背景技术：
1、已经建议了一种用于燃料电池系统的高温部件的、特别是加力燃烧器的热膨胀补偿装置，其带有用于在高温部件升温期间吸收热机械能的基体，其中，所述基体具有带通道中轴线的中央通道，该中央通道用于让高温部件的工艺流体通过。
技术实现思路
1、本发明基于一种用于燃料电池系统的高温部件的、特别是加力燃烧器的热膨胀补偿装置，其带有用于在高温部件升温期间吸收热机械能的基体，其中，所述基体具有带通道中轴线的中央通道，该中央通道用于让高温部件的工艺流体通过。
2、建议，基体在平行于通道中轴线的剖平面中具有弯曲的热膨胀补偿区域，该热膨胀补偿区域构成了至少部分环绕中央通道的拱曲结构。热膨胀补偿装置尤其设置用于，布置在燃料电池系统的高温部件和流体接头之间。流体接头可以设置用于容纳高温部件的工艺流体和/或将工艺流体排出给高温部件。高温部件尤其设置用于，补偿高温部件的和/或流体接头的热方面的线膨胀。热膨胀补偿装置优选设置用于，补偿高温部件的平行于通道中轴线发生的热方面的线膨胀。热膨胀补偿装置尤其设置用于，在高温部件和/或流体接头升温时，将在高温部件和流体接头之间的特别是附加的机械应力保持在公差值之下。热膨胀补偿装置尤其设置用于，在高温部件和/或流体接头升温时通过吸收热机械能而变形。高温部件特别优选设置用于，至少基本上弹性地变形至达到了高温部件的最大的运行温度。“基本上弹性地”尤其应当理解为，热膨胀补偿装置的最大伸展长度的弹性的部分占据整个最大的伸展长度99％以上、优选99.25％以上、特别优选99.4％以上。热膨胀补偿装置尤其设置用于，在高温部件和/或流体接头冷却时呈现出热膨胀补偿装置在高温部件和/或流体接头升温之前的初始的形状。热膨胀补偿装置尤其设置用于，在需要更换热膨胀补偿装置之前，经受多个加热循环，特别是5个以上的加热循环、优选10个以上的加热循环、特别是50个以上的加热循环。特别优选的是，热膨胀补偿装置的和特别是还有毗邻的构件的最大的伸展长度的塑性变形部分这样小，使得出现的塑性变形可以没有故障地忍受燃料电池系统的系统寿命的加热循环的平均数量。
3、热膨胀补偿装置优选针对高温部件的高于300℃、优选高于400℃。特别优选高于550℃的运行温度进行设计。热膨胀补偿装置尤其针对高温部件的1000℃以下、特别是800℃以下的运行温度进行设计。高温部件例如是燃料电池系统的加力燃烧器、燃料电池系统的转化器、高温燃料电池、尤其是固态氧化物燃料电池、燃料电池系统的预热器、燃料电池系统的工艺流体分配器等。流体接头可以是燃料电池系统的另外的高温部件的一部分、燃料电池系统的工艺流体管线系统的一部分或者燃料电池系统的低温部件的一部分。燃料电池系统的低温部件例如是工艺流体输送元件、热交换器等。工艺流体尤其可以是燃料、用于转化燃料的含氧的流体、特别是空气或者通过转化燃料生成的废气。
4、基体优选由金属、特别优选由不锈钢、例如由材料1.4509制成。整个热膨胀补偿装置优选由单独的板材特别是通过成型加工制成。基体备选具有多个单独构造的区段，例如两个半壳等。基体优选具有流体面，流体面尤其设置用于，在高温燃料电池运行时与工艺流体处于接触。基体优选具有外表面。外表面和流体面尤其形成了基体的两个最大的表面。外表面和流体面优选至少基本上平行于彼此延伸。“基本上平行”在此尤其应当指的是特别是在一个平面中一个方向相对参考方向的定向，其中，所述方向相对参考方向具有特别是小于8°、有利地小于5°和特别有利地小于2°的偏差。基体的垂直于外表面和/或流体面的材料厚度优选在流体面的和/或外表面的至少大多数点上尤其至少基本上一样大。“在大多数点上”尤其应当指的是在所有点的50％以上的点上、优选在75％以上的点上、特别优选在90％以上的点上。“基本上相同”尤其应当指的是直至最多75％、优选最多50％、特别优选最多25％的变化的相同。材料厚度尤其比外表面的和/或流体面的最大面积的方根小了10倍以上、优选20倍以上。
5、基体优选包括主延伸平面，主延伸平面至少基本上垂直于通道中轴线延伸。结构单元的“主延伸平面”尤其应当指的是一个平行于正好还完全包围所述结构单元的最小的假想的长方体的最大的侧面延伸的并且特别是延伸穿过长方体的中点的平面。措辞“基本上垂直”在此尤其应当指的是一个方向相对参考方向的定向，其中，所述方向和所述参考方向尤其在投影平面中观察的话夹成了一个90°的角并且所述角具有特别是小于8°、有利地小于5°和特别有利地小于2°的最大偏差。基体的平行于通道中轴线的最大的纵向延伸长度尤其小于基体的垂直于通道中轴线的最大的横向延伸长度。外表面尤其构成了中央通道的外壁。流体面尤其构成了中央通道的内壁。
