湿，即通过喷射器将燃料电池系统的冷凝物引入用作增压空气冷却器的热交换器中。因此，一方面，消耗了燃料电池的产物水，另一方面，可以省去设计为气体/气体加湿器的加湿器、例如膜加湿器。然而，在此冷却回路仍被施加负荷。

DE 10 2017 214 312 A1借助水对供送给燃料电池的进入空气流进行加湿，该水从燃料电池系统冷凝出并且通过喷射阀喷入压缩机后的体积流中。由此实现加湿，并可以省去常规的加湿器。增压空气冷却的主题在此不起作用，并且没有被提及。

发明内容

本发明的目的现在是，提供一种根据在权利要求1的前序部分中详细限定的类型的用于向燃料电池供应空气的改进的设备。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1中并且在此尤其是在权利要求1的特征部分中的特征的设备来实现。该设备的有利的设计方案和改进方案由从属权利要求得到。在权利要求10中还说明了一种具有这种设备的燃料电池系统。

根据本发明的设备与在现有技术中类似地使用喷嘴来加湿进入空气流。在此，根据本发明，在进入空气流的横截面中形成有用于输入冷凝水的双组分喷嘴的场域/区域。在此，可为双组分喷嘴中的每一个提供分隔开的可流过的横截面，从而每个喷嘴被其空气流针对性地流入。这使得简单且非常有效地针对双组分喷嘴要加湿的空气的体积流量合适地设计双组分喷嘴。分隔开的可流过的横截面中的每一个在此包括阀座和阀体，阀体例如通过弹簧或另外的复位元件与流动相逆地经受朝向阀座的方向的复位力。

在此，按照根据本发明的设备的特别有利的改进方案，对于每个单个的分隔开的可流过的横截面，在设计中可以个体化地预设各个复位力，从而视由空气输送装置建立的压力和体积流量而定，总是仅所述一个或另一个或针对性数量的阀体从阀座抬起，以便相应的双组分喷嘴被流过并使输入相应双组分喷嘴的水雾化。如果在所有分隔开的可流过的横截面中所有阀体从其阀座抬起，则必然提供一个为最大的空气体积流量设计的相应的横截面，在该横截面中，在双组分喷嘴的场域中的所有双组分喷嘴被供应水并加湿体积流。