AT525873B1

AT525873B1 - Ejector for supplying hydrogen to at least one fuel cell

Info

Publication number: AT525873B1
Application number: ATA50787/2022A
Authority: AT
Inventors: Singer Gerald
Original assignee: Singer Gerald
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-09-15
Also published as: AT525873A4; WO2024077318A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ejektor (30) zur Zuführung von Wasserstoff an zumindest eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel (7), wobei der Ejektor (30) einen Primäreingang (32), einen Sekundäreingang (33), einen Ejektorausgang (34) und eine Mischkammer (35) aufweist, wobei der Primäreingang (32) und der Sekundäreingang (33) auf einer ersten Seite der Mischkammer (35) und der Ejektorausgang (34) auf der anderen Seite der Mischkammer (35) angeordnet sind, wobei der Ejektor (30) ein erstes bewegliches, unverformbares Kammerelement (40) umfasst, welches mittels einer Linearbewegung und/oder einer Rotationbewegung von einem ersten Zustand, an dem die Mischkammer (35) eine erste Querschnittsfläche aufweist, in einen zweiten Zustand bringbar ist, in dem die Mischkammer (35) eine zweite Querschnittsfläche aufweist.The invention relates to an ejector (30) for supplying hydrogen to at least one fuel cell or a fuel cell stack (7), the ejector (30) having a primary inlet (32), a secondary inlet (33), an ejector outlet (34) and a mixing chamber ( 35), wherein the primary inlet (32) and the secondary inlet (33) are arranged on a first side of the mixing chamber (35) and the ejector outlet (34) on the other side of the mixing chamber (35), the ejector (30) being a first movable, non-deformable chamber element (40), which can be brought by means of a linear movement and / or a rotational movement from a first state in which the mixing chamber (35) has a first cross-sectional area into a second state in which the mixing chamber (35) has a second cross-sectional area.

Description

EJEKTOR ZUR ZUFÜHRUNG VON WASSERSTOFF AN ZUMINDEST EINE BRENNSTOFFZELLE EJECTOR FOR SUPPLYING HYDROGEN TO AT LEAST ONE FUEL CELL

[0001] Die Erfindung betrifft einen Ejektor zur Zuführung von Wasserstoff an zumindest eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel, wobei der Ejektor einen Primäreingang, einen Sekundäreingang, einen Ejektorausgang und eine Mischkammer aufweist, wobei der Primäreingang und der Sekundäreingang auf einer ersten Seite der Mischkammer und der Ejektorausgang auf der anderen Seite der Mischkammer angeordnet sind. The invention relates to an ejector for supplying hydrogen to at least one fuel cell or a fuel cell stack, wherein the ejector has a primary input, a secondary input, an ejector output and a mixing chamber, the primary input and the secondary input being on a first side of the mixing chamber and the Ejector output is arranged on the other side of the mixing chamber.

[0002] Um die weltweiten Treibhausgasemissionen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, ist eine globale Energiewende hin zu erneuerbaren Energien notwendig. Wasserstoff ist ein vielversprechender Energieträger für den Betrieb von PEM-Brennstoffzellen in stationären und mobilen Anwendungen. In der Regel wird dem Brennstoffzellenstapel eine überstöchiometrische Menge Wasserstoff zugeführt, um sicherzustellen, dass der Brennstoffzelle jederzeit genügend Wasserstoff für die elektrochemische Reaktion zur Verfügung steht. Daher muss der überschüssige Wasserstoff durch eine Rezirkulationseinrichtung in die Versorgungsleitung zurückgeführt werden, um die Wasserstoffausnützung und daher die Energieausnutzung zu erhöhen. Der Wasserstoffgasstrom am Auslass der Brennstoffzelle hat jedoch ein niedrigeres Druckniveau als am Einlass der Brennstoffzelle, so dass eine Druckerhöhung für die Rezirkulation notwendig ist. Die Rezirkulation kann mit einem sogenannten Ejektor erfolgen. In order to reduce global greenhouse gas emissions and dependence on fossil fuels, a global energy transition towards renewable energies is necessary. Hydrogen is a promising energy source for operating PEM fuel cells in stationary and mobile applications. As a rule, a superstoichiometric amount of hydrogen is supplied to the fuel cell stack to ensure that the fuel cell always has enough hydrogen available for the electrochemical reaction. Therefore, the excess hydrogen must be returned to the supply line through a recirculation device in order to increase the hydrogen utilization and therefore the energy utilization. However, the hydrogen gas stream at the outlet of the fuel cell has a lower pressure level than at the inlet of the fuel cell, so that an increase in pressure is necessary for recirculation. Recirculation can be done with a so-called ejector.

[0003] Derartige Ejektoren weisen einen als Düse ausgebildeten Primäreingang auf, aus welchem Wasserstoff am Ejektoreingang in eine Mischkammer ausgegeben wird. Am anderen Ende der Mischkammer tritt der Wasserstoff am Ejektorausgang aus und wird dort der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzellenstapel zugeführt. Um die genannte Rezirkulation zu erzielen, ist ein Sekundärpfad von der Brennstoffzelle bzw. vom Brennstoffzellenstapel zum Ejektoreingang geführt, wo der überschüssige Wasserstoff an einem Sekundäreingang in die Mischkammer ausgegeben wird. Such ejectors have a primary inlet designed as a nozzle, from which hydrogen is discharged into a mixing chamber at the ejector inlet. At the other end of the mixing chamber, the hydrogen emerges from the ejector outlet and is fed there to the fuel cell or the fuel cell stack. In order to achieve the recirculation mentioned, a secondary path is led from the fuel cell or from the fuel cell stack to the ejector inlet, where the excess hydrogen is output into the mixing chamber at a secondary inlet.

[0004] Die Mischkammer dient somit zum Mischen des vom Primäreingang und Sekundärausgang ausgegebenen Wasserstoffs. Der Innendurchmesser der Mischkammer bestimmt hierbei das Ansaugverhältnis zwischen Primäreingang und Sekundäreingang. Im Allgemeinen könnte mit einem großen Innendurchmesser zwar ein höheres Ansaugverhältnis erzielt werden, jedoch ermöglicht ein größerer Innendurchmesser nur eine relativ geringe Druckdifferenz zwischen dem Massenstrom am Primäreingang und dem Massenstrom am Sekundäreingang. In der Praxis weisen die Mischkammern der bekannten Ejektoren daher einen Innendurchmesser auf, der eine Kompromisslösung zwischen erzielbarem Ansaugverhältnis und Druckdifferenz ist. The mixing chamber thus serves to mix the hydrogen output from the primary input and secondary output. The inner diameter of the mixing chamber determines the suction ratio between the primary inlet and secondary inlet. In general, a higher suction ratio could be achieved with a large inner diameter, but a larger inner diameter only allows a relatively small pressure difference between the mass flow at the primary inlet and the mass flow at the secondary inlet. In practice, the mixing chambers of the known ejectors therefore have an inner diameter that is a compromise solution between the achievable suction ratio and the pressure difference.

[0005] Aus dem Stand der Technik ist die US9601788B2 bekannt, die einen Ejektor mit einer Mischkammer zeigt, die einen variablen Querschnitt aufweist. Hierbei wird eine Membran in der Mischkammer vorgesehen, die durch eine externe Fluidzufuhr vergrößerbar ist. Eine derartige Lösung ist jedoch nur durch aufwändige Mittel steuerbar und kann nur schwer gewartet werden. Ahnliche Lösungen werden in den Schriften DE 102019217720 A1, DE 102019208521 A1, DE102015216457 A1 und US2020067112 offenbart. Die CN213905417 U zeigt weiters einen Ejektor mit Diffuser in der Mischkammer. US9601788B2 is known from the prior art, which shows an ejector with a mixing chamber that has a variable cross section. Here, a membrane is provided in the mixing chamber, which can be enlarged by an external fluid supply. However, such a solution can only be controlled using complex means and is difficult to maintain. Similar solutions are disclosed in the documents DE 102019217720 A1, DE 102019208521 A1, DE102015216457 A1 and US2020067112. The CN213905417 U also shows an ejector with a diffuser in the mixing chamber.

