DE102017208270A1 - delivery unit - Google Patents

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Jochen Wessner
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Förderaggregat (8) für eine Brennstoffzellenanordnung. Das Förderaggregat (8) umfasst eine Düse (12) und einen Diffusor (16). Der Diffusor (16) ist über ein im Inneren des Förderaggregates (8) angeordnetes Einstellelement (18) in axiale Richtung (42) verstellbar.The invention relates to a delivery unit (8) for a fuel cell assembly. The delivery unit (8) comprises a nozzle (12) and a diffuser (16). The diffuser (16) can be adjusted in the axial direction (42) via an adjusting element (18) arranged in the interior of the delivery unit (8).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Förderaggregat für eine Brennstoffzellenanordnung und auf eine Verwendung desselben.The invention relates to a delivery unit for a fuel cell assembly and to a use thereof.

Stand der TechnikState of the art

Aus US 7,687,171 B2 ist ein Mehrstufen-Ejektor für ein Brennstoffzellensystem bekannt, der zumindest einen Ejektorhauptkörper zur Bereitstellung von Wasserstoff umfasst, wobei ein jeder der Ejektorkörper eine Anzahl von Düsen umfasst, die hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei vorbestimmte Lücken gelassen sind, deren Durchmesser an den entsprechenden Düsen sich vergrößern gesehen von einer Einlassseite des Ejektorhauptkörpers zu einer auswärtigen Seite desselben. Des Weiteren ist eine Anzahl von Unter-Einlässen gebildet auf einer äußeren Oberfläche des Ejektorhauptkörpers, der mit der Lücke oder den Lücken zwischen den einzelnen Düsen verbunden ist. In einem Gehäuse ist der Ejektorhauptkörper aufgenommen und umfasst einen Haupteinlass für die Aufnahme von rezirkuliertem Wasserstoff. Der Mehrstufen-Ejektor verbessert eine Systemleistung durch die Steigerung des der Menge rezirkulierten Wasserstoffs. Weiterhin wird zumindest ein Sicherheitsventil an einer Einlassposition des Ejektors vorgesehen, um definitiv den Rückstrom rezirkulierten Wasserstoffgases zu verhindern. Es ist zumindest eine Heizeinrichtung vorgesehen, die sich um den Ejektor erstreckt, um die Kaltstartfähigkeit zu verbessern.Out US 7,687,171 B2 For example, there is known a multi-stage ejector for a fuel cell system comprising at least one ejector main body for providing hydrogen, each of the ejector bodies comprising a number of nozzles arranged one behind the other leaving predetermined gaps whose diameters increase at the respective nozzles seen from an inlet side of the Ejektorhauptkörpers to an outward side thereof. Further, a number of sub inlets are formed on an outer surface of the ejector main body connected to the gap or the gaps between the individual nozzles. In a housing, the ejector main body is received and includes a main inlet for receiving recirculated hydrogen. The multi-stage ejector improves system performance by increasing the amount of recirculated hydrogen. Furthermore, at least one safety valve is provided at an inlet position of the ejector to definitely prevent the recirculated hydrogen gas from returning. At least one heater is provided which extends around the ejector to improve the cold start capability.

