WO2021121797A1 - Conveying device for a fuel cell system for conveying and/or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen - Google Patents

Conveying device for a fuel cell system for conveying and/or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen Download PDF

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WO2021121797A1
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Delivery device for a fuel cell system for delivery and / or recirculation of a gaseous medium, in particular hydrogen
  • the present invention relates to a conveying device for a fuel cell system for conveying and / or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, which is intended in particular for use in vehicles with a fuel cell drive.
  • gaseous fuels will also play an increasing role in the future.
  • Hydrogen gas flows must be controlled, especially in vehicles with fuel cell drives.
  • the gas flows are no longer controlled discontinuously as in the case of the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one high-pressure tank and fed to the delivery device via an inflow line of a medium-pressure line system.
  • This delivery device guides the gas to a fuel cell via a connecting line of a low-pressure line system.
  • DE 10 2017 222 390 A1 discloses a conveyor device for a fuel cell system for conveying and / or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, with a recirculation fan, with a water separator, with a pressurized gaseous medium from a propulsion jet Medium-driven jet pump and with a metering valve.
  • the pressurized gaseous medium is fed to the jet pump by means of the metering valve, an anode outlet of the fuel cell being fluidically connected to an inlet of the delivery device and an outlet of the delivery device being fluidically connected to an anode inlet of the fuel cell,
  • the fuel cell system known from DE 10 2017 222 390 A1 can each have certain disadvantages.
  • the components of the conveying device in particular the recirculation fan and the water separator, are at least partially connected to one another and / or to the fuel cell and / or to other components of the conveying device by means of fluidic connections in the form of pipelines and possibly an additional distributor plate with internal channels . Since the components are at least partially available as separate assemblies that are connected to one another by means of pipes. On the one hand, there are many flow deflections and thus flow losses. This reduces the efficiency of the conveyor.
  • Another disadvantage is the poor cold start properties of the components water separator and recirculation fan and / or the fuel cell system and / or the entire vehicle, since heating energy and / or thermal energy are fed individually into the components recirculation fan and / or jet pump and / or metering valve must be brought, with the components being arranged at a distance from one another and thus each component must be heated separately, especially at temperatures below 0 ° Celsius, in order to eliminate possible ice bridges.
  • a conveying device for a fuel cell system for conveying and / or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, the hydrogen being referred to below as H2.
  • the conveying device has a recirculation fan, a Water separator, a jet pump driven by a propulsion jet of a pressurized gaseous medium and a metering valve.
  • the pressurized gaseous medium of the jet pump is fed to the delivery device, in particular the jet pump, by means of the metering valve, an anode outlet of a fuel cell being fluidically connected to an inlet of the delivery device and an outlet of the delivery device being fluidically connected to an anode inlet of the fuel cell .
  • the conveying device is designed such that the recirculation fan is located downstream of the water separator, in particular between the water separator and the jet pump, the flow contours of the recirculation fan and the water separator for the gaseous medium and / or the components themselves at least almost completely in are arranged in a common first housing, the components thereby forming a first functional unit.
  • the advantage can be achieved that by using the common first housing for the water separator and the recirculation fan, the surface in relation to the installation space and / or geometric volume can be reduced in comparison to a separate water separator with its own housing and the separate recirculation fan with its own housing.
  • this offers the advantage that the flow losses and / or pressure losses between the water separator and the recirculation fan can be reduced, which improves the efficiency of these two components and / or of the entire conveying device.
  • the measures listed in the subclaims allow advantageous developments of the conveyor device specified in claim 1.
  • the subclaims relate to preferred developments of the invention.
  • the flow contours of the jet pump and the metering valve for the gaseous medium and / or the components themselves are arranged at least almost completely in a common second housing, the components being a second functional unit, in particular a combined valve - Form the jet pump design.
  • a quick and inexpensive assembly and disassembly for example in the case of maintenance of the components and / or the entire conveyor, can be brought about, since the jet pump can be preassembled on the one hand and then as a common component on the, in particular incomplete , Conveyor can be assembled, which means less fasteners and assembly time who have to be spent.
  • This has the advantage of lower overall costs for the conveyor.
  • the second functional unit can also be dismantled more quickly and thus more cost-effectively, as a result of which maintenance costs and / or operating costs can be reduced.
  • the components of the conveyor device are positioned on a plate-shaped carrier element in such a way that the flow lines between and / or within the components of the conveyor device run at least almost exclusively parallel to the plate-shaped carrier element, the plate-shaped carrier element between the fuel cell and the conveyor device is arranged.
  • a simple and quick positioning of the components and / or function units to one another on the fuel cell during assembly can be realized by the components and / or functional units only having to be connected to the plate-shaped support element.
  • the number of components required for assembly and / or assembly costs can be reduced, which in turn leads to cost savings for the conveyor device.
  • the possibility of assembling failure due to defective becomes more likely Aligned components and / or functional units of the conveyor device are reduced, which in turn reduces the probability of failure of the conveyor device during operation.
  • the inventive design of the conveyor in which the flow line run at least almost exclusively parallel to the plate-shaped support element, the advantage can be achieved that the gaseous medium flows at least almost exclusively in one plane through the conveyor, whereby the direction of movement of the gaseous medium is restricted to two dimensions. A deflection of the gaseous medium in a third dimension is at least almost completely avoided.
  • the gaseous medium can be moved through the conveying device with a small number of flow deflections and / or changes in the flow directions, which leads to reduced flow losses and / o pressure losses. This in turn increases the efficiency of the conveyor.
  • the noise level of the delivery device during operation in particular when the fuel cell system is operating at full load, can be reduced.
  • the first functional unit has a heating element in addition to the recirculation fan and the water separator, the heating element being located in the interior of the first housing and / or on a surface of the first housing.
  • the heating element is supplied with energy, in particular electrical energy, the heating element converting this energy into heat and / or heating energy.
  • the low specific heat capacity of the components of the first functional unit by means of which the thermal energy is quickly transferred to the first functional unit and to other components of the conveyor system. can penetrate the periphery of the first functional unit and remove any ice bridges. Due to the faster warming up, existing ice bridges in the first functional unit can be removed more quickly, in particular by melting away through the introduction of heat. In addition, during a cold start process, the heating energy can advance to moving parts and / or parts that can be damaged by ice bridges when the conveyor is in operation, in a short time after the heating element is switched on.
  • the probability of failure due to damage to the components of the conveyor device can be reduced.
  • the cold start capability of the conveying device and thus of the entire fuel cell system can be improved, since the ice bridges can be thawed and removed more quickly.
  • a high resistance to the medium to be conveyed by the conveying device and / or other components from the environment of the conveying device, such as chemicals, can be achieved. This in turn increases the service life of the conveyor device and the probability of failure due to material damage to the respective housing can be reduced.
  • the heating element is electrically supplied with energy, in particular heating energy, and / or supplied with energy via a heat exchanger and / or supplied with energy via a magnetic field, in particular inductively and / or mechanically supplied with energy and / or chemically supplied with energy.
  • both functional units, in particular the respective housings are fluidically connected to one another by means of a connecting piece, which is in particular tubular, the connecting piece being straight, in particular without flow diversions, or the connecting piece having a curvature region.
  • the advantage can be achieved that the recirculate, which is in particular the unused gaseous recirculation medium from the fuel cell, is compressed by the recirculation fan and then directly and / or by means of the shortest possible flow connection in the area of the Jet pump is promoted in which it comes into contact with a propellant medium and is driven by the propellant medium.
  • This has the advantage that the efficiency of the jet pump can be increased, with which an optimal jet pump effect can be achieved in the conveying device at almost all operating points. In this way, the efficiency of the entire fuel cell system can be improved, since an optimal conveying effect of the conveying device under different operating states of the fuel cell system can be guaranteed.
  • the flow losses and / or pressure losses of the gaseous medium between the first functional unit and the second functional unit can be reduced. Furthermore, the design of the connecting piece according to the invention makes it possible to achieve a cost-effective and compact implementation of the connection between the first functional unit and the second functional unit.
  • the flow connection between the water separator and the anode outlet is as short as possible, the water separator being located directly at the anode outlet, in particular the fuel cell.
  • friction losses and / or flow losses within the gaseous medium in particular due to long flow connections in which the gaseous medium comes into contact with the walls of the flow connections and thus power loss occurs, can be reduced.
  • the flow connection between the jet pump and the anode inlet is as short as possible, the jet pump being located as directly as possible at the anode inlet, in particular the fuel cell.
  • friction losses and / or flow losses within the gaseous medium in particular due to long flow connections in which the gaseous medium comes into contact with the walls of the flow connections and thus power loss occurs, can be reduced.
  • the first functional unit has a drain valve, with H 2 O being drained from an entire anode circuit via an outlet by means of the drain valve.
  • H 2 O being drained from an entire anode circuit via an outlet by means of the drain valve.
  • the component H 2 O and / or the component N 2 is separated from the gaseous medium in the recirculation fan, the separation taking place in particular by means of the centrifugal principle in the recirculation fan and / or the separation of the component H 2 O is supported by the gaseous medium in the water separator by a suction function and / or the build-up of a pressure drop, in particular from the water separator to the recirculation fan by the recirculation fan.
  • the advantage can be achieved that the heavy components are removed from the conveying device, in particular the first functional unit, as early as possible. leads can be.
  • this further development of the conveying device according to the invention offers the advantage that the physical effects arising in the recirculation fan, such as pressure drop and / or underpressure and / or centrifugal forces, which occur in particular as a result of acceleration and a change in the direction of flow in the recirculation fan, for an improvement in the water separation process can be used in the water separator.
  • other heavy components, such as N can also be separated better in the water separator.
  • the efficiency of the water separator and / or the conveying device and / or the fuel cell system can be increased and the operating costs can be reduced.
  • Figure 1 shows a plan view of a conveyor with a first functional unit and a second functional unit, which are positioned on a plate-shaped carrier element,
  • FIG. 2 shows a side view of a fuel cell system, in particular an anode circuit, with the conveying device Embodiments of the invention
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a conveyor device 1 according to the invention in a plan view.
  • a gaseous medium flows through the conveying device 1, which is in particular a recirculation medium, the recirculation medium flowing through the conveying device 1 again after flowing through a fuel cell 29 (shown in FIG. 2).
  • the conveying device 1 is supplied with the propellant medium, the propellant medium being supplied by means of a feed line from a tank, in particular a high-pressure tank of a fuel cell system 31.
  • the conveying device 1 has a plate-shaped support element 2 on which the components jet pump 4, dosing valve 6, recirculation fan 8 and water separator 10 are attached.
  • the plate-shaped carrier element 2 runs in the direction of a longitudinal axis 50 and a transverse axis 52 and / or parallel to a plane 48 formed by the longitudinal axis 50 and the transverse axis 52.
