DE102020107703A1 - Suction jet pump, fuel cell device and motor vehicle with a fuel cell device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Saugstrahlpumpe (1) mit einer Düse (12), in der längsverschieblich eine Nadel (13) mit einem zylindrischen Nadelkörper (14) und einer sich verjüngende Nadelspitze (15) angeordnet ist und beabstandet von dem freien Ende der Nadelspitze (15) auf dem Nadelkörper (14) ein Dichtelement (16) angeordnet ist, das zwischen einer Dichtlage mit einer Anlage an einem Dichtsitz (17) der Düse (12) und einer Strömungslage verstellbar ist, wobei in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper (14) aus der Düse (12) hervorsteht. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennstoffzellenvorrichtung (1).The invention relates to a suction jet pump (1) with a nozzle (12), in which a needle (13) with a cylindrical needle body (14) and a tapered needle tip (15) is arranged so as to be longitudinally displaceable and at a distance from the free end of the needle tip (15) ) a sealing element (16) is arranged on the needle body (14), which is adjustable between a sealing position with a contact on a sealing seat (17) of the nozzle (12) and a flow position, the cylindrical needle body (14) from in the sealing position the nozzle (12) protrudes. The invention also relates to a fuel cell device (1) and a motor vehicle with such a fuel cell device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Saugstrahlpumpe mit einer Düse, in der längsverschieblich eine Nadel mit einem zylindrischen Nadelkörper und einer sich verjüngenden Nadelspitze angeordnet ist und beabstandet von dem freien Ende der Nadelspitze auf dem Nadelkörper ein Dichtelement angeordnet ist, das zwischen einer Dichtlage mit einer Anlage an einem Dichtsitz der Düse und einer Strömungslage verstellbar ist, wobei in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper aus der Düse hervorsteht. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennstoffzellenvorrichtung.The invention relates to a suction jet pump with a nozzle, in which a needle with a cylindrical needle body and a tapering needle tip is arranged so as to be longitudinally displaceable and a sealing element is arranged on the needle body at a distance from the free end of the needle tip, which is arranged between a sealing layer with a contact on a Sealing seat of the nozzle and a flow position is adjustable, with the cylindrical needle body protruding from the nozzle in the sealing position. The invention further relates to a fuel cell device and a motor vehicle with such a fuel cell device.

Brennstoffzellen dienen dazu, in einer chemischen Reaktion zwischen einem Brennstoff, in der Regel Wasserstoff, und einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel, in der Regel Luft, elektrische Energie bereitzustellen. Sofern der Leistungsbedarf dabei die durch die Brennstoffzelle bereitgestellte Leistung übersteigt, besteht die Möglichkeit, mehrere Brennstoffzellen in Serie zu einem Brennstoffzellenstapel zusammenzufassen, wobei sich allerdings der Bedarf an den bei der chemischen Reaktion beteiligten Reaktanten erhöht und kathodenseitig die Notwendigkeit besteht, die Luft in einem Verdichter zu komprimieren. Anodenseitig wird der Brennstoff zumeist aus einem Brennstoffreservoir bereitgestellt. Den Brennstoffzellen wird der Brennstoff und auch das Oxidationsmittel überstöchiometrisch zugeführt, um deren Effizienz zu maximieren. An den Brennstoffzellen nicht abreagierter Brennstoff wird zur Ressourcenschonung in einem Anodenkreislauf rezirkuliert, d.h. den Brennstoffzellen erneut zugeführt. Zur Förderung des Brennstoffes wird eine Saugstrahlpumpe mit dem Brennstoff als Treibmedium eingesetzt, die zugleich den nicht abreagierten Brennstoff aus dem Anodenkreislauf fördert.Fuel cells are used to provide electrical energy in a chemical reaction between a fuel, usually hydrogen, and an oxygen-containing oxidizing agent, usually air. If the power requirement exceeds the power provided by the fuel cell, it is possible to combine several fuel cells in series to form a fuel cell stack, although the need for the reactants involved in the chemical reaction increases and the cathode side requires the air in a compressor to compress. On the anode side, the fuel is usually provided from a fuel reservoir. The fuel and also the oxidizing agent are supplied to the fuel cells in an over-stoichiometric manner in order to maximize their efficiency. Fuel that has not reacted in the fuel cells is recirculated in an anode circuit to conserve resources, i.e. fed back to the fuel cells. To deliver the fuel, a suction jet pump is used with the fuel as the driving medium, which at the same time delivers the unreacted fuel from the anode circuit.