US 8,999,593 B2 bezieht auf einen Ejektor für eine Brennstoffzelle. Der Ejektor wird an einer Brennstoffzelle eingesetzt und umfasst einen Ejektorhauptkörper mit einem Einlassanschluss, einem Auslassanschluss, einem Sauganschluss und einem Anschluss für ein oxidierendes Gas. Ferner sind drei Kammern im Körper vorgesehen, sowie eine Düse mit einem Düsenloch, über welche das Brennstoffgas ausströmt, ferner ein Diffusor, welcher das über die Düse zugeführte Brennstoffgas und das von der Brennstoffzelle abgegebene Gas mischt und zum Sauganschluss zurückführt. Ferner ist ein nadelförmiges Bauteil auf einer Seite des Körpers aufgenommen, welches sich axial entlang der Düse erstreckt in einen in dieser vorgesehenen Hohlraum. Es sind ein erstes und ein zweites Diaphragma angeordnet, die einander gegenüberliegen. US 8,999,593 B2 refers to an ejector for a fuel cell. The ejector is used on a fuel cell and includes an ejector main body having an inlet port, an outlet port, a suction port, and an oxidizing gas port. Further, three chambers are provided in the body, and a nozzle having a nozzle hole through which the fuel gas flows, and a diffuser which mixes the fuel gas supplied through the nozzle and the gas discharged from the fuel cell and returns to the suction port. Further, a needle-shaped member is received on one side of the body, which extends axially along the nozzle in a space provided in this cavity. There are a first and a second diaphragm disposed opposite each other.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Förderaggregat für Brennstoffzellensysteme vorgeschlagen, wobei das Förderaggregat eine Düse und einen Diffusor aufweist und der Diffusor über ein im Inneren des Förderaggregats angeordnetes Einstellelement in axialer Richtung verstellbar ist. In vorteilhafter Weise ist der Diffusor so angeordnet, dass dieser einen ersten H2-Zulauf öffnet oder verschließt und gleichzeitig eine Spaltweite eines Ringspaltes, der zwischen dem in axiale Richtung verstellbaren Diffusor und der stationär im Förderaggregat angeordneten Düse ausgeführt ist, verstellt. Dadurch erfolgt eine Variation des Querschnittverhältnisses zwischen dem Ringspalt, durch den ein Treibgas aus dem ersten H2-Zulauf ausströmt, in Bezug auf den Strömungsquerschnitt für das mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates zu fördernden Rezirkulates und damit eine Regelung einer H2-Rezirkulation je nach Bedarf. Das Querschnittsverhältnis ARezirkulat / ARingspalt kann ein einem weiten Bereich zwischen 8 bis 50 variiert werden. Je kleiner der Strömungsquerschnitt am ersten H2-Zulauf eingestellt ist, eine desto höhere Austrittsgeschwindigkeit des über den ersten H2-Zulauf zuströmenden Treibgasmediums stellt sich ein. Je größer die Austrittsgeschwindigkeit des aus dem ersten H2-Zulauf austretenden Treibgasmediums ist, eine desto höhere Förderung kann mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregat eingestellt werden.According to the invention, a delivery unit for fuel cell systems is proposed, wherein the delivery unit has a nozzle and a diffuser and the diffuser is adjustable in the axial direction via a setting element arranged in the interior of the delivery unit. Advantageously, the diffuser is arranged so that it opens or closes a first H 2 inlet and at the same time a gap width of an annular gap, which is designed between the axially adjustable diffuser and the stationary arranged in the delivery unit nozzle, adjusted. This results in a variation of the cross-sectional ratio between the annular gap, through which a propellant gas flows out of the first H 2 inlet, with respect to the flow cross-section for the recirculating means to be conveyed by means of the delivery unit proposed according to the invention and thus a regulation of H 2 recirculation as required , The aspect ratio A recirculate / A annular gap can be varied over a wide range between 8 to 50. The smaller the flow cross-section is set on the first H 2 inlet, the higher the exit velocity of the propellant gas medium flowing in via the first H 2 inlet. The greater the exit velocity of the propellant gas leaving the first H 2 feed, the higher the delivery rate can be set with the delivery unit proposed according to the invention.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, ist der Diffusor an einer Lagerstelle aufgenommen, die das Einstellelement enthält. Das Einstellelement kann in vorteilhafter Weise als Elektromagnet ausgeführt sein. Die elektrischen Anschlüsse des Elektromagneten, durch welche eine Bestromung desselben erfolgt, sind aus dem Förderaggregat herausgeführt.Following the solution proposed by the invention, the diffuser is received at a bearing point containing the adjustment. The adjusting element can be designed in an advantageous manner as an electromagnet. The electrical connections of the electromagnet, through which an energization of the same takes place, are led out of the delivery unit.

Zwischen der stationär im Förderaggregat aufgenommenen Düse und dem in axiale Richtung verstellbaren Diffusor ist ein Ringspalt ausgebildet. In diesen Ringspalt mündet ein erster H2-Zulauf, über welchen Wasserstoff zuströmt, der als gasförmiges Treibmedium für ein zu förderndes weiteres gasförmiges Medium, im vorliegenden Falle insbesondere H2-Rezirkulat dient.Between the stationarily housed in the delivery unit nozzle and the adjustable in the axial direction diffuser an annular gap is formed. In this annular gap opens a first H 2 -Zulauf, flows through which hydrogen, which serves as a gaseous propellant medium for a further gaseous medium to be conveyed, in this case in particular H 2 recirculation.