  • the conveying device 1 serves to convey and / or recirculate a gaseous medium, in particular H2.
  • the jet pump 4 is driven with a propellant jet of a pressurized gaseous medium, which is in particular a propellant medium, the pressurized gaseous medium being fed to the jet pump 4 by means of the metering valve 6.
  • FIG. 1 shows that an anode outlet 3 of the fuel cell 29 (shown in FIG. 2) is fluidically connected to an input of the delivery device 1 and that an outlet of the delivery device 1 is fluidically connected to an anode inlet 5 of the fuel cell 29 is.
  • the recirculation blower 8 as part of the conveyor 1 is located downstream of the water separator 10, in particular between the water separator 10 and the jet pump 4.
  • the flow contours of the recirculation blower 8 and the water separator 10 are for the gaseous medium and / or the components 8, 10 themselves are arranged at least almost completely in a common first housing 15. Form thereby the components 8, 10 with the first housing 15 thereby form a first functional unit 11. After it has flowed through the first functional unit, the gaseous medium flows out in a first flow direction IV into further areas of the conveying device 1.
  • the flow contours of the jet pump 4 and of a metering valve 6 for the gaseous medium and / or the components 4, 6 themselves are at least almost completely arranged in a common second housing 17.
  • the components 4, 6 form a second functional unit 12, in particular a combined valve-jet pump arrangement 12.
  • the combined valve jet pump arrangement 12 also has a first inlet 28, a second inlet 36, a suction area 18, a mixing tube 19 and a diffuser area 20, the gaseous medium in a second flow direction VI through the combined valve jet pump arrangement 12th
  • the first functional unit 11 has a heating element 21 in addition to the recirculation fan 8 and the water separator 10, the heating element 21 being located in the interior of the first housing 15 and / or on a surface of the first housing 15.
  • This heating element 21 serves to warm up the first functional unit 11 during a cold start, with the first functional unit 11, in particular the special one, being heated by means of the heating element 21 in such a way that ice bridges in the conveyor 1 are removed by melting these ice bridges and removing them from the system can be led out.
  • These ice bridges arise at low temperatures and long periods of inactivity of the entire vehicle, when the HO contained in the gaseous medium freezes the same in the components and the components are no longer functional.
  • the water separator 10 and / or a drain valve 14 and the recirculation fan 8 are affected by freezing due to residual moisture.
  • the recirculation fan 8 has small gaps between an impeller and its own housing, in which, in particular due to the surface tension of HO, it can easily collect and then freeze. Residual water can also collect at the drain valve 14 of the water separator 10, which leads to the valve 14 freezing.
  • the heating element 21 is electrically supplied with energy, in particular heating energy.
  • the heating element 21 can also, in particular in addition to electrical energy, be supplied with energy via a heat exchanger and / or supplied with energy via a magnetic field, in particular inductively and / or mechanically supplied with energy and / or are chemically supplied with energy.
  • both functional units 11, 12, in particular the housings 15, 17, are fluidically connected to one another by means of a connecting piece 30, which is in particular tubular, the connecting piece 30 straight, in particular without flow diversions, out leads or wherein the connecting piece 30 has a curvature region 22 which causes a flow diversion in an at least almost right angle of the gaseous medium.
  • the first functional unit 11 can have the drain valve 14, with H2O and / or N2 being drained from an entire anode circuit 9 via an outlet 32 by means of the drain valve 14.
  • the anode circuit 9 interacts with a cathode circuit of the fuel cell system 31, the fuel cell 29, in particular a membrane, being supplied via the anode circuit H2 and being supplied via the cathode circuit O2 in order to generate electrical energy.
  • the discharge of H2O and / or N2 by means of the discharge valve 14 can take place either into the surroundings of the entire vehicle and / or into a cathode circuit of the fuel cell system 31.
  • the drain valve 14 and / or the drain 32 can be located at the geodetically lowest point of the first functional unit 11.
  • the separation of the constituent H2O and / or the constituent N2 from the gaseous medium can take place in the recirculation fan 8 in addition to the water separator 10, the separation taking place in the recirculation fan 8 in particular by means of the centrifugal principle.
  • the separation of the constituent H2O from the gaseous medium in the water separator 10 can be supported by the recirculation fan 8 by a suction function and / or the build-up of a pressure drop, in particular from the water separator 10 to the recirculation fan 8.
  • an input of the conveyor 1 is connected to the anode output 3 of the fuel cell 29, in particular fluidically, and on the other hand the anode input 5 is connected to the output of the conveyor 1, in particular fluidically.
  • An exemplary flow passage of the gaseous medium, which is in particular the recirculation medium, from the fuel cell 29 through the delivery device 1 takes place in the order water separator 10, recirculation blower 8, valve jet pump arrangement 12.
  • a so-called jet pump effect takes place within the jet pump 4 and / or the valve jet pump arrangement 12.
  • the gaseous propellant medium in particular F
  • the recirculation medium is conveyed by the recirculation fan 8 through the first flow connection 7 and the first inlet 28 into the suction area 18 of the jet pump 4.
  • the propellant is now introduced into the suction area 18 by opening the metering valve 6, in particular under high pressure.
  • the gaseous propellant flows in the direction of flow VI.
  • the H2 flowing from the second inlet 36 into the suction area 18 and serving as a propellant medium has a pressure difference to the recirculation medium.
  • the recirculation medium flows through the first inlet 28 into the suction area 18, the propellant medium in particular having a higher pressure of at least 10 bar. So that the jet pump effect occurs, the recirculation medium is conveyed into the suction area 18 of the jet pump 4 with a low pressure and a low mass flow.
  • the propellant flows through the metering valve 6 into the suction area 18 at the described pressure difference and at a high speed, which is in particular close to the speed of sound.
  • the motive medium meets the recirculation medium, which is already located in the intake area 18. Due to the high speed difference and / or pressure difference between the motive medium and the recirculation medium, internal friction and turbulence between the media is generated.
  • Fig. 2 shows a side view of the fuel cell system 31 with the För der worn 1 according to the first embodiment. It is shown that the first functional unit 11 and the second functional unit 12 are positioned on the plate-shaped support element 2 in such a way that the flow lines between and / or within the components water separator 10, recirculation fan 8, metering valve 6, jet pump 4, connector 30 and / or the discharge valve 14 of the conveying device 1 run exclusively parallel to the plate-shaped carrier element 2, the plate-shaped carrier element 2 being arranged between the fuel cell 29 and the conveying device 1.
  • the gaseous medium which is in particular the recirculation medium, flows from the fuel cell 29 via the anode outlet 3 through the plate-shaped support element 2 into the conveyor 1, in particular into the water separator 10 Flow lines in the components and also between the components, the components in particular being arranged at least partially in the first housing 15 and / or in the second housing 17.
  • the flow lines between and / or within the components water separator 10, recirculation fan 8, metering valve 6, jet pump 4, connector 30 and / or drain valve 14 of the conveyor 1 run at least almost exclusively in the level 48 shown.
  • FIG. 2 shows that the plane 48 runs in the direction of the longitudinal axis 50 and the transverse axis 52.
  • the further flow lines, first inlet 28, second inlet 36 and the outlet, are also located in this level 48 32 flows through. Only in the area of the anode outlet 3 and the anode input 5, in which the conveyor is connected to the fuel cell 29 via the plate-shaped support element 2, the flow direction VI is left parallel to the plane 48, this area not or only partially in the area of the Conveying device 1 is located, in which an inflow and / or outflow of the gaseous medium from the conveying device 1 takes place.
  • the conveying device 1 in the area of the jet pump 4 has an outlet manifold 26 and a connecting bore 34, the connecting bore 34 in the anode inlet 5 passes.
  • the flow connection between the water separator 10 and the anode outlet 3 is made as short as possible, the water separator 10 being located directly at the anode outlet 3. In this way, the liquid H2O can be separated from the gaseous medium as early and as quickly as possible after entering the delivery device 1. Furthermore, unnecessary pressure losses can be prevented in this way.
  • the flow connection between the jet pump 4 and the anode inlet 5 is made as short as possible, in particular by means of the outlet manifold 26 and / or the connecting bore 34, the jet pump 4 being located as directly as possible on the anode inlet 5.

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Abstract

The invention relates to a conveying device (1) for a fuel cell system (31) for conveying and/or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, having a recirculation fan (8), having a water separator (10), having a jet pump (4) driven by a propulsive jet of a pressurized gaseous medium and having a metering valve (6), wherein the pressurized gaseous medium is supplied to the jet pump (4) by means of the metering valve (6), wherein an anode output (3) of a fuel cell (29) is fluidically connected to an input of the conveying device (1) and wherein an output of the conveying device (1) is fluidically connected to an anode input (5) of the fuel cell (29), wherein according to the invention, the recirculation fan (8) is located downstream of the water separator (10), in particular between the water separator (10) and the jet pump (4), the flow contours of the recirculation fan (8) and of the water separator (10) for the gaseous medium and/or the components (8, 10) themselves being arranged at least nearly completely in a common first housing (15), wherein the components (8, 10) form a first functional unit (11).

Description

Beschreibung description
Titel title
Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Rezir- kulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff Delivery device for a fuel cell system for delivery and / or recirculation of a gaseous medium, in particular hydrogen
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen- System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, ins besondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit ei nem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist. The present invention relates to a conveying device for a fuel cell system for conveying and / or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, which is intended in particular for use in vehicles with a fuel cell drive.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför mige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens ei nem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruck leitungssystem an die Fördereinrichtung geleitet. Diese Fördereinrichtung führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu ei ner Brennstoffzelle. In the vehicle sector, in addition to liquid fuels, gaseous fuels will also play an increasing role in the future. Hydrogen gas flows must be controlled, especially in vehicles with fuel cell drives. The gas flows are no longer controlled discontinuously as in the case of the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one high-pressure tank and fed to the delivery device via an inflow line of a medium-pressure line system. This delivery device guides the gas to a fuel cell via a connecting line of a low-pressure line system.
