AT524334B1 - Ejektor für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ejektoranordnung (1) für ein Brennstoffzellensystem (100) umfassend einen Düsenabschnitt (2), einen Primärgasleitungsabschnitt (3), eine Mischkammer (4) und einen Diffusor (5), wobei ein Anschlusselement (6) vorgesehen ist, welches stromabwärts des Diffusors (5) an den Diffusor (5) anschließt, wobei das Anschlusselement (6) ein Strömungsleitelement (7) umfasst, um einen Gasstrom aufzuteilen. Weiter betrifft die Erfindung Brennstoffzellensystem (100) mit einer solchen Ejektoranordnung (1) sowie die Verwendung eines solchen Brennstoffzellensystem (100).

Description

Beschreibung

EJEKTOR FÜR EIN BRENNSTOFFZELLENSYSTEM

[0001] Die Erfindung betrifft eine Ejektoranordnung für ein Brennstoffzellensystem umfassend einen Düsenabschnitt, einen Primärgasleitungsabschnitt, eine Mischkammer und einen Diffusor, wobei ein Anschlusselement vorgesehen ist, welches stromabwärts an den Diffusor anschließt.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Ejektoranordnung.

[0003] Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Ejektoranordnung.

[0004] Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Brennstoffzellensystems.

[0005] Ejektoren bzw. Ejektoranordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere als Strahlpumpe verwendet oder eine Strahlpumpe ist als Ejektor ausgebildet. Diese werden beispielsweise in Brennstoffzellensystem mit einer Rezirkulationsleitung verwendet, um rezyklierten Brennstoff nochmal einem Anodenabschnitt des Brennstoffzellenstapels zuzuführen. Bei Brennstoffzellensystemen ist es bekannt, dass Brennstoff in Form eines Primärbrennstoffs mittels eines Ejektors in Richtung eines Anodenabschnittes geleitet wird. Durch den Ejektor kann heißes Anodenabgas rezirkuliert werden, d. h., aus dem Anodenabschnitt in Form von Sekundärbrennstoff in den Ejektor und von dort zusammen mit dem Primärbrennstoff wieder zurück in den Anodenabschnitt geführt werden. Um möglichst hohe Rezirkulationsraten zu erzielen ist ein hoher Druck des Primärstroms von Vorteil.

[0006] Stromabwärts des Diffusors wird ein Gasstrom aus dem Ejektor rausgeführt und in den Anodenabschnitt des Brennstoffzellenstapel geleitet. Ein Brennstoffzellensystem kann auch mehr als einen Brennstoffzellenstapel umfassen. Es ist aus dem Stand der Technik beispielsweise bekannt, dass ein Brennstoffzellensystem zwei Brennstoffzellenstapel aufweist. Dabei wird der Gasstrom stromabwärts des Ejektors derart aufgeteilt, dass dieser zu zwei Anodenabschnitten geleitet wird. Dabei ist es wichtig, dass eine Strömung des Gasstromes derart optimiert ist, dass zum einen ein Druck groß genug und zum anderen der Gasstrom gleichmäßig auf beide Brennstoffzellenstapel aufgeteilt wird. Aus dem Stand der Technik sind keine Ejektoren bekannt, welche einen Gasstrom effizient zu zwei Anodenabschnitten leiten.

[0007] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, einen besonders effizienten Ejektor bereitzustellen, durch welchen insbesondere ein Brennstoffzellensystem mit zwei Brennstoffzellenstapeln optimal mit einem Gasstrom versorgbar ist.

[0008] Weiter ist es ein Ziel, eine Verwendung eines solchen Ejektors anzugeben.

[0009] Ein weiters Ziel ist es, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Ejektor sowie eine Verwendung eines entsprechenden Brennstoffzellensystem anzugeben.

[0010] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Ejektor der eingangs genannten Art das Anschlusselement ein Strömungsleitelement umfasst, um einen Gasstrom aufzuteilen.