Die Saugstrahlpumpe ist dabei regelbar, um die Rezirkulationsfähigkeit lastpunktabhängig anpassen zu können. Die Regelbarkeit wird durch eine Veränderung des Querschnitts der Düse der Saugstrahlpumpe erreicht, wie dies beispielsweise in den Druckschriften US 8,999,593 B2 und EP 1 421 639 B1 beschrieben ist, bei denen eine Nadel mit einer konischen Spitze in der Düse verstellt wird. In der JP 2019009082 A ist eine Saugstrahlpumpe für eine Brennstoffzelle offenbart, der ein Brennstoff zugeführt wird, der reformiert werden muss, wozu eine Brennstoffpumpe den Brennstoff in eine Düse fördert, in der eine zweite Düse angeordnet, in die unter der Wirkung der Schwerkraft Wasser strömt und deren Querschnitt durch eine Nadel mit konischer Spitze verändert werden oder durch eine Dichtung versperrt werden kann. Hinter der zweiten Düse wird der Brennstoff mit dem Wasser gemischt zur Zuleitung in eine Reformereinheit. Diese Druckschrift zeigt auch ein dem Nadelkörper zugeordnetes Dichtelement zur Anlage an einem Dichtsitz.The suction jet pump can be regulated in order to be able to adjust the recirculation capacity depending on the load point. The controllability is achieved by changing the cross section of the nozzle of the suction jet pump, as is the case, for example, in the publications US 8,999,593 B2 and EP 1 421 639 B1 is described in which a needle with a conical tip is adjusted in the nozzle. In the JP 2019009082 A a suction jet pump for a fuel cell is disclosed, which is supplied with a fuel that has to be reformed, for which a fuel pump delivers the fuel into a nozzle in which a second nozzle is arranged, into which water flows under the action of gravity and whose cross section is through a Needle with a conical tip can be changed or blocked by a seal. After the second nozzle, the fuel is mixed with the water to be fed into a reformer unit. This publication also shows a sealing element assigned to the needle body for contact with a sealing seat.

In einer Brennstoffzellenvorrichtung ist die Kontrolle des Brennstoffs sowohl stromauf der Brennstoffzelle als auch stromab in der Rezirkulationsleitung ein wichtiger Sicherheitsaspekt, der eine entsprechend robuste Auslegung der Bauteile für die Kontrolle des Brennstoffstromes erfordert, insbesondere auch hinsichtlich dessen kompletter Absperrung. Weiterhin ist für eine gute Effizienz der Saugstrahlpumpe erforderlich, dass der freigegebene Düsenquerschnitt möglichst ringförmig ist, was eine koaxiale Ausrichtung der Achsen der Düse und der Nadel erfordert mit entsprechend hohen Anforderungen an die Fertigung und Lagerung der Nadel sowie den dafür benötigten Bauraum, um trotz des komplexen Aufbaus mit langen Toleranzketten die benötigten Vorgaben zu erreichen.In a fuel cell device, the control of the fuel both upstream of the fuel cell and downstream in the recirculation line is an important safety aspect, which requires a correspondingly robust design of the components for the control of the fuel flow, in particular with regard to its complete shutoff. Furthermore, for a good efficiency of the ejector pump it is necessary that the released nozzle cross-section is as ring-shaped as possible, which requires a coaxial alignment of the axes of the nozzle and the needle with correspondingly high demands on the manufacture and storage of the needle as well as the space required for it, in spite of the complex structure with long tolerance chains to achieve the required specifications.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Saugstrahlpumpe bereit zu stellen, bei der der Aufbau vereinfacht und die Fertigungskosten reduziert werden können. Aufgabe ist weiterhin, eine verbesserte Brennstoffzellenvorrichtung und ein verbessertes Kraftfahrzeug bereit zu stellen.The object of the present invention is to provide a suction jet pump in which the structure can be simplified and the production costs can be reduced. A further object is to provide an improved fuel cell device and an improved motor vehicle.