Der Ringspalt zwischen der stationär im Förderaggregat angeordneten Düse und dem in axiale Richtung verstellbaren Diffusor ist einerseits durch eine Diffusorfläche und andererseits durch eine Düsenfläche begrenzt. Der Diffusor ist relativ zu der stationär im Förderaggregat angeordneten Düse in axiale Richtung verstellbar, so dass eine Ringspaltweite eines Ringspaltes zwischen der Düsenfläche und der Diffusorfläche variiert werden kann.The annular gap between the stationarily arranged in the delivery unit nozzle and the adjustable in the axial direction diffuser is limited on the one hand by a diffuser surface and on the other hand by a nozzle surface. The diffuser is adjustable in the axial direction relative to the stationary stationary in the delivery unit nozzle, so that an annular gap width of an annular gap between the nozzle surface and the diffuser surface can be varied.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der in axiale Richtung aktiv verstellbare Diffusor durch eine Feder in axiale Richtung vorgespannt. In Ruhestellung drückt die Feder den Diffusor in Richtung auf einen Sitz, mit welchem der Diffusor den ersten H2-Zulauf verschließt. Die den Diffusor beaufschlagende Feder stützt sich ihrerseits an einem Einpressring ab, der in einen Pol des Förderaggregates eingepresst ist. Je nach Axialposition des in den Pol eingepressten Einpressrings kann der Federweg und die Vorspannkraft, mit der die Feder in Ruhestellung den Diffusor beaufschlagt, eingestellt werden. Der Diffusor verschließt in unbetätigtem Zustand des Einstellelementes mittels eines beispielsweise als Elastomer-Dichtring oder dergleichen ausgebildeten Dichtelementes den ersten H2-Zulauf. Wird das, insbesondere als Elektromagnet ausgebildete Einstellelement betätigt, wird der Diffusor in axiale Richtung entgegen der auf diesen wirkenden Vorspannkraft der Feder verstellt, so dass der erste H2-Zulauf freigegeben wird und andererseits gleichzeitig eine Spaltweite des Ringspaltes eingestellt wird. Der Verstellweg der Elektromagnetanordnung liegt zwischen 0 µm und 1000 µm, bevorzugt zwischen 0 µm und 500 µm und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0 µm und 300 µm in axiale Richtung. Je nach Bestromung des Betätigungselements, kann bei geöffneten ersten H2-Zulauf die Spaltweite des Ringspaltes zwischen der Düsenfläche und der Diffusorfläche verändert werden. Damit lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen, mit der gasförmiges H2 aus dem Ringspalt austritt und somit die H2-Rezirkulation beeinflusst.In a further embodiment of the solution proposed according to the invention, the diffuser, which is actively adjustable in the axial direction, is prestressed in the axial direction by a spring. At rest, the spring pushes the diffuser toward a seat, with which the diffuser the first H 2 -Zulauf closes. The spring acting on the diffuser in turn is supported on a press-in ring, which is pressed into a pole of the delivery unit. Depending on the axial position of the pressed-in in the pole press-in the spring travel and the biasing force with which the spring acts on the diffuser in the rest position can be adjusted. The diffuser closes in the unactuated state of the adjusting element by means of an example designed as an elastomeric sealing ring or the like sealing element, the first H 2 feed. If this, in particular designed as an electromagnet adjusting element, the diffuser is adjusted in the axial direction against the biasing force of the spring acting on it, so that the first H 2 -Zulauf is released and on the other hand, a gap width of the annular gap is adjusted simultaneously. The displacement of the electromagnet assembly is between 0 .mu.m and 1000 .mu.m, preferably between 0 .mu.m and 500 .mu.m and particularly preferably in the range between 0 .mu.m and 300 .mu.m in the axial direction. Depending on the energization of the actuating element, the gap width of the annular gap between the nozzle surface and the diffuser surface can be changed when the first H 2 inlet is open. This can be used to influence the flow rate at which gaseous H 2 emerges from the annular gap and thus influences the H 2 recirculation.

Eine bevorzugte Verwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates liegt in dessen Anwendung bei Brennstoffzellensystemen.A preferred possibility of use of the conveying unit proposed according to the invention lies in its use in fuel cell systems.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die mit der erfindungsgemäßen Lösung einhergehenden Vorteile liegen darin, dass durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat eine aktive Verstellung des Diffusors über ein Einstellelement im Inneren des Förderaggregates erfolgt. So kann die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten H2-Zulauf austretenden als gasförmiges Treibmedium dienenden H2 beeinflusst und damit eine H2-Rezirkulation an einem Brennstoffzellensystem bedarfsgerecht geregelt werden. Durch die Variation der Strömungsquerschnitte von ARezirkulat / ARingspait wird bei konstantem Strömungsquerschnitt für das Rezirkulat, bei dem es sich insbesondere um H2 handelt, die Austrittsöffnung des Ringspaltes in den zentrale Strömungskanal vergrößert oder verkleinert, wodurch sich eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten H2-Zulauf austretenden gasförmigen Treibgas, d.h. H2 in den zentralen Strömungsquerschnitt einstellt. Um eine kompakte Bauweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates zu erreichen, ist das insbesondere als Elektromagnet ausgebildete Einstellelement in vorteilhafter Weise in eine Lagerstelle für den Diffusor integriert. Die elektrischen Anschlüsse, d.h. die Spulenanschlüsse, werden durch Bohrungen in einer Aufnahme und einem Deckel sowie am Pol zu beiden Seiten des Förderaggregates nach außen geführt. Die einzelnen Komponenten des Förderaggregates, ein Pol, die Düse sowie die in der Düse ausgebildete Lagerstelle für den in axiale Richtung verstellbaren Diffusor, können beispielsweise in Längsrichtung miteinander verschraubt sein. Anstelle einer Verschraubung der Komponenten können diese auch verstiftet oder auf andere Weise kraftschlüssig miteinander verbunden sein, so dass eine Zerlegung zu Wartungs- und Reinigungszwecken möglich bleibt.The advantages associated with the solution according to the invention lie in the fact that, by means of the delivery unit proposed according to the invention, an active adjustment of the diffuser takes place via an adjusting element in the interior of the delivery unit. Thus, the flow velocity of the emerging from the first H 2 -Zulauf serving as gaseous propellant H 2 can be influenced and thus a H 2 -Rezirkulation on a fuel cell system can be controlled as needed. By varying the flow cross sections of A recirculated / A Ringspait is at constant flow cross-section for the recirculated material, which is, in particular, H 2, increases the outlet opening of the annular gap in the central flow passage, or reduced, resulting in a reduction or enlargement of the flow velocity of the gaseous propellant gas leaving the first H 2 feed, ie, setting H 2 in the central flow cross section. In order to achieve a compact construction of the delivery unit proposed according to the invention, the adjusting element designed in particular as an electromagnet is advantageously integrated in a bearing point for the diffuser. The electrical connections, ie the coil terminals, are guided through holes in a receptacle and a cover and the pole on both sides of the delivery unit to the outside. The individual components of the delivery unit, a pole, the nozzle and the bearing point formed in the nozzle for the adjustable in the axial direction of the diffuser, for example, can be screwed together in the longitudinal direction. Instead of screwing the components, these can also be pinned or otherwise connected to one another in a force-fit manner, so that disassembly for maintenance and cleaning purposes remains possible.

Figurenlistelist of figures

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:

  • 1 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Förderaggregates mit axial verstellbarem Diffusor.
It shows:
  • 1 an embodiment of the delivery unit according to the invention with axially adjustable diffuser.

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß 1 ist eine Ausführungsvariante des Förderaggregates gemäß der Erfindung mit axial verstellbarem Diffusor zu entnehmen.The representation according to 1 shows an embodiment of the delivery unit according to the invention with axially adjustable diffuser.

Der Darstellung gemäß 1 ist ein Längsschnitt durch das rotationssymmetrisch zu seiner Symmetrieachse ausgebildete erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat 8 zu entnehmen. Dieses enthält einen Pol 10 und eine stationär im Förderaggregat 8 gelagerte Düse 12. Eine magnetische Trennung ist durch Bezugszeichen 14 bezeichnet. Das Förderaggregat 8 umfasst einen Diffusor 16, der im Wesentlichen ringförmig ausgeführt ist und mittels eines Einstellelementes 18, das insbesondere als Magnetspule ausgeführt ist, betätigt wird. Das Einstellelement 18 in Form einer Magnetspule ist innerhalb einer Lagerstelle 20 für den ringförmig ausgebildeten Diffusor 16 aufgenommen.The representation according to 1 is a longitudinal section through the rotationally symmetrical to its axis of symmetry formed according to the invention proposed delivery unit 8th refer to. This contains a pole 10 and a stationary in the delivery unit 8th mounted nozzle 12 , A magnetic separation is by reference numerals 14 designated. The delivery unit 8th includes a diffuser 16 which is made substantially annular and by means of an adjusting element 18 , which is designed in particular as a solenoid, is actuated. The adjustment element 18 in the form of a magnetic coil is inside a bearing 20 for the annular diffuser 16 added.

Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass der im Wesentlichen ringförmig ausgebildete Diffusor 16 durch eine Feder 24 in axiale Richtung beaufschlagt ist. Die Feder 24 stützt sich an einem Einpressring 22 ab. Der Einpressring 22 ist in den Pol 10 eingepresst. Je nach gewünschter Vorspannung, welche durch die Feder 24 auf den Diffusor 16 ausgeübt werden soll, erfolgt die Montage des Einpressringes 22 an der Innenmantelfläche des Poles 10. In Ruhestellung des Einstellelementes 18 drückt die sich am Einpressring 22 abstützende Feder 24 den Diffusor gegen die Düse 12. An einem Sitz, der zwischen der Düse 12 und dem Diffusor 16 gebildet ist, kann eine Elastomer-Dichtung 26 angeordnet sein, die bevorzugt ringförmig ausgebildet ist. Durch die Vorspannkraft, die durch die Feder 24 auf den Diffusor 16 ausgeübt wird, wird ein erster H2-Zulaufs 28 verschlossen. Durch den geschlossenen ersten H2-Zulauf 28 kann kein H2 in den Strömungsquerschnitt des Förderaggregates 8 gelangen. Das aus dem ersten H2-Zulauf 28 austretende H2 dient als gasförmiges Treibmedium für ein gasförmiges Rezirkulat, insbesondere H2-Rezirkulat, das über einen weiteren, zweiten Zulauf 36 im zentralen Strömungskanal des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 aus einem Brennstoffzellenstapel beispielsweise gefördert wird.From the illustration according to 1 shows that the essentially annular diffuser 16 by a spring 24 is acted upon in the axial direction. The feather 24 is supported by a press-fit ring 22 from. The press-fit ring 22 is in the pole 10 pressed. Depending on the desired preload, which by the spring 24 on the diffuser 16 is to be exercised, the assembly of the press-fit ring 22 on the inner circumferential surface of the pole 10 , At rest of the adjustment 18 presses on the press ring 22 supporting spring 24 the diffuser against the nozzle 12 , At a seat between the nozzle 12 and the diffuser 16 is formed, can be an elastomeric seal 26 be arranged, which is preferably annular. By the Preload force by the spring 24 on the diffuser 16 is exercised, a first H 2 -Zulaufs 28 is closed. Due to the closed first H 2 inlet 28 can not H 2 in the flow cross-section of the delivery unit 8th reach. The H 2 from the first -Zulauf 28 exiting H 2 is used as a gaseous driving medium for a gaseous recirculated material, in particular H 2 -Rezirkulat that a further, second inlet 36 in the central flow channel of the delivery unit proposed according to the invention 8th is conveyed from a fuel cell stack, for example.

Ein Magnetkreis 30 wird durch den Pol 10, die Düse 12 und den in axiale Richtung 42 verstellbaren Diffusor gebildet.A magnetic circuit 30 is through the pole 10 , the nozzle 12 and in the axial direction 42 adjustable diffuser formed.

Neben dem ersten H2-Zulauf 28 verfügt die stationär im Förderaggregat 8 aufgenommene Düse 12 über den einen zweiten H2-Zulauf 36. Über diesen zweiten H2-Zulauf 36 strömt gasförmiger Wasserstoff im zentralen Strömungsquerschnitt des Förderaggregates 8. Entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des über den ersten H2-Zulauf 28 in den zentralen Strömungskanal des Förderaggregates 8 einströmenden, als Treibmedium dienenden gasförmigen H2, wird über den zweiten Zulauf 36 zuströmendes Rezirkulat, insbesondere H2-Rezirkulat gefördert. Die Höhe der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten H2-Zulauf 28 in den zentralen Strömungsquerschnitt des Förderaggregates 8 einströmenden H2 bestimmt die Fördergeschwindigkeit des H2-Rezirkulates aus dem zweiten H2-Zulauf 36.In addition to the first H 2 -Zulauf 28 has the stationary in the delivery unit 8th recorded nozzle 12 via the second H 2 inlet 36. Via this second H 2 inlet 36 flows gaseous hydrogen in the central flow cross-section of the delivery unit 8th , According to the flow rate of the first H 2 inlet 28 into the central flow channel of the delivery unit 8th incoming, serving as a driving medium gaseous H 2 , via the second inlet 36 inflowing recirculate, in particular H 2 recirculated promoted. The height of the flow velocity of the first H 2 inlet 28 into the central flow cross section of the delivery unit 8th inflowing H 2 determines the conveying speed of the H 2 -Rezirkulates from the second H 2 -Zulauf 36th

Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass der erste H2-Zulauf 28 durch die Düse 12 verläuft und im Bereich eines Sitzes an der Elastomer-Dichtung 26 mündet. Wie bereits erwähnt, ist der erste H2-Zulauf 28 in Ruhestellung des Diffusors 16 aufgrund der Vorspannkraft, die durch die Feder 24 ausgeübt wird, verschlossen. Sobald das bevorzugt als Magnetspule ausgebildete Einstellelement 18 betätigt wird, wird der verstellbare Diffusor 16 aus seiner Ruhestellung im umbestromten Zustand des Einstellelementes angezogen und die Mündung des ersten H2-Zulaufes 28 in den zentralen Strömungsquerschnitt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 wird freigegeben. Entsprechend der Bestromung des insbesondere als Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18 weist die Mündungsstelle einen größeren oder einen kleineren Strömungsquerschnitt auf. Abhängig vom Strömungsquerschnitt an der Mündungsstelle des ersten H2-Zulaufs 28, stellt sich die Austrittsgeschwindigkeit bis aus dem ersten H2-Zulauf 28 in den zentralen Strömungsquerschnitt einschießenden gasförmigen Treibmediums ein.From the illustration according to 1 shows that the first H 2 feed 28 through the nozzle 12 runs and in the region of a seat on the elastomer seal 26 empties. As already mentioned, the first H 2 inlet 28 is at rest of the diffuser 16 due to the biasing force imposed by the spring 24 is exercised, closed. Once the preferred trained as a magnetic coil adjustment 18 is actuated, the adjustable diffuser 16 attracted from its rest position in umbestromten state of the adjustment and the mouth of the first H 2 inlet 28 in the central flow cross section of the present invention proposed delivery unit 8th will be released. According to the energization of the particular designed as a solenoid coil adjustment 18 the orifice has a larger or smaller flow area. Depending on the flow cross-section at the opening point of the first H 2 -Zulaufs 28 raises the exit speed from the first to a H 2 -Zulauf 28 in the central cross-sectional flow einschießenden gaseous blowing medium.

Eine aktive Verstellung des Diffusors 16 in axiale Richtung 42, erfolgt durch die Bestromung des bevorzugt als Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18, das gekapselt in der Lagerstelle 20 aufgenommen ist. Erfolgt eine Bestromung des Einstellelementes 18, wird der Diffusor 16 entgegen der Vorspannkraft, die durch die Feder 24 erzeugt wird, angezogen und der Sitz am Ende des ersten H2-Zulaufes 28 wird geöffnet. Gleichzeitig erfolgt das Öffnen des ersten H2-Zulaufs 28 je nach Bestromungsgrad des insbesondere als Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18 derart, dass eine Weite 46 eines Ringspaltes 44 verändert wird. Der Ringspalt 44 zwischen der stationär im Förderaggregat 8 angeordneten Düse 12 einerseits und dem in axiale Richtung 42 aktiv verstellbaren Diffusor 16 andererseits, wird je nach Bestromungsgrad des Einstellelementes 18 erweitert oder verengt.An active adjustment of the diffuser 16 in the axial direction 42 , Is effected by the energization of the preferably designed as a magnetic coil adjustment 18 That encapsulated in the depository 20 is included. If there is an energization of the adjustment 18 , becomes the diffuser 16 against the biasing force caused by the spring 24 is generated, tightened and the seat at the end of the first H 2 -Zulaufes 28 is opened. At the same time, the opening of the first H 2 inlet 28 takes place depending on the degree of energization of the adjusting element, which is designed in particular as a magnetic coil 18 such that a width 46 an annular gap 44 is changed. The annular gap 44 between the stationary in the delivery unit 8th arranged nozzle 12 on the one hand and in the axial direction 42 actively adjustable diffuser 16 on the other hand, depending on Bestromungsgrad the adjustment 18 expanded or narrowed.

Bei geöffnetem ersten H2-Zulauf 28 strömt gasförmiges H2 durch den Ringspalt 44 einer rezirkulierten H2-Strömung zu, die parallel zur Symmetrieachse 52 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 dieses durchströmt und dem Förderaggregat durch den zweiten H2-Zulauf 36 ungehindert zuströmt. Der Ringspalt 44 zwischen der Düse 12 und dem verstellbaren Diffusor 16 ist einerseits durch eine Düsenfläche 50 der stationär im Förderaggregat 8 angeordneten Düse 12 begrenzt und andererseits durch die Diffusorfläche 48 des in axiale Richtung 42 verstellbaren Diffusors 16 begrenzt. Der Ringspalt 44 verengt sich in Richtung seiner Mündungsstelle aufgrund der unterschiedlichen Neigungen der Diffusorfläche 48 und der stationären Düsenfläche 50, entsprechend der Axialposition des verstellbaren Diffusors 16. Bei nicht bestromtem Einstellelement 18 verschließt das in den verstellbaren Diffusor 16 eingelassene Dichtelement in Gestalt der Elastomer-Dichtung 26 den ersten H2-Zulauf 28. Dadurch hat der verstellbare Diffusor 16 eine Dichtfunktion, was bedeutet, dass bei geschlossenem ersten H2-Zulauf 28 ein Einströmen des als gasförmiges Treibmedium dienenden H2 verhindert ist, d.h. der erste H2-Zulauf 28 ist in diesem Falle abgeschaltet.When the first H 2 inlet 28 is open, gaseous H 2 flows through the annular gap 44 a recirculated H 2 flow, which is parallel to the axis of symmetry 52 the inventive proposed delivery unit 8th flows through this and the delivery unit flows through the second H 2 -Zulauf 36 unhindered. The annular gap 44 between the nozzle 12 and the adjustable diffuser 16 is on the one hand by a nozzle surface 50 the stationary in the delivery unit 8th arranged nozzle 12 limited and on the other hand by the diffuser surface 48 in the axial direction 42 adjustable diffuser 16 limited. The annular gap 44 narrows in the direction of its mouth due to the different inclinations of the diffuser surface 48 and the stationary nozzle surface 50 , according to the axial position of the adjustable diffuser 16 , When not energized adjustment 18 closes this in the adjustable diffuser 16 embedded sealing element in the form of elastomeric seal 26 the first H 2 inlet 28. This has the adjustable diffuser 16 a sealing function, which means that when the first H 2 inlet 28 is closed, an inflow of the serving as a gaseous propellant H 2 is prevented, ie the first H 2 -Zulauf 28 is turned off in this case.

Die magnetische Trennung 14 wird über einen bevorzugt gasdichten stoffschlüssigen Fügevorgang mit der Düse 12 und dem Pol 10 verbunden. Die nicht näher dargestellten Anschlüsse des bevorzugt als Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18, können durch Bohrungen in einer Aufnahme und einem Deckel des Förderaggregates 8 sowie im Pol 10 zu beiden Seiten des Förderaggregates 8 nach außen geführt werden.The magnetic separation 14 is via a preferably gas-tight cohesive joining process with the nozzle 12 and the pole 10 connected. The not shown terminals of the preferred designed as a solenoid adjusting element 18 , through holes in a receptacle and a cover of the delivery unit 8th as well as in the pole 10 on both sides of the pumping unit 8th be led to the outside.

Die in 1 gezeigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 hat der erste H2-Zulauf 28 einen Horizontalabschnitt 40 und einen Vertikalabschnitt 38. Mithin erstreckt sich der erste H2-Zulauf 28 im rechten Winkel durch das Material der Düse 12, die stationär im Förderaggregat 8 angeordnet ist. Fertigungstechnisch günstig lassen sich im Material der Düse 12 der besagte Vertikalabschnitt 38 sowie der Horizontalabschnitt 40 in besonders einfacher Weise als Bohrungen fertigen. Entsprechend des gewählten Bohrungsdurchmessers stellt sich ein den ersten H2-Zulauf 28 passierender gasförmige H2-Massenstrom durch durch den ersten H2-Zulauf 28 ein.In the 1 shown embodiment of the present invention proposed delivery unit 8th the first H 2 inlet 28 has a horizontal section 40 and a vertical section 38 , Thus, the first H 2 inlet 28 extends at right angles through the material of the nozzle 12 stationary in the delivery unit 8th is arranged. Manufacturing technology can be low in the material of the nozzle 12 the said vertical section 38 as well as the horizontal section 40 manufacture in a particularly simple manner as holes. According to the selected bore diameter raises 2 -Zulauf 28 of passing gaseous H 2 -Massenstrom through by the first H 2 -Zulauf 28 a a first H.

Während bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante rezirkuliertes gasförmiges H2 durch den zweiten Zulauf 36 der Düse 12 in den Hauptströmungsquerschnitt im Bereich der Symmetrieachse 52 des Förderaggregates 8 einströmt, kann durch den in axiale Richtung 42 verstellbaren Diffusor 16 bei Betätigung des als Magnetspule ausgebildete Einstellelement 18 ein Öffnen oder ein Verschließen des ersten H2-Zulaufes 28 erreicht werden. Nach Öffnen des ersten H2-Zulaufes 28 des Förderaggregates 8, kann bei entsprechender Bestromung des bevorzugt als Magnetspule ausgebildeten an der Lagerstelle 20 gelagerten Einstellelementes 18 eine Veränderung der Weite 46 des Ringspaltes 44 erreicht werden. Dadurch wiederum ist eine gezielte Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit des zuströmenden gasförmigen H2 je nach Bedarf möglich, insbesondere bei Teillastbetrieb. Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen H2, das an der Mündungsstelle des Ringspaltes 44 im Bereich der Symmetrieachse 52 des Förderaggregats 8 austritt, wird aufgrund des Strahlpumpeneffekts rezirkuliertes H2 aus dem Brennstoffzellenstapel in den zweiten Zulauf 36 geführt. Ist das bevorzugt als Magnetspule ausgebildete Einstellelement 18 hingegen unbestromt, so ist der erste H2-Zulauf 28 geschlossen, da dessen Austrittsstelle im Material der Düse 12 durch das eine Dichtfunktion ausübende Dichtelement in Form einer Elastomer-Dichtung 26 verschlossen ist. Mit Bezugszeichen 54 ist eine Nadel des als Strahlpumpe ausgebildeten Förderaggregats 8 bezeichnet.While at the in 1 illustrated embodiment recirculated gaseous H 2 through the second inlet 36 the nozzle 12 in the main flow cross-section in the region of the axis of symmetry 52 of the delivery unit 8th flows in, by the in the axial direction 42 adjustable diffuser 16 upon actuation of the solenoid designed as a setting element 18 opening or closing of the first H 2 inlet 28 can be achieved. After opening the first H 2 -Zulaufes 28 of the delivery unit 8th , With appropriate energization of the preferred trained as a magnetic coil at the bearing point 20 mounted adjustment 18 a change of the distance 46 of the annular gap 44 be achieved. In turn, a targeted influencing of the flow rate of the incoming gaseous H 2 is possible as needed, especially at partial load operation. Depending on the flow rate of the gaseous H 2 , at the mouth of the annular gap 44 in the area of the axis of symmetry 52 of the delivery unit 8th exits, due to the jet pump effect recirculated H 2 from the fuel cell stack in the second feed 36 guided. Is that preferably designed as a solenoid coil adjustment 18 however, energized, the first H 2 -Zulauf 28 is closed because its exit point in the material of the nozzle 12 by the sealing function performing sealing element in the form of an elastomeric seal 26 is closed. With reference number 54 is a needle of the pumping unit designed as a jet pump 8th designated.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

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Claims (11)

Förderaggregat (8) für Brennstoffzellensysteme, wobei das Förderaggregat (8) eine Düse (12) und einen Diffusor (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) über ein im Inneren des Förderaggregates (8) angeordnetes Einstellelement (18) in axialer Richtung (42) verstellbar ist.Delivery unit (8) for fuel cell systems, wherein the delivery unit (8) has a nozzle (12) and a diffuser (16), characterized in that the diffuser (16) via a in the interior of the delivery unit (8) arranged adjusting element (18) in axial direction (42) is adjustable. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) an einer Lagerstelle (20) aufgenommen ist, die das Einstellelement (18) enthält.Delivery unit (8) according to Claim 1 , characterized in that the diffuser (16) is received at a bearing (20) containing the adjusting element (18). Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (18) ein Elektromagnet ist.Delivery unit (8) according to Claim 1 , characterized in that the adjusting element (18) is an electromagnet. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Düse (12) und dem Diffusor (16) ein Ringspalt (44) ausgebildet ist.Delivery unit (8) according to Claim 1 , characterized in that between the nozzle (12) and the diffuser (16) an annular gap (44) is formed. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (44) durch eine Diffusorfläche (48) einerseits und eine Düsenfläche (50) andererseits begrenzt ist.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the annular gap (44) by a diffuser surface (48) on the one hand and a nozzle surface (50) on the other hand is limited. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) stationär im Förderaggregat (8) aufgenommen ist und der Diffusor (16) relativ zu dieser in axialer Richtung (42) verstellt wird.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle (12) is received stationarily in the delivery unit (8) and the diffuser (16) relative to this in the axial direction (42) is adjusted. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) durch eine Feder (24) in axiale Richtung (42) vorgespannt ist.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the diffuser (16) is biased by a spring (24) in the axial direction (42). Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24) sich an einem Einpressring (22) abstützt, der in einem Pol (10) des Förderaggregates (8) eingepresst ist.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the spring (24) is supported on a press-fit ring (22) which is pressed into a pole (10) of the delivery unit (8). Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) im unbetätigten Zustand des Einstellelementes (18) mittels eines Dichtelementes (26) einen ersten H2-Zulauf (28) verschließt.Delivery unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the diffuser (16) in the unactuated state of the adjusting element (18) by means of a sealing element (26) closes a first H 2 inlet (28). Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung des Einstellelementes (18) der erste H2-Zulauf in den Ringspalt (44) geöffnet ist und bei entsprechender Betätigung des Einstellelementes (18) eine Spaltweite (44) zwischen der Diffusorfläche (48) und der Düsenfläche (50) einstellbar ist.Conveying unit (8) according to one of the preceding claims, characterized in that for actuating the adjusting element (18) of the first H 2 -Zulauf in the annular gap (44) is open and with appropriate actuation of the adjusting element (18) a gap width (44) between the diffuser surface (48) and the nozzle surface (50) is adjustable. Verwendung des Förderaggregates (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Brennstoffzellensystem.Use of the delivery unit (8) according to one of Claims 1 to 10 in a fuel cell system.
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