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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellenstapel und insbesondere
einen Ejektor mit einem integrierten Rückschlagventil,
das eine Wasserstoffrückführung erleichtert und
einer Rückströmung von Wasserstoff in dem Ejektor
entgegenwirkt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Einrichtung,
die eine Anode und eine Kathode mit einem zwischen diesen angeordneten
Elektrolyten umfasst. Die Anode empfangt einen Brennstoff, wie z.
B. Wasserstoffgas, und die Kathode empfängt ein Oxidationsmittel,
wie z. B. Sauerstoff oder Luft. Typischerweise schafft ein Hauptwasserstoffdurchlass
eine Verbindung zwischen einer Wasserstoffquelle und der Anode.
Mehrere Brennstoffzellen werden typischerweise in einem Brennstoffzellenstapel
kombiniert, um eine gewünschte Menge an elektrischer Leistung
zu erzeugen. Ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein
Fahrzeug kann mehrere hundert einzelne Zellen umfassen.
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Nicht
in dem Brennstoffzellenstapel verbrauchter Sauerstoff wird als ein
Kathodenabgas ausgestoßen, das Wasser als Stapelnebenprodukt umfassen
kann. Nicht in dem Stapel verbrauchter Wasserstoff kann über
einen Brennstoffrückführungsdurchlass zu dem Hauptwasserstoffdurchlass zurückgeführt
werden. Eine Menge von unerwünschtem Stickstoff ist in dem
nicht verwendeten Wasserstoff vorhanden, der aus der Brennstoffzelle
austritt. Vor dem Wiedereinführen des nicht verwendeten Wasserstoffs
zurück in den Hauptwasserstoffdurchlass wird ein Teil des
Wasserstoff/Stickstoff-Gemischs in die Atmosphäre abgelassen.
Dies kann z. B. durch ein Ablassventil bewerkstelligt werden. Wasserstoff
und Stickstoff, die nicht durch das Ablassventil in die Atmosphäre
abgelassen werden, können über den Brennstoffrückführungsdurchlass
in die Hauptwasserstoffversorgung zurückgeführt
werden. Der Brennstoffrückführungsdurchlass schafft eine
Fluidverbindung zwischen dem Auslass der Brennstoffzelle und dem
Hauptwasserstoffdurchlass, um es zu ermöglichen, dass nicht
verwendeter Wasserstoff zurück zu der Anode geführt
wird. Typischerweise wird eine elektrische Pumpe verwendet, um das
Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch in den Hauptwasserstoffdurchlass
zurückzuführen.
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Es
ist eine anhaltende Herausforderung, ein effizientes und kostengünstiges
Verfahren zum Wiedereinführen des nicht verwendeten Wasserstoffs
zurück in den Hauptwasserstoffdurchlass bereitzustellen.
Der Raum in und um den Brennstoffzellenstapel ist extrem begrenzt
und geschätzt, besonders bei Fahrzeuganwendungen. Ferner
nutzt die elektrische Pumpe, die verwendet wird, um den nicht verwendeten
Wasserstoff zurück in den Hauptwasserstoffdurchlass zu
führen, elektrische Leistung, die durch den Brennstoffzellenstapel
erzeugt wird, und vermindert dadurch den Gesamtwirkungsgrad.
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Um
einen Leistungsverbrauch der elektrischen Pumpe zu verringern, wurden
Ejektoren in Brennstoffzellensystemen verwendet, um Brennstoff von
der Brennstoffquelle zu dem Brennstoffzellenstapel zu führen.
Obgleich Ejektoren erfolgreich beim Verringern des Leistungsverbrauchs
der elektrischen Pumpe sind, gibt es eine anhaltende Notwendigkeit, den
Leistungsverbrauch der elektrischen Pumpen weiter zu verringern.
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Es
wäre wünschenswert, eine Brennstoffzellenstapelanordnung
herzustellen, die einen Ejektor mit einem integrierten Rückschlagventil
umfasst, das eine Wasserstoffrückführung unterstützt
und einer Rückströmung von Wasserstoff entgegenwirkt,
wobei eine Leistungsmenge, die erforderlich ist, um die Rückführung
zu ermöglichen, minimiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Einklang mit der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise
eine Brennstoffzellenstapelanordnung gefunden, die einen Ejektor
mit einem integrierten Rückschlagventil umfasst, das eine Wasserstoffrückführung
unterstützt und einer Rückströmung von
Wasserstoff entgegenwirkt, wobei eine Leistungsmenge, die erforderlich
ist, um die Rückführung zu ermöglichen,
minimiert wird.
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Bei
einer Ausführungsform umfasst eine Rückschlagventilanordnung
für einen Brennstoffzellenstapel: einen Ventilkörper
mit einem darin gebildeten Durchlass, wobei der Durchlass einen
Einlass und einen Auslass aufweist; und ein Ventil in Verbindung
mit dem Durchlass, wobei das Ventil in Ansprechen auf Druckänderungen
zwischen dem Einlass und dem Auslass des Durchlasses zwischen einer
offenen und einer geschlossenen Stellung beweglich ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform umfasst eine Ejektoranordnung
für einen Brennstoffzellenstapel: ein Rückschlagventil,
das eine selektive Fluidströmung zwischen einer ersten
Kammer und einer zweiten Kammer schafft; und einen in dem Rückschlagventil
zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer gebildeten Venturi-Durchlass.
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Bei
einer anderen Ausführungsform umfasst eine Ejektoranordnung
zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel: ein Rückschlagventil,
das eine selektive Fluidströmung zwischen einer ersten Kammer
und einer zweiten Kammer schafft; ein an einem Ende des Rückschlagventils
angeordnetes Ventil, wobei ein Öffnen und ein Schließen
des Ventils durch eine Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer
und der zweiten Kammer verursacht wird; und einen in dem Rückschlagventil
zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer gebildeten Venturi-Durchlass.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden ebenso wie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform leicht ersichtlich, wenn
diese im Licht der beigefügten Zeichnungen betrachtet wird,
in welchen:
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1 eine
explodierte Perspektivansicht eines Brennstoffzellensystems ist;
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2 ein
schematisches Diagramm eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine
Perspektivansicht eines Injektors und Ejektors ist, welcher die
in 2 dargestellte Rückschlagventilanordnung
umfasst; und
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4 eine
Querschnittsansicht des Injektors und Ejektors ist, welcher die
in 2 und 3 dargestellte Rückschlagventilanordnung
umfasst.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten
Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte
Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die
Zeichnungen dienen dazu, einen Fachmann zu befähigen, die
Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sie sind nicht dazu
gedacht, den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken.
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1 zeigt
eine Brennstoffzelle 10 mit einer Kathodenseite 9 und
einer Anodenseite 11. Die Anodenseite 11, die
Kathodenseite 9 und ein Kühlmittelsystem (nicht
gezeigt) werden insgesamt als das feuchte Ende der Brennstoffzelle 10 bezeichnet.
Isolationsendplatten 14, 16 werden als ein trockenes Ende
der Brennstoffzelle 10 bezeichnet. Die Brennstoffzelle 10 steht
in Fluidverbindung mit einer Brennstoffquelle 37 und einer
Oxidationsmittelquelle 39. Graphitblöcke 18, 20,
die mehrere Öffnungen 22, 24 aufweisen,
um eine Fluidverteilung zu ermöglichen, sind neben den
Isolationsendplatten 14, 16 angeordnet. Dichtungen 26, 28 und
Kohlegewebe-Stromkollektoren 30, 32 mit entsprechenden
Anschlüssen 31, 33 sind jeweils zwischen
einer Membranelektrodenanordnung (MEA) 12 und den Blöcken 18, 20 angeordnet.
Ein Oxidationsmittel- und Stromtransportmittel 36 ist aus
dem Graphitblock 18, der Dichtung 26 und dem Stromkollektor 30 gebildet.
Ein Brennstoff- und Stromtransportmittel 38 ist aus dem
Graphitblock 20, der Dichtung 28 und dem Stromkollektor 32 gebildet. Der
Anodenanschluss 31 und der Kathodenanschluss 33 werden
verwendet, um die Brennstoffzelle 10 mit einer externen
Schaltung (nicht gezeigt) zu verbinden, und sie können
je nach Wunsch andere Brennstoffzellen (nicht gezeigt) umfassen.
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Ein
Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) ist aus mehreren in Reihe
geschalteten Brennstoffzellen 10 aufgebaut. Sobald eine
gewünschte Anzahl an Paaren von Brennstoffzellen 10 zusammengefügt sind,
um den Brennstoffzellenstapel zu bilden, wird der Stapel mit einem
Kühlmittelsystem (nicht gezeigt) versehen. Ein hier beschriebener
Brennstoffzellenstapel wird üblicherweise als Kraftwerk
für die Erzeugung von elektrischer Leistung, z. B. in einem
Fahrzeug, verwendet.
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Während
der Verwendung wird ein Brennstoff, wie z. B. Wasserstoff, z. B.
von der Brennstoffquelle
37 geliefert und ein Oxidationsmittel,
wie z. B. Sauerstoff, wird z. B. von der Oxidationsmittelquelle
39 geliefert.
Der Brennstoff und das Oxidationsmittel von den jeweiligen Quellen
37,
39 diffundieren
durch jeweilige Fluid- und Stromtransportmittel
36,
38 hindurch
zu entgegengesetzten Seiten der MEA
12. Poröse
Elektroden (nicht gezeigt) bilden eine Anode (nicht gezeigt) an
der Anodenseite
11 und eine Kathode (nicht gezeigt) an
der Kathodenseite
9 und sie sind durch eine Protonenaustauschmembran
(PEM)
46 getrennt. Die PEM
46 sorgt für
einen Innentransport, um eine chemische Reaktion in der Brennstoffzelle
10 zu
ermöglichen. Typischerweise wird die PEM
46 aus
Copolymeren von geeigneten Monomeren hergestellt. Derartige Protonenaustauschmembranen
können durch Monomere der folgenden Strukturen gekennzeichnet
sein:
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Eine
derartige Monomerstruktur ist im Detail in dem
US-Patent Nr. 5,316,871 von Swarthirajan
et al. offenbart, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin
eingeschlossen ist.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 48.
Eine ähnliche Struktur zu der oben für 1 beschriebenen
umfasst das gleiche Bezugszeichen gefolgt von einem Strichindex-Symbol
('). Das Brennstoffzellensystem 48 umfasst eine Brennstoffquelle 37',
eine Oxidationsmittelquelle 39' und einen Hauptbrennstoffdurchlass 50.
Ein Injektor 52 und ein Ejektor 54 stehen in Fluidverbindung
mit dem Hauptbrennstoffdurchlass 50 und der Brennstoffquelle 37'.
Der Ejektor 54 umfasst, wie in 3 veranschaulicht
ist, eine integrierte Rückschlagventilanordnung 56.
Ein Brennstoffzellenstapel 58 bildet zumindest einen Teil des
Hauptbrennstoffzellendurchlasses 50 und er umfasst eine
oder mehrere Brennstoffzellen (nicht gezeigt), wie oben für 1 beschrieben
ist. Das Brennstoffzellensystem 48 umfasst ebenfalls einen Ablassdurchlass 60,
ein Ablassventil 62, einen Brennstoffrückführungsdurchlass 64 und
eine Pumpe 66. Der Brennstoffzellenstapel 58 bildet
zumindest einen Teil des Ablassdurchlasses 60. Das Ablassventil 62 schafft
eine Fluidverbindung zwischen dem Ablassdurchlass 60 und
der Atmosphäre. Eine Fluidverbindung zwischen dem Ablassdurchlass 60 und dem
Ejektor 54 ist durch den Brennstoffrückführungsdurchlass 64 geschaffen.
Eine Fluidströmung von dem Brennstoffzellenstapel 58 zu
dem Ejektor 54 wird durch die elektrische Pumpe 66 hervorgerufen.
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Wie
in 3 und 4 veranschaulicht ist, umfasst
der Injektor 52 einen Fluideinlass 68 und einen
von diesem beabstandeten Fluidauslass 70, der eine Düse 71 umfasst.
Der Fluideinlass 68 steht in Fluidverbindung mit der Brennstoffquelle 37'.
Der Fluidauslass 70 steht in Fluidverbindung mit einer ersten
Kammer 74, die in einer Endeinheit 75 des Brennstoffzellensystems 48 gebildet
ist.
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Die
erste Kammer
74 steht in Fluidverbindung mit einem Einlass
76 des
Ejektors
54. Der Ejektor
54 umfasst einen darin
gebildeten Venturi-Durchlass
77. Ein ähnlicher
Venturi-Durchlass ist in dem dem Inhaber der vorliegenden Patentanmeldung übertragenen
US-Patent Nr. 5,802,848 gezeigt,
das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin eingeschlossen
ist. Der Venturi-Durchlass
77 umfasst einen konvergenten
Abschnitt
78, einen Hals
79 und einen Diffusorabschnitt
80.
Die Düse
71 des Injektors
52 ist im Wesentlichen
mit dem Hals
79 des Venturi-Durchlasses
77 ausgerichtet.
Der Venturi-Durchlass
77 schafft eine Fluidverbindung zwischen
der ersten Kammer
74 und einer davon beabstandeten zweiten
Kammer
81, die in der Endeinheit
75 des Brennstoffzellensystems
48 gebildet
ist. Die zweite Kammer
81 steht in Fluidverbindung mit
dem Diffusorabschnitt
80 des Venturi-Durchlasses
77 und
einem Auslass
82 des Ejektors
54. Der Auslass
82 des
Ejektors
54 steht mittels des Hauptbrennstoffdurchlasses
50 in
Fluidverbindung mit dem Brennstoffzellenstapel
58. Eine
Rückführungs-/Ejektor-Öffnung
84 ist
in einer Wand der ersten Kammer
74 gebildet. Die Rückführungs-/Ejektor-Öffnung
84 ermöglicht
eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffrückführungsdurchlass
64 und
der ersten Kammer
74.
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Die
Rückschlagventilanordnung 56 ist in den Ejektor 54 integriert.
Alternativ kann die Rückschlagventilanordnung 56 in
eine Kombination aus Injektor und Ejektor (nicht gezeigt) integriert
sein. Eine Kombination aus Injektor und Ejektor ist in der dem Inhaber
der vorliegenden Patentanmeldung übertragenen veröffentlichten
US-Patentanmeldung Nr. 2006/0024548 offenbart, die in ihrer Gesamtheit durch
Bezugnahme hierin eingeschlossen ist. Die Rückschlagventilanordnung 56 umfasst einen
Ventilkörper 86, der ein einstückiger
Teil des Ejektors 54 ist und den Venturi-Durchlass 77 umgibt.
Ein Ventilgehäuse 88 umgibt den Ventilkörper 86.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Ventilkörper 86 einstückig
mit dem Ventilgehäuse 88 ausgebildet. Es ist zu verstehen,
dass der Ventilkörper 86 und das Ventilgehäuse 88 separat
gebildet sein können, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung
abzuweichen.
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Der
Ventilkörper 86 umfasst mehrere darin gebildete
Rückschlagventildurchlässe 92. Es ist
zu verstehen, dass eine gewünschte Anzahl von Rückschlagventildurchlässen 92,
wie es durch eine gewünschte Durchflussmenge durch die
Rückschlagventildurchlässe 92 hindurch
bestimmt ist, in dem Ventilkörper 86 gebildet
sein kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine
ringförmige Anordnung von Rückschlagventildurchlässen 92 in
dem Ventilkörper 86 gebildet. Es können
jedoch je nach Wunsch andere Konfigurationen von Rückschlagventildurchlässen 92 gebildet
sein. Es ist auch zu verstehen, dass die Rückschlagventildurchlässe 92 je nach
Wunsch in dem Ventilgehäuse 88 oder zwischen dem
Ventilkörper 86 und dem Ventilgehäuse 88 gebildet
sein können. Die Rückschlagventildurchlässe 92 schaffen
eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kammer 74 und
der zweiten Kammer 81.
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Die
Rückschlagventilanordnung 56 umfasst auch ein
Klappenventil 90, das an einem stromabwärts gelegenen
Ende des Ventilkörpers 86 und des Ventilgehäuses 88 angeordnet
ist, obwohl je nach Wunsch andere Ventilarten verwendet werden können.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Klappenventil 90 aus
Gummi gebildet und es umfasst mehrere Klappen oder Blätter 94,
die geeignet sind, mit entsprechenden in dem Ventilkörper 86 gebildeten
Rückschlagventildurchlässen 92 in dichtenden Eingriff
zu gelangen. Es ist zu verstehen, dass das Klappenventil 90 je
nach Wunsch aus anderen Materialien und in anderen Formen und Konfigura tionen gebildet
sein kann, wie z. B. als flache Scheibe. Ein innerer Rand 91 des
Klappenventils 90 ist durch ein beliebiges herkömmliches
Befestigungsmittel, wie z. B. Klemmen, an dem Ejektor 54 befestigt.
Es ist auch zu verstehen, dass ein äußerer Rand 93 des
Klappenventils 90, falls gewünscht, an dem Ejektor 54 befestigt
sein kann. Wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet,
tritt das Klappenventil 90 in einen dichtenden Eingriff
mit einer Sitzfläche 96 des Ventilkörpers 86.
Optional kann die Sitzfläche 96 im Wesentlichen
konkav geformt sein, um die Abdichtung 90 darin aufzunehmen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Aussparung 98 in
dem Ejektor 54 gebildet, um den inneren Rand 91 des
Klappenventils 90 zu sichern.
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Während
der Verwendung stellt die Brennstoffquelle 37' den Brennstoff,
wie z. B. Wasserstoff, dem Injektor 52 zur Verfügung.
Der Brennstoff strömt durch die Düse 71,
in der dessen Geschwindigkeit erhöht wird. Der Brennstoff
strömt dann in die erste Kammer 74 und in den
Venturi-Durchlass 77. Während der Brennstoff durch
den Venturi-Durchlass 77 hindurchtritt, baut der Brennstoff
Druck auf und dessen Geschwindigkeit verringert sich, was einen
Saugeffekt erzeugt. Demgemäß ist der Druck in
der zweiten Kammer 81 höher als der Druck in der
ersten Kammer 74. Diese Druckdifferenz erzeugt eine Kraft, die
auf die Abdichtung 90 in einer Richtung von der zweiten
Kammer 81 auf die erste Kammer 74 hin ausgeübt
wird, womit die Abdichtung 90 gegen die Sitzfläche 96 (geschlossene
Stellung) gedrängt wird. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen
der ersten Kammer und der zweiten Kammer 81 wird der Fluidströmung
von der ersten Kammer 74 zu der zweiten Kammer 81 durch
die Rückschlagventildurchlässe 92 hindurch
entgegengewirkt. Der Fluidströmung von der zweiten Kammer 81 zu
der ersten Kammer 74 durch die Rückschlagventildurchlässe 92 hindurch wird
ebenfalls entgegengewirkt.
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Der
Brennstoff tritt, sobald er in die zweite Kammer 81 eintritt,
durch den Auslass 82 aus dem Ejektor 54 aus. Der
Brennstoff strömt dann zu dem Brennstoffzellenstapel 58.
Sobald er in dem Brennstoffzellenstapel 58 ist, führt
eine Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel von der Oxidationsmittelquelle 39' und
dem Brennstoff zu der Erzeugung von elektrischer Energie. Nicht
durch die Reaktion verbrauchter Brennstoff wird durch den Ablassdurchlass 60 abgeführt.
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Typischerweise
ist während der Reaktion eine Menge von Stickstoff in dem
Brennstoff vorhanden. Dieser Stickstoff strömt gemeinsam
mit dem nicht verwendeten Brennstoff durch den Ablassdurchlass 60.
Um einen Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 48 zu
maximieren, ist es wünschenswert, die Menge von Stickstoff
in dem Brennstoffzellensystem 48 an einem vorbestimmten
Niveau zu halten. Demgemäß wird ein Teil des Brennstoff/Stickstoff-Gemischs,
wenn die Menge von Stickstoff, die mit dem nicht verwendeten Brennstoff strömt,
größer als eine gewünschte Menge ist,
mittels des Ablassventils 62 in die Atmosphäre
abgelassen. Der restliche Teil des Brennstoff/Stickstoff-Gemischs wird
von der Pumpe 66 dazu gebracht, von dem Ablassdurchlass 60 zu
dem Rückführungsdurchlass zu strömen.
Die Pumpe 66 bewirkt, dass das Stickstoff/Brennstoff-Gemisch
durch den Brennstoffrückführungsdurchlass 64 in
die erste Kammer 74 des Ejektors 54 durch die
Rückführungs-/Ejektor-Öffnung 84 hindurch
strömt. Das Stickstoff/Brennstoff-Gemisch wird dann in
der ersten Kammer 74 mit von der Brennstoffquelle 37' bereitgestelltem
Brennstoff gemischt. Das rückgeführte Brennstoff/Stickstoff-Gemisch
und der Brennstoff von der Brennstoffquelle 37' werden
dann wie oben diskutiert in den Brennstoffzellenstapel 58 eingeführt.
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In
bestimmten Situationen gibt es eine Minimalmenge (die Null sein
kann) von Brennstoff, der von der Brennstoffquelle 37' bereitgestellt
wird. Derar tige Situationen können z. B. einen Maschinenleerlaufmodus
umfassen. In diesen Situationen strömt eine Minimalmenge
von Brennstoff durch den Ejektor 54. Ohne eine vorbestimmte
Menge von Brennstoffströmung durch den Venturi-Durchlass 77 ist
die Druckdifferenz zwischen dem ersten Durchlass 74 und
dem zweiten Durchlass 81 minimal und eine auf das Klappenventil 90 ausgeübte
Kraft wird verringert. Die verringerte Kraft bewirkt, dass sich
die Klappen 94 des Klappenventils 90 in die offene
Stellung bewegen. Wenn sich die Klappen 94 des Klappenventils 90 in
der offenen Stellung befinden, wird die Brennstoffströmung
zwischen der ersten Kammer 74 und der zweiten Kammer 81 durch
die Rückschlagventildurchlässe 92 hindurch
zugelassen. Während die Brennstoffströmung von
der ersten Kammer 74 zu der zweiten Kammer 81 zugelassen
ist, wird der Fluidströmung von der zweiten Kammer 81 zu
der ersten Kammer 74, da der Druck in der ersten Kammer 74 größer
ist als der Druck in der zweiten Kammer 81, entgegengewirkt.
Da eine Strömung zu der zweiten Kammer 81 von
der ersten Kammer 74 sowohl durch den Venturi-Durchlass 77 als
auch durch die Rückschlagventildurchlässe 92 ermöglicht
ist, wird eine Gesamtströmungsfläche in die zweite
Kammer 81 des Ejektors 54 maximiert. Da der Brennstoff
durch eine größere Fläche in die zweite
Kammer 81 strömen kann, wird eine Fluidmenge,
die in die zweite Kammer 81 strömen kann, maximiert,
was eine Minimierung einer Strömungsbeschränkung
des Brennstoffzellensystems 48 zur Folge hat.
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Das
Minimieren der Strömungsbeschränkung des Brennstoffzellensystems 48 minimiert
eine Kraftmenge, die erforderlich ist, um den nicht verwendeten
Brennstoff zurück zu dem Brennstoffzellenstapel 58 zu
zirkulieren. Demgemäß wird eine Leistungsmenge,
die erforderlich ist, damit die Pumpe 66 den nicht verwendeten
Kraftstoff zurück in den Brennstoffzellenstapel 58 rückführt,
minimiert. Da die Pumpe 66 eine kleinere Leistungsmenge
erfordert, um den nicht verwendeten Brennstoff zurück in
den Brennstoffzellenstapel 58 zu zirkulieren, wird zusätzliche
Energie des Brennstoffzellensystems 48 konserviert, wodurch
ein Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 48 optimiert
wird.
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Sobald
der zusätzliche Brennstoff von dem Brennstoffzellenstapel 58 benötigt
wird, stellt die Brennstoffquelle 37' zusätzlichen
Brennstoff an den Injektor 52 bereit. Wie oben beschrieben
ist, bewirkt die zwischen der ersten Kammer 74 und der
zweiten Kammer 81 erzeugte Druckdifferenz, dass sich die Klappen 94 des
Klappenventils 90 in die geschlossene Stellung bewegen.
Demzufolge wird der Strömung von Brennstoff durch die Rückschlagventildurchlässe 92 hindurch
in die zweite Kammer 81 des Ejektors 54 entgegengewirkt.
Demgemäß wird das Brennstoff/Stickstoff-Gemisch
beim Erreichen der ersten Kammer 54 mit dem Brennstoff
von der Brennstoffquelle 37' gemischt und dazu gebracht,
durch den Venturi-Durchlass 77 hindurch in die zweite Kammer 81 und
wie oben beschrieben weiter zu dem Brennstoffzellenstapel 58 zu
strömen. Jeglicher nicht verwendeter Wasserstoff in dem
Brennstoffzellenstapel 58 kann danach wie oben diskutiert
rückgeführt werden.
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Aus
der vorangegangenen Beschreibung kann ein Fachmann leicht die wesentlichen
Kennzeichen dieser Erfindung bestimmen und ohne von deren Geist
und Umfang abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen
der Erfindung durchführen, um sie für verschiedene
Verwendungszwecke und Bedingungen anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5316871 [0020]
- - US 5802848 [0023]