[0011] Ein dadurch erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ejektoranordnung ein Brennstoffzellensystem mit insbesondere zwei Brennstoffzellenstapeln optimal und effizient mit Betriebsfluiden versorgbar ist. Das Brennstoffzellensystem ist dabei insbesondere ein PEM- Brennstoffzellensystem mit zwei Brennstoffzellenstapel, wessen Betriebsfluide gasförmiger Wasserstoff (Gasstrom zum zumindest einen Anodenabschnitt) und Luft (Gasstrom zum zumindest einen Kathodenabschnitt) sind. Der gasförmige Wasserstoff ist dabei der Brennstoff, welcher insbesondere über eine Primärbrennstoffleitung über die Ejektoranordnung in Richtung eines Anodenabschnittes gefördert wird. Luft wird über eine Luftleitung in Richtung eines Kathodenabschnittes geleitet. Die zwei Brennstoffzellenstapel sind dabei vorteilhaft vertikal übereinander angeordnet.

[0012] Die Ejektoranordnung kann insbesondere auch für einen elektrochemischen Reaktor in Form eines Brennstoffzellensystems, eines Elektrolyseurs und/oder eines reversibel betreibbaren Brennstoffzellensystems, beispielsweise in Form eines SOFC/SOEC-Systems, konfiguriert sein.

[0013] Der Diffusor ist insbesondere stromabwärts der Mischkammer direkt an diese angrenzend ausgestaltet und angeordnet. Besonders bevorzugt ragt zumindest das Strömungsleitelement des Anschlusselementes zumindest teilweise in des Diffusor hinein, sodass die Strömung einerseits bereits innerhalb des Diffusors gelenkt werden kann und sich andererseits besser an die Diffusorgeometrie anlegt und dessen drucksteigernden Effekt besser ausnutzt. Durch die Umlenkung der Strömung mithilfe des Strömungsleitelementes sind lokale Verluste vermindert. Das Strömungsleitelement selbst stellt zwar auch einen Widerstand für die Strömung dar. Dieser Widerstand ist nun aber an einer richtigen Stelle, um einen Effizienz der Strömung zu erhöhen.

[0014] Die Mischkammer ist insbesondere zylindrisch ausgebildet. Sobald sich dieser Zylinder aufweitet, ist der Diffusor gebildet.

[0015] Der Düsenabschnitt ist insbesondere in einer Ejektordüse angeordnet oder die Ejektordüse umfasst den Düsenabschnitt, wobei sich der Düsenabschnitt in einer Strömungsrichtung durch die Ejektordüse verjüngt. Unter der Strömungsrichtung durch die Ejektordüse kann eine Richtung verstanden werden, in welche das Primärfluid während eines Betriebs des elektrochemischen Reaktors zumindest im Wesentlichen strömt. Die Strömungsrichtung durch die Ejektordüse entspricht vorzugsweise auch einer Strömungsrichtung durch die Mischkammer sowie einer Strömungsrichtung durch den Diffusor, wobei unter der Strömungsrichtung nicht turbulente Strömungsrichtungen, sondern eine Hauptströmungsrichtung, in welche sich das Primärfluid und/oder das Sekundärfluid im Wesentlichen durch die Ejektordüse, die Mischkammer und den Diffusor bewegen, betrachtet werden soll. Die Ejektordüse kann neben dem Düsenabschnitt noch weitere Funktionsbauteile aufweisen, die insbesondere direkt stromaufwärts am Düsenabschnitt und/oder direkt stromaufwärts an einem Ejektorkanalabschnitt, der direkt stromaufwärts des Düsenabschnitts am Düsenabschnitt zum Leiten des Primärfluids durch den Ejektorkanalabschnitt in den Düsenabschnitt ausgestaltet ist, aufweisen. Unter dem Bereitstellen des Primärfluids für die Mischkammer kann verstanden werden, dass das Primärfluid aus der Ejektordüse in der Ejektoranordnung indirekt, insbesondere über den Saugbereich, weiter zur Mischkammer geleitet werden kann.

[0016] Die Mischkammer bezeichnet einen Bereich in der Ejektoranordnung, in welchem Primärfluid aus der Ejektordüse mit Sekundärfluid aus dem Sekundärgasleitabschnitt vermischt wird. Dieses tritt dann als Gasstrom aus der Ejektoranordnung hinaus. Im Saugbereich kann ebenfalls Primärfluid mit Sekundärfluid vermischt werden, wobei die Durchmischung in einem geringeren Umfang als in der Mischkammer stattfindet. Das Primärfluid aus der Ejektordüse erzeugt während des Betriebs des elektrochemischen Reaktors einen Fluidstrahl, der mittels Impulsaustausch das Sekundärfluid aus dem Sekundärgasleitabschnitt ansaugt und in Richtung der Mischkammer beschleunigt. Unter der Ejektoranordnung kann mithin auch eine Strahlpumpenanordnung verstanden werden. Der Saugbereich ist nicht durch ein spezifisches Gehäuse definiert, sondern kann als freier Bereich in der beschriebenen Strömungsrichtung zwischen dem Ejektordüsenauslass und dem Mischkammereinlass verstanden werden. Als Ejektor ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Strahlpumpe zu verstehen.

[0017] Günstig ist es, wenn ein Sekundärgasleitabschnitt vorgesehen ist. Der Sekundärgasleitabschnitt ist insbesondere als Sekundärkammer ausgebildet und kann einen Fluideinlass aufweisen, durch welchen das Sekundärfluid in Form von rezirkuliertem Brennstoffzellenstapelabgas von einem Brennstoffzellenstapel des elektrochemischen Reaktors durch eine Rezirkulationsleitung in die Sekundärkammer geleitet werden kann. Unter dem Brennstoffzellenstapelabgas kann insbesondere Anodenabgas von einem Anodenabschnitt des zumindest einen Brennstoffzellenstapels verstanden werden. Darunter, dass der Sekundärgasleitabschnitt zum Bereitstellen des Sekundärfluids ausgestaltet ist kann mithin verstanden werden, der Sekundärgasleitabschnitt als Auffangbereich und/oder als eine Art Zwischenlager für das rezirkulierte Sekundärfluid ausgestaltet ist.

[0018] Unter Primärfluid ist im Rahmen der Erfindung insbesondere gasförmiger Wasserstoff zu verstehen, welcher von einer Wasserstoffquelle zur Ejektoranordnung gefördert wird. Unter Sekundärfluid ist im Rahmen der Erfindung insbesondere Anodenabgas zu verstehen, welches stromabwärts des zumindest einen Anodenabschnittes zur Ejektoranordnung rezirkuliert wird. Sekundärfluid kann allerdings neben Anodenabgas auch Kathodenabgas, also eine Mischung aus Anoden- und Kathodenabgas umfassen.

[0019] Das Strömungsleitelement ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Gasstrom zu gleichen Teilen auf die insbesondere zwei Anodenabschnitte des Brennstoffzellensystems aufgeteilt wird, wobei sich die beiden Teilströme insbesondere konzentriert in Richtung der Anodenabschnitte aufteilen. Der grundsätzlich konzentrierte Gasstrom ist also durch das Strömungsleitelement vorgerichtet und in Richtung der Brennstoffzellenstapel umgelegt.

[0020] Besonders bevorzugt weist das Strömungsleitelement in einem ersten Längsschnitt eine erste im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche auf. Das Strömungsleitelement bzw. eine Breite desselben vergrößert sich folglich stromabwärts in Strömungsrichtung durch die Ejektoranordnung, wobei dieses im ersten Längsschnitt insbesondere bogenförmige oder kreissegmentförmige Strömungsleitflächen aufweist. Durch die Strömungsleitflächen wird der Gasstrom insbesondere im Wesentlichen derart umgelenkt und aufgeteilt, dass dieser zu zwei Brennstoffzellenstapel strömt. Zusätzlich wird durch das Strömungsleitelement der drucksteigernde Effekt des Diffusors durch ein verbessertes Anlegen der Strömung an die Diffusorkontur verstärkt, wodurch in weiterer Folge die Effizienz der Gasrezirkulation erhöht wird. Das Strömungsleitelement ist insbesondere Teil des bevorzugt massiven Anschlusselementes ausgebildet, wobei das Strömungsleitelement selbst zumindest teilweise Hohlräume zur Gasstromführung ausbildet. Grundsätzlich ist es günstig, wenn im Anschlusselement Hohlräume zur Führung des Gasstromes und zur Leitung desselben zu den Brennstoffzellenstapeln ausgebildet sind.

[0021] Vorteilhaft ist es, wenn das Strömungselement in einem zweiten Längsschnitt, welcher orthogonal zum ersten Längsschnitt verläuft, eine zweite im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche aufweist, wobei sich die erste im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche von der zweiten im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche unterscheidet. Dadurch ist das Strömungselement folglich im Wesentlichen als Ellipsoid ausgebildet. Allerdings kann es auch günstig sein, wenn das Strömungselement rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die elliptische Form hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um den Gasstrom optimal auf insbesondere zwei Brennstoffzellenstapel umzulenken. Weiter wird dadurch ein Saugdruck verbessert.