[0006] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Ejektor bereitzustellen, der eine verbesserte Einstellung des Ansaugverhältnisses bzw. der Druckdifferenz ermöglicht. It is the object of the invention to provide an ejector which enables improved adjustment of the suction ratio or the pressure difference.

[0007] Dieses Ziel wird erreicht durch einen Ejektor zur Zuführung von Wasserstoff an zumindest einer Brennstoffzelle, wobei der Ejektor einen Primäreingang, einen Sekundäreingang, einen Ejektorausgang und eine Mischkammer aufweist, wobei der Primäreingang und der Sekundäreingang auf einer ersten Seite der Mischkammer und der Ejektorausgang auf der anderen Seite der Mischkammer angeordnet sind, wobei der Ejektor ein erstes bewegliches, unverformbares Kammerelement umfasst, welches mittels einer Linearbewegung und/oder einer Rotationbewegung von einem ersten Zustand, an dem die Mischkammer eine erste Querschnittsfläche auf-This goal is achieved by an ejector for supplying hydrogen to at least one fuel cell, the ejector having a primary input, a secondary input, an ejector output and a mixing chamber, the primary input and the secondary input being on a first side of the mixing chamber and the ejector output are arranged on the other side of the mixing chamber, wherein the ejector comprises a first movable, non-deformable chamber element which, by means of a linear movement and / or a rotational movement, moves from a first state in which the mixing chamber has a first cross-sectional area

weist, in zumindest einen zweiten Zustand bringbar ist, in dem die Mischkammer eine zweite Querschnittsfläche aufweist. has, can be brought into at least a second state in which the mixing chamber has a second cross-sectional area.

[0008] Das bewegliche Kammerelement ermöglicht, dass die Querschnittsfläche der Mischkammer selektiv eingestellt werden kann. Wenn eine niedrige Druckerhöhung ausreichend ist, kann das Kammerelement in einen ersten Zustand gebracht werden, in dem die Querschnittsfläche groß ist, um ein besonders gutes Ansaugverhältnis zu erzielen. Wenn andererseits eine große Druckerhöhung benötigt wird, kann das Kammerelement in einen zweiten Zustand gebracht werden, in dem die Querschnittsfläche klein ist, bezogen auf die erstgenannte Querschnittsfläche. Es versteht sich, dass es in den meisten Ausführungsformen auch möglich ist, die Querschnittsfläche auf einen Wert einzustellen, der zwischen der genannten ersten Querschnittsfläche und der genannten zweiten Querschnittsfläche liegt, d.h. die Kammerelemente können gegebenenfalls auch in mehr als zwei Zustände versetzt werden. Insbesondere ist je nach Ausführungsform eine stetige Einstellung der Kammerelemente möglich, sodass alle möglichen Querschnittsflächen zwischen der ersten Querschnittsfläche und der zweiten Querschnittsfläche wählbar sind. In anderen Worten sind Einstellungen zwischen dem ersten und zweiten Zustand sind möglich, um den betriebsbedingten bestmöglichen Querschnitt einzustellen. Bevorzugt wird der Querschnitt daher derart gewählt, um die Ansaugrate in Abhängigkeit des Betriebszustandes zu maximieren. The movable chamber element allows the cross-sectional area of the mixing chamber to be selectively adjusted. If a low pressure increase is sufficient, the chamber element can be brought into a first state in which the cross-sectional area is large in order to achieve a particularly good suction ratio. On the other hand, if a large pressure increase is required, the chamber member can be brought into a second state in which the cross-sectional area is small relative to the former cross-sectional area. It goes without saying that in most embodiments it is also possible to set the cross-sectional area to a value that lies between said first cross-sectional area and said second cross-sectional area, i.e. the chamber elements can optionally also be set in more than two states. In particular, depending on the embodiment, a constant adjustment of the chamber elements is possible, so that all possible cross-sectional areas between the first cross-sectional area and the second cross-sectional area can be selected. In other words, settings between the first and second states are possible in order to set the best possible cross-section for operational reasons. The cross section is therefore preferably chosen in such a way as to maximize the suction rate depending on the operating condition.

[0009] Dadurch, dass das Kammerelement unverformbar ist und mittels einer Linearbewegung und/oder einer Rotationsbewegung versetzt wird, ergibt sich eine besonders einfache Ansteuerung und Mechanik des Ejektors. Insbesondere kann auf komplexe Membranmechanismen verzichtet werden, die mittels eines druckbeaufschlagten Fluids in eine gewünschte Stellung gebracht werden. Gegenüber derartigen Lösungen weist der erfindungsgemäße Ejektor insbesondere auch eine vereinfachte Wartbarkeit auf. The fact that the chamber element is non-deformable and is displaced by means of a linear movement and/or a rotational movement results in a particularly simple control and mechanics of the ejector. In particular, complex membrane mechanisms that are brought into a desired position by means of a pressurized fluid can be dispensed with. Compared to such solutions, the ejector according to the invention also has simplified maintainability.

[0010] Weiters wird mit dem erfindungsgemäßen Ejektor ermöglicht, dass die Kammerelemente derart ausgebildet sein können, dass die Mischkammer in einem oder mehreren Zuständen des bzw. der Kammerelemente einen kreisrunden Querschnitt und/oder einen konstanten Querschnitt über eine vorbestimmte Länge aufweist, was mit Membranlösungen nicht möglich ist. Der kreisrunde Querschnitt bzw. der konstante Querschnitt über eine vorbestimmte Länge ermöglicht ein besonders gutes Strömungsverhalten des Ejektors in der Mischkammer. Furthermore, the ejector according to the invention makes it possible for the chamber elements to be designed in such a way that the mixing chamber has a circular cross-section and/or a constant cross-section over a predetermined length in one or more states of the chamber element(s), which is the case with membrane solutions not possible. The circular cross section or the constant cross section over a predetermined length enables particularly good flow behavior of the ejector in the mixing chamber.

[0011] In einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ejektor zwei Seitenwände und ein weiteres Kammerelement, wobei die Mischkammer zwischen den zwei Seitenwänden, dem ersten Kammerelement und dem zweiten Kammerelement eingeschlossen ist (der Ausdruck „eingeschlossen“ bezieht sich hierin auf die Kontur der Mischkammer gesehen in einer Schnittebene normal zur Strömungsrichtung in der Mischkammer). Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache Einstellung der Kammerelemente in der Mischkammer, da die Kammerelemente keine gegenseitige Kontaktierung benötigen und einfach zwischen den Seitenwänden verschoben oder verschwenkt werden können. Hierfür ist das erste Kammerelement mittels einer Linearbewegung in Richtung eines zweiten Kammerelements verschieblich oder das erste Kammerelement ist mittels einer asymmetrischen Rotationsbewegung in Richtung eines zweiten Kammerelements schwenkbar. Das zweite Kammerelement kann gegengleich verschiebbar oder verschwenkbar ausgebildet sein. In a first preferred embodiment, the ejector includes two side walls and a further chamber element, the mixing chamber being enclosed between the two side walls, the first chamber element and the second chamber element (the term “enclosed” herein refers to the contour of the mixing chamber as seen in a sectional plane normal to the direction of flow in the mixing chamber). This embodiment enables a particularly simple adjustment of the chamber elements in the mixing chamber, since the chamber elements do not require mutual contact and can simply be moved or pivoted between the side walls. For this purpose, the first chamber element can be displaced in the direction of a second chamber element by means of a linear movement or the first chamber element can be pivoted in the direction of a second chamber element by means of an asymmetrical rotational movement. The second chamber element can be designed to be displaceable or pivotable in opposite directions.

[0012] In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das erste Kammerelement im Wesentlichen zylindrisch und durch eine Rotationsbewegung um dessen Zylinderachse rotierbar, wobei das erste Kammerelement eine zumindest teilweise um den Zylinderumfang verlaufende Rille mit um den Zylinderumfang variabler (d.h. verändernder) Tiefe umfasst, wobei die Rille die Mischkammer einseitig begrenzt. Dieses erste Kammerelement grenzt in der Mischkammer üblicherweise an ein weiteres rotierbares Kammerelement mit einer gegengleichen Rille oder an eine unbewegliche Seitenwand an, sodass die Mischkammer üblicherweise nur vom ersten Kammerelement und vom zweiten Kammerelement oder von der Seitenwand eingeschlossen ist. Die jeweilige Tiefe der Rille in der Mischkammer bzw. am Kontaktpunkt zum anderen Kammerelement oder zur Seitenwand bestimmt hierbei den Querschnitt der Mischkammer. Diese Ausfüh-In a second preferred embodiment, the first chamber element is essentially cylindrical and can be rotated by a rotational movement about its cylinder axis, wherein the first chamber element comprises a groove which extends at least partially around the cylinder circumference and has a variable (i.e. changing) depth around the cylinder circumference, wherein the Groove limits the mixing chamber on one side. In the mixing chamber, this first chamber element usually adjoins a further rotatable chamber element with an opposite groove or an immovable side wall, so that the mixing chamber is usually only enclosed by the first chamber element and the second chamber element or by the side wall. The respective depth of the groove in the mixing chamber or at the point of contact with the other chamber element or with the side wall determines the cross section of the mixing chamber. This execution

rung ist mit den beiden Rotationsscheiben und einer Kupplung besonders einfach symmetrisch zu verstellen im Vergleich zur vorgenannten Ausführungsform. With the two rotating disks and a clutch, the adjustment is particularly easy to adjust symmetrically compared to the aforementioned embodiment.

[0013] Um in allen Zuständen einen möglichst einheitlichen Querschnitt der Mischkammer zu erzielen, wird bevorzugt, wenn der Ejektor ein zweites Kammerelement umfasst, welches gleich wie das erste Kammerelement ausgebildet ist, wobei die Mischkammer zwischen den beiden Kammerelementen eingeschlossen und beidseitig von den Rillen begrenzt ist. Die Rillen weisen hierbei bevorzugt in radialer Richtung eine halbkreisförmige Kontur auf, sodass der Querschnitt der Mischkammer kreisrund ist. Bei gleichzeitiger gegengleicher Drehung der beiden Kammerelemente wird der Querschnitt somit stetig größer oder kleiner, wobei die kreisförmige Kontur erhalten bleibt. In order to achieve a cross-section of the mixing chamber that is as uniform as possible in all states, it is preferred if the ejector comprises a second chamber element which is designed in the same way as the first chamber element, the mixing chamber being enclosed between the two chamber elements and delimited on both sides by the grooves is. The grooves here preferably have a semicircular contour in the radial direction, so that the cross section of the mixing chamber is circular. When the two chamber elements rotate in opposite directions at the same time, the cross section becomes constantly larger or smaller, while the circular contour is retained.

[0014] Um in der vorgenannten Variante nur einen Antrieb zu benötigen und eine gleichzeitige Rotation der beiden Kammerelemente zu erzielen, können die beiden Kammerelemente mittels einer Kupplung verbunden sein, um eine Rotationsbewegung eines der Kammerelemente in eine gegengleiche Rotationbewegung des anderen Kammerelements zu übersetzen. In order to only require one drive in the aforementioned variant and to achieve a simultaneous rotation of the two chamber elements, the two chamber elements can be connected by means of a coupling in order to translate a rotational movement of one of the chamber elements into an opposite rotational movement of the other chamber element.

[0015] In einer dritten bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Kammerelement eine erste Seite mit einer ersten Rille mit einer ersten konstanten Rillentiefe und eine zweite Seite mit einer zweiten Rille mit einer konstanten zweiten Rillentiefe, wobei die Mischkammer im ersten Zustand des Kammerelements von der ersten Rille begrenzt ist und im zweiten Zustand des Kammerelements von der zweiten Rille begrenzt ist. Je nach gewünschtem Querschnitt der Mischkammer kann somit die erste Seite oder die zweite Seite zur Begrenzung der Mischkammer herangezogen werden. In dieser Ausführungsform wird das Kammerelement üblicherweise mit einer kombinierten Linear- und Rotationsbewegung vom ersten Zustand in den zweiten Zustand versetzt. In a third preferred embodiment, the first chamber element comprises a first side with a first groove with a first constant groove depth and a second side with a second groove with a constant second groove depth, wherein the mixing chamber in the first state of the chamber element is separated from the first groove is limited and is limited by the second groove in the second state of the chamber element. Depending on the desired cross section of the mixing chamber, the first side or the second side can be used to limit the mixing chamber. In this embodiment, the chamber element is usually moved from the first state to the second state with a combined linear and rotational movement.

[0016] In der letztgenannten Ausführungsform umfasst der Ejektor bevorzugt weiters ein zweites Kammerelement, welches gleich wie das erste Kammerelement ausgebildet ist, wobei die Mischkammer zwischen den beiden Kammerelementen eingeschlossen und beidseitig von den ersten Rillen der beiden Kammerelemente oder von den zweiten Rillen der beiden Kammerelemente begrenzt ist. Hierdurch kann insbesondere in beiden Zuständen ermöglicht werden, dass die Mischkammer einen kreisrunden Querschnitt in der Mischkammer aufweist. In the last-mentioned embodiment, the ejector preferably further comprises a second chamber element, which is designed in the same way as the first chamber element, with the mixing chamber enclosed between the two chamber elements and on both sides by the first grooves of the two chamber elements or by the second grooves of the two chamber elements is limited. This makes it possible, in particular in both states, for the mixing chamber to have a circular cross section in the mixing chamber.

[0017] In einer besonders bevorzugten Variante weist das erste Kammerelement vier Seiten mit jeweils einer Rille mit konstanter Rillentiefe auf, wobei die Rillentiefen auf den vier Seiten jeweils unterschiedlich sind. Die Querschnittsfläche der Mischkammer kann somit feiner eingestellt werden, wodurch der Ejektor gezielter an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden kann. In a particularly preferred variant, the first chamber element has four sides, each with a groove with a constant groove depth, the groove depths being different on the four sides. The cross-sectional area of the mixing chamber can thus be adjusted more finely, which means that the ejector can be adapted more specifically to the respective conditions.

[0018] Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der in den Ansprüchen beanspruchten Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Advantageous and non-limiting embodiments of the invention claimed in the claims are explained in more detail below with reference to the drawings.

[0019] Figur 1 zeigt ein Ejektorsystem gemäß dem Stand der Technik. [0019] Figure 1 shows an ejector system according to the prior art.

[0020] Figur 2 zeigt einen Ejektor gemäß dem Stand der Technik, der bei dem Ejektorsystem von Figur 1 zum Einsatz kommt. Figure 2 shows an ejector according to the prior art, which is used in the ejector system of Figure 1.

[0021] Figur 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Charakteristiken von verschiedenen Ejektoren dargestellt sind. Figure 3 shows a diagram in which the characteristics of different ejectors are shown.

[0022] Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Ejektor in einer schematischen Ansicht. Figure 4 shows an ejector according to the invention in a schematic view.

[0023] Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ejektors. Figures 5 and 6 show a front view and a side view of a first embodiment of the ejector according to the invention.

[0024] Die Figuren 7 und 8 zeigen Varianten der Ausführungsform der Figuren 5 und 6. Figures 7 and 8 show variants of the embodiment of Figures 5 and 6.

[0025] Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer zwei-[0025] Figures 9 and 10 show a front view and a side view of a two-

ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ejektors. th embodiment of the ejector according to the invention.

[0026] Die Figuren 11 und 12 zeigen eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ejektors. Figures 11 and 12 show a front view and a side view of a third embodiment of the ejector according to the invention.

[0027] Die Figur 13 zeigt einen möglichen Antrieb der Kammerelemente der Ausführungsform der Figuren 11 und 12. 13 shows a possible drive of the chamber elements of the embodiment of FIGS. 11 and 12.

[0028] Die allgemein bekannte Funktionsweise eines Ejektorsystemes wird nun im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben, wobei die Prinzipien dieses Systems auch für die unten erläuterte Erfindung anwendbar sind. The generally known operation of an ejector system will now be described below with reference to Figures 1 to 3, the principles of this system also being applicable to the invention explained below.

