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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapelverteiler, der Wasserstoff, Luft und Kühlwasser zum Betreiben eines Stapels zuführt und verteilt, und insbesondere einen Brennstoffzellenstapelverteiler, der einen Ejektor zum Rückführen eines Abgases des Stapels umfasst.
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(b) Stand der Technik
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Im Allgemeinen stellt eine Brennstoffzelle einen Stromerzeuger dar, der chemische Energie eines Brennstoffs in elektrische Energie umwandelt, und zwar nicht dadurch, dass er durch Verbrennung in Wärme verändert wird, sondern durch elektrochemische Umsetzung in einem Brennstoffzellenstapel. Solche Brennstoffzellen können nicht nur zur Stromversorgung für Industrie, von Haushalten/Wohnungsstätten und Fahrzeugen, sondern auch zur Stromversorgung von kleinen elektrischen/elektronischen Produkten, insbesondere tragbare Vorrichtungen/Geräte, verwendet werden.
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Kraftfahrzeug-Brennstoffzellensysteme umfassen im Allgemeinen einen Brennstoffzellenstapel, der elektrische Energie erzeugt, eine Brennstoffversorgungsvorrichtung, die Brennstoff (z. B. Wasserstoff) an den Brennstoffzellenstapel zuführt, eine Luftversorgungsvorrichtung, die den Sauerstoff in der Luft, der ein Oxidationsmittel für eine elektrochemische Reaktion ist, an den Brennstoffzellenstapel zuführt, und ein Kühlsystem, das die Wärme aus der Reaktion des Brennstoffzellenstapels zu einer äußeren Umgebung des Systems abführt und die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels regelt.
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In letzter Zeit wird typischerweise eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle mit einer hohen Leistungsdichte in Brennstoffzellen als Kraftfahrzeug-Stromquelle verwendet. Eine solche Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle umfasst eine Membranelektrodenanordnung mit einer Katalysatorschicht, wo eine elektrochemische Reaktion stattfindet, die an beiden Seiten einer festen Polymer-Elektrolyt-Membran angebracht ist, durch die sich Wasserstoffionen bewegen, eine Gasdiffusionsschicht, die ein Reaktionsgas gleichmäßig verteilt und erzeugte elektrische Energie überträgt, eine Bipolarplatte, die das Reaktionsgas und Kühlwasser entlang eines Reaktionskanals bewegt, und eine Dichtung und ein Befestigungsmechanismus, die die Luftdichtheit für das Reaktionsgas und das Kühlwasser beziehungsweise einen geeigneten Befestigungsdruck aufrechterhalten.
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Ferner weisen die Brennstoffzellenstapel typischerweise einen Verteiler auf, der den Einlasskanal und den Auslasskanal des Stapels bildet. Der Verteiler sieht Kanäle vor, in die die Gase vor und nach einer Reaktion und das Kühlwasser einströmen oder aus ihnen ausströmen.
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Diese Verteiler weisen typischerweise lange und komplizierte innere Kanäle auf, die ermöglichen, dass Kühlwasser und Gase dort hindurch strömen. Wenn eine Mehrzahl von Stapelmodulen an einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert werden, führen die an den Außenseiten der Stapelmoduls angebrachten Verteiler Reaktionsgase (Luft und Wasserstoff) beziehungsweise Kühlwasser an die Stapelmodule zu. Das heißt, ein Stapelverteiler ist an einer Außenseite einer Brennstoffzellenmoduleinheit angebracht und führt ein Fluid an einen Stapel zu oder führt es zurück.
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Kanäle, durch welche Fluide, das heißt, Wasserstoff und Luft (Sauerstoff) und Kühlwasser zum Kühlen des Stapels, die in einem Stapel verwendet werden, strömen, sind in einem Stapelverteiler gebildet, so dass die Fluide an eine Brennstoffzellenmoduleinheit über die Kanäle zugeführt oder daraus wieder zurückgeführt werden können.
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Brennstoffzellensysteme sind typischerweise auch mit einem Rückführungssystem zum Rückführen von Gasen, die von einem Stapel abgeführt werden, ausgestattet, und zu diesem Zweck wird oftmals ein Pumpenmechanismus, wie beispielsweise ein Rückführungsgebläse und ein Ejektor, verwendet.
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Zum Beispiel ist es in Brennstoffzellensystemen erforderlich, Wasserstoff und Sauerstoff zuzuführen, um einen Strom in einem Stapel zu erzeugen. Wenn nur die Menge an Wasserstoff, die in einem Stapel umgesetzt werden soll, zugeführt wird, wird keine ausreichende Reaktion aufgrund des Defizits der Dichte von Wasserstoff an dem Ende der Reaktionsfläche erzeugt und die Gleichmäßigkeit des an den Stapel zugeführten Brennstoffs nimmt ab, so dass die sich Leistung und Stabilität des Stapels verschlechtern können und übermäßig Brennstoff zugeführt wird.
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Wenn jedoch der nach einer Reaktion übrige Brennstoff abgeführt wird, nimmt die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs ab, so dass es vorgeschlagen worden ist, eine Rückführungstechnik zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz anzuwenden, indem das von der Anode des Stapels abgeführte Gas mit aus einem Tank ausgetragenen Wasserstoff durch Rückführen des Gases vermischt wird und das Gemisch zurück an den Stapel zugeführt wird.
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Ferner, wenn das von dem Stapel abgeführte Gas zurückgeführt wird, kann durch die Feuchtigkeit in dem zurückgeführten Gas verhindert werden, dass die Elektrolytmembran in dem Stapel austrocknet.
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Eine ein Gas umwälzende Pumpe ist erforderlich, um das von dem Stapel abgeführte Gas zurückzuführen und Wasserstoff wird in der Regel durch ein Rückführungsgebläse (unter Verwendung eines Motors) und einen Ejektor zurückgeführt.
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Verschiedene Typen von Stapelverteiler mit einem Ejektor für ein Rückführungssystem sind in der
koreanischen Offenlegungsschrift Nr. 2009-0094904 , 10-2012-0136708 usw. offenbart worden.
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Jedoch sind diese herkömmlichen Rückführungssysteme insofern problematisch, dass das Volumen und das Gewicht des Systems zunehmen und die Strukturen kompliziert sind, weil es Anforderungen von Kanälen und Elementen zum Anbringen eines Pumpenmechanismus an einen Stapelverteiler gibt.
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Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und demzufolge können sie Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der Probleme gemacht worden und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffzellenstapelverteiler mit einer Ejektorfunktion bereitzustellen, wobei die Herstellungskosten und das Gewicht verringert werden können, indem die Wasserstoffzufuhrkanäle und Wasserstoffrückführungskanäle optimiert und andere Bauteile (Elemente) und Hardware, ohne eine gesonderte Ejektorstruktur zum zusätzlichen Anbringen eines Ejektors entfernt werden, wobei die Produktivität durch Weglassen eines Verfahrens zum Montieren eines Ejektors verbessert wird. Die vorliegende Erfindung kann auch die Sicherheit eines Brennstoffzellensystems verbessern, durch Minimieren von Verbindungsstellen, durch die Wasserstoff austreten kann, und durch Realisieren einer neuen Struktur eines Verteilers mit einer Ejektorfunktion, indem ein Stapelverteiler mit einer Venturi- und Diffusorstruktur einstückig geformt/hergestellt und eine Düse hinzugefügt wird.
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Ein durch die vorliegende Erfindung bereitgestellter Brennstoffzellenstapelverteiler mit einer Ejektorfunktion weist die folgenden Eigenschaften auf. Der Brennstoffzellenstapelverteiler, der mit einem Stapel gekoppelt ist und Brennstoff, Luft und Kühlwasser zum Betreiben des Stapels zuführt und verteilt, umfasst: einen Verteilerkörper, der einen Anodenauslass und einen Anodeneinlass aufweist; und einen Ejektor, der den Anodenauslass und den Anodeneinlass verbindet. Der Ejektor ist einstückig mit dem Verteilerkörper gebildet/geformt und umfasst ein Venturirohr, einen Diffusor und eine an dem Venturirohr angebrachte Düse.
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Demzufolge, da der Brennstoffzellenstapelverteiler die darin integrierte Ejektorstruktur aufweist, ist es möglich, die Kanäle zum Zuführen/Rückführen von Wasserstoff zu optimieren, und die Struktur eines Ejektors oder von anderen ähnlichen Bauteilen (Elementen) kann entfernt werden, so dass es möglich ist, die Herstellungskosten und das Gewicht zu verringern.
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Das vordere Ende des Diffusors des Ejektors kann direkt mit dem Anodeneinlass des Verteilerkörpers verbunden sein, die stromabwärts liegende Seite des Venturirohrs kann mit dem Anodenauslass des Verteilerkörpers durch einen Kanal verbunden sein und der das Venturirohr und den Diffusor umfassende Ejektor kann horizontal auf/an dem Verteilerkörper angeordnet sein.
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Die stromaufwärts liegende (stromaufwärtige) Seite des Diffusors kann teilweise aufgeschnitten sein und der teilweise Ausschnitt kann durch eine Kappe abgeschlossen werden, nachdem der Diffusor bearbeitet ist.
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In einigen Ausführungsformen kann die Düse des Ejektors zusätzlich von außen angebracht sein oder wird einstückig mit dem Stapelverteiler gebildet.
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Der Verteilerkörper und der einstückig mit dem Verteilerkörper gebildete Ejektor können durch Schwerkraftgießen oder Druckgießen gebildet werden, wenn sie aus Metall hergestellt werden. Ferner können der Verteilerkörper und der einstückig mit dem Verteilerkörper gebildete Ejektor durch Blasformen oder Spritzgießen hergestellt werden, wenn sie aus Kunststoff hergestellt werden.
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Ein durch die vorliegende Erfindung bereitgestellter Brennstoffzellenstapelverteiler mit Ejektorfunktion weist die folgenden Vorteile auf.
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Erstens, da es möglich ist, einen Ejektor zu entfernen, der eine gesonderte Komponente des Verteilers darstellt, der typischerweise in der Brennstoffzelle umfasst ist, indem ein Stapelverteiler selbst mit einer Ejektorfunktion versehen wird, ist es möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren und den Herstellungsprozess zu vereinfachen.
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Zweitens, da es keine Verbindungsstellen zwischen dem Stapelverteiler und dem Ejektor gibt, ist es möglich, die Abschnitte zu minimieren, die luftdicht gemacht werden müssen, und es gibt keine Notwendigkeit für eine Dichtung und ein Montageelement für die Luftdichtheit. Demzufolge ist es möglich, die Herstellungskosten und das Gewicht zu verringern.
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Drittens, da der Stapelverteiler und der Ejektor einstückig gebildet sind, nimmt ein Wärmeaustausch zwischen ihnen zu, so dass es möglich ist, ein Einfrieren der Düse des Ejektors beim Kaltstarten zu vermindern und die Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur der Struktur des Ejektors zu erhöhen.
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Die obigen und weiteren Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele derselben im Detail beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche hierin nachstehend nur zur Veranschaulichung angegeben sind und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind. In den Figuren zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht, die einen Brennstoffzellenstapelverteiler mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 1;
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3 eine perspektivische Ansicht, die einen Installationszustand eines Brennstoffzellenstapelverteilers mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel zum Nachbearbeiten eines Brennstoffzellenstapelverteilers mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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5 eine Schnittdarstellung, die eine Verwendung eines Installationszustandes eines Brennstoffzellenstapelverteilers mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- Stapel
- 11
- Anodenauslass
- 12
- Anodeneinlass
- 13
- Verteilerkörper
- 14
- Venturirohr
- 15
- Diffusor
- 16
- Düse
- 17
- Ejektor
- 18
- Kanal
- 19
- Kappe
- 20
- Kathodeneinlass
- 21
- Kathodenauslass
- 22a, 22b
- Kühlwasserkanal
- 23
- Wasserstofftank
- 24
- Regler
- 25
- Durchflussregelventil
- 26
- Bearbeitungswerkzeug
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Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und die Arbeitsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Offenbarung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachstehend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei bestimmte Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, um die vorliegende Erfindung auf jene Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die vorliegende Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die Ausführungsbeispiele abzudecken, sondern ebenfalls verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente, und weitere Ausführungsformen, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der vorliegenden Erfindung umfasst sein können, wie dies durch die beigefügten Ansprüche beschrieben ist.
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Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybrid-Brennstoffzellenfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Brennstoffzellenelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeug usw. umfassen.
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BEISPIELE
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen für einen Durchschnittsfachmann beschrieben, um die vorliegende Erfindung leicht auszuführen.
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 und 2 zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Schnittdarstellung, die einen Brennstoffzellenstapelverteiler mit einer Ejektorfunktion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, und 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Installation/Konfiguration eines Brennstoffzellenstapelverteilers mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie in 1 bis 3 dargestellt, weist der Brennstoffzellenstapelverteiler, eine mit einem Stapel 10 gekoppelte Einheit zum Zuführen und Verteilen von Brennstoff, Luft und Kühlwasser für einen Betrieb eines Stapels, eine Struktur eines integrierten Venturi-Diffusors eines Ejektors in einer Anodenleitung des Stapelverteilers auf.
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Zu diesem Zweck weist ein Verteilerkörper 13 des Stapelverteilers einen Anodeneinlass 12 und einen Anodenauslass 11 zum Zuführen beziehungsweise Abführen von Brennstoff (Wasserstoff) zu und von dem Stapel 10, einen Kathodeneinlass 20 und einen Kathodenauslass 21 zum Zuführen beziehungsweise Abführen von Luft zu und von dem Stapel 10 und Kühlkanäle 22a und 22b zum Zuführen und Abführen von Kühlwasser auf.
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Der Verteilerkörper 13 weist eine im Wesentlichen rechteckige Plattenform auf, wobei der Kathodenauslass 21 und der Anodenauslass 11 oben und unten an einem Längsende des Körpers gebildet sind und der Anodeneinlass 12 und der Kathodeneinlass 20 oben und unten an dem anderen Längsende des Körpers gebildet sind. Die Kühlkanäle 22a und 22b sind zwischen dem Anodeneinlass 12 und dem Kathodeneinlass 20 beziehungsweise zwischen dem Kathodenauslass 21 und dem Anodenauslass 11 gebildet.
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Der Verteilerkörper 13 weist den Anodeneinlass 12, Anodenauslass 11, Kathodeneinlass 20, Kathodenauslass 21 und Kühlkanäle 22a, 22b auf, die jeweils in geschlossenem Kontakt mit dem Stapel 10 angebracht sind und Brennstoff, Sauerstoff und Kühlwasser zuführen können.
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Insbesondere weist der Verteilerkörper 13 einen integrierten Ejektor 17 auf, das heißt, ein Teil, das eine Funktion eines Ejektors ausübt, ist einstückig mit dem Verteiler 13 gebildet/geformt, so dass ein gesonderter Ejektor, der typischerweise im Stand der Technik verwendet wird, entfernt werden kann. Zu diesem Zweck umfasst der Ejektor 17 ein Venturirohr 14 und einen Diffusor 15, die einstückig mit dem Verteilerkörper 13 gebildet sind.
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Eine Düse 16 zum Zuführen von Wasserstoff kann an einer vorderen Seite des Venturirohrs 14 angebracht sein. Die Düse 16 ist innerhalb des Venturirohrs 14 angeordnet und kann Wasserstoff parallel zu der Achse des Venturirohrs einspritzen/einsprühen, und eine Wasserstoffleitung, die sich von einem nachstehend beschriebenen Wasserstofftank (23 in 5) erstreckt ist mit der Düse 16 verbunden. Die Düse kann zusätzlich an der Außenseite des Stapelverteilers angebracht sein oder kann mit dem Stapelverteiler als eine Einheit verbunden/kombiniert sein.
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Der Ejektor 17 ist dem Anodenauslass 11 und dem Anodeneinlass 12 an/auf dem Verteilerkörper 13 zwischengeschaltet, so dass an den Anodenauslass 11 abgeführter Wasserstoff zurückgeführt werden kann und Wasserstoff durch die Düse 16 zugeführt werden kann. Zum Beispiel kann der Ejektor 17, der das Venturirohr 14 und den Diffusor 15 aufweist, horizontal an dem Verteilerkörper 13 angeordnet sein, wobei ein vorderes Ende (stromaufwärts liegende Seite) des Diffusors 15 direkt mit dem Anodeneinlass 12 des Verteilerkörpers 13 verbunden ist und ein hinteres Ende (stromabwärts liegende Seite) des Venturirohrs 14 mit dem Anodenauslass 11 des Verteilerkörpers 13 in einem Winkel durch einen Kanal 18 verbunden ist.
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Das heißt, der Ejektor 17 kann direkt mit dem Anodeneinlass 12 durch den Diffusorteil in der gleichen Höhe wie der Anodeneinlass 12 des Verteilerkörpers 13 verbunden sein und ist mit dem Anodenauslass 11 an dem unteren Abschnitt durch den Venturiteil und einen Kanal 18 in einem Winkel verbunden. Offensichtlich kann der Kanal 18 ebenfalls einstückig mit dem Verteilerkörper 13 gebildet sein.
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Dementsprechend kann der zurückgeführte Wasserstoff, der von dem Anodenauslass 11 abgeführt wird, in den Anodeneinlass 12 durch den Kanal 18 und den Ejektor 17 strömen/fließen und der von der Düse 16 des Ejektors 17 zugeführte Wasserstoff kann ebenfalls in den Anodeneinlass 12 strömen/fließen.
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Der Ejektor 17, eine Art von Pumpe, die ein Fluid durch Erzeugen eines Niederdruckbereichs in ihrer Umgebung absorbiert und abführt, wenn das Fluid unter Druck mit einer hohen Geschwindigkeit von der Düse eingedüst/eingesprüht wird, ist aus der Düse 16, die ein primäres Fluid (Wasserstoff) unter Hochdruck bei einer hohen Geschwindigkeit eindüst/einsprüht, dem Venturirohr 14, das ein sekundäres Fluid (Anodenabgas) unter Verwendung des Venturi-Effekts absorbiert und es mit dem primären Fluid mischt, und einem Diffusor 15, der die Geschwindigkeit verringert und den Druck des Fluids erhöht, gebildet.
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Demzufolge wird die kinetische Energie des primären Fluids bei einer hohen Geschwindigkeit in kinetische Energie des gesamten Fluidgemisches in dem Venturirohr 14 umgewandelt und die Geschwindigkeit wird in Druck durch den Diffusor 15 mit einem zunehmenden Querschnitt umgewandelt, so dass das sekundäre Fluid von dem Ejektorauslass bei einem höheren Druck abgeführt wird, als wenn es durch den Ejektor 17 abgeführt wird, und dann an den Anodeneinlass 12 zugeführt wird.
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Als ein Verfahren zum Bilden/Formen des Verteilerkörpers 13 mit dem integrierten Ejektor 17 können Gießen/Formen und Druckgießen verwendet werden, wenn der Stapelverteiler aus Metall hergestellt wird, oder können Blasformen oder Spritzgießen verwendet werden, wenn der Stapelverteiler aus Kunststoff hergestellt wird.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel zum Nachbearbeiten eines Brennstoffzellenstapelverteilers mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 4 gezeigt, werden die Oberfläche des Venturirohrs 14 und des Diffusors 15 des Ejektors 17 zusätzlich bearbeitet, um die Qualität zu verbessern. Zum Beispiel, wenn der Verteiler 13 gebildet wird, wird das vordere Ende des Diffusors 15 des Ejektors 17 teilweise aufgeschnitten, die Innenseiten des Venturirohrs 14 und des Diffusors 15 werden durch ein Bearbeitungswerkzeug 26 durch den teilweisen Ausschnitt bearbeitet und dann wird der teilweise Ausschnitt durch eine Kappe abgeschlossen.
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Das heißt, wenn ein zusätzliches Bearbeiten angewendet wird, um die Oberflächenqualität der Venturi-/Diffusorstruktur des Ejektors zu verbessern, wird die Struktur spritzgegossen, wobei die Kanäle teilweise aufgeschnitten werden, und dann wird die eine Kanalform aufweisend Kappe 19 nach dem Bearbeiten verklebt/verschweißt, so dass die aerodynamischen Eigenschaften verbessert werden können.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung, die eine Verwendung eines Installationszustandes eines Brennstoffzellenstapelverteilers mit einer Ejektorfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 5 gezeigt, ist eine Wasserstoffleitung von einem Wasserstofftank 23 an die Düse 16 des Ejektors 17 vorgesehen und ein Regler 24 und ein Durchflussregelventil 25 sind in der Wasserstoffleitung angeordnet.
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Dementsprechend wird der von dem Wasserstofftank 23 zugeführte Wasserstoff mit einer hohen Geschwindigkeit in das Venturirohr 14 durch die Düse 16 eingesprüht/eingedüst und der zurückgeführte Wasserstoff, der von dem Anodenauslass 11 abgeführt wird, strömt ebenfalls in das Venturirohr 14 des Ejektors 17 durch den Kanal 18.
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Demzufolge wird die kinetische Energie des mit einer hohen Geschwindigkeit von der Düse 16 eingesprühten/eingedüsten Wasserstoffs in kinetische Energie des gesamten Fluidgemisches einschließlich des zurückgeführten Wasserstoffs in dem Venturirohr 14 umgewandelt, die Geschwindigkeit wird in Druck durch den Diffusor 15 mit einem zunehmenden Querschnitt umgewandelt und der zurückgeführte Wasserstoff wird von dem Ejektorauslass bei einem höheren Druck abgeführt, als wenn er durch den Ejektor 17 abgeführt wird, und dann an den Anodeneinlass 12 zugeführt.
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Wie oben beschrieben, ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren und den Herstellungsprozess zu vereinfachen, indem ein Ejektor einstückig mit einem Stapelverteiler gebildet wird.
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Zum Beispiel gibt es Anforderungen beim Bilden/Bearbeiten und Prüfen eines Stapelverteilers, Bilden, Bearbeiten, Montieren und Prüfen eines Ejektors, Montieren eines Stapelverteilers und Ejektors, Prüfen der Luftdichtheit, Montieren eines Brennstoffaufbereitungssystems (fuel processing system – FPS) im Stand der Technik, aber es gibt Anforderungen beim Bilden/Bearbeiten eines Stapelverteilers → Prüfen der Luftdichtheit, Montieren eines FPS im Stand der Technik, so dass die Anzahl von Prozessen verringert werden kann.
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Ferner, da es keine Verbindungsstelle zwischen einem Stapelverteiler und einem Ejektor gibt, können die Abschnitte, die luftdicht gemacht werden müssen, minimiert werden. Zum Beispiel war die Luftdichtheit an zwei Positionen an den Venturi-/Diffusor-Verbindungsstellen eines Ejektors und einer Düsen-Verbindungsstelle im Stand der Technik erforderlich, aber die Luftdichtigkeit ist nur an einer Düse im Stand der Technik erforderlich, so dass die Luftdichtigkeit entsprechend sichergestellt werden kann.
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Ferner, da der Stapelverteiler und der Ejektor einstückig gebildet sind, kann ein Einfrieren der Düse beim Kaltstarten verringert werden und kann die Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur erhöht werden. Zum Beispiel weist der Stapelverteiler eine relativ höhere Temperatur als der FPS-Abschnitt in Kontakt mit dem Kühlwasser und dem Stapel (Wärmequelle) beim Kaltstarten auf, so dass er beim Kaltstarten vorteilhafter ist.
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Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben ausführlich beschrieben wurden, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Änderungen und Modifikationen von der Lehre der vorliegenden Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird, sind ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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