6、热膨胀补偿区域可以构成单个的拱曲结构或多个拱曲结构，所述拱曲结构在平行于通道轴线的剖平面中尤其构成了波浪形的轮廓。拱曲结构尤其可以使外表面在平行于通道轴线的剖平面中在热膨胀补偿区域中凹陷地延伸。拱曲结构尤其可以使流体面在平行于通道轴线的剖平面中在热膨胀补偿区域中凸出地延伸。外表面尤其面朝描述了拱曲结构的曲率半径的曲率中心布置，并且流体面则背对布置。在多个拱曲结构中，外表面和流体面在热膨胀补偿区域中尤其交替地凹陷和凸出地或者凸出和凹陷地延伸。拱曲结构可以具有唯一一个曲率半径或者具有曲率半径不同的拱曲区段。在不同的拱曲区段之间的过渡优选被平整地、特别是无跃变地和/或无弯折地构造。描述了拱曲结构的曲率半径或者描述了拱曲区段的曲率半径优选处在平行于通道轴线的剖平面中。
7、“部分环绕中央通道”尤其应当指的是布置在一个包围中央通道的、优选与中央通道同心的圆上，其中，拱曲结构沿着所述圆的长度对应所述圆的圆周长的至少50％、优选至少75％、特别优选90％以上。基体特别优选地构造成旋转体，所述旋转体尤其关于通道中轴线旋转对称地或转动对称地构造。一个面的一个区段沿一个方向延伸或者具有一个方向，尤其应当指的是，贴靠在所述面上的切线具有这个方向，其中，所述切线处在平行于通道中轴线的剖平面中。尤其所有针对延伸长度、走向和尺寸比例的几何说明，倘若没有另行明确说明，均涉及到平行于通道中轴线的剖平面。通道中轴线优选处在平行于通道中轴线的剖平面中。基体尤其关于平行于通道中轴线的剖平面镜像对称。
8、通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，可以有利地有效地通过使热膨胀补偿装置变形来补偿高温装置的热膨胀。尤其可以将在高温装置和流体接头之间的力传递有利地保持得小。此外，拱曲结构可以有利地预定基体的额定变形部位，所述额定变形部位在高温部件热膨胀时变形。尤其可以有利地将热膨胀补偿装置的材料疲劳的风险保持得低。此外，可以达到基体的有利的线性的变形。尤其可以将基体由于分岔而引起的自发的状态变换的风险有利地保持得低。
9、还进一步建议，中央通道由垂直于通道中轴线的容纳平面和垂直于通道中轴线的连接平面限定，其中，中央通道的用于高温部件的容纳开口布置在容纳平面中并且热膨胀补偿区域部分贴靠在连接平面上，其中，基体的包围中央通道的外围区域由于拱曲结构而至少部分朝着容纳平面的方向倾斜。中央通道尤其通过拱曲结构连接到外围区域上，其中，中央通道和外围区域构成了热膨胀补偿区域的各一个部分。外围区域尤其构造成拱顶形并且在至少一个垂直于通道中轴线的、在容纳平面和连接平面之间延伸的平面中包围中央通道。尤其外表面和流体面在中央通道处从容纳平面起至少基本上平行于通道中轴线延伸。拱曲结构优选将外表面和流体面引到至少基本上垂直于通道中轴线的、特别是背离通道中轴线指向的走向上。描述了拱曲结构的圆弧尤其在80°以上、优选85°以上、特别优选89°以上、可选90°以上的范围内延伸。中央通道尤其具有从容纳平面到连接平面渐增的内直径。当流体面由于拱曲结构而占据垂直于通道中轴线的走向时，流体面尤其贴靠在连接平面上。在外围区域中，拱曲结构将外表面和流体面优选从垂直于通道中轴线的走向引向面朝容纳平面的走向。拱曲结构的形成中央通道的拱曲区段的曲率半径和拱曲结构的形成外围区域的拱曲区段的另外的曲率半径尤其可以一样大或者不一样大。外围区域可选包括至少一个区段，该至少一个区段平行于容纳平面延伸或者倾斜于容纳部延伸。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，可以沿着通道中轴线向高温部件提供有利地长的膨胀路径。沿着中央通道的直接的压力负荷尤其可以基于高温部件的热膨胀而有利地偏转到较大的外围区域上。
10、此外还建议，基体的朝着容纳平面拱曲的外围区域沿着平行于通道中轴线的方向在基体的平行于通道中轴线的特别是已经提到的最大的纵向延伸长度的34％以下的范围内延伸。外围区域特别优选至少基本上完全地、尤其50％以上、优选75％以上、特别优选90％以上布置在容纳平面和连接平面之间。基体的平行于通道中轴线的最大的纵向延伸长度尤其等于容纳平面和连接平面彼此间的间距。基体的最大的纵向延伸长度特别优选与中央通道的平行于通道中轴线的最大的通道纵向延伸长度一样大。外围区域平行于通道中轴线的最大的外围纵向延伸长度优选小于基体的最大的纵向延伸长度，特别是比基体的最大的纵向延伸长度小了至少34％、优选至少50％、特别优选66％以上。最大的外围纵向延伸长度尤其是基体在外围区域中的材料厚度的至少双倍那么大、优选五倍以上那么大。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，拱曲结构可以设计带有有利地大的曲率半径。尤其可以达到热膨胀补偿区域的膨胀负荷的有利地大面积的和特别是有利地均匀的分布。尤其可以将热膨胀补偿区域的膨胀负荷的局部的极值有利地保持得小。
11、此外还建议，弯曲的热膨胀补偿区域的曲率半径、特别是形成了中央通道的拱曲区段的已经提到的曲率半径，对应基体的平行于通道中轴线的特别是已经知道的最大的纵向延伸长度的50％以上。中央通道的至少基本上平行于通道中轴线延伸的区域尤其在基体的最大的纵向延伸长度的50％以下的范围内延伸。所述曲率半径优选大于最大的外围纵向延伸长度。外围区域从垂直地观察通道中轴线的视向观察的话尤其仅不完整地遮盖拱曲结构。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，可以将热膨胀补偿装置有利地保持成扁平的。最大的纵向延伸长度尤其可以有利地保持得小。所述热膨胀补偿装置尤其也可以有利地在燃料电池系统内的可用结构空间较少时使用。
12、此外还建议，弯曲的热膨胀补偿区域在基体的横向延伸长度的50％以上的范围内延伸，所述横向延伸长度从中央通道起在横向于通道中轴线延伸的方向上延伸至基体的外边缘。横向延伸长度尤其对应基体的最大的横向延伸长度的一半减去中央通道的特别是最小的外半径。热膨胀补偿区域特别优选在所述横向延伸长度的75％以上的范围内延伸。外围区域特别是在外边缘处优选包括固定区以将热膨胀补偿装置固定在流体接头处。固定区特别优选构造成焊接面，备选构造成法兰。固定区优选至少基本上平行于连接平面延伸。固定区优选从外边缘起朝着中央通道的方向在所述横向延伸长度的50％以下的范围内延伸。拱曲结构特别优选地在所述横向延伸长度的50％以上的范围内延伸。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，可以达到热膨胀补偿区域的膨胀负荷的还要更好的分布。
13、此外还建议，基体由于拱曲结构而朝着一个背对中央通道的用于高温部件的特别是已经提到的容纳开口的并且平行于通道中轴线的方向拱曲。外表面和流体面尤其由于拱曲结构而无级地并且特别是无弯折地从中央通道转变成外围区域。属于形成了中央通道的拱曲区段的曲率半径的中点的间距优选大于或等于中央通道的最大的内半径。中央通道的内直径和特别是中央通道的外直径，特别优选从容纳平面朝着连接平面单调地扩大。拱曲结构尤其构造用于伸入到流体接头中。中央通道尤其由于拱曲结构而伸出于外围区域的用于将热膨胀补偿装置布置在流体接头处的固定区。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，在力通过高温部件的热膨胀作用到拱曲结构上时产生了有利地小的杠杆作用。
14、此外还建议，弯曲的热膨胀补偿区域具有至少一个关于通道中轴线的靠近轴线的曲率半径、特别是已经提到的曲率半径和远离轴线的曲率半径、特别是已经提到的另外的曲率半径，其中，远离轴线的曲率半径大于靠近轴线的曲率半径。靠近轴线和远离轴线优选涉及到拱曲结构的由所述曲率半径描述的拱曲区段。拱曲结构的构成中央通道的拱曲区段的曲率半径尤其比起拱曲结构的构成外围区域的拱曲区段的另外的曲率半径更为靠近通道中轴线。属于所述曲率半径和所述另外的曲率半径的中点优选距离通道中轴线一样远。另外的曲率半径优选比所述曲率半径大至少25％、特别是大75％以上、可选大两倍以上。在外表面上和/或流体面上的由另外的曲率半径描述的圆弧特别优选在90°以下、特别是75°以下、特别优选55°以下的范围内延伸。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，可以使热膨胀补偿区域分布在一个有利地大的面上并且同时尤其将热膨胀补偿装置有利地保持成扁平的。