Diese Aufgabe wird durch eine Saugstrahlpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a suction jet pump with the features of claim 1, by a fuel cell device with the features of claim 7 and by a motor vehicle with the features of claim 9. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die eingangs genannte Saugstrahlpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere erforderliche oder vorteilhafte Funktionen in einem Bauteil vereinigt sind, nämlich die Druckregelfunktion, die Absperrfunktion und die Pumpfunktion, so dass weniger Einzelkomponenten erforderlich sind und die Fertigungskosten sinken. Auch wird dadurch weniger Bauraum benötigt. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper aus der Düse hervorsteht. Wäre dies nicht gegeben, würde also die Querschnittsregelung sofort nach dem Abheben des Dichtelements beginnen, so würde nicht der volle Vordruck des frischen Brennstoffes als Treibmedium an der Düse anliegen, da der größte Teil des Vordrucks bereits am Dichtquerschnitt gedrosselt würde. Es ist also gewährleistet, dass bei einem Öffnen des Ventils, also dem Abheben des Dichtelements von dem Dichtsitz, der volle Vordruck für den Aufbau der Saugströmung zur Verfügung steht.The suction jet pump mentioned at the beginning is characterized in that several necessary or advantageous functions are combined in one component, namely the pressure control function, the shut-off function and the pumping function, so that fewer individual components are required and production costs are reduced. This also means that less installation space is required. It is of particular importance that the cylindrical needle body protrudes from the nozzle in the sealing position. If this were not the case, i.e. the cross-section control would begin immediately after the sealing element was lifted off, the full pre-pressure of the fresh fuel would not be applied to the nozzle as the propellant, since most of the pre-pressure would already be throttled at the sealing cross-section. It is thus ensured that when the valve is opened, that is to say when the sealing element is lifted off the sealing seat, the full pre-pressure is available for building up the suction flow.

Es ist auch fertigungstechnisch von Vorteil, wenn das fest mit der Düsenwandung verbundene Dichtelement an einer Innenseite der Saugstrahlpumpe geführt ist, da dies die Führung der Nadel insgesamt verbessert.It is also advantageous from a manufacturing point of view if the sealing element, which is firmly connected to the nozzle wall, is on an inside of the Ejector pump is performed, as this improves the guidance of the needle overall.

In der Düse ist eine perforierte Ringscheibe auf dem zylindrischen Nadelkörper angeordnet, insbesondere radial und axial unverschieblich gegenüber diesem, die an einer Innenseite der Düse geführt ist. Auch dies dient einer Verbesserung der Führung der Nadel, so dass für deren Lagerung weniger Aufwand erforderlich ist.In the nozzle, a perforated annular disk is arranged on the cylindrical needle body, in particular radially and axially immovable relative to it, which is guided on an inside of the nozzle. This also serves to improve the guidance of the needle, so that less effort is required for its storage.

Bevorzugt ist es, wenn in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper mindestens 2 mm, vorzugsweise 3 mm und insbesondere 5 mm aus der Düse hervorsteht, wobei so auch gewährleistet werden kann, dass beabstandet zu der Düse mit ihrem Dichtsitz eine Eintrittsöffnung für das Treibmedium in die Saugstrahlpumpe führt, wobei der Abstand der Eintrittsöffnung zu dem Dichtsitz kleiner als die Länge des in der Dichtlage aus der Düse hervor stehenden zylindrischen Nadelkörpers ist.It is preferred if the cylindrical needle body protrudes at least 2 mm, preferably 3 mm and in particular 5 mm from the nozzle in the sealing position, whereby it can also be ensured that an inlet opening for the propellant into the suction jet pump is spaced from the nozzle with its sealing seat leads, the distance between the inlet opening and the sealing seat being smaller than the length of the cylindrical needle body protruding from the nozzle in the sealing position.

Die Vorteile der vorstehend geschilderten Saugstrahlpumpe zeigen sich besonders bei deren Verwendung in einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstofftank, der durch eine Brennstoffleitung mit einem Anodeneinlass eines mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstapels verbunden, von dem über einen Anodenauslass eine Brennstoffrezirkulationsleitung zu der Brennstoffleitung geführt ist, wobei in der Brennstoffleitung die den Brennstoff als Treibmedium nutzende Saugstrahlpumpe angeordnet ist, in die die Rezirkulationsleitung mündet.The advantages of the ejector pump described above are particularly evident when it is used in a fuel cell device with a fuel tank which is connected by a fuel line to an anode inlet of a fuel cell stack having at least one fuel cell, from which a fuel recirculation line is led to the fuel line via an anode outlet, in which Fuel line, the ejector pump using the fuel as a propellant is arranged, into which the recirculation line opens.

Die Saugstrahlpumpe ist in einem Diffusor angeordnet, in dem eine Zuleitung für das Saugmedium aus der Brennstoffrezirkulationsleitung ausgebildet ist, die zu dem freien Ende der Düse führt und an dem der Düse gegenüberliegenden Ende der Saugstrahlpumpe ein Ventilkörper angeordnet ist, in dem ein Antrieb für die Nadel aufgenommen ist.The ejector pump is arranged in a diffuser in which a feed line for the suction medium from the fuel recirculation line is formed, which leads to the free end of the nozzle and at the end of the ejector pump opposite the nozzle is arranged a valve body in which a drive for the needle is arranged is recorded.

Die vorstehend genannten Vorteile und Wirkungen gelten sinngemäß auch für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung der vorstehend genannten Art.The aforementioned advantages and effects also apply mutatis mutandis to a motor vehicle with a fuel cell device of the aforementioned type.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified, but also in other combinations or on their own, without the scope of the Invention to leave. Thus, embodiments are also to be regarded as encompassed and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, but which emerge and can be generated from the explained embodiments by means of separate combinations of features.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Saugstrahlpumpe,
  • 2 eine schematische Darstellung der Saugstrahlpumpe mit der Einbaulage des Ventils in einem Saugstrahlpumpendiffusor,
  • 3 eine schematische perspektivische Darstellung des Aufbaus des Ventils, teilweise geschnitten dargestellt,
  • 4 das Detail IV aus 3, mit dem Ventil in einer geöffneten Stellung außerhalb des Regelungsbereiches, und
  • 5 eine der 4 entsprechende Darstellung, mit dem Ventil in einer geöffneten Stellung innerhalb des Regelungsbereiches.
Further advantages, features and details of the invention emerge from the claims, the following description of preferred embodiments and on the basis of the drawings. Show:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell device with a suction jet pump,
  • 2 a schematic representation of the suction jet pump with the installation position of the valve in a suction jet pump diffuser,
  • 3 a schematic perspective representation of the structure of the valve, shown partially in section,
  • 4th detail IV 3 , with the valve in an open position outside the control range, and
  • 5 one of the 4th corresponding representation, with the valve in an open position within the control range.

Aus der 1 ist zu ersehen, dass bei dem zur Erläuterung der Erfindung gezeigten Teil einer Brennstoffzellenvorrichtung 1 anodenseitig ein Brennstofftank 10 vorliegt, aus dem Brennstoff durch eine Brennstoffleitung 5 einem mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstapel 4 zugeführt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Brennstoffzellen nur schematisch in ihrer seriellen Anordnung gezeigt. Des Weiteren liegt ein Anodenkreislauf 7 mit einer Brennstoffrezirkulationsleitung 2 vor, die von einem Anodenauslass 3 des Brennstoffzellenstapels 4 zu der Brennstoffleitung 5 stromauf eines Anodeneinlasses 6 geführt ist. Der Brennstoffrezirkulationsleitung 2 kann ein nicht näher gezeigter Anodenabscheider zugeordnet sein, um überschüssige Flüssigkeit aus dem Anodenkreislauf 7 zu entfernen. Da in einer Brennstoffzelle die Reaktanten überstöchiometrisch bereitgestellt sind, ist in die Rezirkulationsleitung 2 ein Rezirkulationsgebläse 8 eingebunden, um den in dem Brennstoffzellenstapel 4 mit mehreren Brennstoffzellen nicht umgesetzten Brennstoff jeweils erneut zuzuführen, mithin zu „rezirkulieren“. Das Rezirkulationsgebläse 8 kann aber auch entfallen, weil die Brennstoffrezirkulationsleitung 2 in eine regelbare Saugstrahlpumpe 9 der Brennstoffleitung 5 mündet, so dass unterschiedliche Anteile des dem Brennstofftank 10 entnommenen frischen Brennstoffes und des rezirkulierten Brennstoffes dem Anodeneinlass 6 des Brennstoffzellenstapels 4 erneut zugeführt werden können.From the 1 it can be seen that in the part of a fuel cell device shown to explain the invention 1 a fuel tank on the anode side 10 is present, from the fuel through a fuel line 5 a fuel cell stack having at least one fuel cell 4th is fed. In the exemplary embodiment shown, the fuel cells are only shown schematically in their serial arrangement. There is also an anode circuit 7th with a fuel recirculation line 2 in front of that from an anode outlet 3 of the fuel cell stack 4th to the fuel line 5 upstream of an anode inlet 6th is led. The fuel recirculation line 2 An anode separator (not shown) can be assigned to remove excess liquid from the anode circuit 7th to remove. Since the reactants are provided in a superstoichiometric amount in a fuel cell, there is a recirculation line 2 a recirculation fan 8th involved in the in the fuel cell stack 4th with several fuel cells to supply unconverted fuel again, thus to "recirculate" it. The recirculation fan 8th but can also be omitted because the fuel recirculation line 2 into an adjustable suction jet pump 9 the fuel line 5 opens out, so that different proportions of the fuel tank 10 withdrawn fresh fuel and the recirculated fuel to the anode inlet 6th of the fuel cell stack 4th can be fed again.

Optional ist in der Brennstoffrezirkulationsleitung 2 stromab oder alternativ stromauf des Rezirkulationsgebläses 8 ein Purgeventil 11 angeordnet, um den Anodenkreislauf zu spülen, sollte die im Anodenkreislauf 7 vorhandene Brennstoffkonzentration unter einen kritischen Wert fallen oder sollte der Anteil an Inertgasen darin zu groß werden.Optional is in the fuel recirculation line 2 downstream or, alternatively, upstream of the recirculation fan 8th a purge valve 11 arranged to flushing the anode circuit should be done in the anode circuit 7th existing fuel concentration fall below a critical value or should the proportion of inert gases therein become too large.

Der Aufbau der Saugstrahlpumpe 9 und deren Anordnung in der Brennstoffleitung 5 wird nachfolgend anhand der 2 bis 5 näher erläutert.The construction of the suction jet pump 9 and their arrangement in the fuel line 5 is explained below using the 2 until 5 explained in more detail.

In der Brennstoffleitung 5 ist die den Brennstoff als Treibmedium nutzende Saugstrahlpumpe 9 angeordnet. In einer Düse 12 der Saugstrahlpumpe 9 ist längsverschieblich eine Nadel 13 mit einem zylindrischen Nadelkörper 14 und einer sich verjüngenden, insbesondere konischen Nadelspitze 15 angeordnet. Beabstandet von dem freien Ende der Nadelspitze 15 ist auf dem Nadelkörper 14 ein Dichtelement 16 angeordnet, das zwischen einer Dichtlage mit einer Anlage an einem Dichtsitz 17 der Düse 12 und einer Strömungslage verstellbar ist, wobei in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper 14 aus der Düse 12 hervorsteht, wie dies in der die Dichtlage zeigenden 3 gezeigt ist. In der Dichtlage steht der zylindrische Nadelkörper 14 mindestens 2 mm, vorzugsweise 3 mm und insbesondere 5 mm aus der Düse hervor. Zu erkennen ist auch, dass ein anderes Kriterium für die Länge des aus der Düse 12 hervorstehenden zylindrischen Nadelkörpers 14 genutzt werden kann, nämlich Kennzeichen A5. Die Lage der Eintrittsöffnung ist dabei vorteilhaft im Hinblick auf den Druckverlust.In the fuel line 5 is the suction jet pump that uses the fuel as a propellant 9 arranged. In a nozzle 12th the suction jet pump 9 a needle can be moved lengthways 13th with a cylindrical needle body 14th and a tapered, in particular conical, needle tip 15th arranged. Spaced from the free end of the needle tip 15th is on the needle body 14th a sealing element 16 arranged between a sealing layer with an abutment on a sealing seat 17th the nozzle 12th and a flow position is adjustable, the cylindrical needle body in the sealing position 14th from the nozzle 12th protrudes, as in the one showing the sealing layer 3 is shown. The cylindrical needle body is in the sealing position 14th at least 2 mm, preferably 3 mm and in particular 5 mm from the nozzle. It can also be seen that another criterion for the length of the nozzle 12th protruding cylindrical needle body 14th can be used, namely identifier A5. The position of the inlet opening is advantageous with regard to the pressure loss.

Das Dichtelement 16 ist an einer Innenseite der Saugstrahlpumpe 9 geführt, wobei die Führung nicht mit dem gesamten Umfang erfolgt, um eine Strömung von der Eintrittsöffnung 18 durch den Dichtsitz 17 in die Düse 12 zu ermöglichen. Für diese Strömung ist auch in der Düse 12 eine perforierte Ringscheibe 19 auf dem zylindrischen Nadelkörper 14 angeordnet ist, die an einer Innenseite der Düse 12 geführt ist.The sealing element 16 is on the inside of the ejector pump 9 guided, the guidance not taking place with the entire circumference to a flow from the inlet opening 18th through the sealing seat 17th into the nozzle 12th to enable. For this flow is also in the nozzle 12th a perforated washer 19th on the cylindrical needle body 14th is arranged on an inside of the nozzle 12th is led.

Die Saugstrahlpumpe 9 ist in einem Diffusor 20 angeordnet, in dem eine Zuleitung 21 für das Saugmedium aus der Brennstoffrezirkulationsleitung 2 ausgebildet ist, die zu dem freien Ende der Düse 12 führt. An dem der Düse 12 gegenüberliegenden Ende der Saugstrahlpumpe 9 ist ein Ventilkörper 22 angeordnet, in dem ein Antrieb für die Nadel 13 aufgenommen ist (2).The suction jet pump 9 is in a diffuser 20th arranged in which a supply line 21 for the suction medium from the fuel recirculation line 2 is formed leading to the free end of the nozzle 12th leads. At that of the nozzle 12th opposite end of the ejector pump 9 is a valve body 22nd arranged in which a drive for the needle 13th is recorded ( 2 ).

Ausgehend von der in 3 gezeigten Situation, bei der das Dichtelement 16 auf dem Dichtsitz 17 der Düse 12 aufliegt und damit einen Zustrom des frischen Brennstoffes als Treibmedium sperrt und die Saugstrahlpumpe 9 die Funktion und Wirkung eines integrierten Ventils ausübt, kann zum Öffnen des Ventils durch den Antrieb die Nadel 13 axial in ihrer Längsrichtung verstellt werden, so dass sich die aus der 4 ersichtliche Konfiguration ergibt, in der das Dichtelement 16 von dem Dichtsitz 17 abgehoben ist. Das Ventil ist damit geöffnet, befindet sich aber noch nicht im Regelbereich, da sich noch der zylindrische Nadelkörper 14 in der Mündung der Düse 12 befindet. Es erfolgt dort also noch keine Querschnittsveränderung, so dass der volle Vordruck des Brennstoffes an der Düse 12 anliegt und nicht bereits am Dichtquerschnitt gedrosselt wird. Bei fortschreitender Verstellung der Nadel 13 gelangt der konische Bereich der Nadelspitze 15 in die Mündung der Düse 12, so dass über die Verstellung der Nadel 13 der Querschnitt geändert und geregelt werden kann. Diese Konfiguration ist in 5 gezeigt.Based on the in 3 situation shown in which the sealing element 16 on the sealing seat 17th the nozzle 12th rests and thus blocks an inflow of fresh fuel as a driving medium and the suction jet pump 9 exerts the function and effect of an integrated valve, the needle can be used to open the valve by means of the drive 13th can be adjusted axially in its longitudinal direction, so that the from the 4th apparent configuration results in which the sealing element 16 from the sealing seat 17th lifted off. The valve is now open, but is not yet in the control range because the cylindrical needle body is still in place 14th in the mouth of the nozzle 12th is located. So there is still no change in cross-section, so that the full pre-pressure of the fuel at the nozzle 12th is applied and is not already throttled at the sealing cross-section. With progressive adjustment of the needle 13th reaches the conical area of the needle tip 15th into the mouth of the nozzle 12th so that about adjusting the needle 13th the cross-section can be changed and regulated. This configuration is in 5 shown.

Die Verwendung einer derartigen Brennstoffzellenvorrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug bietet Kosten- und Effizienzvorteile und benötigt weniger Bauraum, da durch die Integration der Druckregelfunktion, der Absperrfunktion und der Pumpfunktion in einem Bauteil, nämlich der weiter entwickelten Saugstrahlpumpe 9 eine kompakte Bauweise mit weniger Komponenten vorliegt.The use of such a fuel cell device 1 in a motor vehicle offers cost and efficiency advantages and requires less installation space, since the integration of the pressure control function, the shut-off function and the pumping function in one component, namely the further developed suction jet pump 9 there is a compact design with fewer components.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BrennstoffzellenvorrichtungFuel cell device
22
BrennstoffrezirkulationsleitungFuel recirculation line
33
AnodenauslassAnode outlet
44th
BrennstoffzellenstapelFuel cell stack
55
BrennstoffleitungFuel line
66th
AnodeneinlassAnode inlet
77th
AnodenkreislaufAnode circuit
88th
RezirkulationsgebläseRecirculation fan
99
SaugstrahlpumpeSuction jet pump
1010
BrennstofftankFuel tank
1111
PurgeventilPurge valve
1212th
Düsejet
1313th
Nadelneedle
1414th
Zylindrischer NadelkörperCylindrical needle body
1515th
NadelspitzeNeedle point
1616
DichtelementSealing element
1717th
DichtsitzSealing seat
1818th
EintrittsöffnungInlet opening
1919th
RingscheibeWasher
2020th
DiffusorDiffuser
2121
ZuleitungSupply line
2222nd
VentilkörperValve body

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • EP 1421639 B1 [0003]EP 1421639 B1 [0003]
  • JP 2019009082 A [0003]JP 2019009082 A [0003]

Claims (9)

Saugstrahlpumpe (9) mit einer Düse (12), in der längsverschieblich eine Nadel (13) mit einem zylindrischen Nadelkörper (14) und einer sich verjüngenden Nadelspitze (15) angeordnet ist und beabstandet von dem freien Ende der Nadelspitze (15) auf dem Nadelkörper (14) ein Dichtelement (16) angeordnet ist, das zwischen einer Dichtlage mit einer Anlage an einem Dichtsitz (17) der Düse (12) und einer Strömungslage verstellbar ist, wobei in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper (14) aus der Düse (12) hervorsteht.Suction jet pump (9) with a nozzle (12) in which a longitudinally displaceable needle (13) with a cylindrical needle body (14) and a tapered needle tip (15) is arranged and spaced from the free end of the needle tip (15) on the needle body (14) a sealing element (16) is arranged, which can be adjusted between a sealing position with a contact with a sealing seat (17) of the nozzle (12) and a flow position, the cylindrical needle body (14) emerging from the nozzle (12) in the sealing position ) protrudes. Saugstrahlpumpe (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) an einer Innenseite der Saugstrahlpumpe (9) geführt ist.Suction jet pump (9) Claim 1 , characterized in that the sealing element (16) is guided on an inside of the suction jet pump (9). Saugstrahlpumpe (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düse (12) eine perforierte Ringscheibe (19) auf dem zylindrischen Nadelkörper (14) angeordnet ist, das an einer Innenseite der Düse (12) geführt ist.Suction jet pump (9) Claim 1 or 2 , characterized in that a perforated annular disk (19) is arranged on the cylindrical needle body (14) in the nozzle (12) and is guided on an inside of the nozzle (12). Saugstrahlpumpe (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper (14) mindestens 2 mm, vorzugsweise 3 mm und insbesondere 5 mm aus der Düse (12) hervorsteht.Suction jet pump (9) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that in the sealing position the cylindrical needle body (14) protrudes at least 2 mm, preferably 3 mm and in particular 5 mm from the nozzle (12). Saugstrahlpumpe (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zu der Düse (12) mit ihrem Dichtsitz eine Eintrittsöffnung (18) für den Brennstoff in die Saugstrahlpumpe (9) führt, und dass der Abstand der Eintrittsöffnung zu dem Dichtsitz (17) kleiner als die Länge des in der Dichtlage aus der Düse (12) hervor stehenden zylindrischen Nadelkörpers (14) ist.Suction jet pump (9) Claim 4 , characterized in that at a distance from the nozzle (12) with its sealing seat an inlet opening (18) for the fuel leads into the suction jet pump (9), and that the distance between the inlet opening and the sealing seat (17) is smaller than the length of the Sealing layer from the nozzle (12) protruding cylindrical needle body (14). Saugstrahlpumpe (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Düse (12) gegenüberliegenden Ende der Saugstrahlpumpe (9) ein Ventilkörper (22) angeordnet ist, in dem ein Antrieb für die Nadel aufgenommen ist.Suction jet pump (9) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a valve body (22), in which a drive for the needle is accommodated, is arranged at the end of the suction jet pump (9) opposite the nozzle (12). Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einem Brennstofftank (10), der durch eine Brennstoffleitung (5) mit einem Anodeneinlass (7) eines mindestens eine Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenstapels (4) verbunden, von dem über einen Anodenauslass (3) eine Brennstoffrezirkulationsleitung (2) zu der Brennstoffleitung (5) geführt ist, wobei in der Brennstoffleitung (5) eine den Brennstoff als Treibmedium nutzende Saugstrahlpumpe (9) angeordnet ist, in die die Rezirkulationsleitung (2) mündet, wobei in einer Düse (12) der Saugstrahlpumpe (9) längsverschieblich eine Nadel (13) mit einem zylindrischen Nadelkörper (14) und einer konischen Nadelspitze (15) angeordnet ist und beabstandet von dem freien Ende der Nadelspitze (15) auf dem Nadelkörper (14) ein Dichtelement (16) angeordnet ist, das zwischen einer Dichtlage mit einer Anlage an einem Dichtsitz (17) der Düse (12) und einer Strömungslage verstellbar ist, wobei in der Dichtlage der zylindrische Nadelkörper (14) aus der Düse hervorsteht.Fuel cell device (1) with a fuel tank (10) which is connected by a fuel line (5) to an anode inlet (7) of a fuel cell stack (4) having at least one fuel cell, from which a fuel recirculation line (2) to the Fuel line (5) is guided, wherein in the fuel line (5) an ejector pump (9) which uses the fuel as a propellant is arranged, into which the recirculation line (2) opens, with a longitudinally displaceable ejector pump (9) in a nozzle (12) of the ejector pump (9) Needle (13) with a cylindrical needle body (14) and a conical needle tip (15) is arranged and spaced from the free end of the needle tip (15) on the needle body (14) a sealing element (16) is arranged, which between a sealing layer with a system on a sealing seat (17) of the nozzle (12) and a flow position is adjustable, the cylindrical needle body (14) protruding from the nozzle in the sealing position ht. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstrahlpumpe (9) in einem Diffusor (20) angeordnet ist, in dem eine Zuleitung (21) für das Saugmedium aus der Brennstoffrezirkulationsleitung (2) ausgebildet ist, die zu dem freien Ende der Düse (12) führt.Fuel cell device (1) according to Claim 7 , characterized in that the ejector pump (9) is arranged in a diffuser (20) in which a feed line (21) is formed for the suction medium from the fuel recirculation line (2), which leads to the free end of the nozzle (12). Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8.Motor vehicle with a fuel cell device (1) according to Claim 7 or 8th .
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