[0029] Figur 1 zeigt das Ejektorsystem 1, bei dem einem Ejektor 2 Wasserstoff (H2) von einer H2-Versorgung über einen Primärpfad 3 mit einem Primärmassenstrom mp;im über einen als Düse 11 ausgebildeten Primäreingang 4 zugeführt wird. Der Ejektor 2 gibt den Wasserstoff an einem Ejektorausgang 5 über eine Verbindungsleitung 6 mit einem Eintrittsmassenstrom My, Ein an einen Brennstoffzellenstapel 7 aus. Im Allgemeinen kann der Brennstoffzellenstapel 7 auch als Brennstoffzelle bezeichnet werden. Weiters ist ein Sekundärpfad 8 mit dem Brennstoffzellenstapel 7 und dem Ejektor 2 verbunden, um dem Ejektor 2 Wasserstoff mit einem Sekundärmassenstrom msex an einem Sekundäreingang 9 zuzuführen. Zum Mischen des Wasserstoffs aus dem Primäreingang 4 und dem Sekundäreingang 9 weist der Ejektor 2 eine Mischkammer 10 auf, wobei der Primäreingang 4 und der Sekundäreingang 9 auf einer Seite der Mischkammer 10 vorliegen und der Ejektorausgang 5 auf der anderen Seite der Mischkammer 10. 1 shows the ejector system 1, in which an ejector 2 is supplied with hydrogen (H2) from an H2 supply via a primary path 3 with a primary mass flow mp; im via a primary inlet 4 designed as a nozzle 11. The ejector 2 outputs the hydrogen at an ejector output 5 via a connecting line 6 with an inlet mass flow My, Ein to a fuel cell stack 7. In general, the fuel cell stack 7 can also be referred to as a fuel cell. Furthermore, a secondary path 8 is connected to the fuel cell stack 7 and the ejector 2 in order to supply hydrogen to the ejector 2 with a secondary mass flow msex at a secondary input 9. For mixing the hydrogen from the primary inlet 4 and the secondary inlet 9, the ejector 2 has a mixing chamber 10, the primary inlet 4 and the secondary inlet 9 being on one side of the mixing chamber 10 and the ejector outlet 5 being on the other side of the mixing chamber 10.

[0030] Die Summe aus Mpyim UNd mMsex Ist der in den Brennstoffzellenstapel 7 eintretende Massenstrom my, in. Der verbrauchte Wasserstoff des Brennstoffzellenstapels ist My2 reaktion, der ein Teil von my, ginist. Das Verhältnis von My, Ein ZU Mp2 reaktion ISt das stöchiometrische Verhältnis A und muss unter allen Betriebsbedingungen größer als 1 sein. Der Brennstoffzellenstapel 7 wird mit einem Überschuss an Wasserstoff versorgt. Das Versorgungsverhältnis auch „stöchiometrisches Verhältnis“ wird mit A bezeichnet. A=- My2 Ein >41 MH2 Reaktion The sum of Mpyim AND mMsex is the mass flow my, in entering the fuel cell stack 7. The hydrogen consumed by the fuel cell stack is My2 reaction, which is a part of my, gin. The ratio of My, A TO Mp2 reaction is the stoichiometric ratio A and must be greater than 1 under all operating conditions. The fuel cell stack 7 is supplied with an excess of hydrogen. The supply ratio, also known as the “stoichiometric ratio”, is denoted by A. A=- My2 On >41 MH2 response

[0031] Üblicherweise wird Wasserstoff bei einem Druck von 1,1 bis 3 bar, einer Temperatur von -40 bis 85 °C und einem stöchiometrischen Verhältnis A größer 1,2 in den Einlass des Brennstoffzellenstapels 7 eingespeist, in Abhängigkeit der Last im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 7. Wenn das stöchiometrische Verhältnis zu niedrig ist, kann es zu einer Wasserstoffunterversorgung des Brennstoffzellenstapels 7 kommen, was zu einer Degradation der Brennstoffzellen führt. Für stationäre Betriebszustände und durch keine Verunreinigung (keine Stickstoff-, Wasseroder Edelgas-Diffusion von der Kathode zur Anode) im Sekundärpfad kann die oben genannte Formel auf folgende vereinfacht werden. Typically, hydrogen is fed into the inlet of the fuel cell stack 7 at a pressure of 1.1 to 3 bar, a temperature of -40 to 85 ° C and a stoichiometric ratio A greater than 1.2, depending on the load during operation of the fuel cell stack Fuel cell stack 7. If the stoichiometric ratio is too low, there may be an undersupply of hydrogen in the fuel cell stack 7, which leads to degradation of the fuel cells. For stationary operating conditions and due to no contamination (no nitrogen, water or noble gas diffusion from the cathode to the anode) in the secondary path, the above formula can be simplified to the following.

A=1+ Tsee A=1+ Tsee

Mprim Mprim

[0032] Und weiters mit dem Ansaugverhältnis w: Msec W = —— —— Mprim [0033] Umso höher das Ansaugverhältnis w, umso höher das stöchiometrischen Verhältnis 2, desto besser ist die Versorgung des Brennstoffzellenstapels. Daher ist das generelle Ziel, dass ein möglichst hohes Ansaugverhältnis w im Ejektor 2 hergestellt wird. [0032] And further with the intake ratio w: Msec W = —— —— Mprim [0033] The higher the intake ratio w, the higher the stoichiometric ratio 2, the better the supply to the fuel cell stack. Therefore, the general goal is to produce the highest possible intake ratio w in the ejector 2.

[0034] Figur 2 zeigt den Ejektor 2 gemäß dem Stand der Technik im Detail. Dieser Ejektor 2 hat eine Mischkammer 10 mit einem unveränderlichen Innendurchmesser von dwisch -Figure 2 shows the ejector 2 according to the prior art in detail. This ejector 2 has a mixing chamber 10 with a constant inner diameter of dwisch -

[0035] Zur Einbringung von Wasserstoff in den Ejektor 2 weist dieser eine Düse 11 mit einem Düsenseingang 12 und einer Düsenkehle 13 auf. Am Düseneingang 12 liegt ein Druck zwischen 3 und 30 bar vor. Der Ejektor 2 nutzt die Druckenergie des Wasserstoffs am Düseneingang 12 welcher sich in kinetische Energie (Geschwindigkeitsenergie) in der Düsenkehle 13 umwandelt. Wenn das Druckverhältnis zwischen Düsenkehle 13 und in der Mischkammer 10 ausreichend hoch ist, dann stellt sich ein kritisches Strömungsverhältnis in der Düsenkehle 13 ein und es wird in der Düsenkehle 13 Schallgeschwindigkeit erreicht. Dieser Hochgeschwindigkeits-Wasserstoff To introduce hydrogen into the ejector 2, it has a nozzle 11 with a nozzle inlet 12 and a nozzle throat 13. At the nozzle inlet 12 there is a pressure between 3 and 30 bar. The ejector 2 uses the pressure energy of the hydrogen at the nozzle inlet 12, which is converted into kinetic energy (velocity energy) in the nozzle throat 13. If the pressure ratio between the nozzle throat 13 and in the mixing chamber 10 is sufficiently high, then a critical flow ratio is established in the nozzle throat 13 and the speed of sound is reached in the nozzle throat 13. This high-speed hydrogen

expandiert in die Mischkammer 10 und erzeugt einen Niederdruckbereich. Der Sekundärmassenstrom mMsex Wird durch den Unterdrück und dem Impulsaustausch mit dem Primärmassenstrom und Mpr;im angesaugt bzw. beschleunigt. expands into the mixing chamber 10 and creates a low pressure area. The secondary mass flow mMsex is sucked in or accelerated by the negative pressure and the momentum exchange with the primary mass flow and Mpr;im.