15、此外还建议，弯曲的热膨胀补偿区域具有至少一个关于通道中轴线的靠近轴线的曲率半径、特别是已经提到的曲率半径和/或另外的曲率半径和远离轴线的曲率半径，其中，远离轴线的曲率半径和靠近轴线的曲率半径描述了基体的拱曲结构的各一个反向的拱曲区段。外围区域优选具有至少一个附加的曲率半径，尤其是为了将外表面和流体面从拱曲结构转成固定区。属于附加的曲率半径的中点和属于曲率半径的中点的另外的中点优选布置在基体的不同的侧上。流体面尤其面朝附加的曲率半径的中点地布置。附加的曲率半径尤其设置用于，将拱曲结构特别是无跃变地和/或无弯折地转化成固定区。拱曲结构的由附加的曲率半径描述的过渡区段尤其要比由曲率半径或由另外的曲率半径描述的拱曲区段更为远离通道中轴线。附加的曲率半径优选大于所述曲率半径。附加的曲率半径优选至少基本上和另外的曲率半径一样大、特别是至另外的曲率半径的25％以下、优选10％以下。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案，可以有利地简单地安装热膨胀补偿装置。尤其可以在布置在流体接头处的状态下达到围绕热膨胀补偿区域的有利地大的自由空间。在热膨胀补偿区域变形时，热膨胀补偿区域与流体接头接触的风险可以有利地保持得低。
16、此外还建议了一种带有至少一个按本发明的热膨胀补偿装置的用于燃料电池系统的高温部件、特别是加力燃烧器。高温部件尤其包括至少一个流体室、特别是燃烧室或催化室以处理工艺流体。高温部件优选包括至少一个工艺流体入口以使工艺流体或工艺流体的原料进入流体室。高温部件优选包括至少一个工艺流体出口以使工艺流体或工艺流体的产物从流体室出来。工艺流体入口或工艺流体出口尤其布置在热膨胀补偿装置处。工艺流体入口或工艺流体出口尤其具有连接元件，该连接元件布置在热膨胀补偿装置处。连接元件优选构造成焊接面。连接元件可以尤其伸入到中央通道的容纳开口中或者包围中央通道。拱曲结构尤其布置在热膨胀补偿装置的背对高温部件的侧面上。高温部件可选具有另外的热膨胀补偿装置，其中，热膨胀补偿装置布置在工艺流体出口处并且另外的热膨胀补偿装置布置在工艺流体入口处。通过热膨胀补偿装置的按本发明的设计方案可以有利地紧凑地构建高温部件。高温装置尽管尤其被紧凑地构建，但尤其仍能有利地安全地和低磨损地运行。
17、按本发明的热膨胀补偿装置和/或按本发明的高温部件在此不应局限于上述应用和实施方式。按本发明的热膨胀补偿装置和/或按本发明的高温部件尤其可以为了履行在本文中所述的功能而具有与在本文中提到的各个元件、构件和单元的数量不同的数量。此外，在本公开文本中说明的值域中，处在所述极限内的值也应当被视作是公开的并且能任意使用。
1.用于燃料电池系统的高温部件、特别是加力燃烧器的热膨胀补偿装置，所述热膨胀补偿装置带有用于在所述高温部件升温期间吸收热机械能的基体(14a；14b；14c；14d)，其中，所述基体(14a；14b；14c；14d)具有带通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的中央通道(16a；16b；16c；16d)，所述中央通道用于让所述高温部件的工艺流体通过，其特征在于，所述基体(14a；14b；14c；14d)在平行于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的剖平面中具有弯曲的热膨胀补偿区域(19a；19b；19c；19d)，所述热膨胀补偿区域构成了至少部分环绕所述中央通道(16a；16b；16c；16d)的拱曲结构(20a；20b；20c；20d)。
2.根据权利要求1所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述中央通道(16a；16b；16c；16d)由垂直于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的容纳平面(22a；22b；22c；22d)和垂直于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的连接平面(24a；24b；24c；24d)限定，其中，所述中央通道(16a；16b；16c；16d)的用于高温部件的容纳开口布置在所述容纳平面(22a；22b；22c；22d)中并且所述热膨胀补偿区域(19a；19b；19c；19d)部分贴靠在所述连接平面(24a；24b；24c；24d)上，其中，所述基体(14a；14b；14c；14d)的包围所述中央通道(16a；16b；16c；16d)的外围区域(26a；26b；26c；26d)由于所述拱曲结构(20a；20b；20c；20d)而至少部分朝着所述容纳平面(22a；22b；22c；22d)的方向倾斜。
3.根据权利要求2所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述基体(14c；14d)的朝着所述容纳平面(22c；22d)拱曲的外围区域(26c；26d)沿平行于所述通道中轴线(18c；18d)的方向在所述基体(14c；14d)的平行于所述通道中轴线(18c；18d)的最大的纵向延伸长度(28c；28d)的34％以下的范围内延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述弯曲的热膨胀补偿区域(19a；19b；19c；19d)的曲率半径(30a、32a、34a；30b、32b、34b；30c、32c、34c；30d、32d、34d)对应所述基体(14a；14b；14c；14d)的平行于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的最大的纵向延伸长度(28a；28b；28c；28d)的50％以上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述弯曲的热膨胀补偿区域(19a；19b；19c；19d)在所述基体(14a；14b；14c；14d)的横向延伸长度的50％以上的范围内延伸，所述横向延伸长度从所述中央通道(16a；16b；16c；16d)起在横向于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的方向上延伸至所述基体(14a；14b；14c；14d)的外边缘。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述基体(14a；14b；14c；14d)由于所述拱曲结构(20a；20b；20c；20d)而朝着背对所述中央通道(16a；16b；16c；16d)的用于所述高温部件的容纳开口的并且平行于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的方向拱曲。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述弯曲的热膨胀补偿区域(19a；19b；19c；19d)具有至少一个关于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的靠近轴线的曲率半径和远离轴线的曲率半径，其中，所述远离轴线的曲率半径大于所述靠近轴线的曲率半径。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热膨胀补偿装置，其特征在于，所述弯曲的热膨胀补偿区域(19a；19b；19c；19d)具有至少一个关于所述通道中轴线(18a；18b；18c；18d)的靠近轴线的曲率半径和远离轴线的曲率半径，其中，所述远离轴线的曲率半径和所述靠近轴线的曲率半径描述了所述基体(14a；14b；14c；14d)的拱曲结构(20a；20b；20c；20d)的各一个反向的拱曲区段(48a、50a、52a；48b、50b、52b；48c、50c、52c；48d、50d、52d)。
9.用于燃料电池系统的高温部件、特别是加力燃烧器，带有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的热膨胀补偿装置。