Aus der DE 10 2017 222 390 Al ist eine Fördereinrichtung für ein Brennstoffzel- len-System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums bekannt, insbesondere Wasserstoff, mit einem Rezirkulationsgebläse, mit einem Wasserabscheider, mit einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe und mit einem Dosierventil. Dabei wird das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Strahlpumpe mit tels des Dosierventils zugeführt wird, wobei ein Anodenausgang der Brennstoff zelle mit einem Eingang der Fördereinrichtung fluidisch verbunden ist und wobei ein Ausgang der Fördereinrichtung mit einem Anodeneingang der Brennstoffzelle fluidisch verbunden ist, DE 10 2017 222 390 A1 discloses a conveyor device for a fuel cell system for conveying and / or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, with a recirculation fan, with a water separator, with a pressurized gaseous medium from a propulsion jet Medium-driven jet pump and with a metering valve. The pressurized gaseous medium is fed to the jet pump by means of the metering valve, an anode outlet of the fuel cell being fluidically connected to an inlet of the delivery device and an outlet of the delivery device being fluidically connected to an anode inlet of the fuel cell,
Die aus der DE 10 2017 222 390 Al bekannten Fördereinrichtung bekannte Brennstoffzellen-System kann jeweils gewisse Nachteile aufweisen. Dabei sind die Komponenten der Fördereinrichtung, insbesondere das Rezirkulationsgeblä- ses und der Wasserabscheider, zumindest teilweise mittels fluidischer Verbin dungen in Form von Rohrleitungen und gegebenenfalls einer zusätzlichen Vertei lerplatte mit innenliegenden Kanälen miteinander und/oder mit der Brennstoff zelle und/oder mit weiteren Komponenten der Fördereinrichtung verbunden. Da bei liegen die Komponenten zumindest teilweise als separate Baugruppen vor, die mittels Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Dabei entstehen zum ei nen viele Strömungsumlenkungen und somit Strömungsverluste. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung reduziert. The fuel cell system known from DE 10 2017 222 390 A1 can each have certain disadvantages. Are there the components of the conveying device, in particular the recirculation fan and the water separator, are at least partially connected to one another and / or to the fuel cell and / or to other components of the conveying device by means of fluidic connections in the form of pipelines and possibly an additional distributor plate with internal channels . Since the components are at least partially available as separate assemblies that are connected to one another by means of pipes. On the one hand, there are many flow deflections and thus flow losses. This reduces the efficiency of the conveyor.
Zum anderen entsteht durch das Anordnen der Komponenten Wasserabscheider und Rezirkulationsgebläses als separate Baugruppen der Nachteil, dass diese insgesamt eine große Oberfläche im Bezug zum Bauraum und/oder geometri schen Volumen ausbilden. Dadurch wird ein schnelles Auskühlen begünstigt, ins besondere bei langen Standzeiten des Gesamtfahrzeugs, was zu einer erhöhten Bildung von Eisbrücken und somit einer erhöhten Schädigung der Bauteile und/oder des gesamten Brennstoffzellen-Systems führen kann, was wiederum zu einer verringerten Zuverlässigkeit und/oder Lebensdauer der Fördereinrichtung und/oder des Brennstoffzellen-Systems führen kann. Ein weiterer Nachteil ist zu dem eine schlechte Kaltstarteigenschaft der Bauteile Wasserabscheider und Re zirkulationsgebläse und/oder des Brennstoffzellen-Systems und/oder des Ge samtfahrzeugs, da Heizenergie und/oder Wärmeenergie jeweils einzeln in die Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahlpumpe und/oder Dosierventil ein gebracht werden muss, wobei die Bauteile voneinander entfernt angeordnet sind und somit jedes Bauteil separat aufgeheizt werden muss, insbesondere bei Tem peraturen unter 0° Celsius, um mögliche Eisbrücken zu eliminieren. On the other hand, arranging the components water separator and recirculation blower as separate assemblies has the disadvantage that they overall form a large surface in relation to the installation space and / or geometric volume. This promotes rapid cooling, especially when the entire vehicle is idle for a long time, which can lead to increased formation of ice bridges and thus increased damage to the components and / or the entire fuel cell system, which in turn leads to reduced reliability and / or service life the conveyor and / or the fuel cell system can lead. Another disadvantage is the poor cold start properties of the components water separator and recirculation fan and / or the fuel cell system and / or the entire vehicle, since heating energy and / or thermal energy are fed individually into the components recirculation fan and / or jet pump and / or metering valve must be brought, with the components being arranged at a distance from one another and thus each component must be heated separately, especially at temperatures below 0 ° Celsius, in order to eliminate possible ice bridges.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Disclosure of the Invention Advantages of the Invention
Erfindungsgemäß wird eine Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System vorgeschlagen, zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Medi ums, insbesondere Wasserstoff, wobei der Wasserstoff im Folgenden als H2 be zeichnet wird. Dabei weist die Fördereinrichtung ein Rezirkulationsgebläse, einen Wasserabscheider, eine von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gas förmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe und ein Dosierventil auf. Das un ter Druck stehende gasförmigen Medium der Strahlpumpe wird dabei mittels des Dosierventils der Fördereinrichtung, insbesondere der Strahlpumpe zugeführt, wobei ein Anodenausgang einer Brennstoffzelle mit einem Eingang der Förder einrichtung fluidisch verbunden ist und wobei ein Ausgang der Fördereinrichtung mit einem Anodeneingang der Brennstoffzelle fluidisch verbunden ist. According to the invention, a conveying device for a fuel cell system is proposed for conveying and / or recirculating a gaseous medium, in particular hydrogen, the hydrogen being referred to below as H2. The conveying device has a recirculation fan, a Water separator, a jet pump driven by a propulsion jet of a pressurized gaseous medium and a metering valve. The pressurized gaseous medium of the jet pump is fed to the delivery device, in particular the jet pump, by means of the metering valve, an anode outlet of a fuel cell being fluidically connected to an inlet of the delivery device and an outlet of the delivery device being fluidically connected to an anode inlet of the fuel cell .
Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist die Fördereinrichtung derart ausgebildet, dass sich das Rezirkulationsgebläse stromabwärts vom Wasserabscheider befindet, insbesondere zwischen dem Wasserabscheider und der Strahlpumpe, wobei die Strömungskonturen des Rezirkulationsgebläses und des Wasserabscheiders für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile selbst zumindest nahezu vollstän dig in einem gemeinsamen ersten Gehäuse angeordnet sind, wobei die Bauteile dabei eine erste Funktionseinheit ausbilden. Auf diese Weise lässt sich der Vor teil erzielen, dass durch die Verwendung des gemeinsamen ersten Gehäuses für den Wasserabscheider und das Rezirkulationsgebläse die Oberfläche im Bezug zum Bauraum und/oder geometrischen Volumen verkleinert werden kann im Ver gleich zu einem separaten Wasserabscheider mit eigenem Gehäuse und dem separaten Rezirkulationsgebläse mit eigenem Gehäuse. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass die Bauteile bei niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere unter 0°C, langsamer Auskühlen, insbesondere bei langen Standzeiten des Ge samtfahrzeugs, wodurch das Risiko der Bildung von Eisbrücken verhindert oder zumindest zeitlich verzögert wird. Somit lässt sich eine Schädigung der Bauteile und/oder des gesamten Brennstoffzellen-Systems reduzieren, was wiederum die Zuverlässigkeit und/oder Lebensdauer der Fördereinrichtung und/oder des Brennstoffzellen-Systems erhöht. Des Weiteren kann eine direkte und möglichst kurze Strömungsverbindung zwischen dem Wasserabscheider und dem Rezirku lationsgebläse hergestellt werden, da beide Bauteile innerhalb eines gemeinsa men ersten Gehäuses angeordnet sind und die Strömungsverbindung somit di rekt im ersten Gehäuse eingebracht werden können, ohne das weitere, insbe sondere externe, Rohrleitungen notwendig sind. Dies bietet zum einen den Vor teil, dass die Strömungsverluste und/oder Druckverluste zwischen Wasserab scheider und Rezirkulationsgebläse reduziert werden können wodurch sich der Wirkungsgrad dieser beiden Komponenten und/oder der gesamten Förderein richtung verbessert. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Fördereinrichtung möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Referring to claim 1, the conveying device is designed such that the recirculation fan is located downstream of the water separator, in particular between the water separator and the jet pump, the flow contours of the recirculation fan and the water separator for the gaseous medium and / or the components themselves at least almost completely in are arranged in a common first housing, the components thereby forming a first functional unit. In this way, the advantage can be achieved that by using the common first housing for the water separator and the recirculation fan, the surface in relation to the installation space and / or geometric volume can be reduced in comparison to a separate water separator with its own housing and the separate recirculation fan with its own housing. This has the advantage that the components cool down more slowly at low ambient temperatures, especially below 0 ° C, especially when the entire vehicle is parked for a long time, which prevents or at least delays the risk of ice bridges forming. Damage to the components and / or the entire fuel cell system can thus be reduced, which in turn increases the reliability and / or service life of the delivery device and / or the fuel cell system. Furthermore, a direct and as short a flow connection as possible between the water separator and the recirculation fan can be established, since both components are arranged within a common first housing and the flow connection can thus be introduced directly into the first housing without the further, in particular special external one , Pipelines are necessary. On the one hand, this offers the advantage that the flow losses and / or pressure losses between the water separator and the recirculation fan can be reduced, which improves the efficiency of these two components and / or of the entire conveying device. The measures listed in the subclaims allow advantageous developments of the conveyor device specified in claim 1. The subclaims relate to preferred developments of the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung sind die Strö mungskonturen der Strahlpumpe und des Dosierventils für das gasförmige Me dium und/oder die Bauteile selbst zumindest nahezu vollständig in einem ge meinsamen zweiten Gehäuse angeordnet sind, wobei die Bauteile dabei eine zweite Funktionseinheit, insbesondere eine kombinierte Ventil-Strahlpumpenano rdnung ausbilden. Auf diese Weise kann eine schnelle und kostengünstige Mon tage und Demontage, beispielsweise im Falle einer Wartung der Komponenten und/oder der gesamten Fördereinrichtung, herbeigeführt werden, da die Strahl pumpe zum einen Vormontiert werden können und dann als ein gemeinsames Bauteil an der, insbesondere unvollständigen, Fördereinrichtung montiert werden können, wodurch weniger Befestigungsmittel und Montagezeit aufgewendet wer den müssen. Dies bietet den Vorteil von geringeren Gesamtkosten der Förder einrichtung. Auch lässt sich eine Demontage der zweiten Funktionseinheit im Falle einer Wartung schneller und somit kostengünstiger durchführen, wodurch sich die Wartungskosten und/oder die Betriebskosten reduzieren lassen. According to an advantageous embodiment of the conveying device, the flow contours of the jet pump and the metering valve for the gaseous medium and / or the components themselves are arranged at least almost completely in a common second housing, the components being a second functional unit, in particular a combined valve - Form the jet pump design. In this way, a quick and inexpensive assembly and disassembly, for example in the case of maintenance of the components and / or the entire conveyor, can be brought about, since the jet pump can be preassembled on the one hand and then as a common component on the, in particular incomplete , Conveyor can be assembled, which means less fasteners and assembly time who have to be spent. This has the advantage of lower overall costs for the conveyor. In the event of maintenance, the second functional unit can also be dismantled more quickly and thus more cost-effectively, as a result of which maintenance costs and / or operating costs can be reduced.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Komponenten der Förderein richtung derart auf einem plattenförmigen Trägerelement positioniert, dass die Strömungsleitungen zwischen und/oder innerhalb der Komponenten der Förder einrichtung zumindest nahezu ausschließlich parallel zum plattenförmigen Trä gerelement verlaufen, wobei das plattenförmige Trägerelement zwischen der Brennstoffzelle und der Fördereinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann zum einen eine einfache und schnelle Positionierung der Bauteile und/oder Funk tionseinheiten zueinander an der Brennstoffzelle bei der Montage realisiert wer den, indem die Bauteile und/oder Funktionseinheiten jeweils nur mit dem platten förmigen Trägerelement verbunden werden müssen. Dadurch lässt sich die be nötigte Anzahl an Bauteilen für die Montage und/oder die Montagekosten redu zieren, was wiederum zu einer Kostenersparnis der Fördereinrichtung führt. Wei terhin wird die Wahrscheinlichkeit eines Montagefehlers aufgrund von fehlerhaft zueinander ausgerichteten Bauteilen und/oder Funktionseinheiten der Förderein richtung reduziert, was wiederum die Ausfallwahrscheinlichkeit der Fördereinrich tung im Betrieb reduziert. According to an advantageous development, the components of the conveyor device are positioned on a plate-shaped carrier element in such a way that the flow lines between and / or within the components of the conveyor device run at least almost exclusively parallel to the plate-shaped carrier element, the plate-shaped carrier element between the fuel cell and the conveyor device is arranged. In this way, on the one hand, a simple and quick positioning of the components and / or function units to one another on the fuel cell during assembly can be realized by the components and / or functional units only having to be connected to the plate-shaped support element. As a result, the number of components required for assembly and / or assembly costs can be reduced, which in turn leads to cost savings for the conveyor device. Furthermore, the possibility of assembling failure due to defective becomes more likely Aligned components and / or functional units of the conveyor device are reduced, which in turn reduces the probability of failure of the conveyor device during operation.