[0036] Wie bereits oben erläutert wird das Verhältnis von Sekundärmassenstrom msex ZU Primärmassenstrom Mp+im als Ansaugverhältnis w bezeichnet und ist ein Leistungsindikator für den Ejektor 2. Wasserstoff hat die Gaseigenschaften, dass Schallgeschwindigkeit (in Abhängigkeit von Druck und Temperatur) in einem Bereich von ca. 1200 m/s liegt. Diese hohe Schallgeschwindigkeit führt dazu, dass auch der vorhandene Impuls hoch ist und dadurch auch die Ansaugleistung höher ist als im Vergleich zu anderen Gasejektoren. Grundsätzlich gilt, je höher der Sekundärmassenstrom msex bei gleichem Primärmassenstrom mMp,im ist, desto besser ist die Ansaugleistung. As already explained above, the ratio of secondary mass flow msex TO primary mass flow Mp+im is referred to as intake ratio w and is a performance indicator for the ejector 2. Hydrogen has the gas properties that the speed of sound (depending on pressure and temperature) in a range of approx. 1200 m/s. This high speed of sound means that the existing impulse is also high and therefore the suction power is higher than in comparison to other gas ejectors. Basically, the higher the secondary mass flow msex with the same primary mass flow mmp,im, the better the intake performance.

[0037] Da der Brennstoffzellenstapel 7 einen Druckverlust erzeugt, liegt am Ejektorausgang 5 ein höherer Druck Pausgang IM Vergleich zum Druck ps; am Sekundäreingang 9 an: Since the fuel cell stack 7 generates a pressure loss, there is a higher pressure P output IM at the ejector outlet 5 compared to the pressure ps; at secondary input 9:

PAusgang > Psek: POutput > Psec:

[0038] Die Differenz von dem Druck pausgang AM Ejektorausgang 5 abzüglich dem Druck psex am Sekundäreingang 9 ist die notwendige Druckerhöhung Ap: The difference from the pressure pout at the ejector outlet 5 minus the pressure psex at the secondary inlet 9 is the necessary pressure increase Ap:

Ap = PAusgang 7 Psek: Ap = POutput 7 Psec:

[0039] Das heißt, dass der Ejektor 2 eine gewisse Druckerhöhung schaffen muss, um den Brennstoffzellenstapel 7 ausreichend mit Wasserstoff versorgen zu können. Da ein Brennstoffzellenstapel 7 weite Betriebsbedingungen (von z.B. von 5% bis 100% Last) haben kann, ist auch der Betrieb im Ejektor 2 stark unterschiedlich. This means that the ejector 2 must create a certain increase in pressure in order to be able to supply the fuel cell stack 7 with sufficient hydrogen. Since a fuel cell stack 7 can have wide operating conditions (e.g. from 5% to 100% load), the operation in the ejector 2 also varies greatly.

[0040] Wenn nun ein Ejektor 2 mit einem vorbestimmten Innendurchmesser der Mischkammer 10 eingesetzt wird, wird dieser eine fest vorgegebene Charakteristik aufweisen, welche das Ansaugverhältnis w in eine vorbestimmte Beziehung zur Druckerhöhung Ap setzt. Figur 3 zeigt in diesem Zusammenhang ein Diagramm, wobei das Ansaugverhältnis w auf der y-Achse und die Druckerhöhung Ap auf der x-Achse aufgetragen ist. Die durchgezogene, mit dem Bezugszeichen 14 versehene Linie zeigt die Charakteristik eines ersten Ejektors 2 mit einer Mischkammer 10 mit einer ersten Querschnittsfläche q1. Die strichlierte, mit dem Bezugszeichen 15 versehene Linie zeigt die Charakteristik eines zweiten Ejektors 2 mit einer Mischkammer 10 mit einer zweiten Querschnittsfläche q2, wobei q1 > q2. If an ejector 2 with a predetermined inner diameter of the mixing chamber 10 is now used, it will have a fixed characteristic which sets the suction ratio w in a predetermined relationship to the pressure increase Ap. Figure 3 shows a diagram in this context, where the suction ratio w is plotted on the y-axis and the pressure increase Ap is plotted on the x-axis. The solid line marked with reference number 14 shows the characteristics of a first ejector 2 with a mixing chamber 10 with a first cross-sectional area q1. The dashed line marked with reference number 15 shows the characteristics of a second ejector 2 with a mixing chamber 10 with a second cross-sectional area q2, where q1>q2.

[0041] Im Allgemeinen kann aus Figur 3 abgelesen werden, dass die Druckerhöhung Ap des Ejektors 2 umso größer ist, je niedriger das Ansaugverhältnis w ist. Für große Druckerhöhungen Ap ist ein geringer Innendurchmesser der Mischkammer 10 vorteilhaft. Im Gegensatz dazu ist für geringe Druckerhöhungen Apr ein großer Innendurchmesser der Mischkammer 10 vorteilhaft. Die Mischkammer Geometrie soll daher so verändert werden, dass die Ansaugrate in Abhängigkeit des Brennstoffzellen Leistungszustandes maximiert wird. [0041] In general, it can be seen from Figure 3 that the lower the suction ratio w, the greater the pressure increase Ap of the ejector 2. For large pressure increases Ap, a small inner diameter of the mixing chamber 10 is advantageous. In contrast, a large inner diameter of the mixing chamber 10 is advantageous for small pressure increases Apr. The mixing chamber geometry should therefore be changed in such a way that the intake rate is maximized depending on the fuel cell performance.

[0042] In den Figuren 4 bis 13 ist ein erfindungsgemäßer Ejektor 30 beschrieben, der sowohl bei geringen Druckerhöhungen Ap als auch bei hohen Druckerhöhungen 4p ein vorteilhaftes Ansaugverhältnis w erzielt. Zu diesem Zweck kann die Querschnittsfläche der Mischkammer 10 veränderbar ausgestaltet werden, wobei diese in einem ersten Betriebsmodus beispielsweise eine erste Querschnittsfläche aufweist und in einem zweiten Betriebsmodus eine zweite Querschnittsfläche. Dadurch kann eine vorteilhafte Charakteristik des Ejektors 30 erzielt werden, die in Figur 3 durch die punktierte, mit dem Bezugszeichen 31 versehene Linie dargestellt ist. 4 to 13 describe an ejector 30 according to the invention, which achieves an advantageous suction ratio w both at low pressure increases Ap and at high pressure increases 4p. For this purpose, the cross-sectional area of the mixing chamber 10 can be designed to be changeable, for example having a first cross-sectional area in a first operating mode and a second cross-sectional area in a second operating mode. As a result, an advantageous characteristic of the ejector 30 can be achieved, which is shown in FIG. 3 by the dotted line provided with the reference number 31.

[0043] Ein erfindungsgemäßer Ejektor 30 mit diesen Eigenschaften ist in Figur 4 dargestellt. Dieser Ejektor 30 kann statt dem Ejektor 2 in das Ejektorsystem 1 von Figur 1 eingesetzt werden, sodass alle oben erläuterten Varianten des Ejektorsystems 1 auch für den Ejektor 30 anwendbar sind. Analog zum Ejektor 2 aus Figur 2 weist auch dieser Ejektor 30 einen Primäreingang 32, einen Sekundäreingang 33, einen Ejektorausgang 34 und eine Mischkammer 35 auf, wobei der Primäreingang 32 und der Sekundäreingang 33 auf einer ersten Seite der Mischkammer 35 und An ejector 30 according to the invention with these properties is shown in FIG. This ejector 30 can be inserted into the ejector system 1 of Figure 1 instead of the ejector 2, so that all variants of the ejector system 1 explained above can also be used for the ejector 30. Analogous to the ejector 2 from Figure 2, this ejector 30 also has a primary input 32, a secondary input 33, an ejector output 34 and a mixing chamber 35, with the primary input 32 and the secondary input 33 on a first side of the mixing chamber 35 and

der Ejektorausgang 34 auf der anderen Seite der Mischkammer 35 angeordnet sind. Um Wasserstoff über den Primäreingang 32 in die Mischkammer 35, weist der Ejektor 30 eine Düse 36 auf, welche gleich wie die Düse 11 aus Figur 2 aufgebaut sein kann. the ejector output 34 is arranged on the other side of the mixing chamber 35. In order to transport hydrogen into the mixing chamber 35 via the primary inlet 32, the ejector 30 has a nozzle 36, which can be constructed in the same way as the nozzle 11 from FIG.

