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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidinjektions-/ejektionssystem für ein Brennstoffzellensystem.
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Derartige Systeme sind dem Grunde nach beispielsweise aus den Druckschriften
DE 103 22 967 A1 oder
US 2005/064 255 A1 bekannt, in denen eine Parallelanordnung von Strahlpumpen beschrieben wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem dazwischen angeordneten Elektrolyten aufweist. Die Anode nimmt einen Brennstoff, wie Wasserstoffgas, auf, und die Kathode nimmt ein Oxidationsmittel auf, wie Sauerstoff oder Luft. Typischerweise stellt ein Hauptwasserstoffdurchgang eine Kommunikation zwischen einer Wasserstoffquelle und der Anode bereit. Mehrere Brennstoffzellen werden in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um eine gewünschte Menge an elektrischer Leistung zu erzeugen. Ein Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug kann mehrere hundert einzelne Zellen aufweisen.
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Sauerstoff, der in dem Brennstoffzellenstapel nicht verbraucht wird, wird als ein Kathodenabgas ausgestoßen, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. In dem Stapel nicht verbrauchter Wasserstoff kann über einen Brennstoffrezirkulationsdurchgang an den Hauptwasserstoffdurchgang rezirkuliert werden. Es ist auch eine Menge an unerwünschtem Stickstoff in dem die Brennstoffzelle verlassenden, nicht verbrauchten Wasserstoff vorhanden. Vor Wiedereinführung des nicht verbrauchten Wasserstoffes zurück in den Hauptwasserstoffdurchgang wird ein Anteil des Wasserstoff/Stickstoff-Gemischs in die Atmosphäre ausgetragen. Dies kann beispielsweise durch ein Ablassventil erreicht werden. Wasserstoff und Stickstoff, die nicht durch das Ablassventil in die Atmosphäre ausgetragen werden, können über den Brennstoffrezirkulationsdurchgang in die Hauptwasserstoffversorgung wieder eingeführt werden. Der Brennstoffrezirkulationsdurchgang sieht eine Fluidkommunikation zwischen dem Auslass der Brennstoffzelle und dem Hauptwasserstoffdurchgang vor, um eine Wiedereinführung von nicht verbrauchtem Wasserstoff in die Anode zu ermöglichen. Bei Brennstoffzellenstapeln nach dem Stand der Technik wird eine elektrische Pumpe verwendet, um das Wasserstoff/Stickstoffgemisch zurück in den Hauptwasserstoffdurchgang zu rezirkulieren.
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Es ist eine fortwährende Herausforderung gewesen, ein effizientes und kosteneffektives Verfahren zum Wiedereinführen des nicht verbrauchten Wasserstoffes zurück in den Hauptwasserstoffdurchgang bereitzustellen. Der Raum in und um den Brennstoffzellenstapel ist äußerst begrenzt und wertvoll, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen. Ferner verwendet die elektrische Pumpe, die dazu verwendet wird, den nicht verbrauchten Wasserstoff zurück in den Hauptwasserstoffdurchgang wiedereinzuführen, elektrische Leistung, die von dem Brennstoffzellenstapel erzeugt wird, wodurch der Gesamtwirkungsgrad verringert wird.
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Um einen Leistungsverbrauch der elektrischen Pumpe zu reduzieren, sind gepulste Injektoren, die zwischen einer offenen und geschlossenen Position abwechseln, in Brennstoffzellensystemen verwendet worden, um Brennstoff von der Brennstoffquelle zu dem Brennstoffzellenstapel einzuführen. Während gepulste Injektoren bei einer Reduzierung des Energieverbrauchs der elektrischen Pumpe erfolgreich waren, besteht ein Bedarf nach einer Minimierung der Zeitdauer, in der der Injektor geschlossen ist, und einer Maximierung der Zeitdauer, in der der Ejektor verwendet wird, und zwar bei geringer Leistung.
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Es soll eine Brennstoffzellenstapel-Baugruppe mit einer Anordnung aus Injektoren und Ejektoren hergestellt werden, die eine Wasserstoffrezirkulation unterstützt und deren Gebrauch maximiert, wobei der Gebrauch einer elektrischen Pumpe beseitigt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffzellenstapel-Baugruppe mit einer Anordnung aus Injektoren und Ejektoren, die eine Wasserstoffrezirkulation unterstützen und deren Gebrauch maximieren, wobei der Gebrauch einer elektrischen Pumpe beseitigt ist, entwickelt worden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Fluidinjektions-/ejektionssystem für ein Brennstoffzellensystem einen ersten Injektor mit einem Einlass und einem Auslass, die darin geformt sind, wobei der Einlass in Fluidkommunikation mit einer Fluidquelle steht und der Auslass in Fluidkommunikation mit einer ersten Kammer steht; einen ersten Ejektor mit einem Rückschlagventil und einem darin geformten Venturidurchgang, wobei der Venturidurchgang einen Einlass in Fluidkommunikation mit der ersten Kammer und einen Auslass in Fluidkommunikation mit einer zweiten Kammer besitzt; einen zweiten Injektor mit einem Einlass und einem Auslass, die darin geformt sind, wobei der Einlass in Fluidkommunikation mit der Fluidquelle steht und der Auslass in Fluidkommunikation mit der zweiten Kammer steht; und einen zweiten Ejektor mit einem darin geformten Venturidurchgang, wobei der Venturidurchgang einen Einlass in Fluidkommunikation mit der zweiten Kammer und einen Auslass in Fluidkommunikation mit einer dritten Kammer besitzt, wobei die dritte Kammer einen Auslass in Fluidkommunikation mit einer Brennstoffzelle besitzt, wobei zumindest eine der ersten Kammer und der zweiten Kammer einen darin geformten Brennstoffrezirkulationseinlass aufweist, der derart angepasst ist, um ein zweites Fluid darin in Ansprechen auf eine Strömung des ersten Fluids durch den Venturidurchgang von zumindest einem des ersten Ejektors und des zweiten Ejektors aufzunehmen, wobei das zweite Fluid mit dem ersten Fluid kombiniert wird, um ein Fluidgemisch zu bilden.
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Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Fluidinjektions-/-ejektionssystem für ein Brennstoffzellensystem einen Kleininjektor mit einem Einlass und einem Auslass, die darin geformt sind, wobei der Einlass in Fluidkommunikation mit einer Fluidquelle steht und der Auslass in Fluidkommunikation mit einer ersten Kammer steht; einen ersten Ejektor mit einem Rückschlagventil und einem darin geformten Venturidurchgang, wobei der Venturidurchgang einen Einlass in Fluidkommunikation mit der ersten Kammer und einen Auslass in Fluidkommunikation mit einer zweiten Kammer aufweist; einen Großinjektor mit einem Einlass und einem Auslass, die darin geformt sind, wobei der Einlass in Fluidkommunikation mit der Fluidquelle steht und der Auslass in Fluidkommunikation mit der zweiten Kammer steht; und einen zweiten Ejektor mit einem darin geformten Venturidurchgang, wobei der Venturidurchgang einen Einlass in Fluidkommunikation mit der zweiten Kammer und einen Auslass in Fluidkommunikation mit einer dritten Kammer besitzt, wobei die dritte Kammer einen Auslass in Fluidkommunikation mit einer Brennstoffzelle besitzt, wobei zumindest eine der ersten Kammer und der zweiten Kammer einen darin geformten Brennstoffrezirkulationseinlass aufweist, der derart angepasst ist, um ein zweites Fluid darin in Ansprechen auf eine Strömung des ersten Fluids durch den Venturidurchgang von zumindest einem des ersten Ejektors und des zweiten Ejektors aufzunehmen, wobei das zweite Fluid mit dem ersten Fluid kombiniert wird, um ein Fluidgemisch zu bilden.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen wie auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
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1 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellensystems nach dem Stand der Technik ist;
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2 ein schematisches Flussdiagramm eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von Injektoren und Ejektoren in dem in 2 gezeigten Brennstoffzellensystem ist; und
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4 eine Schnittansicht der in 3 gezeigten Injektoren und Ejektoren entlang Linie 4-4 ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken.
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1 zeigt eine Brennstoffzelle 10, die eine Kathodenseite 9 und eine Anodenseite 11 besitzt. Die Kathodenseite 9, die Anodenseite 11 und ein Kühlmittelsystem (nicht gezeigt) werden gemeinsam als ein feuchtes Ende der Brennstoffzelle 10 bezeichnet. Isolationsendplatten 14, 16 werden als ein trockenes Ende der Brennstoffzelle 10 bezeichnet. Die Brennstoffzelle 10 steht in Fluidkommunikation mit einer Brennstoffquelle 37 und einer Oxidationsmittelquelle 39. Graphitblöcke 18, 20, die eine Vielzahl von Öffnungen 22, 24 besitzen, um eine Fluidverteilung zu fördern, sind benachbart der Isolationsendplatten 14, 16 angeordnet. Dichtungselemente 26, 28 sowie Kohlegewebe-Stromkollektoren 30, 32, die jeweilige elektrische Verbindungen 31, 33 besitzen, sind jeweils zwischen einer Membranelektrodenanordnung (MEA) 12 und den Blöcken 18, 20 angeordnet. Ein Oxidationsmittel- und Stromtransportmittel 36 besteht aus dem Graphitblock 18, dem Dichtungselement 26 und dem Stromkollektor 30. Ein Brennstoff- und Stromtransportmittel 38 besteht aus dem Graphitblock 20, dem Dichtungselement 28 und dem Stromkollektor 32. Die Anodenverbindung 31 und die Kathodenverbindung 33 werden dazu verwendet, die Brennstoffzelle 10 mit einer externen Schaltung 41 zu verbinden, und können gegebenenfalls andere Brennstoffzellen (nicht gezeigt) aufweisen.
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Ein Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) ist aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen 10 aufgebaut, die in Reihe verschaltet sind. Sobald eine gewünschte Anzahl von Paaren aus Brennstoffzellen 10 miteinander verbunden sind, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden, wird der Stapel mit dem Kühlmittelsystem versehen. Ein Brennstoffzellenstapel, wie hier beschrieben ist, wird zum Beispiel üblicherweise als eine Stromerzeugungsanlage für die Erzeugung elektrischer Leistung in einem Fahrzeug verwendet.
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Im Gebrauch wird ein Brennstoff, wie Wasserstoff, von der Brennstoffquelle
37 geliefert, und ein Oxidationsmittel, wie Sauerstoff, wird von der Oxidationsmittelquelle
39 geliefert. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel von den jeweiligen Quellen
37,
39 diffundieren durch jeweilige Fluid- und Stromtransportmittel
36,
38 zu entgegengesetzten Seiten der MEA
12. Poröse Elektroden (nicht gezeigt) formen eine Anode an der Anodenseite
11 und eine Kathode an der Kathodenseite
9 und sind durch eine Protonenaustauschmembran (PEM)
46 getrennt. Die PEM
46 sorgt für einen Ionentransport, um eine chemische Reaktion in der Brennstoffzelle
10 zu fördern. Typischerweise wird die PEM
46 aus Copolymeren geeigneter Monomere hergestellt. Derartige Protonenaustauschmembrane können durch Monomere der Strukturen gekennzeichnet sein:
CF
2=CFOCF
2CF
2SO
3H
und
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Eine derartige Monomerstruktur ist detailliert in dem U. S. Patent
US 5,316,871 A1 offenbart.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Brennstoffzellensystems 48 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Strukturen, die ähnlich denen sind, die oben für 1 beschrieben sind, weisen dieselben Bezugszeichen, gefolgt durch ein Strichindexsymbol (') auf. Das Brennstoffzellensystem 48 umfasst eine Brennstoffquelle 37', eine Oxidationsmittelquelle 39' und einen Hauptbrennstoffdurchgang 50. Die Brennstoffquelle 37' liefert einen Brennstoff zu einem ersten Injektor 52. Der erste Injektor 52 und ein zugeordneter erster Ejektor 54 stehen in Fluidkommunikation mit einem zweiten Injektor 55 und einem zugeordneten zweiten Ejektor 56. Obwohl der erste Injektor 52 und der erste Ejektor 54 in einer linearen Anordnung bezüglich des zweiten Injektors 55 und des zweiten Ejektors 56 angeordnet sind, sei zu verstehen, dass die Injektoren 52, 55 und die Ejektoren 54, 56 nach Bedarf angeordnet werden können. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der erste Injektor 52 ein sogenannter Kleininjektor, der zur Verwendung bei niedrigem Stapelstrom (beispielsweise 30% Stapelstrom) angepasst ist, und der zweite Injektor 55 ist ein sogenannter Großinjektor, der zur Verwendung bei hohem Stapelstrom (beispielsweise 100% Stapelstrom) angepasst ist. Es sei zu verstehen, dass der erste Injektor 52 und der zweite Injektor 55 gegebenenfalls andere Injektortypen sein können und während eines beliebigen Stapelstromniveaus verwendet werden können. Der erste Ejektor 54 umfasst eine integrierte Rückschlagventilbaugruppe 57, wie in 3 gezeigt ist. Ein Brennstoffzellenstapel 58 bildet zumindest einen Teil des Hauptbrennstoffzellendurchgangs 50 und umfasst eine oder mehrere Brennstoffzellen 59, wie oben für 1 beschrieben ist. Das Brennstoffzellensystem 48 umfasst auch einen Austragsdurchgang 60, ein Ablassventil 62, einen Brennstoffrezirkulationsdurchgang 64 und einen Wasserabscheider 66. Der Brennstoffzellenstapel 58 bildet zumindest einen Teil des Austragsdurchgangs 60. Das Ablassventil 62 sieht eine Fluidkommunikation zwischen dem Austragsdurchgang 60 und der Atmosphäre vor. Eine Fluidkommunikation zwischen dem Austragsdurchgang 60 und dem Ejektor 54 wird durch den Brennstoffrezirkulationsdurchgang 64 bereitgestellt. Wasser, das in dem von dem Brennstoffzellenstapel 58 zu dem Ejektor 54 strömenden Fluid vorhanden ist, wird durch den Wasserabscheider 66 entfernt.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, umfasst der erste Injektor 52 einen Fluideinlass 68 und einen beabstandeten Fluidauslass 70, der eine Düse 71 aufweist. Der Fluideinlass 68 steht in Fluidkommunikation mit der Brennstoffquelle 37. Der Fluidauslass 70 steht in Fluidkommunikation mit einer ersten Kammer 74, die in einer Endeinheit 75 des Brennstoffzellensystems 48 geformt ist.
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Die erste Kammer
74 steht in Fluidkommunikation mit einem Einlass
76 des ersten Ejektors
54. Der erste Ejektor
54 umfasst einen darin geformten Venturidurchgang
77. Ein ähnlicher Venturidurchgang ist in dem in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U. S. Patent
US 5,802,848 A gezeigt. Der Venturidurchgang
77 umfasst einen zusammenlaufenden Abschnitt
78, einen Hals
79 und einen Diffusorabschnitt
80. Die Düse
71 des ersten Injektors
52 ist im Wesentlichen mit dem Hals
79 des Venturidurchgangs
77 ausgerichtet. Der Venturidurchgang
77 sieht eine Fluidkommunikation zwischen der ersten Kammer
74 und einer beabstandeten zweiten Kammer
81 vor, die in der Endeinheit
75 des Brennstoffzellensystems
48 geformt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Rezirkulationsöffnung
82 in einer Wand der ersten Kammer
74 geformt. Es sei zu verstehen, dass gegebenenfalls andere Rezirkulationsöffnungen an beliebiger Stelle geformt sein können. Die Rezirkulationsöffnung
82 erleichtert eine Fluidkommunikation zwischen dem Brennstoffrezirkulationsdurchgang
64 und der ersten Kammer
74.
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Der zweite Injektor 55 umfasst einen Fluideinlass 84 und einen beabstandeten Fluidauslass 86, der eine Düse 88 aufweist. Der Fluideinlass 84 steht in Fluidkommunikation mit der Brennstoffquelle 37'. Der Fluidauslass 86 steht in Fluidkommunikation mit der zweiten Kammer 81.
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Die zweite Kammer 81 steht in Fluidkommunikation mit einem Einlass 90 des zweiten Ejektors 56. Der zweite Ejektor 56 umfasst einen darin geformten Venturidurchgang 92. Der Venturidurchgang 92 umfasst einen zusammenlaufenden Abschnitt 94, einen Hals 96 und einen Diffusorabschnitt 98. Die Düse 88 des zweiten Injektors 55 ist im Wesentlichen mit dem Hals 96 des Venturidurchgangs 92 ausgerichtet. Der Venturidurchgang 92 sieht eine Fluidkommunikation zwischen der zweiten Kammer 81 und einer beabstandeten dritten Kammer 100 vor, die in der Endeinheit 75 des Brennstoffzellensystems 48 geformt ist. Die dritte Kammer 100 steht in Fluidkommunikation mit dem Diffusorabschnitt 98 des Venturidurchganges 92 und einem Auslass 102 des zweiten Ejektors 56. Der Auslass 102 des zweiten Ejektors 56 steht mittels des Hauptbrennstoffdurchgangs 50 in Fluidkommunikation mit dem Brennstoffzellenstapel 58.
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Die Rückschlagventilbaugruppe
57 ist mit dem ersten Ejektor
54 integriert, wie in
4 gezeigt ist. Alternativ dazu kann die Rückschlagventilbaugruppe
57 gegebenenfalls mit einer Kombination aus Injektor und Ejektor (nicht gezeigt) und dem zweiten Ejektor
56 integriert sein. Eine Kombination aus Injektor und Ejektor ist in der in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patentanmeldung
US 2006/0024548 A1 offenbart. Die Rückschlagventilbaugruppe
57 umfasst einen Ventilkörper
106, der einen integralen Teil des ersten Ejektors
54 darstellt und den Venturidurchgang
77 umgibt. Ein Ventilgehäuse
108 umgibt den Ventilkörper
106. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Ventilkörper
106 einteilig mit dem Ventilgehäuse
108 geformt. Es sei zu verstehen, dass der Ventilkörper
106 und das Ventilgehäuse
108 separat geformt sein können, ohne vom Schutzumfang und Erfindungsgedanken der Erfindung abzuweichen.
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Der Ventilkörper 106 umfasst eine ringförmige Anordnung von darin geformten Rückschlagventildurchgängen 110. Es sei zu verstehen, dass eine gewünschte Anzahl von Rückschlagventildurchgängen 110, wie durch einen gewünschten Durchfluss durch die Rückschlagventildurchgänge 110 bestimmt ist, in dem Ventilkörper 106 geformt sein kann. Es sei ferner zu verstehen, dass gegebenenfalls andere Konfigurationen von Rückschlagventildurchgängen 110 in dem Ventilkörper 106 geformt sein können. Die Rückschlagventildurchgänge 110 können auch in dem Ventilgehäuse 108 oder zwischen dem Ventilkörper 106 und dem Ventilgehäuse 108 geformt sein. Die Rückschlagventildurchgänge 110 sehen eine Fluidkommunikation zwischen der ersten Kammer 74 und der zweiten Kammer 81 vor.
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Die Rückschlagventilbaugruppe 57 umfasst auch ein Klappenventil 112, das an einem unterstromigen Ende des Ventilkörpers 106 und des Ventilgehäuses 108 angeordnet ist, obwohl gegebenenfalls andere Ventiltypen verwendet werden können. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Klappenventil 112 aus Gummi geformt und umfasst eine Vielzahl von Klappen oder Verschlüssen 114, die derart angepasst sind, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung mit dem Ventilgehäuse 108 zu bilden, das die Rückschlagventildurchgänge 110 bildet. Es sei zu verstehen, dass das Klappenventil 112 gegebenenfalls aus anderen Materialien und mit anderen Formen und Konfigurationen geformt sein kann, wie beispielsweise eine flache Scheibe. Ein Innenrand 116 des Klappenventils 112 ist durch ein beliebiges herkömmliches Befestigungsmittel, wie beispielsweise Klemmen, an dem ersten Ejektor 54 angebracht. Es sei auch zu verstehen, dass ein Außenrand 118 des Klappenventils 112 gegebenenfalls an dem ersten Ejektor 54 angebracht sein kann. In einer geschlossenen Position steht das Klappenventil 112 abdichtend mit einer Anlagefläche 120 des Ventilgehäuses 108 in Eingriff. Optional dazu kann die Anlagefläche 120 zur Aufnahme des Klappenventils 112 darin im Wesentlichen konkav geformt sein. Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Ausnehmung 122 in dem ersten Ejektor 54 geformt, um den Innenrand 116 des Klappenventils 112 zu sichern.
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Im Gebrauch während eines niedrigen Stapelstroms liefert die Brennstoffquelle 37' den Brennstoff an den ersten Injektor 52. Der Brennstoff strömt durch die Düse 71, wodurch seine Geschwindigkeit erhöht wird. Der Brennstoff strömt dann in die erste Kammer 74 und in den Venturidurchgang 77 des ersten Ejektors 54. Wenn der Brennstoff durch den Venturidurchgang 77 gelangt, baut der Brennstoff Druck auf und seine Geschwindigkeit nimmt ab, was eine Saugwirkung 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 das Klappenventil 112 in einer Richtung von der zweiten Kammer 81 zu der ersten Kammer 74 ausgeübt wird, wodurch das Klappenventil 112 gegen die Anlagefläche 120 in eine geschlossene Position getrieben wird. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 74 und der zweiten Kammer 81 wird der Strömung von Brennstoff von der ersten Kammer 74 zu der zweiten Kammer 81 durch die Rückschlagventildurchgänge 110 entgegengewirkt. Der Strömung von Brennstoff von der zweiten Kammer 81 zu der ersten Kammer 74 durch die Rückschlagventildurchgänge 110 wird ebenfalls entgegengewirkt.
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Der Brennstoff strömt dann in die zweite Kammer 81 und durch den Venturidurchgang 92 in die dritte Kammer 100. Sobald der Brennstoff in die dritte Kammer 100 eingetreten ist, strömt der Brennstoff durch den Auslass 102. Der Brennstoff strömt dann zu dem Brennstoffzellenstapel 58. Einmal in dem Brennstoffzellenstapel 58 hat eine Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel von der Oxidationsmittelquelle 39' und dem Brennstoff die Erzeugung von elektrischer Energie zur Folge. Brennstoff, der nicht von der Reaktion verbraucht wird, wird durch den Austragsdurchgang 60 entladen.
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Im Gebrauch bei hohem Stapelstrom liefert die Brennstoffquelle 37' den Brennstoff an den zweiten Injektor 55. Der Brennstoff strömt durch die Düse 88, wobei seine Geschwindigkeit erhöht wird. Der Brennstoff strömt dann in die zweite Kammer 81 und in den Venturidurchgang 92 des zweiten Ejektors 56. Wenn der Brennstoff durch den Venturidurchgang 92 gelangt, baut der Brennstoff Druck auf und seine Geschwindigkeit nimmt ab, was eine Saugwirkung zur Folge hat. Demgemäß ist der Druck in der dritten Kammer 100 höher als der Druck in der zweiten Kammer 81. Jedoch ist die Druckdifferenz zwischen der zweiten Kammer 81 und der ersten Kammer 74 minimal. Somit wird eine auf das Klappenventil 112 ausgeübte Kraft reduziert. Die reduzierte Kraft bewirkt, dass sich die Klappen 114 des Klappenventils 112 in eine offene Position bewegen. Wenn die Klappen 114 des Klappenventils 112 in der offenen Position sind, wird die Strömung von Brennstoff zwischen der ersten Kammer 74 zu der zweiten Kammer 81 durch die Rückschlagventildurchgänge 110 zugelassen. Während die Strömung von Brennstoff von der ersten Kammer 74 zu der zweiten Kammer 81 zugelassen wird, wird, da der Druck in der ersten Kammer 74 größer als der Druck in der zweiten Kammer 81 ist, der Strömung von Fluid von der zweiten Kammer 81 zu der ersten Kammer 74 entgegengewirkt. Da eine Strömung zu der zweiten Kammer 81 von der ersten Kammer 74 durch sowohl den Venturidurchgang 77 als auch die Rückschlagventildurchgänge 110 unterstützt wird, ist eine Menge an Brennstoff, die in die zweite Kammer 81 und folglich die dritte Kammer 100 strömen darf, maximiert, was eine Minimierung einer Strömungsbegrenzung von Brennstoff in das Brennstoffzellensystem 48 zur Folge hat.
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Einmal in der dritten Kammer 100 strömt der Brennstoff durch den Auslass 102. Der Brennstoff strömt dann zu dem Brennstoffzellenstapel 58. Einmal in dem Brennstoffzellenstapel 58 bewirkt eine Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel von der Oxidationsmittelquelle 39' und dem Brennstoff die Erzeugung von elektrischer Energie. Brennstoff, der nicht von der Reaktion verbraucht wurde, wird durch den Austragsdurchgang 60 entladen.
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Typischerweise ist Stickstoff in dem Brennstoff während der Reaktion vorhanden. Der Stickstoff strömt zusammen mit dem nicht verbrauchten Brennstoff durch den Austragsdurchgang 60. Um einen Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 48 zu maximieren, ist es erwünscht, eine Stickstoffmenge in dem Brennstoffzellensystem 48 auf einem vorbestimmten Niveau zu halten. Wenn demgemäß die Stickstoffmenge, die mit dem nicht verbrauchten Brennstoff strömt, größer als eine gewünschte Menge ist, wird ein Anteil des Brennstoff/Stickstoff-Gemischs durch das Ablassventil 62 in die Atmosphäre ausgetragen. Die durch die Strömung des Fluids durch die Venturidurchgänge 77, 92 erzeugte Saugwirkung bewirkt auch eine Strömung des Stickstoff/Brennstoff-Gemisches durch den Brennstoffrezirkulationsdurchgang 64 und die Rezirkulationsöffnung 82 in die erste Kammer 74. Bei der gezeigten Ausführungsform wird das Stickstoff/Brennstoff-Gemisch dann in der ersten Kammer 74 oder der zweiten Kammer 81 bei niedrigem Stapelstrom bzw. hohem Stapelstrom mit von der Brennstoffquelle 37' bereitgestelltem Brennstoff gemischt. Es sei zu verstehen, dass das Stickstoff/Brennstoff-Gemisch gegebenenfalls in einer beliebigen Kammer 74, 81, 110 gemischt werden kann. Das rezirkulierte Brennstoff/Stickstoff-Gemisch und der Brennstoff von der Brennstoffquelle 37' werden dann in den Brennstoffzellenstapel 58 eingeführt, wie oben beschrieben ist. Da die durch die Venturidurchgänge 77, 92 bewirkte Saugwirkung den nicht verbrauchten Brennstoff zurück zu dem Brennstoffzellenstapel 58 zirkuliert, ist ein Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 48 maximiert. Jeglicher in dem Brennstoffzellenstapel 58 nicht verbrauchter Wasserstoff kann anschließend rezirkuliert werden, wie oben beschrieben ist.