Zudem kann durch die erfindungsgemäße Ausführung der Fördereinrichtung, bei der die Strömungsleitung zumindest nahezu ausschließlich parallel zum platten förmigen Trägerelement verlaufen, der Vorteil erzielt werden, werden, dass das gasförmige Medium zumindest nahezu ausschließlich in der einen Ebene durch die Fördereinrichtung strömt, wodurch die Bewegungsrichtung des gasförmigen Mediums auf zwei Dimensionen eingeschränkt wird. Eine Umlenkung des gasför migen Mediums in einer dritten Dimension wird zumindest nahezu vollständig vermieden. Dadurch lässt sich das gasförmige Medium mit einer geringen Anzahl an Strömungsumlenkungen und/oder Änderung der Strömungsrichtungen durch die Fördereinrichtung bewegen, was zu reduzierten Strömungsverlusten und/o der Druckverlusten führt. Dies wiederum erhöht den Wirkungsgrad der Förderein richtung. Des Weiteren lässt sich durch eine Minimierung der Strömungsumlen kungen und/oder der Änderung der Strömungsrichtung das Geräuschniveau der Fördereinrichtung im Betrieb, insbesondere im Volllastbetrieb des Brennstoffzel- len-Systems, reduzieren. In addition, the inventive design of the conveyor, in which the flow line run at least almost exclusively parallel to the plate-shaped support element, the advantage can be achieved that the gaseous medium flows at least almost exclusively in one plane through the conveyor, whereby the direction of movement of the gaseous medium is restricted to two dimensions. A deflection of the gaseous medium in a third dimension is at least almost completely avoided. As a result, the gaseous medium can be moved through the conveying device with a small number of flow deflections and / or changes in the flow directions, which leads to reduced flow losses and / o pressure losses. This in turn increases the efficiency of the conveyor. Furthermore, by minimizing the flow deflections and / or changing the flow direction, the noise level of the delivery device during operation, in particular when the fuel cell system is operating at full load, can be reduced.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung weist die erste Funktionseinheit zusätzlich zum Rezirkulationsgebläse und zum Was serabscheider ein Heizelement auf, wobei sich das Heizelement im Innenraum des ersten Gehäuses und/oder an einer Oberfläche des ersten Gehäuses befin det. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein schnelles Aufhei zen des erfindungsgemäßen Fördereinrichtung, spezifischer der ersten Funkti onseinheit mit den Bauteilen erstes Gehäuse, Wasserabscheider und Rezirkulati onsgebläse, erzielt werden kann, insbesondere im Rahmen einer Kaltstartproze dur. Bevor das Fördereinrichtung und/oder das gesamte Brennstoffzellen-System bei niedrigen Temperaturen in Betrieb genommen wird, wird das Heizelement mit Energie, insbesondere elektrischer Energie, versorgt, wobei das Heizelement diese Energie in Wärme und/oder Heizenergie umwandelt. Dieser Prozess wird in vorteilhafter Weise durch die geringe spezifische Wärmekapazität von den Bauteilen der ersten Funktionseinheit unterstützt, mittels derer die Wärmeenergie schnell in die ersten Funktionseinheit und in weitere Bauteile der Fördereinrich- tung in der Peripherie der ersten Funktionseinheit Vordringen kann und vorhan dene Eisbrücken beseitigen kann. Durch das schnellere Aufwärmen können vor handene Eisbrücken in der ersten Funktionseinheit schneller beseitigt werden, insbesondere durch Abschmelzen durch Wärmeeintrag. Zudem kann die Hei zenergie bei einem Kaltstartvorgang in kurzer Zeit nach dem Einschalten des Heizelements zu sich bewegenden Teilen und/oder Teilen Vordringen, die im Be trieb der Fördereinrichtung durch Eisbrücken beschädigt werden können. According to a particularly advantageous embodiment of the conveyor, the first functional unit has a heating element in addition to the recirculation fan and the water separator, the heating element being located in the interior of the first housing and / or on a surface of the first housing. In this way, the advantage can be achieved that a quick Aufhei zen of the conveyor device according to the invention, more specifically the first function unit with the components of the first housing, water separator and recirculation blower, can be achieved, especially in the context of a cold start process. Before the delivery device and / or the entire fuel cell system is put into operation at low temperatures, the heating element is supplied with energy, in particular electrical energy, the heating element converting this energy into heat and / or heating energy. This process is supported in an advantageous manner by the low specific heat capacity of the components of the first functional unit, by means of which the thermal energy is quickly transferred to the first functional unit and to other components of the conveyor system. can penetrate the periphery of the first functional unit and remove any ice bridges. Due to the faster warming up, existing ice bridges in the first functional unit can be removed more quickly, in particular by melting away through the introduction of heat. In addition, during a cold start process, the heating energy can advance to moving parts and / or parts that can be damaged by ice bridges when the conveyor is in operation, in a short time after the heating element is switched on.
Dadurch kann die Ausfallwahrscheinlichkeit aufgrund einer Beschädigung der Bauteile der Fördereinrichtung reduziert werden. Auf diese Weise lässt sich die Kaltstartfähigkeit der Fördereinrichtung und somit des gesamten Brennstoffzel- len-Systems verbessern, da die Eisbrücken schneller aufgetaut und beseitigt werden können. Des Weiteren kann durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Materials auch eine hohe Beständigkeit gegen das durch die Fördereinrichtung zu fördernde Medium und/oder weitere Bestandteile aus der Umgebung der För dereinrichtung, wie beispielsweise Chemikalien, erzielt werden. Dies wiederum erhöht die Lebensdauer der Fördereinrichtung und die Ausfallwahrscheinlichkeit aufgrund von Materialschädigungen des jeweiligen Gehäuses kann reduziert werden. As a result, the probability of failure due to damage to the components of the conveyor device can be reduced. In this way, the cold start capability of the conveying device and thus of the entire fuel cell system can be improved, since the ice bridges can be thawed and removed more quickly. Furthermore, through the use of the material according to the invention, a high resistance to the medium to be conveyed by the conveying device and / or other components from the environment of the conveying device, such as chemicals, can be achieved. This in turn increases the service life of the conveyor device and the probability of failure due to material damage to the respective housing can be reduced.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung wird das Heizelement elektrisch mit Energie, insbesondere Heizenergie, versorgt und/oder über einen Wärmetauscher mit Energie versorgt und/oder über ein Magnetfeld mit Energie versorgt, insbesondere induktiv, und/oder mechanisch mit Energie versorgt und/oder chemisch mit Energie versorgt. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren und Ressourcen zum Aufheizen der ersten Funktionseinheit verwendet werden können, entweder jeweils einzeln oder aber in Kombination miteinander. Dabei können schon vorhandene Ressourcen des Gesamtfahrzeugs oder am Abstell platz des Gesamtfahrzeugs bei einer Kaltstartprozedur genutzt oder eingebun den werden. Dies bietet den Vorteil eines schnelleren Aufheizens der ersten Funktionseinheit und/oder der Fördereinrichtung bei einem Kaltstart des Gesamt fahrzeugs bei niedrigen Temperaturen, insbesondere unterhalb von 0°C. Zudem lässt sich die Effizienz der Kaltstartprozedur erhöhen bei einem Kaltstart, wodurch Energie und somit Kosten, insbesondere Energiekosten, reduziert wer den können. Gemäß einer besonders vorteihaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung sind beide Funktionseinheiten, insbesondere die jeweiligen Gehäuse mittels eines Verbindungsstücks, welches insbesondere rohrförmig ausgebildet ist, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsstück gerade, insbesondere ohne Strömungsumleitungen, ausgeführt ist oder wobei das Verbindungsstück einen Krümmungsbereich aufweist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzie len, dass das Rezirkulat, bei dem es sich insbesondere um das unverbrauchte gasförmige Rezirkulationsmedium aus der Brennstoffzelle handelt, vom Rezirku- lationsgebläse verdichtet wird und danach direkt und/oder mittels einer möglichst kurzen Strömungsverbindung in den Bereich der Strahlpumpe gefördert wird, in dem es mit einem Treibmedium in Kontakt kommt und vom Treibmedium ange trieben wird. Dadurch lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Wirkungsgrad der Strahlpumpe erhöht werden kann, womit sich ein optimaler Strahlpumpeneffekt in der Fördereinrichtung bei nahezu allen Betriebspunkten erzielen lässt. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellen-Systems verbes sert werden, da eine optimale Förderwirkung der Fördereinrichtung bei unter schiedlichen Betriebszuständen des Brennstoffzellen-Systems gewährleistet wer den kann. Weiterhin können die Strömungsverluste und/oder Druckverluste des gasförmigen Mediums zwischen der ersten Funktionseinheit und der zweiten Funktionseinheitreduziert werden. Des Weiteren kann durch die erfindungsge mäße Ausgestaltung des Verbindungsstücks eine kostengünstige und kompakte Umsetzung der Verbindung der ersten Funktionseinheit mit der zweiten Funkti onseinheit erzielt werden. According to a particularly advantageous embodiment of the conveying device, the heating element is electrically supplied with energy, in particular heating energy, and / or supplied with energy via a heat exchanger and / or supplied with energy via a magnetic field, in particular inductively and / or mechanically supplied with energy and / or chemically supplied with energy. In this way, the advantage can be achieved that a large number of different methods and resources can be used to heat the first functional unit, either individually or in combination with one another. Already existing resources of the entire vehicle or at the parking area of the entire vehicle can be used or integrated during a cold start procedure. This offers the advantage of faster heating of the first functional unit and / or the delivery device when the vehicle as a whole is cold started at low temperatures, in particular below 0 ° C. In addition, the efficiency of the cold start procedure can be increased in the case of a cold start, whereby energy and thus costs, in particular energy costs, can be reduced. According to a particularly advantageous embodiment of the conveying device, both functional units, in particular the respective housings, are fluidically connected to one another by means of a connecting piece, which is in particular tubular, the connecting piece being straight, in particular without flow diversions, or the connecting piece having a curvature region. In this way, the advantage can be achieved that the recirculate, which is in particular the unused gaseous recirculation medium from the fuel cell, is compressed by the recirculation fan and then directly and / or by means of the shortest possible flow connection in the area of the Jet pump is promoted in which it comes into contact with a propellant medium and is driven by the propellant medium. This has the advantage that the efficiency of the jet pump can be increased, with which an optimal jet pump effect can be achieved in the conveying device at almost all operating points. In this way, the efficiency of the entire fuel cell system can be improved, since an optimal conveying effect of the conveying device under different operating states of the fuel cell system can be guaranteed. Furthermore, the flow losses and / or pressure losses of the gaseous medium between the first functional unit and the second functional unit can be reduced. Furthermore, the design of the connecting piece according to the invention makes it possible to achieve a cost-effective and compact implementation of the connection between the first functional unit and the second functional unit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung ist die Strö mungsverbindung zwischen dem Wasserabscheider und dem Anodenausgang möglichst kurz, wobei sich der Wasserabscheider direkt am Anodenausgang, ins besondere der Brennstoffzelle, befindet. Auf diese Weise lassen sich Reibungs verluste und/oder Strömungsverluste innerhalb des gasförmigen Mediums, insbe sondere aufgrund von langen Strömungsverbindungen, bei denen das gasför mige Medium mit den Wänden der Strömungsverbindungen in Kontakt kommt und somit Verlustleistung entsteht, verringern. Dies bietet den Vorteil, dass Rei bungsverluste und/oder Strömungsverluste in der Fördereinrichtung und/oder im Brennstoffzellen-System reduziert werden können, wodurch sich der Wirkungs grad dieser erhöhen lässt. Gemäß einer vorteihaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung ist die Strö mungsverbindung zwischen der Strahlpumpe und dem Anodeneingang möglichst kurz, wobei sich die Strahlpumpe möglichst direkt am Anodeneingang, insbeson dere der Brennstoffzelle, befindet. Auf diese Weise lassen sich Reibungsverluste und/oder Strömungsverluste innerhalb des gasförmigen Mediums, insbesondere aufgrund von langen Strömungsverbindungen, bei denen das gasförmige Me dium mit den Wänden der Strömungsverbindungen in Kontakt kommt und somit Verlustleistung entsteht, verringern. Dies bietet den Vorteil, dass Reibungsver luste und/oder Strömungsverluste in der Fördereinrichtung und/oder im Brenn- stoffzellen-System reduziert werden können, wodurch sich der Wirkungsgrad die ser erhöhen lässt. According to an advantageous development of the conveying device, the flow connection between the water separator and the anode outlet is as short as possible, the water separator being located directly at the anode outlet, in particular the fuel cell. In this way, friction losses and / or flow losses within the gaseous medium, in particular due to long flow connections in which the gaseous medium comes into contact with the walls of the flow connections and thus power loss occurs, can be reduced. This offers the advantage that friction losses and / or flow losses in the delivery device and / or in the fuel cell system can be reduced, whereby the efficiency of these can be increased. According to an advantageous embodiment of the delivery device, the flow connection between the jet pump and the anode inlet is as short as possible, the jet pump being located as directly as possible at the anode inlet, in particular the fuel cell. In this way, friction losses and / or flow losses within the gaseous medium, in particular due to long flow connections in which the gaseous medium comes into contact with the walls of the flow connections and thus power loss occurs, can be reduced. This offers the advantage that frictional losses and / or flow losses in the delivery device and / or in the fuel cell system can be reduced, whereby the efficiency of these can be increased.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die erste Funktionsein heit ein Ablassventil aufweist, wobei ein Ablassen von H2O aus einem gesamten Anodenkreislauf über einen Ablauf mittels des Ablassventils erfolgt. Dadurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass sich, beispielsweise unter Nutzung der Schwerkraft, die schweren Bestandteile, insbesondere H2O und/oder N2, des gasförmigen Mediums, vom restlichen gasförmigen Medium abgeschieden wer den. Somit lässt sich die Konzentration von Fh im gasförmigen Medium erhöhen, während die Konzentration der schweren Bestandteile H2O und/oder N2 verrin gern lässt, wodurch sich der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung und/oder des Brennstoffzellen-Systems erhöhen lässt, da nur der Bestandteile Fhdes gasför migen Mediums in der Brennstoffzelle zur Energieerzeugung herangezogen wer den kann. According to a particularly advantageous development, the first functional unit has a drain valve, with H 2 O being drained from an entire anode circuit via an outlet by means of the drain valve. This advantageously ensures that the heavy components, in particular H 2 O and / or N 2 , of the gaseous medium are separated from the remaining gaseous medium, for example using gravity. The concentration of Fh in the gaseous medium can thus be increased, while the concentration of the heavy constituents H 2 O and / or N 2 can be reduced, whereby the efficiency of the delivery device and / or the fuel cell system can be increased, since only the constituents The gaseous medium in the fuel cell can be used to generate energy.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung wird der Bestandteil H2O und/oder der Bestandteil N2 vom gasförmigen Medium im Rezirkulationsgebläse abgeschieden, wobei die Abscheidung insbesondere mit tels des Zentrifugalprinzips im Rezirkulationsgebläse erfolgt und/oder das die Ab scheidung des Bestandteils H2O vom gasförmigen Medium im Wasserabscheider durch eine Saugfunktion und/oder den Aufbau eines Druckabfalls, insbesondere vom Wasserabscheider zum Rezirkulationsgebläse durch das Rezirkulationsge- bläses unterstützt wird. Auf diese Weise kann zum einen der Vorteil erzielt wer den, dass die schweren Bestandteile, schon zu einem möglichst frühen Weg punkt aus der Fördereinrichtung, insbesondere der ersten Funktionseinheit abge- führt werden können. Zum anderen bietet diese erfindungsgemäße Weiterbil dung der Fördereinrichtung den Vorteil, dass die im Rezirkulationsgebläse ent stehenden physikalischen Effekte, wie beispielsweise Druckabfall und/oder Un terdrück und/oder Zentrifugalkräfte, die insbesondere durch eine Beschleunigung und Strömungsrichtungsänderung im Rezirkulationsgebläse auftreten, für eine Verbesserung des Wasserabscheidungsprozesses im Wasserabscheider genutzt werden können. Somit muss keine zusätzliche Energie dafür aufgewendet wer den, sondern es lassen sich Synergie- Effekte aus der gemeinsamen Anordnung des Rezirkulationsgebläse und Wasserabscheiders in der ersten Funktionsein heit nutzen. Zudem können neben H O auch weitere schwere Bestandteile im Wasserabscheider besser abgeschieden werden, wie beispielsweise N . According to a particularly advantageous development of the conveying device, the component H 2 O and / or the component N 2 is separated from the gaseous medium in the recirculation fan, the separation taking place in particular by means of the centrifugal principle in the recirculation fan and / or the separation of the component H 2 O is supported by the gaseous medium in the water separator by a suction function and / or the build-up of a pressure drop, in particular from the water separator to the recirculation fan by the recirculation fan. In this way, on the one hand, the advantage can be achieved that the heavy components are removed from the conveying device, in particular the first functional unit, as early as possible. leads can be. On the other hand, this further development of the conveying device according to the invention offers the advantage that the physical effects arising in the recirculation fan, such as pressure drop and / or underpressure and / or centrifugal forces, which occur in particular as a result of acceleration and a change in the direction of flow in the recirculation fan, for an improvement in the water separation process can be used in the water separator. This means that no additional energy has to be used for this, but synergy effects from the joint arrangement of the recirculation fan and water separator in the first functional unit can be used. In addition to HO, other heavy components, such as N, can also be separated better in the water separator.
Dadurch kann der Wirkungsgrad des Wasserabscheiders und/oder der Förder einrichtung und/oder des Brennstoffzellen-Systems erhöht werden und die Be triebskosten lasen sich reduzieren. As a result, the efficiency of the water separator and / or the conveying device and / or the fuel cell system can be increased and the operating costs can be reduced.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert action.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben. With reference to the drawing, the invention will be described in more detail below.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine Fördereinrichtung mit einer ersten Funk tionseinheit und einer zweiten Funktionseinheit, die auf einem plat tenförmigen Trägerelement positioniert sind, Figure 1 shows a plan view of a conveyor with a first functional unit and a second functional unit, which are positioned on a plate-shaped carrier element,
Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht ein Brennstoffzellen-System, insbeson dere einen Anodenkreislauf, mit der Fördereinrichtung Ausführungsformen der Erfindung FIG. 2 shows a side view of a fuel cell system, in particular an anode circuit, with the conveying device Embodiments of the invention
Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Förder einrichtung 1 gemäß der Erfindung in einer Draufsicht. Dabei wird die Förderein richtung 1 zum einen von einem gasförmigen Medium durchströmt, bei dem es sich insbesondere um ein Rezirkulationsmedium handelt, wobei das Rezirkulati- onsmedium nach erfolgtem Durchströmen einer Brennstoffzelle 29 (gezeigt in Fig. 2) erneut durch die Fördereinrichtung 1 strömt. Zum anderen wird der För dereinrichtung 1 das Treibmedium zugeführt, wobei das Treibmedium mittels ei ner Zuleitung aus einem Tank, insbesondere einem Hochdrucktank eines Brenn- stoffzellen-Systems 31 zugeführt wird. The illustration according to FIG. 1 shows a first embodiment of a conveyor device 1 according to the invention in a plan view. On the one hand, a gaseous medium flows through the conveying device 1, which is in particular a recirculation medium, the recirculation medium flowing through the conveying device 1 again after flowing through a fuel cell 29 (shown in FIG. 2). On the other hand, the conveying device 1 is supplied with the propellant medium, the propellant medium being supplied by means of a feed line from a tank, in particular a high-pressure tank of a fuel cell system 31.
In Fig. 1 ist gezeigt, dass die Fördereinrichtung 1 ein plattenförmiges Trägerelee- ment 2 aufweist, auf dem die Komponenten Strahlpumpe 4, Dossierventil 6, Re- zirkulationsgebläse 8 und Wasserabscheider 10 angebracht sind. Das plattenför mige Trägerelement 2 verläuft dabei in Richtung einer Längsachse 50 und einer Querachse 52 und/oder parallel zu einer durch die Längsachse 50 und die Quer achse 52 ausgebildeten Ebene 48. 1 shows that the conveying device 1 has a plate-shaped support element 2 on which the components jet pump 4, dosing valve 6, recirculation fan 8 and water separator 10 are attached. The plate-shaped carrier element 2 runs in the direction of a longitudinal axis 50 and a transverse axis 52 and / or parallel to a plane 48 formed by the longitudinal axis 50 and the transverse axis 52.
Die Fördereinrichtung 1 dient dabei zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere H2. Die Strahlpumpe 4 wird dabei mit einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums angetrieben, bei dem es sich insbesondere um ein Treibmedium handelt, wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Strahlpumpe 4 mittels des Dosierventils 6 zu geführt wird. The conveying device 1 serves to convey and / or recirculate a gaseous medium, in particular H2. The jet pump 4 is driven with a propellant jet of a pressurized gaseous medium, which is in particular a propellant medium, the pressurized gaseous medium being fed to the jet pump 4 by means of the metering valve 6.
Des Weiteren ist in Fig. 1 gezeigt, dass ein Anodenausgang 3 der Brennstoff zelle 29 (gezeigt in Fig. 2) mit einem Eingang der Fördereinrichtung 1 fluidisch verbunden ist und dass ein Ausgang der Fördereinrichtung 1 mit einem Anoden eingang 5 der Brennstoffzelle 29 fluidisch verbunden ist. Das Rezirkulationsge- bläse 8 als Teil der Fördereinrichtung 1 befindet sich dabei, insbesondere strö mungstechnisch, stromabwärts vom Wasserabscheider 10, insbesondere zwi schen dem Wasserabscheider 10 und der Strahlpumpe 4. Dabei sind die Strö mungskonturen des Rezirkulationsgebläses 8 und des Wasserabscheiders 10 für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile 8, 10 selbst zumindest nahezu vollständig in einem gemeinsamen ersten Gehäuse 15 angeordnet. Dabei bilden die Bauteile 8, 10 mit dem ersten Gehäuse 15 dabei eine erste Funktionseinheit 11 aus. Das gasförmige Medium strömt nachdem es die erste Funktionseinheit durchströmt hat in einer ersten Strömungsrichtung IV heraus in weitere Bereiche der Fördereinrichtung 1. Furthermore, FIG. 1 shows that an anode outlet 3 of the fuel cell 29 (shown in FIG. 2) is fluidically connected to an input of the delivery device 1 and that an outlet of the delivery device 1 is fluidically connected to an anode inlet 5 of the fuel cell 29 is. The recirculation blower 8 as part of the conveyor 1 is located downstream of the water separator 10, in particular between the water separator 10 and the jet pump 4. The flow contours of the recirculation blower 8 and the water separator 10 are for the gaseous medium and / or the components 8, 10 themselves are arranged at least almost completely in a common first housing 15. Form thereby the components 8, 10 with the first housing 15 thereby form a first functional unit 11. After it has flowed through the first functional unit, the gaseous medium flows out in a first flow direction IV into further areas of the conveying device 1.
Fig. 1 zeigt darüber hinaus, dass die Strömungskonturen der Strahlpumpe 4 und eines Dosierventils 6 für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile 4, 6 selbst zumindest nahezu vollständig in einem gemeinsamen zweiten Gehäuse 17 angeordnet sind. Dabei bilden die Bauteile 4, 6 eine zweite Funktionseinheit 12, insbesondere eine kombinierte Ventil-Strahlpumpenanordnung 12 aus. Die kom binierte Ventil-Strahlpumpenanordnung 12 weist zudem einen ersten Zulauf 28, einen zweiten Zulauf 36, einen Ansaugbereich 18, ein Mischrohr 19 und einen Diffusor- Bereich 20 auf, wobei das gasförmige Medium in einer zweiten Strö mungsrichtung VI durch die kombinierte Ventil-Strahlpumpenanordnung 12. 1 also shows that the flow contours of the jet pump 4 and of a metering valve 6 for the gaseous medium and / or the components 4, 6 themselves are at least almost completely arranged in a common second housing 17. The components 4, 6 form a second functional unit 12, in particular a combined valve-jet pump arrangement 12. The combined valve jet pump arrangement 12 also has a first inlet 28, a second inlet 36, a suction area 18, a mixing tube 19 and a diffuser area 20, the gaseous medium in a second flow direction VI through the combined valve jet pump arrangement 12th
In einer beispielhaften Ausführungsform weist die erste Funktionseinheit 11 zu sätzlich zum Rezirkulationsgebläse 8 und zum Wasserabscheider 10 ein Heizele ment 21 auf, wobei sich das Heizelement 21 im Innenraum des ersten Gehäuses 15 und/oder an einer Oberfläche des ersten Gehäuses 15 befindet. Dieses Heiz element 21 dient beim Kaltstart zu einem Erwärmen der ersten Funktionseinheit 11 dient, wobei mittels des Heizelements 21 die erste Funktionseinheit 11, insbe sondere das derart aufgeheizt wird, dass Eisbrücken in der Fördereinrichtung 1 beseitigt werden, indem diese Eisbrücken abgeschmolzen und aus dem System herausgeleitet werden. Diese Eisbrücken entstehen bei tiefen Temperaturen und langen Standzeiten des Gesamtfahrzeugs, bei denen in den Komponenten durch das im gasförmigen Medium enthaltene H O dasselbe gefriert und die Kompo nenten somit nicht mehr funktionsfähig sind. Insbesondere sind der Wasserab scheider 10 und/oder ein Ablassventil 14 und das Rezirkulationsgebläse 8 vom Einfrieren durch Restfeuchtigkeit betroffen. Das Rezirkulationsgebläse 8 weist dabei kleine Spalte zwischen einem Laufrad und einem eigenen Gehäuse auf, in denen sich insbesondere aufgrund der Oberflächenspannung von H O dieses leicht sammeln kann und dann gefrieren kann. Auch am Ablassventil 14 des Wasserabscheiders 10 kann sich Restwasser sammeln, was zu einem festfrieren des Ventils 14 führt. Um dieses Ausbilden von Eisbrücken zu verhindern wird das Heizelement 21 elektrisch mit Energie, insbesondere Heizenergie, versorgt. In weiteren alternati ven Ausführungsformen kann das Heizelement 21 zudem, insbesondere zusätz lich zur elektrischen Energie, über einen Wärmetauscher mit Energie versorgt werden und/oder über ein Magnetfeld mit Energie versorgt werden, insbesondere induktiv, und/oder mechanisch mit Energie versorgt werden und/oder chemisch mit Energie versorgt werden. In an exemplary embodiment, the first functional unit 11 has a heating element 21 in addition to the recirculation fan 8 and the water separator 10, the heating element 21 being located in the interior of the first housing 15 and / or on a surface of the first housing 15. This heating element 21 serves to warm up the first functional unit 11 during a cold start, with the first functional unit 11, in particular the special one, being heated by means of the heating element 21 in such a way that ice bridges in the conveyor 1 are removed by melting these ice bridges and removing them from the system can be led out. These ice bridges arise at low temperatures and long periods of inactivity of the entire vehicle, when the HO contained in the gaseous medium freezes the same in the components and the components are no longer functional. In particular, the water separator 10 and / or a drain valve 14 and the recirculation fan 8 are affected by freezing due to residual moisture. The recirculation fan 8 has small gaps between an impeller and its own housing, in which, in particular due to the surface tension of HO, it can easily collect and then freeze. Residual water can also collect at the drain valve 14 of the water separator 10, which leads to the valve 14 freezing. In order to prevent this formation of ice bridges, the heating element 21 is electrically supplied with energy, in particular heating energy. In further alternative embodiments, the heating element 21 can also, in particular in addition to electrical energy, be supplied with energy via a heat exchanger and / or supplied with energy via a magnetic field, in particular inductively and / or mechanically supplied with energy and / or are chemically supplied with energy.
In Fig. 1 ist weiterhin gezeigt, dass beide Funktionseinheiten 11, 12, insbeson dere die Gehäuse 15, 17, mittels eines Verbindungsstücks 30, welches insbeson dere rohrförmig ausgebildet ist, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsstück 30 gerade, insbesondere ohne Strömungsumleitungen, ausge führt ist oder wobei das Verbindungsstück 30 einen Krümmungsbereich 22 auf weist, der eine Strömungsumleitung in einem zumindest nahezu rechten Winkel des gasförmigen Mediums bewirkt. In Fig. 1 it is also shown that both functional units 11, 12, in particular the housings 15, 17, are fluidically connected to one another by means of a connecting piece 30, which is in particular tubular, the connecting piece 30 straight, in particular without flow diversions, out leads or wherein the connecting piece 30 has a curvature region 22 which causes a flow diversion in an at least almost right angle of the gaseous medium.
Des Weiteren kann die erste Funktionseinheit 11 das Ablassventil 14 aufweisen, wobei ein Ablassen von H2O und/oder N2 aus einem gesamten Anodenkreislauf 9 über einen Ablauf 32 mittels des Ablassventils 14 erfolgt. Der Anodenkreislauf 9 wirkt dabei mit einem Kathodenkreislauf des Brennstoffzellen-Systems 31 zu sammen, wobei der Brennstoffzelle 29, insbesondere einer Membran, über den Anodenkreislauf H2 zugeführt wird, und über den Kathodenkreislauf O2 zugeführt wird, um elektrische Energie zu erzeugen. Dabei kann das Ablassen mittels des Ablassventils 14 von H2O und/oder N2 entweder in die Umgebung des Gesamt fahrzeugs und/oder in einen Kathodenkreislauf des Brennstoffzellen-Systems 31 erfolgen. Das Ablassventil 14 und/oder der Ablauf 32 können sich dabei am geo dätisch niedrigsten Punkt der ersten Funktionseinheit 11 befinden. Die Abschei dung des Bestandteils H2O und/oder des Bestandteils N2 vom gasförmigen Me dium kann dabei zusätzlich zum Wasserabscheider 10 im Rezirkulationsgebläse 8 erfolgen, wobei die Abscheidung insbesondere mittels des Zentrifugalprinzips im Rezirkulationsgebläse 8 erfolgt. Zudem kann die Abscheidung des Bestand teils H2O vom gasförmigen Medium im Wasserabscheider 10 durch eine Saug funktion und/oder den Aufbau eines Druckabfalls, insbesondere vom Wasserab scheider 10 zum Rezirkulationsgebläse 8, durch das Rezirkulationsgebläses 8 unterstützt werden. Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, dass zum einen ein Eingang der Fördereinrichtung 1 mit dem Anodenausgang 3 der Brennstoffzelle 29, insbesondere fluidisch, ver bunden ist und zum anderen der Anodeneingang 5 mit dem Ausgang der Förder einrichtung 1, insbesondere fluidisch, verbunden ist. Ein beispielhafter Strö mungsdurchlauf des gasförmigen Mediums, bei dem es sich insbesondere um das Rezirkulationsmedium handelt, von der Brennstoffzelle 29 durch die Förder einrichtung 1 erfolgt in der Reihenfolge Wasserabscheider 10, Rezirkulationsge- bläse 8, Ventil-Strahlpumpenanordnung 12. Furthermore, the first functional unit 11 can have the drain valve 14, with H2O and / or N2 being drained from an entire anode circuit 9 via an outlet 32 by means of the drain valve 14. The anode circuit 9 interacts with a cathode circuit of the fuel cell system 31, the fuel cell 29, in particular a membrane, being supplied via the anode circuit H2 and being supplied via the cathode circuit O2 in order to generate electrical energy. In this case, the discharge of H2O and / or N2 by means of the discharge valve 14 can take place either into the surroundings of the entire vehicle and / or into a cathode circuit of the fuel cell system 31. The drain valve 14 and / or the drain 32 can be located at the geodetically lowest point of the first functional unit 11. The separation of the constituent H2O and / or the constituent N2 from the gaseous medium can take place in the recirculation fan 8 in addition to the water separator 10, the separation taking place in the recirculation fan 8 in particular by means of the centrifugal principle. In addition, the separation of the constituent H2O from the gaseous medium in the water separator 10 can be supported by the recirculation fan 8 by a suction function and / or the build-up of a pressure drop, in particular from the water separator 10 to the recirculation fan 8. Furthermore, FIG. 1 shows that on the one hand an input of the conveyor 1 is connected to the anode output 3 of the fuel cell 29, in particular fluidically, and on the other hand the anode input 5 is connected to the output of the conveyor 1, in particular fluidically. An exemplary flow passage of the gaseous medium, which is in particular the recirculation medium, from the fuel cell 29 through the delivery device 1 takes place in the order water separator 10, recirculation blower 8, valve jet pump arrangement 12.
Innerhalb der Strahlpumpe 4 und/oder der Ventil-Strahlpumpenanordnung 12 fin det ein sogenannter Strahlpumpeneffekt statt. Dazu strömt durch den zweiten Zulauf 36 von außerhalb der Ventil-Strahlpumpenanordnung 12 das gasförmige Treibmedium, insbesondere F , in das Dosierventil 6 ein, insbesondere von ei nem Hochdrucktank. Des Weiteren wird das Rezirkulationsmedium vom Rezirku- lationsgebläse 8 durch die erste Strömungsverbindung 7 und den ersten Zulauf 28 in den Ansaugbereich 18 der Strahlpumpe 4 gefördert. Das Treibmedium wird nun mittels eines Öffnens des Dosierventils 6, insbesondere unter hohem Druck, in den Ansaugbereich 18 eingebracht. Dabei strömt das gasförmige Treibmedium in Richtung der Strömungsrichtung VI. Das aus dem zweiten Zulauf 36 in den An saugbereich 18 strömende und als Treibmedium dienende H2 weist eine Druck differenz zum Rezirkulationsmedium auf. Dabei strömt das Rezirkulationsmedium durch den ersten Zulauf 28 in den Ansaugbereich 18 ein, wobei das Treibme dium insbesondere einen höheren Druck von mindestens 10 bar aufweist. Damit sich der Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium mit einem geringen Druck und einem geringen Massenstrom in den in den Ansaugbereich 18 der Strahlpumpe 4 gefördert. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschrie benen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere Nahe der Schallgeschwindigkeit liegt, durch das Dosierventil 6 in den Ansaugbereich 18 ein. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich be reits im Ansaugbereich 18 befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeitsdiffe renz und/oder Druckdifferenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulati onsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien er zeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsme- dium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prin zip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der Strömungs richtung VI beschleunigt und es entsteht auch für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulati onsmedium aus dem Bereich des ersten Zulaufs 28 nachgefördert wird. Durch eine Änderung und/oder Regulierung der Öffnungsdauer und der Öffnungsfre quenz des Dosierventils 6 kann eine Förderrate des Rezirkulationsmediums re guliert werden und auf den jeweiligen Bedarf eines gesamten Brennstoffzellen- Systems 31 (nicht in Fig. 1 gezeigt, vgl. Fig. 2) je nach Betriebszustand und Be triebsanforderungen angepasst werden. A so-called jet pump effect takes place within the jet pump 4 and / or the valve jet pump arrangement 12. For this purpose, the gaseous propellant medium, in particular F, flows through the second inlet 36 from outside the valve jet pump arrangement 12 into the metering valve 6, in particular from a high-pressure tank. Furthermore, the recirculation medium is conveyed by the recirculation fan 8 through the first flow connection 7 and the first inlet 28 into the suction area 18 of the jet pump 4. The propellant is now introduced into the suction area 18 by opening the metering valve 6, in particular under high pressure. The gaseous propellant flows in the direction of flow VI. The H2 flowing from the second inlet 36 into the suction area 18 and serving as a propellant medium has a pressure difference to the recirculation medium. The recirculation medium flows through the first inlet 28 into the suction area 18, the propellant medium in particular having a higher pressure of at least 10 bar. So that the jet pump effect occurs, the recirculation medium is conveyed into the suction area 18 of the jet pump 4 with a low pressure and a low mass flow. The propellant flows through the metering valve 6 into the suction area 18 at the described pressure difference and at a high speed, which is in particular close to the speed of sound. The motive medium meets the recirculation medium, which is already located in the intake area 18. Due to the high speed difference and / or pressure difference between the motive medium and the recirculation medium, internal friction and turbulence between the media is generated. This creates a shear stress in the boundary layer between the fast propellant medium and the much slower recirculation medium. This voltage causes an impulse transfer, whereby the recirculation meter medium is accelerated and carried away. Mixing takes place according to the principle of conservation of momentum. The recirculation medium is accelerated in the flow direction VI and there is also a pressure drop for the recirculation medium, as a result of which a suction effect sets in and thus further recirculation medium is replenished from the area of the first inlet 28. By changing and / or regulating the opening duration and the opening frequency of the metering valve 6, a delivery rate of the recirculation medium can be regulated and depending on the respective requirements of an entire fuel cell system 31 (not shown in FIG. 1, cf. FIG. 2) can be adjusted according to the operating status and requirements.
Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht das Brennstoffzellen -System 31 mit der För dereinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist gezeigt, dass die erste Funktionseinheit 11 und die zweite Funktionseinheit 12 derart auf dem plattenförmigen Trägerelement 2 positioniert sind, dass die Strömungsleitungen zwischen und/oder innerhalb der Komponenten Wasserabscheider 10, Rezirkula- tionsgebläse 8, Dosierventil 6, Strahlpumpe 4, Verbindungsstück 30 und/oder Ablassventil 14 der Fördereinrichtung 1 ausschließlich parallel zum plattenförmi gen Trägerelement 2 verlaufen, wobei das plattenförmige Trägerelement 2 zwi schen der Brennstoffzelle 29 und der Fördereinrichtung 1 angeordnet ist. Dabei strömt das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um das Rezirkula tionsmedium handelt, von der Brennstoffzelle 29 über den Anodenausgang 3 durch das plattenförmige Trägerelement 2 in die Fördereinrichtung 1 ein, insbe sondere in den Wasserabscheider 10. Innerhalb der Fördereinrichtung 1 verlau fen die Strömungsleitungen in den Komponenten und auch zwischen den Kom ponenten, wobei die Komponenten insbesondere zumindest teilweise im ersten Gehäuse 15 und/oder im zweiten Gehäuse 17 angeordnet sind. In einer beispiel haften Ausführungsform des Brennstoffzellen-Systems 31 verlaufen die Strö mungsleitungen zwischen und/oder innerhalb der Komponenten Wasserabschei der 10, Rezirkulationsgebläse 8, Dosierventil 6, Strahlpumpe 4, Verbindungs stück 30 und/oder Ablassventil 14 der Fördereinrichtung 1 zumindest nahezu ausschließlich in der gezeigten Ebene 48. Fig. 2 shows a side view of the fuel cell system 31 with the För dereinrichtung 1 according to the first embodiment. It is shown that the first functional unit 11 and the second functional unit 12 are positioned on the plate-shaped support element 2 in such a way that the flow lines between and / or within the components water separator 10, recirculation fan 8, metering valve 6, jet pump 4, connector 30 and / or the discharge valve 14 of the conveying device 1 run exclusively parallel to the plate-shaped carrier element 2, the plate-shaped carrier element 2 being arranged between the fuel cell 29 and the conveying device 1. The gaseous medium, which is in particular the recirculation medium, flows from the fuel cell 29 via the anode outlet 3 through the plate-shaped support element 2 into the conveyor 1, in particular into the water separator 10 Flow lines in the components and also between the components, the components in particular being arranged at least partially in the first housing 15 and / or in the second housing 17. In an exemplary embodiment of the fuel cell system 31, the flow lines between and / or within the components water separator 10, recirculation fan 8, metering valve 6, jet pump 4, connector 30 and / or drain valve 14 of the conveyor 1 run at least almost exclusively in the level 48 shown.
Zudem ist in Fig. 2 gezeigt, dass die Ebene 48 hierbei in Richtung der Längs achse 50 und der Querachse 52 verläuft. In dieser Ebene 48 werden auch die weiteren Strömungsleitungen erster Zulauf 28, zweiter Zulauf 36 und der Ablauf 32 durchströmt. Nur im Bereich des Anodenausgangs 3 und des Anodenein gangs 5, bei dem die Fördereinrichtung über das plattenförmige Trägerelement 2 mit der Brennstoffzelle 29 verbunden ist, wird die Strömungsrichtung VI parallel zur Ebene 48 verlassen, wobei sich dieser Bereich nicht oder nur teilweise in dem Bereich der Fördereinrichtung 1 befindet, in dem ein Einströmen und/oder ein Ausströmen des gasförmigen Mediums aus der Fördereinrichtung 1 erfolgt. In dem Bereich, in dem die Fördereinrichtung das gasförmige Medium über den Anodeneingang 5 in die Brennstoffzelle 29 zurückfördert, weist die Fördereinrich tung 1 im Bereich der Strahlpumpe 4 einen Auslass- Krümmer 26 und ein Verbin dungsbohrung 34 auf, wobei die Verbindungsbohrung 34 in den Anodeneingang 5 übergeht. In einer vorteilhaften und erfindungsgemäßen Weise ist die Strö mungsverbindung zwischen dem Wasserabscheider 10 und dem Anodenaus gang 3 möglichst kurz ausgeführt, wobei sich der Wasserabscheider 10 direkt am Anodenausgang 3 befindet. Auf diese Weise kann das flüssige H2O möglichst früh und schnell nach Eintritt in die Fördereinrichtung 1 vom gasförmigen Medium abgeschieden werden. Weiterhin können auf diese Weise unnötige Druckverluste verhindern lassen. Zudem ist in einer vorteilhaften und erfindungsgemäßen Weise die Strömungsverbindung zwischen der Strahlpumpe 4 und dem Anoden eingang 5 möglichst kurz ausgeführt, insbesondere mittels des Auslass- Krüm mers 26 und/oder der Verbindungsbohrung 34, wobei sich die Strahlpumpe 4 möglichst direkt am Anodeneingang 5 befindet. In addition, FIG. 2 shows that the plane 48 runs in the direction of the longitudinal axis 50 and the transverse axis 52. The further flow lines, first inlet 28, second inlet 36 and the outlet, are also located in this level 48 32 flows through. Only in the area of the anode outlet 3 and the anode input 5, in which the conveyor is connected to the fuel cell 29 via the plate-shaped support element 2, the flow direction VI is left parallel to the plane 48, this area not or only partially in the area of the Conveying device 1 is located, in which an inflow and / or outflow of the gaseous medium from the conveying device 1 takes place. In the area in which the conveying device conveys the gaseous medium back into the fuel cell 29 via the anode inlet 5, the conveying device 1 in the area of the jet pump 4 has an outlet manifold 26 and a connecting bore 34, the connecting bore 34 in the anode inlet 5 passes. In an advantageous manner according to the invention, the flow connection between the water separator 10 and the anode outlet 3 is made as short as possible, the water separator 10 being located directly at the anode outlet 3. In this way, the liquid H2O can be separated from the gaseous medium as early and as quickly as possible after entering the delivery device 1. Furthermore, unnecessary pressure losses can be prevented in this way. In addition, in an advantageous manner according to the invention, the flow connection between the jet pump 4 and the anode inlet 5 is made as short as possible, in particular by means of the outlet manifold 26 and / or the connecting bore 34, the jet pump 4 being located as directly as possible on the anode inlet 5.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Fördereinrichtung (1) für ein Brennstoffzellen-System (31) zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Was serstoff, mit einem Rezirkulationsgebläse (8), mit einem Wasserabschei der (10), mit einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe (4) und mit einem Dosierventil (6), wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Strahlpumpe (4) mittels des Dosierventils (6) zugeführt wird, wobei ein Anodenausgang (3) einer Brennstoffzelle (29) mit einem Eingang der Fördereinrichtung (1) fluidisch verbunden ist und wobei ein Ausgang der Fördereinrichtung (1) mit einem Anodeneingang (5) der Brennstoffzelle (29) fluidisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rezirkulationsgebläse (8) stromabwärts vom Wasserabscheider (10) be findet, insbesondere zwischen dem Wasserabscheider (10) und der Strahlpumpe (4), wobei die Strömungskonturen des Rezirkulationsgeblä- ses (8) und des Wasserabscheiders (10) für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile (8, 10) selbst zumindest nahezu vollständig in ei nem gemeinsamen ersten Gehäuse (15) angeordnet sind, wobei die Bauteile (8, 10) dabei eine erste Funktionseinheit (11) ausbilden. 1. Conveyor device (1) for a fuel cell system (31) for conveying and / or recirculation of a gaseous medium, in particular what hydrogen, with a recirculation fan (8), with a water separator (10), with one of a propulsion jet below Pressurized gaseous medium driven jet pump (4) and with a metering valve (6), wherein the pressurized gaseous medium of the jet pump (4) is fed by means of the metering valve (6), with an anode outlet (3) of a fuel cell (29) an inlet of the delivery device (1) is fluidically connected and an outlet of the delivery device (1) is fluidically connected to an anode inlet (5) of the fuel cell (29), characterized in that the recirculation fan (8) is located downstream of the water separator (10) be found, in particular between the water separator (10) and the jet pump (4), the flow contours of the recirculation fan (8) and the water separator ders (10) for the gaseous medium and / or the components (8, 10) themselves are arranged at least almost completely in a common first housing (15), the components (8, 10) thereby forming a first functional unit (11) .
2. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskonturen der Strahlpumpe (4) und des Dosierventils (6) für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile (4, 6) selbst zumin dest nahezu vollständig in einem gemeinsamen zweiten Gehäuse (17) angeordnet sind, wobei die Bauteile (4, 6) dabei eine zweite Funktions einheit (12), insbesondere eine kombinierte Ventil-Strahlpumpenanord nung (12) ausbilden. 2. Conveyor (1) according to claim 1, characterized in that the flow contours of the jet pump (4) and the metering valve (6) for the gaseous medium and / or the components (4, 6) themselves at least almost completely in a common second Housing (17) are arranged, the components (4, 6) thereby forming a second functional unit (12), in particular a combined valve-jet pump arrangement (12).
3. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (4, 6, 8, 10) der Fördereinrichtung (1) derart auf einem plattenförmigen Trägerelement (2) positioniert sind, dass die Strömungsleitungen zwischen und/oder innerhalb der Kompo nenten der Fördereinrichtung (1) zumindest nahezu ausschließlich paral- lei zum plattenförmigen Trägerelement (2) verlaufen, wobei das platten förmige Trägerelement (2) zwischen der Brennstoffzelle (29) und der Fördereinrichtung (1) angeordnet ist. 3. Conveyor device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the components (4, 6, 8, 10) of the conveyor device (1) are positioned on a plate-shaped carrier element (2) in such a way that the flow lines between and / or within the components of the conveyor (1) at least almost exclusively parallel lei run to the plate-shaped carrier element (2), the plate-shaped carrier element (2) being arranged between the fuel cell (29) and the conveying device (1).
4. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionseinheit (11) zusätzlich zum Rezirkulations- gebläse (8) und zum Wasserabscheider (10) ein Heizelement (21) auf weist, wobei sich das Heizelement (21) im Innenraum des ersten Gehäu ses (15) und/oder an einer Oberfläche des ersten Gehäuses (15) befin det. 4. Conveyor device (1) according to claim 1 to 3, characterized in that the first functional unit (11) has a heating element (21) in addition to the recirculation fan (8) and the water separator (10), the heating element (21 ) in the interior of the first hous ses (15) and / or on a surface of the first housing (15) is det.
5. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (21) elektrisch mit Energie, insbesondere Hei zenergie, versorgt wird und/oder über einen Wärmetauscher mit Energie versorgt wird und/oder über ein Magnetfeld mit Energie versorgt wird, insbesondere induktiv, und/oder mechanisch mit Energie versorgt wird und/oder chemisch mit Energie versorgt wird. 5. Conveyor device (1) according to claim 4, characterized in that the heating element (21) is electrically supplied with energy, in particular heating energy, and / or is supplied with energy via a heat exchanger and / or is supplied with energy via a magnetic field, in particular inductively and / or mechanically supplied with energy and / or chemically supplied with energy.
6. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Funktionseinheiten (11, 12), insbesondere die Gehäuse (15, 17), mittels eines Verbindungsstücks (30), welches insbesondere rohr förmig ausgebildet ist, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Verbindungsstück (30) gerade, insbesondere ohne Strömungsumleitun gen, ausgeführt ist oder wobei das Verbindungsstück (30) einen Krüm mungsbereich (22) aufweist. 6. Conveyor device (1) according to claim 2, characterized in that both functional units (11, 12), in particular the housing (15, 17), are fluidically connected to one another by means of a connecting piece (30) which is in particular tubular, wherein the connecting piece (30) is straight, in particular without any flow diversions, or wherein the connecting piece (30) has a curvature region (22).
7. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Wasserabscheider (10) und dem Anodenausgang (3) möglichst kurz ist, wobei sich der Wasser abscheider (10) direkt am Anodenausgang (3) befindet. 7. Conveyor device (1) according to claim 1, characterized in that the flow connection between the water separator (10) and the anode outlet (3) is as short as possible, the water separator (10) being located directly at the anode outlet (3).
8. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung zwischen der Strahlpumpe (4) und dem Anodeneingang (5) möglichst kurz ist, wobei sich die Strahlpumpe (4) möglichst direkt am Anodeneingang (5) befindet 8. Conveyor device (1) according to claim 1, characterized in that the flow connection between the jet pump (4) and the anode inlet (5) is as short as possible, the jet pump (4) being as close as possible to the anode inlet (5)
9. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionseinheit (11) ein Ablassventil (14) aufweist, wobei ein Ablassen von H O aus einem gesamten Anodenkreislauf (9) über ei nen Ablauf (32) mittels des Ablassventils (14) erfolgt. 9. Conveyor device (1) according to claim 1, characterized in that the first functional unit (11) has a discharge valve (14), wherein HO is drained from an entire anode circuit (9) via an outlet (32) by means of the drain valve (14).
10. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil H O und/oder der Bestandteil N vom gasförmigen Medium im Rezirkulationsgebläse (8) abgeschieden wird, wobei die Ab scheidung insbesondere mittels des Zentrifugalprinzips im Rezirkulati onsgebläse (8) erfolgt und/oder das die Abscheidung des Bestandteils H O vom gasförmigen Medium im Wasserabscheider (10) durch eine Saugfunktion und/oder den Aufbau eines Druckabfalls, insbesondere vom Wasserabscheider (10) zum Rezirkulationsgebläse (8), durch das Rezirkulationsgebläses (8) unterstützt wird. 10. Conveyor device (1) according to claim 1, characterized in that the component HO and / or the component N is separated from the gaseous medium in the recirculation fan (8), the separation being carried out in particular by means of the centrifugal principle in the recirculation fan (8) and / or that the separation of the component HO from the gaseous medium in the water separator (10) is supported by a suction function and / or the build-up of a pressure drop, in particular from the water separator (10) to the recirculation fan (8), by the recirculation fan (8).
11. Verwendung der Fördereinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Brennstoffzellen-System (31). 11. Use of the conveying device (1) according to one of claims 1 to 10 in a fuel cell system (31).
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