[0044] Um zu erzielen, dass die Mischkammer 35 eine veränderliche Querschnittsfläche aufweist, umfasst der Ejektor 2 zumindest ein erstes Kammerelement 40, das mittels einer In order to ensure that the mixing chamber 35 has a variable cross-sectional area, the ejector 2 comprises at least a first chamber element 40, which is connected by means of a

[0045] Linearbewegung, bevorzugt in eine Richtung normal zur Strömungsrichtung in der Mischkammer 35, und/oder einer Rotationbewegung von einem ersten Zustand, an dem die Mischkammer 35 eine erste Querschnittsfläche aufweist, in einen zweiten Zustand bringbar ist, in dem die Mischkammer 35 eine zweite Querschnittsfläche aufweist. Es versteht sich, dass die erste und zweite Querschnittsfläche unterschiedlich groß sind. In der dargestellten Ausführungsform von Figur 4 weist der Ejektor 30 zwei bewegliche Kammerelemente 40 auf, die zueinander oder voneinander verschieblich ausgebildet sind, wobei in anderen Ausführungsformen auch vorgesehen werden kann, dass nur ein Kammerelement 40 oder auch drei oder mehr Kammerelemente 40 mittels einer Linearbewegung und/oder einer Rotationbewegung beweglich ausgestaltet sind. Linear movement, preferably in a direction normal to the flow direction in the mixing chamber 35, and/or a rotational movement can be brought from a first state in which the mixing chamber 35 has a first cross-sectional area into a second state in which the mixing chamber 35 has a has second cross-sectional area. It is understood that the first and second cross-sectional areas are of different sizes. In the illustrated embodiment of Figure 4, the ejector 30 has two movable chamber elements 40, which are designed to be displaceable relative to or from each other, although in other embodiments it can also be provided that only one chamber element 40 or three or more chamber elements 40 by means of a linear movement and / or a rotational movement are designed to be movable.

[0046] Unter Kammerelementen 40 werden hierin Bauteile verstanden, welche die Mischkammer 35 einseitig begrenzen, d.h. eine Wand der Mischkammer 35 bilden. Die Kammerelemente 40 sind als im Wesentlichen unverformbare Bauteile ausgeführt, z.B. als Metallbauteile oder Hartplastikbauteile, und sind daher insbesondere keine Membrane. Der Ausdruck „unverformbar“ wird hierin als unverformbar in Bezug auf die im Ejektor 2 auftretenden Kräfte verstanden. Chamber elements 40 are understood here to be components which delimit the mixing chamber 35 on one side, i.e. form a wall of the mixing chamber 35. The chamber elements 40 are designed as essentially non-deformable components, for example as metal components or hard plastic components, and are therefore in particular not a membrane. The term “non-deformable” is understood herein to mean non-deformable in relation to the forces occurring in the ejector 2.

[0047] Die Figuren 5 und 6 zeigen eine erste Ausführungsform, gemäß welcher ein erfindungsgemäßer Ejektor 30 mit veränderlichem Querschnitt ausgeführt werden kann. Die Mischkammer 35 wird hierbei von zwei beweglichen Kammerelementen 40 und zwei Seitenwänden 41 begrenzt. Die beiden Kammerelemente 40 sind durch einen nicht weiter dargestellten Linearantrieb beweglich ausgeführt, sodass diese jeweils einen ersten Zustand einnehmen können, in dem die Kammerelemente 40 in einem Abstand a1 voneinander beabstandet sind, und einen zweiten Zustand einnehmen können, in dem die Kammerelemente 40 in einem Abstand a2 voneinander beabstandet sind. Die Kammerelemente 40 sind z.B. auf Führungen 42 verschieblich gelagert. Die Linearbewegung verläuft im Wesentlichen normal zur Strömungsrichtung des Wasserstoffs in der Mischkammer 35. In Abhängigkeit des Antriebs sind frei variable Abstände zwischen a1 und a2 möglich. Figures 5 and 6 show a first embodiment, according to which an ejector 30 according to the invention can be designed with a variable cross section. The mixing chamber 35 is delimited by two movable chamber elements 40 and two side walls 41. The two chamber elements 40 are designed to be movable by a linear drive, not shown, so that they can each assume a first state in which the chamber elements 40 are spaced apart from one another at a distance a1, and can assume a second state in which the chamber elements 40 are in one Distance a2 are spaced apart. The chamber elements 40 are slidably mounted on guides 42, for example. The linear movement is essentially normal to the direction of flow of the hydrogen in the mixing chamber 35. Depending on the drive, freely variable distances between a1 and a2 are possible.

[0048] Die unbeweglichen Seitenwände 41 weisen einen gegenseitigen Abstand t voneinander auf, sodass die Querschnittsfläche der Mischkammer 35 im ersten Betriebsmodus a1*t beträgt und im zweiten Betriebsmodus a2*t. The immovable side walls 41 have a mutual distance t from one another, so that the cross-sectional area of the mixing chamber 35 is a1*t in the first operating mode and a2*t in the second operating mode.

[0049] Aus Figur 5 ist weiters ersichtlich, dass die Mischkammer 35 über eine Länge L1 in Strömungsrichtung einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Dies ist für ein gutes Strömungsverhalten in der Mischkammer 35 besonders vorteilhaft. [0049] From Figure 5 it can also be seen that the mixing chamber 35 has a substantially constant cross section over a length L1 in the flow direction. This is particularly advantageous for good flow behavior in the mixing chamber 35.

[0050] In den Figuren 7 und 8 ist dargestellt, dass die Kammerelemente 40 nicht durch einen Linearantrieb bewegt werden müssen, sondern auch durch eine Rotationsbewegung in den jeweils gewünschten Zustand verbringbar sind. Gemäß Figur 7 kann die Rotationachse A auf der dem Ejektorausgang 34 zugewandten Seite des Kammerelements 40 vorliegen. Es wird daher von einer asymmetrischen Rotation gesprochen. Wird das Kammerelement 40 um diese Achse A rotiert, d.h. verschwenkt, bewegt sich das dem Ejektorausgang 34 abgewandte Ende in die Mischkammer 35 hinein und verengt diese dadurch. Die kleinste Querschnittsfläche der Mischkammer 35 kann somit veränderlich ausgestaltet werden, um die vorteilhafte Charakteristik der Linie 31 in Figur 3 zu erzielen. Weiters ist aus Figur 7 ersichtlich, dass das Kammerelement 40 zwei Abschnitte 43, 44 aufweist, die derart ausgestaltet sind, dass die Mischkammer 35 im ersten Zustand des Kammerelements 40 über eine Länge L2 in Strömungsrichtung einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist und auch im zweiten Zustand des Kammerelements 40 über eine Länge L3 in Strömungsrichtung einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, sodass auch in dieser Ausführungsform ein gutes Strömungsverhalten in beiden Zuständen des Kammerelements 40 gegeben ist. Es könnten auch mehr als zwei dieser Abschnitte 7 and 8 show that the chamber elements 40 do not have to be moved by a linear drive, but can also be brought into the desired state by a rotational movement. According to Figure 7, the axis of rotation A can be present on the side of the chamber element 40 facing the ejector output 34. It is therefore referred to as asymmetrical rotation. If the chamber element 40 is rotated about this axis A, i.e. pivoted, the end facing away from the ejector outlet 34 moves into the mixing chamber 35 and thereby narrows it. The smallest cross-sectional area of the mixing chamber 35 can thus be designed to be variable in order to achieve the advantageous characteristic of the line 31 in FIG. Furthermore, it can be seen from Figure 7 that the chamber element 40 has two sections 43, 44, which are designed such that the mixing chamber 35 in the first state of the chamber element 40 has a substantially constant cross section over a length L2 in the flow direction and also in the second state of the chamber element 40 has a substantially constant cross section over a length L3 in the flow direction, so that good flow behavior is also given in both states of the chamber element 40 in this embodiment. There could also be more than two of these sections

vorhanden sein, um gute Strömungsverhalten über mehr als zwei Rotationsstellungen des Kammerelements 40 zu erhalten. be present in order to obtain good flow behavior over more than two rotational positions of the chamber element 40.

[0051] In Figur 8 ist dargestellt, dass die Rotationsachse A auch auf jenem Ende vorgesehen sein kann, welches dem Ejektorausgang 34 abgewandt ist. Alle hinsichtlich Figur 7 erläuterten Ausführungsvarianten sind auch hier analog einsetzbar. 8 shows that the axis of rotation A can also be provided on that end which faces away from the ejector output 34. All embodiment variants explained with regard to FIG. 7 can also be used analogously here.

[0052] Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform, bei der die Kammerelemente 40 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Weiters weisen die Kammerelemente 40 eine um den Zylinderumfang verlaufende Rille 45 auf, welche um den Zylinderumfang mit einer verändernden, bevorzugt stetig verändernden Tiefe ausgeführt ist, was in Figur 9 durch die Ovalität der Rille 45 dargestellt ist. Die Rille 45 wird z.B. durch ein Gußverfahren unmittelbar bei der Herstellung des Kammerelements 40 hergestellt oder kann nach der Herstellung des Kammerelements 40 in dieses eingebracht werden. Figures 9 and 10 show an embodiment in which the chamber elements 40 are essentially cylindrical. Furthermore, the chamber elements 40 have a groove 45 running around the cylinder circumference, which is designed with a changing, preferably constantly changing depth around the cylinder circumference, which is shown in Figure 9 by the ovality of the groove 45. The groove 45 is produced, for example, by a casting process immediately during the production of the chamber element 40 or can be introduced into the chamber element 40 after the production.

[0053] Die beiden Kammerelemente 40 kontaktieren sich in der Mischkammer 35, sodass der Querschnitt der Mischkammer 35 durch die Tiefe der Rille 45 an der Stelle der Kontaktierung gegeben ist. Durch Rotieren der beiden Kammerelemente 40 um deren Zylinderachsen - oder durch Rotieren nur eines der Kammerelemente 40 um dessen Zylinderachse - kann der Querschnitt der Mischkammer 45 verändert werden. Um beide Kammerelemente 40 gegengleich zu rotieren, können diese mittels einer Kupplung 46 verbunden werden. Wenn nun eines der Kammerelemente 40 rotiert wird, z.B. mittels des dargestellten Antriebs 47, werden beide Kammerelemente 40 gleichzeitig rotiert. Das bzw. die Kammerelemente 40 können hierfür mit einer umlaufenden Zahnradkontur ausgeformt sein. Es versteht sich, dass die Kammerelemente 40 jedoch auch mit Getrieben verbunden sein können, wie dies in Figur 13 für die untenstehende Ausführungsform beschrieben ist. The two chamber elements 40 contact each other in the mixing chamber 35, so that the cross section of the mixing chamber 35 is given by the depth of the groove 45 at the point of contact. By rotating the two chamber elements 40 about their cylinder axes - or by rotating only one of the chamber elements 40 about its cylinder axis - the cross section of the mixing chamber 45 can be changed. In order to rotate both chamber elements 40 in opposite directions, they can be connected by means of a coupling 46. If one of the chamber elements 40 is rotated, for example by means of the drive 47 shown, both chamber elements 40 are rotated at the same time. For this purpose, the chamber element(s) 40 can be formed with a circumferential gear wheel contour. It goes without saying that the chamber elements 40 can also be connected to gears, as described in FIG. 13 for the embodiment below.

[0054] Die Rille 45 weist in radialen Schnitten des Kammerelements 40 bevorzugt eine halbkreisrunde Form auf, wie aus Figur 10 ersichtlich ist, sodass die Mischkammer 35 am Kontaktpunkt der beiden Kammerelemente 40 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Wenn sich die beiden Kammerelemente 40 gegengleich drehen und baugleich ausgeführt sind, kann erzielt werden, dass die Mischkammer 35 in jeder Stellung der Kammerelemente 40 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Wenn eines der beiden Kammerelemente 40 statisch, d.h. unbeweglich, ausgeformt ist, ist dies in der Regel nicht erzielbar. Ein kreisrunder Querschnitt der Mischkammer bevorzugt wiederum das Strömungsverhalten in der Mischkammer 35. Es sei jedoch hervorgehoben, dass der Querschnitt der Mischkammer 35 im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Figuren 5 bis 8 nicht über eine gewisse Länge L1, L2, L3 vorliegt, sondern nur punktuell an der Kontaktstelle der Kammerelemente 40. The groove 45 preferably has a semicircular shape in radial sections of the chamber element 40, as can be seen from Figure 10, so that the mixing chamber 35 has a circular cross section at the contact point of the two chamber elements 40. If the two chamber elements 40 rotate in opposite directions and are constructed identically, it can be achieved that the mixing chamber 35 has a circular cross section in every position of the chamber elements 40. If one of the two chamber elements 40 is static, i.e. immovable, this is generally not possible. A circular cross section of the mixing chamber in turn favors the flow behavior in the mixing chamber 35. However, it should be emphasized that, in contrast to the embodiments of Figures 5 to 8, the cross section of the mixing chamber 35 does not exist over a certain length L1, L2, L3, but only at points at the contact point of the chamber elements 40.

[0055] Es kann weiters vorgesehen werden, dass die Rille 45 nur über einen Teil des Zylinderumfangs vorgesehen ist, z.B. nur über die Hälfte des Zylinderumfangs. Dies ist möglich, da eine Ausführung wie in Figur 9 dargestellt eine Symmetrie aufweist, die in der Praxis jedoch nicht effektiv ausgenutzt werden kann. Aus Fertigungsgründen kann jedoch bevorzugt werden, wenn die Rille 45 über den gesamten Zylinderumfang verläuft. [0055] It can further be provided that the groove 45 is provided over only part of the cylinder circumference, for example only over half of the cylinder circumference. This is possible because an embodiment as shown in Figure 9 has a symmetry which, however, cannot be effectively exploited in practice. For manufacturing reasons, however, it may be preferred if the groove 45 extends over the entire cylinder circumference.

[0056] Die in den Figuren 11 bis 13 dargestellte Ausführungsform ermöglicht einen kreisrunden Querschnitt der Mischkammer 35 über eine vorbestimmte Länge L4 und kombiniert daher die Vorteile der vorgenannten Ausführungsformen. Um dies zu erzielen, umfassen die beiden Kammerelemente 40 jeweils eine erste Seite 48 mit einer ersten Rille 49 mit einer ersten konstanten Rillentiefe und eine zweite Seite 50 mit einer zweiten Rille 51 mit einer konstanten zweiten Rillentiefe. Um zu erzielen, dass die Mischkammer 45 einen ersten Querschnitt aufweist, kontaktieren sich die beiden ersten Seiten 48, sodass die Mischkammer 45 beidseitig von den ersten Rillen 49 begrenzt ist. Um zu erzielen, dass die Mischkammer 45 einen zweiten Querschnitt aufweist, kontaktieren sich die beiden zweiten Seiten 50, sodass die Mischkammer 45 beidseitig von den zweiten Rillen 51 begrenzt ist. The embodiment shown in Figures 11 to 13 enables a circular cross section of the mixing chamber 35 over a predetermined length L4 and therefore combines the advantages of the aforementioned embodiments. To achieve this, the two chamber elements 40 each include a first side 48 with a first groove 49 with a first constant groove depth and a second side 50 with a second groove 51 with a constant second groove depth. In order to ensure that the mixing chamber 45 has a first cross section, the two first sides 48 contact each other, so that the mixing chamber 45 is delimited on both sides by the first grooves 49. In order to ensure that the mixing chamber 45 has a second cross section, the two second sides 50 contact each other, so that the mixing chamber 45 is delimited on both sides by the second grooves 51.

[0057] Um die Kammerelemente 40 vom ersten in den zweiten Zustand zu bringen, wird bevorzugt zumindest eines der Kammerelemente 40 mit einer kombinierten Rotations- und Linearbe-In order to bring the chamber elements 40 from the first to the second state, at least one of the chamber elements 40 is preferably provided with a combined rotational and linear operation.

wegung versetzt. Dies ist dadurch begründet, da zumindest eins der Kammerelemente 40 vor der Drehung zuerst angehoben werden muss, um eine Kollision mit dem anderen Kammerelement 40 zu verhindern. Um dies zu ermöglichen, kann beispielsweise ein doppel-elliptisches Getriebe 52 wie in Figur 13 dargestellt eingesetzt werden. Das untere der dargestellten Getriebe 53 ist kreisförmig ausgeführt, sodass das korrespondierende Kammerelement 40 mittels des Antriebs 47 um seine Drehachse rotiert. Das obere der Kammerelemente 40 wird durch dessen doppelelliptisches Getriebe 52 jedoch gleichzeitig angehoben, rotiert und während der Rotation wieder abgesenkt, wonach sich wiederum zwei der Seiten 48, 50 berühren können. moved. This is because at least one of the chamber elements 40 must first be raised before rotation in order to prevent a collision with the other chamber element 40. To make this possible, a double-elliptical gear 52 can be used, for example, as shown in FIG. 13. The lower gear 53 shown is designed to be circular, so that the corresponding chamber element 40 rotates about its axis of rotation by means of the drive 47. However, the upper of the chamber elements 40 is simultaneously raised, rotated and lowered again during the rotation by its double-elliptical gear 52, after which two of the sides 48, 50 can touch each other.

[0058] Es versteht sich, dass die Kammerelemente 40 auch mehr als zwei Seiten 48, 50 mit Rillen 49, 51 mit jeweils unterschiedlicher konstanter Rillentiefe umfassen können. Beispielsweise umfassen die Kammerelemente 40 in Figur 11 jeweils vier Seiten mit Rillen unterschiedlicher Rillentiefe. Die Kammerelemente 40 sind hierbei im Wesentlichen quadratisch ausgebildet. Die Kammerelemente 40 könnten jedoch auch quadratisch ausgeführt sein und weniger als vier Seiten mit Rillen umfassen. Die Kammerelemente könnten weiters dreieckig, fünfeckig, sechseckig etc. ausgeführt werden und dadurch auch drei, fünf oder mehr Seiten mit Rillen unterschiedlicher Rillentiefe aufweisen. It is understood that the chamber elements 40 can also include more than two sides 48, 50 with grooves 49, 51, each with a different constant groove depth. For example, the chamber elements 40 in FIG. 11 each comprise four sides with grooves of different groove depths. The chamber elements 40 are essentially square. However, the chamber elements 40 could also be made square and comprise fewer than four sides with grooves. The chamber elements could also be made triangular, pentagonal, hexagonal, etc. and therefore also have three, five or more sides with grooves of different groove depths.

[0059] Wie in den vorgenannten Ausführungsformen ist es auch bei der Ausführungsform der Figuren 11 bis 13 möglich, dass nur eines der Kammerelemente 40 rotiert. Die Rille dieses Kammerelements begrenzt die Mischkammer somit zumindest einseitig. Der Rille gegenüberliegend kann eine weitere Rille eines statischen Kammerelements oder auch eine ebene Wand vorgesehen werden, wobei es hier nicht immer möglich sein wird, einen kreisrunden Querschnitt der Mischkammer zu erzielen. As in the aforementioned embodiments, it is also possible in the embodiment of FIGS. 11 to 13 for only one of the chamber elements 40 to rotate. The groove of this chamber element thus limits the mixing chamber at least on one side. Opposite the groove, a further groove of a static chamber element or a flat wall can be provided, although it will not always be possible to achieve a circular cross section of the mixing chamber.

[0060] Die kleinstmögliche Querschnittsfläche, die mit dem erfindungsgemäßen Ejektor 2 einstellbar ist, kann z.B. im Wesentlichen 7 mm? oder zumindest 7 mm? betragen (z.B. kann die Mischkammer 35 eine kreisrunde erste Querschnittsfläche mit einem Durchmesser von 3 mm aufweisen). Die größtmögliche Querschnittsfläche, die mit dem erfindungsgemäßen Ejektor 2 einstellbar ist, kann z.B. im Wesentlichen 177 mm? oder bis zu 177 mm? betragen (z.B. kann die Mischkammer 35 einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von 15 mm aufweisen). In anderen Worten könnte die erste Querschnittsfläche 7 mm? betragen und die zweite Querschnittsfläche könnte 177 mm® betragen. Im Allgemeinen könnten die minimale (erste) Querschnittsfläche und die maximale (zweite) Querschnittsfläche zwischen 7 mm? und 177 mm® betragen, wobei je nach Anwendungsfall auch größere oder kleinere Querschnittsflächen einstellbar sein könnten. Es versteht sich, dass je nach Ausführungsform auch alle Querschnittsflächen zwischen den genannten 7 mm? und 177 mm? mit dem erfindungsgemäßen Ejektor 2 einstellbar sein können, z.B. mit den Ausführungsformen der Figuren 5 bis 10. The smallest possible cross-sectional area that can be set with the ejector 2 according to the invention can, for example, be essentially 7 mm? or at least 7 mm? (e.g. the mixing chamber 35 can have a circular first cross-sectional area with a diameter of 3 mm). The largest possible cross-sectional area that can be set with the ejector 2 according to the invention can, for example, be essentially 177 mm? or up to 177 mm? (e.g. the mixing chamber 35 can have a circular cross section with a diameter of 15 mm). In other words, the first cross-sectional area could be 7 mm? and the second cross-sectional area could be 177 mm®. In general, the minimum (first) cross-sectional area and the maximum (second) cross-sectional area could be between 7 mm? and 177 mm®, although larger or smaller cross-sectional areas could also be adjustable depending on the application. It goes without saying that, depending on the embodiment, all cross-sectional areas between the mentioned 7 mm? and 177mm? can be adjustable with the ejector 2 according to the invention, for example with the embodiments of Figures 5 to 10.

Claims

Patent claims

1. Ejector (30) for supplying hydrogen to at least one fuel cell or a fuel cell stack (7), the ejector (30) having a primary input (32), a secondary input (33), an ejector output (34) and a mixing chamber (35). has, wherein the primary inlet (32) and the secondary inlet (33) are arranged on a first side of the mixing chamber (35) and the ejector outlet (34) on the other side of the mixing chamber (35), characterized in that the ejector (30) a first movable, non-deformable chamber element (40), which can be brought by means of a linear movement and / or a rotational movement from a first state in which the mixing chamber (35) has a first cross-sectional area into at least a second state in which the mixing chamber ( 35) has a second cross-sectional area.

2. Ejector (30) according to claim 1, wherein the ejector (30) comprises two side walls (41) and a second, preferably movable, chamber element (40), and wherein the mixing chamber (35) between the two side walls (41), the first chamber element (40) and a second chamber element (40) is enclosed.

3. Ejector (30) according to claim 2, wherein the first chamber element (40) is displaceable by means of a linear movement in the direction of the second chamber element (40).

4. The ejector (30) according to claim 2, wherein the first chamber element (40) is pivotable in the direction of the second chamber element (40) by means of an asymmetrical rotational movement.

5. Ejector (30) according to claim 1, wherein the first chamber element (40) is substantially cylindrical and can be rotated by a rotational movement about its cylinder axis (Z), the first chamber element (40) having a groove (40) extending at least partially around the cylinder circumference ( 45) with a variable depth around the cylinder circumference, the groove (45) delimiting the mixing chamber (35) on one side.

6. The ejector (30) according to claim 5, further comprising a second chamber element (40) which is the same as the first chamber element (40), the mixing chamber (35) being enclosed between the two chamber elements (40) and on both sides of the grooves (35) is limited.

7. Ejector (30) according to claim 6, wherein the two chamber elements (40) are connected by means of a coupling (46), so that a rotational movement of one of the chamber elements (40) is translated into an opposite rotational movement of the other chamber element (40).

8. The ejector (30) according to claim 1, wherein the first chamber element (40) has a first side (48) with a first groove (49) with a first constant groove depth and a second side (50) with a second groove (51). a constant second groove depth, wherein the mixing chamber (35) is delimited by the first groove (49) in the first state and is delimited by the second groove (51) in the second state.

9. Ejector (30) according to claim 8, comprising a second chamber element (40), which is designed in the same way as the first chamber element (40), the mixing chamber (35) being enclosed between the two chamber elements (40) and in the first state on both sides of the first grooves (49) of the two chamber elements (40) and in the second state on both sides by the second grooves (51) of the two chamber elements (40).

10. Ejector (30) according to claim 8 or 9, wherein the first chamber element (40) has four sides, each with a groove with a constant groove depth, the groove depths being different on the four sides.

This includes 6 sheets of drawings