[0022] Zweckmäßig ist es daher, wenn der Gasstrom über das Strömungselement zur Zuleitung auf zwei Brennstoffzellenstapel aufteilbar ist. Ein entsprechendes Brennstoffzellensystem mit der erfindungsgemäßen Ejektoranordnung umfasst also zwei Brennstoffzellenstapel mit jeweils einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt. Aus dem Stand der Technik sind T-förmige Strömungsleitelemente bekannt, um einen Gasstrom, welcher aus der Ejektoranordnung austritt, auf zwei Brennstoffzellenstapel aufzuteilen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ejektoranordnung ist der Gasstrom derart effizient auf zwei Brennstoffzellenstapel aufteilbar, dass eine Saugdrucksteigerung um bis zu 10 % oder mehr möglich ist, wodurch in weiterer Folge eine Rezirkulationskraft gesteigert und so eine verbesserte passive Rezirkulationsleitstung erzielbar ist. Bei aus dem Stand der Technik bekannten T-förmigen Leitelementen muss der Gasstrom jeweils um 90° umgelenkt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Strömungsleitelementes ist dieser Winkelbereich auf etwa 60° bis 70° oder mehr reduziert.

[0023] Wenngleich eine Querschnittsfläche des Strömungselementes rund oder kreisförmig sein kann, ist es vorteilhaft, wenn eine Querschnittsfläche des Strömungselementes im Wesentlich elliptisch ist, wobei sich die Ellipse in Längsrichtung des Strömungselementes vergrößert. Das heißt, die Ellipse ist abhängig davon, an welcher Stelle der Querschnitt erfolgt, unterschiedliche groß. Ein Volumen des Strömungsleitelementes vergrößert sich also in Strömungsrichtung des Gasstromes, wodurch auch ein Strömungsvolumen im Vergleich zu Ausführungen ohne Strömungsleitelement für den Gasstrom verkleinert ist.

[0024] Günstig ist es, wenn das Strömungsleitelement in den Diffusor hineinragt. Das heißt, es schließt zwar das Anschlusselement an den Diffusor an, jedoch ist das Strömungsleitelement derart im Anschlusselement angeordnet, dass dieses in den Diffusor hineinragt. Das Strömungsleitelement reicht dabei mit Vorteil bis etwa 10 % bis 50 %, bevorzugt 20 % bis 45 % einer Gesamtlänge des Diffusors in denselben hinein. Dies hat den Vorteil, dass dadurch einer gegebenenfalls rotierenden Strömung, welche sich an die Diffusorwände anlegt, entgegengewirkt werden kann. Die Strömung wird dadurch stabilisiert.

[0025] Vorteilhaft ist es, wenn eine Achse des Diffusors und eine Symmetrieachse des Strömungsleitelementes versetzt zueinander angeordnet sind. Die Diffusorachse stimmt also nicht mit einer Symmetrieachse des Strömungsleitelementes überein, wodurch Ungleichförmigkeiten, welche vom Sekundärgasstrom kommen, ausgeglichen werden können.

[0026] Von Vorteil ist es, wenn das Anschlusselement aus Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet ist. Grundsätzlich kann das Anschlusselement bevorzugt auch gedreht oder additiv gefertigt (beispielsweise durch 3-D-Druck) sein. Das Anschlusselement ist grundsätzlich massiv ausgebildet, wobei dieses Aussparungen zum Leiten des aufgeteilten Gasstromes in Richtung der Andenabschnitte aufweist. Die Form der Ausschnitte ist zumindest teilweise durch das Strömungsleitelement gebildet.

[0027] Günstigerweise ist das Anschlusselement kraftschlüssig mit dem Diffusor verbunden. Dies kann allerdings auch stoffschlüssig mit dem Diffusor verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet sein. Bevorzugt kann zwischen dem Anschlusselement und dem Diffusor ein O-Ring oder dergleichen vorgesehen sein, damit die Ejektoranordnung gasdicht ausgebildet ist.

[0028] Eine Verwendung einer solchen Ejektoranordnung erfolgt mit Vorteil in einem Brennstoffzellensystem mit einer Rezirkulationsleitung und zwei Brennstoffzellenstapel, wobei das Brennstoffzellensystem insbesondere als PEM-Brennstoffzellensystem ausgebildet ist.

[0029] Das weitere Ziel wird erreicht, wenn das Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art zumindest zwei Brennstoffzellenstapel mit jeweils einem Kathodenabschnitt und einem Anodenabschnitt, eine Brennstoffgemischleitung zum Leiten eines Gasstromes, welcher Primärbrennstoff und Sekundärbrennstoff aufweist, von der Ejektoranordnung zu den Anodenabschnitten, eine Primärbrennstoffleitung zum Zuführen von Primärbrennstoff zum Ejektor und eine Rezirkulationsleitung zum Rückführen von Sekundärbrennstoff von den Anodenabschnitten zu der Ejektoranordnung umfasst.

[0030] Damit ergeben sich die gleichen Vorteile, welche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ejektoranordnung ausführlich beschrieben worden sind. Alle diesbezüglichen Merkmale, Vorteile und Wirkungen gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, welches insbesondere als PEM-Brennstoffzellensystem ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist zumindest zwei Brennstoffzellenstapel mit jeweils mehreren hundert einzelnen Brennstoffzellen umfassend jeweils einen Kathoden- und einen Anodenabschnitt auf. Grundsätzlich kann ein Brennstoffzellenstapel aber auch weniger oder mehr Brennstoffzellen aufweisen. Weiter ist vorteilhaft ein Anodenzuführabschnitt zum Einbringen von Anodenzuführgas (Wasserstoff) in den Anodenabschnitt des Brennstoffzellenstapels und ein Kathodenzuführabschnitt zum Einbringen von Kathodenzuführgas (Luft) in den Kathodenabschnitt vorgesehen. Es ist bevorzugt eine als Kompressor ausgebildete Luftfördereinrichtung und ein Luftbefeuchter vorgesehen. Verbrauchtes Anodenabgas wird bevorzugt über einen Anodenabführabschnitt abgeführt und läuft durch einen Wasserabscheider. Neben einer Abfuhr über ein sogenanntes Purgeventil an die Umgebung und/oder in den Kathodenabführabschnitt ist auch eine Rezirkulation des Anodenabgases über eine passive Rezirkulationsvorrichtung, in Form der Ejektoranordnung vorgesehen. Der Wasserabscheider ist insbesondere im Rezirkulationsabschnitt oder im Anodenzuführabschnitt stromabwärts der Ejektoranordnung angeordnet. Günstig ist es, wenn das Brennstoffzellensystem weiter einen Kühlkreislauf umfasst.

[0031] Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Brennstoffzellensystem möglichst wenig Leitungen

umfasst. So kann beispielsweise die Rezirkulationsleitung und/oder der Wasserabscheider direkt in den Ejektor integriert sein. Dadurch ist das Brennstoffzellensystem kompakt ausgebildet.

[0032] Eine Verwendung eines solchen Brennstoffzellensystems erfolgt mit Vorteil in einem Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann dabei ein PKW sein, vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Kraftfahrzeug ein LKW, Bus oder dergleichen ist. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem auch in Schiffen, Zügen oder Flugzeugen sowie in stationären Systemen wie in PEM-Brennstoffzellensystemen für eine Stromerzeugung im privaten und/oder gewerblichen Bereich verwendet werden.

[0033] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigt schematisch:

[0034] Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ejektoranordnung;

[0035] Fig. 2 einen weiteren Schnitt durch die erfindungsgemäße Ejektoranordnung; [0036] Fig. 3 einen weiteren Schnitt durch die erfindungsgemäße Ejektoranordnung; [0037] Fig. 4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.

[0038] Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ejektoranordnung 1 umfassend einen Düsenabschnitt 2 für eine Versorgung mit Frischgas, einen Primärgasleitungsabschnitt 3, eine Mischkammer 4 und einen Diffusor 5 sowie einen Sekundärgasleitungsabschnitt 9. Die Ejektoranordnung 1 umfasst weiter ein Anschlusselement 6, welches stromabwärts des Diffusors 5 angeordnet ist und ein Strömungsleitelement 7 umfasst.

[0039] Der Düsenabschnitt 2 ist einer Ansaugkammer 10, wobei sich der Düsenabschnitt 2 in einer Strömungsrichtung durch mit der Ansaugkammer 10 verjüngt. Die Ansaugkammer 10 ist bevorzugt als Ejektoreinlass ausgebildet. Die Mischkammer 4 bezeichnet einen Bereich in der Ejektoranordnung 1, in welchem Primärfluid aus der Ejektordüse 10 mit Sekundärfluid aus dem Sekundärgasleitabschnitt 9 vermischt wird. Dieses tritt dann als Gasstrom aus der Ejektoranordnung 1 hinaus. Der Sekundärleitungsabschnitt 9 kann vorteilhaft bereits einen Wasserabscheider 180 und eine Rezirkulationsleitung 160 umfassen.

[0040] Das Anschlusselement 6 ist im Wesentlichen massiv ausgebildet, umfasst jedoch Hohlräume, welche als Zuleitungsabschnitte 8 für eine Zuleitung eines aufgeteilten Gasstroms zu Brennstoffzellenstapel 120 eines Brennstoffzellensystems 100 ausgebildet und angeordnet sind. Das Brennstoffzellensystem 100 und seine Komponenten sind in Fig. 1 nicht dargestellt.

[0041] Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass das Strömungsleitelement 7 eine erste im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche aufweist. Der Längsschnitt verläuft entlang einer Längsachse bzw. entlang einer Strömungsrichtung des Primärfluides und des Gasstromes. Der Gasstrom, welcher Primärbrennstoff und Sekundärbrennstoff umfasst, strömt über die Mischkammer 4 in den Diffusor 5 und wird durch das Strömungsleitelement um jeweils etwa 90 ° abgelenkt und in weiterer Folge auf zwei Brennstoffzellenstapel 120 aufgeteilt. Unter der Strömungsrichtung durch die Ejektoranordnung 1 kann eine Richtung verstanden werden, in welche das Primärfluid während eines Betriebs zumindest im Wesentlichen strömt.

[0042] Das Strömungsleitelement 7 ist als Teilelement des Anschlusselementes 6 ausgebildet, wobei dieses massiv ausgebildet ist. Das Anschlusselement 6 ist insbesondere kraftschlüssig mit dem Diffusor 5 verbunden. Dieses weißt Aussparungen auf, welche die Zuleitungsabschnitte 8 zu zwei Anodenabschnitten 140 von zwei Brennstoffzellenstapeln 120 sind. Die Zuleitungsabschnitte 8 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass der Gasstrom in zwei gegenläufige Richtungen aufgeteilt wird.

[0043] Fig. 2 zeigt einen weiteren Schnitt durch die erfindungsgemäße Ejektoranordnung 1. Dieser Schnitt ist ebenfalls ein Längsschnitt, welcher 90° zum in Fig. 1 gezeigten Längsschnitt verläuft. Es ist ersichtlich, dass sich eine Schnittfläche des Strömungselementes 7 in einer Strömungsrichtung erweitert. Da die übrigen in Fig. 2 dargestellten Elemente jenen der Fig. 1 ent-

sprechen, wird hierzu auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.

[0044] Wenngleich in den Fig. 1 und 2 das Strömungsleitelement 7 am Ende des Diffusors 7 anschließt, ist es günstig, wenn dieses in den Diffusor 5 hineinragt, insbesondere kann bis etwa die Hälfte der Längsschnittfläche des Strömungselementes 7 in die Längsschnittfläche des Diffusors 7 hineinragen.

[0045] In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Ejektoranordnung 1 gezeigt. Dabei ist die im Wesentlichen elliptische Querschnittsfläche des Strömungsleitelementes 7 gezeigt, welches den Gasstrom auf die Zuleitungsabschnitte 8 aufteilt.

[0046] Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100. Dieses umfasst zwei Brennstoffzellenstaple 120 mit jeweils einem Kathodenabschnitt 130 und einem Anodenabschnitt 140. In Richtung der Kathodenabschnitte 130 ist jeweils eine Luftleitung 170 vorgesehen, über welche Luft in Richtung der beiden Kathodenabschnitte 140 förderbar ist. Die Luftleitungen 170 müssen nicht für beide Kathodenabschnitte 130 getrennt ausgebildet sein. Es kann auch nur eine einzige Luftleitung 170 vorgesehen sein, welche in zwei Teilleitungen für die zwei Kathodenabschnitte aufgeteilt wird.

[0047] Die Ejektoranordnung 1 ist in einem Anodenabschnitt angeordnet. Über eine Primärbrennstoffleitung 150 wird der Ejektoranordnung 1 Brennstoff, gasförmiger Wasserstoff, zugeführt. Zusätzlich ist eine Rezirkulationsleitung 160 vorgesehen, über welcher der Ejektoranordnung 1 rezirkulierter Brennstoff zugeführt wird. Straomabwärts der Ejektoranordnung 1 wird der Primärbrennstoff und Sekundärbrennstoff umfassende Gasstrom in einer Brennstoffgemischleitung 110 geführt und auf zwei Zuleitungsabschnitte 8 aufgeteilt und somit den beiden Anodenabschnitten 140 zugeführt. Brennstoff aus den Anodenabschnitten 140 wird über die Rezirkulationsleitung 160 in Form von Sekundärbrennstoff wieder der Ejektoranordnung 1 zugeführt. In der Rezirkulationsleitung 160 ist weiter ein Wasserabschneider 180 angeordnet. Mithilfe des Wasserabscheiders 160 wird Wasser, welches sich im Anodenabgas befindet aus diesem vor einer Rückführung in die Ejektoranordnung 1 abgeschieden. Der überschüssige Teil des Rezirkulationsgases wird über ein nicht dargestelltes Purgeventil aus der Rezirkulationsleitung 160 in eine Purgeleitung 190 geleitet. Die Purgeleitung 190 mündet in die Luftleitung 170, welche nun als Abgasleitung funktioniert. Das Abgas wird dann an die Umgebung A abgegeben.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Ejektoranordnung (1) für ein Brennstoffzellensystem (100) umfassend einen Düsenabschnitt (2), einen Primärgasleitungsabschnitt (3), eine Mischkammer (4) und einen Diffusor (5), wobei ein Anschlusselement (6) vorgesehen ist, welches stromabwärts des Diffusors (5) an den Diffusor (5) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (6) ein Strömungsleitelement (7) umfasst, um einen Gasstrom aufzuteilen.

2. Ejektoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (7) in einem ersten Längsschnitt eine erste im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche aufweist.

3. Ejektoranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (7) in einem zweiten Längsschnitt, welcher orthogonal zum ersten Längsschnitt verläuft, eine zweite im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche aufweist, wobei sich die erste im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche von der zweiten im Wesentlichen kegelsegmentförmige Längsschnittfläche unterscheidet.

4. Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom über das Strömungsleitelement (7) auf zwei Zuleitungsabschnitte (8) zur Zuleitung auf zwei Brennstoffzellenstapel aufteilbar ist.

5. Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Strömungsleitelementes (7) im Wesentlich elliptisch ist, wobei sich die Ellipse in Längsrichtung des Strömungselementes vergrößert.

6. Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (7) in den Diffusor (5) hineinragt.

7. Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse des Diffusors (5) und eine Symmetrieachse des Strömungsleitelementes (7) versetzt zueinander angeordnet sind.

8. Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (6) aus Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet ist.

9. Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (6) kraftschlüssig mit dem Diffusor verbunden ist.

10. Verwendung einer Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Brennstoffzellensystem (100) mit einer Rezirkulationsleitung (160) und zwei Brennstoffzellenstapeln (120).

11. Brennstoffzellensystem (100) mit einer Ejektoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend zumindest zwei Brennstoffzellenstapel (120) mit jeweils einem Kathodenabschnitt (130) und einem Anodenabschnitt (140), zwei Zuleitungsabschnitte (8) zum Leiten eines Gasstromes, welcher Primärbrennstoff und Sekundärbrennstoff aufweist, von der Ejektoranordnung (1) zu den Anodenabschnitten (140), eine Primärbrennstoffleitung (150) zum Zuführen von Primärbrennstoff zur Ejektoranordnung (1) und eine Rezirkulationsleitung (160) zum Rückführen von Sekundärbrennstoff von den Anodenabschnitten (120) zur Ejektoranordnung (1).

12. Verwendung eines Brennstoffzellensystems (100) nach Anspruch 11 in einem Kraftfahrzeug.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen