DE102011114732A1

DE102011114732A1 - Gasstrahlpumpe und Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102011114732A1
Application number: DE102011114732A
Authority: DE
Inventors: Felix Blank
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-01
Filing date: 2011-10-01
Publication date: 2013-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasstrahlpumpe (9) zur Förderung eines sekundären Gasstroms mittels eines primären Gasstroms als Treibgasstrom, mit wenigstens einer Düse (17) im Bereich einer Vorkammer (18), durch welche der primäre Gasstrom durch die Vorkammer (18) in eine Fangdüse (19) strömt, wobei die wenigstens eine Düse in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des primären Gasstroms im zentralen Bereich der Vorkammer (18) angeordnet ist, und mit einer Zuleitung (21) für den sekundären Gasstrom in die Vorkammer (18). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (21) in Umfangsrichtung außen tangential in die Vorkammer (18) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasstrahlpumpe zur Förderung eines sekundären Gasstroms mittels eines primären Gasstroms nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Gasstrahlpumpe sowie die Verwendung des Brennstoffzellensystems.
Gasstrahlpumpen, welche auch als Ejektoren oder Jetpump bezeichnet werden, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie nutzen einen primären Gasstrom als Treibgasstrom und ermöglichen durch das Eindüsen dieses Treibgasstroms in eine Mischkammer beziehungsweise eine Fangdüse und die gleichzeitige Zufuhr eines sekundären Gasstroms durch Impulsaustausch und/oder einen sich in einer Venturidüse bildenden Unterdruck die Förderung des sekundären Gasstroms. Die beiden Gasströme gelangen dann miteinander vermischt in den Bereich, in den sie gefördert werden sollen.
Für solche Gasstrahlpumpen beziehungsweise Ejektoren gibt es vielfältige Einsatzzwecke. Ein bevorzugter Einsatzzweck liegt im Einsatz in Brennstoffzellensystemen. Typischerweise werden sie dort verwendet, um Abgas beispielsweise aus einem Anodenraum der Brennstoffzelle zu rezirkulieren, wobei der frische zugeführte Brennstoff als Treibgas dient. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise in der DE 10 2001 009 004 A1 beschrieben. In dem dort als Stand der Technik dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein typischer Aufbau eines Brennstoffzellensystems beziehungsweise eines sogenannten Anodenkreislaufs eines Brennstoffzellensystems dargestellt. Aus der Brennstoffzelle strömt frischer Brennstoff als Treibgasstrom durch eine Gasstrahlpumpe, welcher das Abgas, nachdem dieses einen Wasserabscheider passiert hat, zugeführt wird. Frischer Brennstoff und Abgas werden dann vermischt wieder dem Anodenraum zugeführt. Um den Aufbau zu vereinfachen und Komponenten einzusparen, schlägt die genannte deutsche Offenlegungsschrift nun die Integration dieses Wasserabscheiders in den Aufbau der Gasstrahlpumpe vor. Sie baut damit letztlich eine Komponente, welche in Strömungsrichtung zuerst die Gasstrahlpumpe und dann einen Bereich zum Abscheiden des Wassers aufweist. Der Aufbau ist dabei relativ komplex und groß. Er hat außerdem den Nachteil, dass er die beiden miteinander vermischten Gasströme über den Wasserabscheider führt. Zwar kann dadurch aufgrund des typischerweise kühleren Treibgasstroms mehr Wasser auskondensiert werden, der entscheidende Nachteil liegt jedoch darin, dass nach dem Eintrag der zur Förderung des Gases eingebrachten Leistung die Einbauten des Wasserabscheiders angeordnet sind. Diese verursachen vergleichsweise hohe Druckverluste, sodass der hier beschriebene Aufbau nicht nur außerordentlich komplex, groß und schwer, sondern auch noch aus energetischer Sicht nachteilig ist.
Ein weiterer Nachteil bei dem hier dargestellten Aufbau besteht auch darin, dass der Düse zum Einbringen des Treibgasstroms der typischerweise feuchte Abgasstrom zugeführt wird. Dadurch kann sich im Bereich der Düse Flüssigkeit ansammeln. Wird später der Betrieb der Gasstrahlpumpe eingestellt und das System verharrt beispielsweise bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts bis zu einem Wiederstart, dann kann die Gasstrahlpumpe einfrieren und muss vor einem eventuellen Wiederstart energie- und zeitaufwändig wieder aufgetaut werden.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Aufbau anzugeben, welcher einfach und effizient ist. Außerdem besteht die Aufgabe darin, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, welches einfach und effizient aufgebaut und energieeffizient betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gasstrahlpumpe mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben. Außerdem löst ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9 mit einer solchen Gasstrahlpumpe die oben genannte Aufgabe. In Anspruch 10 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung für ein solches Brennstoffzellensystem angegeben.
Die erfindungsgemäße Gasstrahlpumpe ist in an sich bekannter Art und Weise aufgebaut. Der Unterschied gegenüber Gasstrahlpumpen aus dem Stand der Technik besteht darin, dass die Zuleitung für den sekundären Gasstrom in die Vorkammer in Umfangsrichtung außen tangential in die Vorkammer mündet. Der sekundäre Gasstrom wird dadurch mit einer Rotationsbewegung um die zentral angeordnete wenigstens eine Düse für den primären Gasstrom in die Vorkammer eingeleitet. Damit wird eventuelle Flüssigkeit, welche von dem sekundären Gasstrom mitgeführt wird oder in diesem nach dem Einströmen in die Vorkammer auskondensiert, durch Fliehkräfte an die Außenwände der Vorkammer getrieben. Eine Benetzung der Düse mit der Flüssigkeit, welches zu unmittelbaren Funktionsbeeinträchtigungen oder einem späteren temperaturbedingten Festwerden der Flüssigkeit führen könnte, kann so sicher und zuverlässig ausgeschlossen werden.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe umgibt die wenigstens eine Düse dabei in zumindest einem axialen Abschnitt der Vorkammer ein ringförmiger Abschnitt. Ein solcher ringförmiger Abschnitt, welcher beispielsweise kreisringförmig oder oval ausgebildet sein kann, und welcher vorzugsweise kreisförmig oder nahezu kreisförmig ausgeführt wird, ermöglicht eine um den gesamten Umfang umlaufende Strömung des sekundären Gasstroms entlang der Außenwände der Vorkammer, sodass Flüssigkeit sicher und zuverlässig an die Außenwände gedrückt wird und typischerweise entlang der Wandungen in Richtung der Schwerkraft nach unten läuft.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es daher vorgesehen sein, dass die Düse und die Fangdüse im bestimmungsgemäßen Gebrauch so angeordnet sind, dass die Strömung des primären Gasstroms in Richtung der Schwerkraft nach oben oder nach unten verläuft. Dieser Aufbau mit einer senkrecht gestellten Gasstrahlpumpe beziehungsweise einer senkrechten Strömungsrichtung des primären Gasstroms ermöglicht den Einsatz einer Vorkammer mit ebenfalls senkrecht, also parallel zum primären Gasstrom stehenden Außenwänden. Dadurch kann sich im Bereich der Außenwände sammelndes Wasser ideal nach unten ablaufen.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es dann vorgesehen, dass am in Richtung der Schwerkraft unteren Ende in radialer Richtung senkrecht zur Strömung des primären Gasstroms außen, um zumindest einen Teil des Umfangs, ein Sammelbereich für Flüssigkeit in der Vorkammer angeordnet ist. In einer sehr günstigen Weiterbildung hiervon kann es ferner vorgesehen sein, dass der Sammelbereich mit einem Leitungselement zur Abfuhr der Flüssigkeit verbunden ist. Neben dem Schutz der Düse vor eventueller Flüssigkeit, welche mit dem Abgasstrom mittransportiert wird, kann bei dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung außerdem eine Abscheidefunktion für die Flüssigkeit mit in den Aufbau der Gasstrahlpumpe integriert werden. Anders als bei der Kombination aus Gasstrahlpumpe und Wasserabscheider gemäß dem Stand der Technik ist der Aufbau dabei so ausgebildet, dass das Abscheiden lediglich im sekundären Gasstrom erfolgt, während oder bevor dieser durch die Energie des primären Gasstroms gefördert wird. Der Aufbau ist daher sehr energieeffizient, da lediglich der tatsächlich feuchte Anteil des späteren Gemischs der Gasströme durch den Bereich mit der Abscheidefunktion in einer zur Abscheidung von Flüssigkeit geeigneten Art geführt wird. Außerdem ist der Aufbau mit einer tangentialen Eindüsung des sekundären Gasstroms in Umfangsrichtung schon an sich besonders energieeffizient, da er eine Strömung des sekundären Gasstroms in der Art ausbildet, wie sie von Zyklonabscheidern bekannt und üblich ist. Damit lässt sich sehr effizient und energiesparend Flüssigkeit aus dem sekundären Gasstrom abscheiden. Je nach Aufbau und Effizienz lässt sich dadurch ein weiterer Wasserabscheider gegebenenfalls einsparen oder in seiner Größe minimieren. Der Aufbau wird so in jedem Fall kleiner, leichter und konstengünstiger.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe kann die Düse mehrere Düsenöffnungen aufweisen, welche jeweils unabhängig voneinander mit dem primären Gasstrom versorgbar sind. Ein solcher Aufbau einer einzigen Düse mit mehreren Düsenöffnungen, welche von dem als Treibgasstrom genutzten primären Gasstrom unabhängig voneinander anströmbar sind ermöglicht eine einfache und effiziente Einstellung des Volumens des Treibgasstroms. Durch die mehreren Düsenöffnungen bleibt die von dem Treibgasstrom erzeugte Strömungscharakteristik dennoch erhalten. Dadurch lässt sich die von der Gasstrahlpumpe aufgebracht Förderleistung einfach und effizient über einen größeren Leistungsbereich hinweg variieren.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist wenigstens eine Brennstoffzelle mit einem Anodenraum und einem Kathodenraum sowie einem Anodenkreislauf auf. Ein solcher Anodenkreislauf, wie er beispielsweise im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben wird, dient dazu, ein Abgas aus dem Anodenraum zum Eingang des Anodenraums zurückzuführen und mit frischem Brennstoff vermischt wieder in den Anodenraum zu dosieren. Um Druckverluste im Bereich des Anodenraums und der Rezirkulationsleitung auszugleichen, weist der Anodenkreislauf eine Rezirkulationsfördereinrichtung auf. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst wenigstens eine Gasstrahlpumpe gemäß einem der oben genannten Ausführungsbeispiele zumindest als Teil der Rezirkulationsfördereinrichtung, wobei diese von dem Brennstoff der Brennstoffzelle als primären Gasstrom angetrieben ist. Der Aufbau kann sehr einfach und effizient mit der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe als einzige Rezirkulationsfördereinrichtung ausgebildet sein. Er kann dann sehr einfach und effizient aufgebaut werden, indem diese Gasstrahlpumpe einerseits die Rezirkulationsfördereinrichtung ausbildet und andererseits den Wasserabscheider. Dadurch werden in dem Brennstoffzellensystem Komponenten eingespart und das System kann entsprechend einfach und effizient aufgebaut werden. Wie oben bereits erläutert worden ist, ist der Wasserabscheider dabei hinsichtlich der von ihm verursachten Druckverluste sehr günstig und in der Abscheidung sehr effizient. Das Brennstoffzellensystem kann so sehr energieeffizient betrieben werden. Außerdem wird flüssiges Wasser von der Düse der Gasstrahlpumpe ferngehalten, sodass diese auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gestartet werden kann. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich als kleines, kompaktes und energieeffizientes Brennstoffzellensystem mit der Fähigkeit zum Kaltstart daher insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug, in welchem es elektrische Antriebsleistung bereitstellt. Insbesondere beim Einsatz in einem Fahrzeug ist es häufig notwendig, das Brennstoffzellensystem anzuhalten und wieder zu starten. Die Starts können dabei auch unter widrigen Bedingungen, insbesondere bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, stattfinden. Dennoch wird vom Fahrzeugnutzer ein sehr schnell startendes System erwartet. Das beschriebene Brennstoffzellensystem kann dies leisten und eignet sich damit außerordentlich gut für eine solche Anwendung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe und des Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden aus den Ausführungsbeispielen deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
Dabei zeigen:
1 ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug;
2 eine erste mögliche Ausführungsform der Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt;
3 einen Querschnitt durch den in 2 dargestellten Aufbau;
4 eine zweite mögliche Ausführungsform der Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt; und
5 eine dritte mögliche Ausführungsform der Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt.
In der Darstellung der 1 ist ein stark schematisiertes Brennstoffzellensystem 1 in einem angedeuteten Fahrzeug 2 zu erkennen. Das Brennstoffzellensystem 1 wurde dabei auf die wesentlichen, für die hier vorliegende Erfindung relevanten Bauteile reduziert. Darüber hinausgehende Bauteile und Komponenten sind selbstverständlich in dem dargestellten Brennstoffzellensystem 1 möglich. Diese sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Bei dem in 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 1 bildet den Kern eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von PEM-Brennstoffzellen aufgebaut sein soll. Die Brennstoffzelle 3 umfasst einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5. Dem Kathodenraum 5 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 6 als Sauerstofflieferant zugeführt. Dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 7 über ein Druckregel- und Absperrventil 8 sowie eine später noch näher beschriebene Gasstrahlpumpe 9 zugeführt. Der Wasserstoff gelangt über eine Anodenzuleitung 10 in den Anodenraum 4. Er wird dort teilweise umgesetzt. Der Restwasserstoff, durch die Membranen der Brennstoffzelle 3 diffundierter Stickstoff, sowie der kleine Teil des im Bereich des Anodenraums 4 der Brennstoffzelle entstehenden Produktwassers gelangt als Abgas über eine Rezirkulationsleitung 11 aus dem Anodenraum 4 zurück zur Gasstrahlpumpe 9. Dieser Aufbau wird auch als Anodenrezirkulation bezeichnet. Über die Gasstrahlpumpe 9 wird der Abgasstrom aus der Rezirkulationsleitung 11 dann von dem Wasserstoffstrom als primären Gasstrom gefördert und mit diesem zusammen über die Anodenzuleitung 10 dem Anodenraum 4 wieder zugeführt. Von Zeit zu Zeit reichert sich in diesem Anodenkreislauf der Stickstoff als inertes Gas an. Dadurch sinkt die Konzentration an Wasserstoff und die Performance der Brennstoffzelle 3 kann sich verschlechtern. Über eine Ventileinrichtung 12 und eine Ablassleitung 13 wird daher entweder von Zeit zu Zeit, in Abhängigkeit der Wasserstoffkonzentration oder der Stickstoffkonzentration oder auch kontinuierlich mit kleinem Volumenstrom Gas aus der Anodenrezirkulation abgelassen. Dadurch wird das Inertgas aus der Anodenrezirkulation abgeführt und die Wasserstoffkonzentration steigt wieder. Im Bereich des Anodenkreislaufs sammelt sich außerdem Wasser. Dieses sollte ebenfalls abgeschieden und von Zeit zu Zeit abgeführt werden, um ein Fluten der Gaszuführungskanäle des Anodenraums 4 sicher und zuverlässig zu verhindern. Aus dem Stand der Technik sind hierfür Wasserabscheider bekannt. Bei dem hier dargestellten Aufbau kann ein solcher sehr klein, platzsparend und energieeffizient in die Gasstrahlpumpe 9 integriert sein. In der Darstellung der 1 ist davon lediglich ein Leitungselement 14 zur Abfuhr von Wasser aus dem Bereich der Gasstrahlpumpe 9 zu erkennen. Auch dieses Leitungselement 14 könnte beispielsweise mit einer Ventileinrichtung, einer Blende oder dergleichen ausgestattet sein. In der Darstellung der 1 ist dies durch die angedeutete optionale Ventileinrichtung 15 symbolisiert. Das Leitungselement 14 könnte jedoch auch ohne eigene Ventileinrichtung ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere, wenn das Leitungselement 14 in einen weiteren Wasserabscheider führt, welcher dann wiederum über eine Ventileinrichtung entleert werden kann.
Prinzipiell wäre es auch denkbar auf das Leitungselement 14 gänzlich zu verzichten. Das Wasser würde dann wiederum durch den von der Gasstrahlpumpe 9 geförderten Volumenstrom mitgerissen. Auch dies wäre prinzipiell denkbar ohne die nachfolgende noch beschriebene Funktionalität zu beeinträchtigen.
In der Darstellung der 2 ist in einem Längsschnitt der Aufbau der Gasstrahlpumpe 9 im Detail zu erkennen. Über eine Wasserstoffzuleitung 16 strömt der Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher 7 als primärer Gasstrom beziehungsweise Treibgasstrom über eine Düse 17 in eine Vorkammer 18 der Gasstrahlpumpe 9 ein. Dieser Vorkammer 18 wird außerdem in später noch näher beschriebenen Art und Weise der Abgasstrom aus der Rezirkulationsleitung 11 über eine Zuleitung 21 zugeführt. Die Düse 17 ist dabei zentral in der Vorkammer 18 angeordnet. Sie ist in der Darstellung der 2 vereinfacht dargestellt. Sie könnte prinzipiell auch mehrfach vorhanden sein und/oder über mehrere einzelne Düsenöffnungen verfügen, um so durch eine Variation des Volumenstroms an Wasserstoff die Förderleistung der Gasstrahlpumpe 9 einstellen zu können. Die beiden Gasströme gelangen dann durch einen auch als Fangdüse 19 bezeichneten Mischbereich, welcher sich in Strömungsrichtung verjüngt, in den Bereich eines Diffusors 20, welcher sich wiederum in Strömungsrichtung erweitert. Der hier dargestellte Aufbau erlaubt so eine Förderung des über die Rezirkulationsleitung 11 zugeführten Abgasstroms durch den über die Wasserstoffzuleitung 16 zugeführten primären Gasstrom durch Impulsaustausch und einen sich im Übergangsbereich zwischen der Fangdüse 19 und dem Diffusor 20 ausbildenden Unterdruck aufgrund des verringerten Strömungsquerschnitts und der dadurch höheren Strömungsgeschwindigkeit.
Der in 2 dargestellte Aufbau soll nun so ausgebildet sein, dass er in Richtung der mit g eingezeichneten Schwerkraft im bestimmungsgemäßen Betrieb so ausgerichtet ist, dass der primäre Gasstrom die Düse 17, die Fangdüse 19 und den Diffusor 20 von unten nach oben durchströmt. Die Mündung der Rezirkulationsleitung 11 in die Vorkammer 18 ist dabei in Umfangsrichtung so ausgebildet, dass die Zuleitung 21 in Umfangsrichtung außen tangential in die Vorkammer 18 mündet. Alternativ zu dem in 2 dargestellten Aufbau wäre es auch denkbar, dass die Düse 17 nicht oder nur minimal in die Vorkammer 18 hineinragt. Durch die tangentiale Eindüsung des Volumenstromes über die Zuleitung 21 würde sich auch dann der gewünschte Effekt ergeben. Je nach Ausgestaltung der in der Darstellung der 2 nach unten weisenden Begrenzungsfläche der Vorkammer 18 bestünde hier jedoch gegebenenfalls die Gefahr, dass Flüssigkeit in den Bereich der Öffnung der Düse 17 gelangt. Dies ließe sich jedoch durch einfache konstruktive Maßnahmen beispielsweise eine ringförmige Nut um die Düsenöffnung oder eine zur Mitte hin ansteigende Ausgestaltung der Begrenzungsfläche der Vorkammer 18 umgehen.
Dies ist in dem Querschnitt auf Höhe der Zuleitung 21 durch den in 2 gezeigten Aufbau, welcher in der Darstellung der 3 näher zu erkennen ist, dargestellt. Der in die Vorkammer 18 einströmende Abgasstrom bildet dadurch eine ringförmige beziehungsweise spiralförmige Strömung aus. Diese Strömung ist in der Darstellung der 3 prinzipmäßig angedeutet. Die Zuleitung 21 in dem in 3 dargestellten Bereich verjüngt sich dabei in ihrem durchströmbaren Querschnitt in Strömungsrichtung vor der Mündung in die Vorkammer 18. Dadurch kommt es zu einer Beschleunigung des Abgasstroms. Die Ausbildung der ringförmigen beziehungsweise spiralförmigen Strömung des Abgasstroms in der Vorkammer 18 wird dadurch nochmals verbessert.
Durch die ringförmige beziehungsweise spiralförmige Strömung des Abgasstroms in der Vorkammer 18 wird von diesem mitgeführtes Wasser aufgrund der Fliehkräfte in den Bereich der radial außen liegenden Außenwände 22 der Vorkammer 18 gedrückt, während der vom flüssigen Wasser befreite Gasstrom durch den primären Gasstrom angetrieben wird und mit diesem zusammen in die Fangdüse 19 eintritt und den Diffusor 20 dann in Richtung der Anodenzuleitung 10 wieder verlässt. Die Gasströme sind dann miteinander vermischt.
Bei dem in 2 dargestellten Aufbau mit einer Strömungsrichtung der Gase in Richtung der Schwerkraft nach oben kann das flüssige Wasser dann entlang der Außenwände 22 nach unten ablaufen und sich in einem Sammelbereich 23 sammeln. In diesem mündet das in 1 bereits dargestellte Leitungselement 14, über welches das flüssige Wasser abgeführt werden kann.
Neben diesem bevorzugten in 2 dargestellten Aufbau der Gasstrahlpumpe 9 ist es selbstverständlich auch denkbar, diese andersherum, also mit einer Strömungsrichtung der Gase in Richtung der Schwerkraft nach unten, einzusetzen. Ein solcher Aufbau ist in der Darstellung der 4 zu erkennen. Ein Sammelbereich 23, welcher hier beispielhaft als Sammelrinne 23 ausgebildet ist, ist dann wiederum an dem in Richtung der Schwerkraft nach unten weisenden Ende der Vorkammer 18 angeordnet. Dies ist hier das gegenüberliegende Ende, wie in der Darstellung der 2. Auch hier kann der Sammelbereich 23 in idealer Weise mit dem Leitungselement 14 zur Abfuhr des Wassers verbunden sein.
Prinzipiell ist es auch möglich, auf die Wasserabfuhr gänzlich zu verzichten und das Wasser mit in den Bereich des Anodenraums 4 zu fördern. Aufgrund der erfindungsgemäßen Eindüsung des Abgasstroms wird das Wasser sich auch in diesem in der Darstellung der 5 erkennbaren Fall im Bereich der Außenwände 22 sammeln und wird im Bereich dieser Wandungen bleiben, während die Gasströmung im Wesentlichen im Zentrum der Vorkammer 18, der Fangdüse 19 und des Diffusors 20 stattfindet. Das flüssige Wasser kann dann entlang der Wandungen mit fortströmen und auf diese Art beispielsweise über einen in der Anodenzuleitung 10 angeordneten separaten Wasserabscheider abgeschieden werden. Alternativ dazu könnte der separate Wasserabscheider auch vor der Gasstrahlpumpe 9 angeordnet sein. Der Aufbau der in 5 dargestellten Gasstrahlpumpe 9 ermöglicht auch dann durch die erfindungsgemäße Eindüsung des Abgasstroms das Wasser von der Düse 17 fernzuhalten, sodass diese nicht zusetzen und/oder einfrieren kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102001009004 A1 [0003]

Claims

Gasstrahlpumpe (9) zur Förderung eines sekundären Gasstroms mittels eines primären Gasstroms als Treibgasstrom, mit wenigstens einer Düse (17) im Bereich einer Vorkammer (18), durch welche der primäre Gasstrom durch die Vorkammer (18) in eine Fangdüse (19) strömt, wobei die wenigstens eine Düse (17) in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des primären Gasstroms im zentralen Bereich der Vorkammer (18) angeordnet ist, und mit einer Zuleitung (21) für den sekundären Gasstrom in die Vorkammer (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (21) in Umfangsrichtung außen tangential in die Vorkammer (18) mündet.
Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (18) in zumindest einem axialen Abschnitt der Vorkammer (18) die wenigstens eine Düse (17) ringförmig umgibt.
Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (21) in den Bereich der Vorkammer (18) mündet, welcher die wenigstens eine Düse (17) ringförmig umgibt.
Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Zuleitung (21) sich in Strömungsrichtung des sekundären Gasstroms vor der Mündung in die Vorkammer (18) verengt.
Gasstrahlpumpe (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (17) und die Fangdüse (19) im bestimmungsgemäßen Gebrauch so angeordnet sind, dass die Strömung des primären Gasstroms in Richtung der Schwerkraft (g) nach oben oder unten verläuft.
Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am in Richtung der Schwerkraft unteren Ende der Vorkammer (18) in radialer Richtung senkrecht zur Strömung des primären Gasstroms außen um zumindest einen Teil des Umfangs ein Sammelbereich für Flüssigkeit in der Vorkammer (18) angeordnet ist.
Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbereich (15) mit einem Leitungselement (14) zur Abfuhr von Flüssigkeit verbunden ist.
Gasstrahlpumpe (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (17) mehrere Düsenöffnungen aufweist, welche jeweils unabhängig voneinander mit dem primären Gasstrom versorgbar sind.
Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) mit einem Anodenraum (4) und einem Kathodenraum (5), mit einem Anodenkreislauf und mit einer Rezirkulationsfördereinrichtung in dem Anodenkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezirkulationsfördereinrichtung wenigstens eine Gasstrahlpumpe (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, welche von dem Brennstoff der Brennstoffzelle (3) als primärem Gasstrom angetrieben ist.
Verwendung des Brennstoffzellensystems (1) nach Anspruch 9 in einem Fahrzeug (2) zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung.