DE102020215513A1

DE102020215513A1 - Fuel cell system and gas delivery module for a fuel cell system

Info

Publication number: DE102020215513A1
Application number: DE102020215513.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022122248A1

Abstract

Ein Gasfördermodul für ein Brennstoffzellensystem umfasst eine erste Strahlpumpe mit einer Mischkammer, einer in die Mischkammer mündenden Treibdüse zum Anschluss an eine Brennstoffzufuhrleitung, einem in die Mischkammer mündenden Rezirkulationsanschluss zum Anschluss an eine Rezirkulationsleitung und einem Diffusor, welcher mit der Mischkammer und einer ersten Auslassöffnung verbunden ist, die in einen Ablaufbereich zum Anschluss an eine Brennstoffzellenanordnung mündet, und eine zweite Strahlpumpe mit einer Mischkammer, einer in die Mischkammer mündenden Treibdüse zum Anschluss an die Brennstoffzufuhrleitung, einem in die Mischkammer mündenden Rezirkulationsanschluss, welcher mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe verbunden ist, und einem Diffusor, welcher mit der Mischkammer der zweiten Strahlpumpe und einer zweiten Auslassöffnung verbunden ist, die in den Ablaufbereich mündet.A gas delivery module for a fuel cell system comprises a first jet pump with a mixing chamber, a propulsion nozzle opening into the mixing chamber for connection to a fuel supply line, a recirculation connection opening into the mixing chamber for connection to a recirculation line and a diffuser, which is connected to the mixing chamber and a first outlet opening which opens into an outflow area for connection to a fuel cell arrangement, and a second jet pump with a mixing chamber, a propulsion nozzle opening into the mixing chamber for connection to the fuel supply line, a recirculation connection opening into the mixing chamber, which is connected to the mixing chamber of the first jet pump, and a diffuser which is connected to the mixing chamber of the second jet pump and a second outlet opening which opens into the discharge area.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Gasfördermodul für ein Brennstoffzellensystem.The present invention relates to a fuel cell system and a gas delivery module for a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen kommen zunehmend als Energiewandler, unter anderem auch in Fahrzeugen, zum Einsatz, um in einem Brennstoff, wie z.B. Wasserstoff, gespeicherte chemische Energie zusammen mit Sauerstoff direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Brennstoffzellen weisen typischerweise eine Anode, eine Kathode und eine zwischen Anode und Kathode angeordnete elektrolytische Membrane auf. An der Anode erfolgt eine Oxidation des Brennstoffs und an der Kathode eine Reduktion des Sauerstoffs. Dabei entsteht auf der Kathodenseite Wasser.Fuel cells are increasingly used as energy converters, including in vehicles, to convert chemical energy stored in a fuel, such as hydrogen, directly into electrical energy together with oxygen. Fuel cells typically have an anode, a cathode, and an electrolytic membrane positioned between the anode and the cathode. The fuel is oxidized at the anode and the oxygen is reduced at the cathode. This creates water on the cathode side.

Typischerweise wird der Anode von Brennstoffzellen kontinuierlich gasförmiger Brennstoff im Überschuss zugeführt, das heißt, mehr Brennstoff, als bei einer gegebenen Zufuhrmenge an Sauerstoff an die Kathode stöchiometrisch notwendig wäre. Der Brennstoffüberschuss wird in der Regel rezirkuliert bzw. der Anode erneut zugeführt.Typically, the anode of fuel cells is continuously supplied with excess gaseous fuel, that is, more fuel than would be stoichiometrically necessary for a given amount of oxygen supplied to the cathode. The excess fuel is usually recirculated or fed back to the anode.

Die DE 10 2007 004 590 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einem Gasfördermodul, welches zwei parallel geschaltete Strahlpumpen aufweist. Jede der Strahlpumpen weist eine an eine Wasserstoffversorgung angeschlossene Treibdüse und einen Sauganschluss auf, an welchen jeweils eine Rezirkulationsleitung angeschlossen ist. Ein Ausgang der Strahlpumpen ist jeweils mit einer Brennstoffzufuhrleitung verbunden, welche an einen anodenseitigen Eingang eines Brennstoffzellenstacks angeschlossen ist. Die Rezirkulationsleitung ist an einen anodenseitigen Ausgang des Brennstoffzellenstacks angeschlossen. Die beiden Strahlpumpen sind einzeln bzw. selektiv betreibbar, um eine präzisere Anpassung der Brennstoffversorgung an den Leistungsbedarf, z.B. in einem Teillastbetrieb, zu ermöglichen.the DE 10 2007 004 590 A1 discloses a fuel cell system with a gas delivery module, which has two jet pumps connected in parallel. Each of the jet pumps has a propulsion nozzle connected to a hydrogen supply and a suction connection, to which a recirculation line is connected in each case. An outlet of the jet pump is connected to a fuel supply line, which is connected to an anode-side inlet of a fuel cell stack. The recirculation line is connected to an anode-side outlet of the fuel cell stack. The two jet pumps can be operated individually or selectively in order to enable a more precise adaptation of the fuel supply to the power requirement, for example in part-load operation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß sind ein Gasfördermodul für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen.According to the invention, a gas delivery module for a fuel cell system with the features of claim 1 and a fuel cell system with the features of claim 10 are provided.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Gasfördermodul für ein Brennstoffzellensystem eine erste Strahlpumpe mit einer Mischkammer, einer in die Mischkammer mündenden Treibdüse zum Anschluss an eine Brennstoffzufuhrleitung, einem in die Mischkammer mündenden Rezirkulationsanschluss zum Anschluss an eine Rezirkulationsleitung und einem Diffusor, welcher mit der Mischkammer und einer ersten Auslassöffnung verbunden ist, die in einen Ablaufbereich zum Anschluss an eine Brennstoffzellenanordnung mündet, und eine zweite Strahlpumpe mit einer Mischkammer, einer in die Mischkammer mündenden Treibdüse zum Anschluss an die Brennstoffzufuhrleitung, einem in die Mischkammer mündenden Rezirkulationsanschluss, welcher mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe verbunden ist, und einem Diffusor, welcher mit der Mischkammer der zweiten Strahlpumpe und einer zweiten Auslassöffnung verbunden ist, die in den Ablaufbereich mündet.According to a first aspect of the invention, a gas delivery module for a fuel cell system comprises a first jet pump with a mixing chamber, a propulsion nozzle opening into the mixing chamber for connection to a fuel supply line, a recirculation connection opening into the mixing chamber for connection to a recirculation line and a diffuser, which is connected to the mixing chamber and a first outlet opening, which opens into a discharge area for connection to a fuel cell arrangement, and a second jet pump with a mixing chamber, a propulsion nozzle opening into the mixing chamber for connection to the fuel supply line, a recirculation connection opening into the mixing chamber, which is connected to the mixing chamber of the first jet pump, and a diffuser, which is connected to the mixing chamber of the second jet pump and a second outlet opening, which opens into the drain area.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Bennstoffzellensystem ein Gasfördermodul nach einem dem ersten Aspekt der Erfindung, eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffeinlass, welcher mit dem Ablaufbereich des Gasfördermoduls verbunden ist, und einem Brennstoffauslass und eine mit dem Brennstoffauslass verbundene Rezirkulationsleitung, welche mit dem Rezirkulationsanschluss der ersten Strahlpumpe verbunden ist.According to a second aspect of the invention, a fuel cell system comprises a gas delivery module according to one of the first aspects of the invention, a fuel cell arrangement with at least one fuel cell, a fuel inlet, which is connected to the outflow area of the gas delivery module, and a fuel outlet, and a recirculation line connected to the fuel outlet, which is connected to the recirculation connection of the first jet pump.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, in einem Gasversorgungsmodul für ein Brennstoffzellensystem, welches mehrere parallel geschaltete Strahlpumpen aufweist, die Gas, wie z.B. Wasserstoff, in einen gemeinsamen Ablaufbereich fördern, einen einzigen gemeinsamen Anschluss für eine Rezirkulationsleitung vorzusehen und die Mischkammern der Strahlpumpen untereinander fluidisch leitend zu verbinden. Somit ist lediglich ein Anschluss zur physischen bzw. mechanischen und fluidisch leitenden Verbindung für die Rezirkulationsleitung, die mit einem anodenseitigen Ausgang einer Brennstoffzellenanordnung oder eines Brennstoffzellenstacks verbunden ist, an dem Gasfördermodul vorgesehen. Dieser Anschluss mündet in die Mischkammer einer ersten Strahlpumpe, wobei eine Mischkammer zumindest einer weiteren Strahlpumpe fluidisch leitend mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe verbunden ist. Die Strahlpumpen können gemeinsam oder selektiv einzeln betrieben werden. Wenn die erste Strahlpumpe, die einen direkt mit der Rezirkulationsleitung verbundenen bzw. verbindbaren Rezirkulationsanschluss aufweist, betrieben wird, saugt diese in ihrer Mischkammer Gas direkt aus der Rezirkulationsleitung an. Wenn die zweite oder allgemein eine weitere Strahlpumpe betrieben wird, deren Mischkammer fluidisch leitend mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe verbunden ist, saugt die weitere Strahlpumpe in ihrer Mischkammer Gas durch die Mischkammer der ersten Strahlpumpe aus der Rezirkulationsleitung an.One of the ideas on which the invention is based is to provide a single common connection for a recirculation line in a gas supply module for a fuel cell system, which has a number of jet pumps connected in parallel, which pump gas, such as hydrogen, into a common discharge area and the mixing chambers of the jet pumps are fluidic with one another to connect conductively. Thus, only one connection for the physical or mechanical and fluidically conductive connection for the recirculation line, which is connected to an anode-side outlet of a fuel cell arrangement or a fuel cell stack, is provided on the gas delivery module. This connection opens into the mixing chamber of a first jet pump, with a mixing chamber of at least one further jet pump being fluidically connected to the mixing chamber of the first jet pump. The jet pumps can be operated together or selectively individually. When the first jet pump, which has a recirculation connection that is or can be connected directly to the recirculation line, is operated, it draws in gas in its mixing chamber directly from the recirculation line. If the second or generally another jet pump is operated, the mixing chamber of which is fluidically connected to the mixing chamber of the first jet pump, the further jet pump sucks in gas in its mixing chamber through the mixing chamber of the first jet pump from the recirculation line.

Ein Vorteil der Gestaltung mit einem gemeinsamen Rezirkulationsanschluss bzw. lediglich einem externen Anschluss für die Rezirkulationsleitung an einer Strahlpumpe und einer internen fluidleitenden Verbindung zwischen den Mischkammern der Strahlpumpen besteht darin, dass ein sehr bauraumsparendes und kompaktes Gasfördermodul bereitgestellt wird. Ferner wird der Installationsaufwand vorteilhaft verringert, da die Rezirkulationsleitung lediglich mit einem Anschluss verbunden werden muss. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Rezirkulationsleitung des Brennstoffzellensystems einfacher gestaltet werden kann. Beispielsweise sind nicht zwangsläufig Abzweigungen in der Rezirkulationsleitung vorgesehen.An advantage of the design with a common recirculation connection or just an external connection for the recirculation line on a jet pump and an internal fluid-conducting connection between the mixing chambers of the jet pumps is that a very space-saving and compact gas delivery module is provided. Furthermore, the installation effort is advantageously reduced since the recirculation line only has to be connected to one connection. Another advantage is that the recirculation line of the fuel cell system can be designed more simply. For example, branches are not necessarily provided in the recirculation line.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Mischkammer der ersten Strahlpumpe und die Mischkammer der zweiten Strahlpumpe in einem gemeinsamen Gehäuseblock ausgebildet sind, wobei die Mischkammer der zweiten Strahlpumpe durch eine Verbindungsöffnung, welche den Rezirkulationsanschluss der zweiten Strahlpumpe bildet, fluidisch leitend mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe verbunden ist. Die Mischkammern der Strahlpumpen können somit als Hohlräume in einem vorzugsweise einstückigen Block, z.B. einem Metallblock ausgebildet und durch einen in dem Block ausgebildeten Kanal verbunden sein. Dadurch ergibt sich ein konstruktiv einfacher, leicht montierbarer und kompakter Zulaufbereich des Gasfördermoduls.According to some embodiments, it can be provided that the mixing chamber of the first jet pump and the mixing chamber of the second jet pump are formed in a common housing block, the mixing chamber of the second jet pump being fluidically conductive through a connection opening, which forms the recirculation connection of the second jet pump, with the mixing chamber of the first jet pump is connected. The mixing chambers of the jet pumps can thus be formed as cavities in a preferably one-piece block, for example a metal block, and connected by a channel formed in the block. This results in a structurally simple, easily mountable and compact inlet area of the gas delivery module.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Rezirkulationsanschluss der ersten Strahlpumpe durch eine Öffnung ausgebildet ist, welche gegenüberliegend zu der Verbindungsöffnung angeordnet ist. Insbesondere können sich eine Mittelachse der den Rezirkulationsanschluss der ersten Strahlpumpe bildenden Öffnung und eine Mittelachse der Verbindungsöffnung entlang einander, z.B. parallel zueinander erstrecken. Optional können sich die Mittelachsen dieser Öffnungen auch koaxial zueinander erstrecken. Durch die gegenüberliegende Anordnung werden die Strömungsverluste beim Ansaugen von Gas in die Mischkammer der zweiten Strahlpumpe durch die Mischkammer der ersten Strahlpumpe hindurch vorteilhaft verringert.According to some embodiments it can be provided that the recirculation connection of the first jet pump is formed by an opening which is arranged opposite to the connection opening. In particular, a central axis of the opening forming the recirculation connection of the first jet pump and a central axis of the connection opening can extend along one another, e.g. parallel to one another. Optionally, the central axes of these openings can also extend coaxially with one another. The opposite arrangement advantageously reduces the flow losses when gas is sucked into the mixing chamber of the second jet pump through the mixing chamber of the first jet pump.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die erste Strahlpumpe für eine größere Förderleistung ausgelegt ist als die zweite Strahlpumpe. Beispielsweise kann die erste Strahlpumpe dazu ausgelegt sein, einen in einem ersten Bereich liegenden Massenstrom zu fördern, und die zweite Strahlpumpe kann dazu ausgelegt sein, einen in einem zweiten Bereich liegenden Massenstrom zu fördern, wobei der erste Bereich größere Massenströme umfasst als der zweite Bereich. Somit kann z.B. in einem Teillastbetrieb des Brennstoffzellensystems lediglich die zweite Strahlpumpe betrieben werden und in einem Voll- oder Hochlastbetrieb kann die erste Strahlpumpe betrieben werden, optional alleine oder zusätzlich zu der zweiten Strahlpumpe. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, dass die Mischkammer der für höhere Massenströme ausgelegten ersten Strahlpumpe direkt mit der Rezirkulationsleitung verbindbar ist, während die Mischkammer der zweiten Strahlpumpe lediglich mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe fluidisch leitend verbunden ist. Dadurch wird eine Beeinflussung der Anströmung der ersten Strahlpumpe bei einem gleichzeitigen Betrieb der ersten und der zweiten Strahlpumpe verringert. Außerdem werden die Strömungsverluste dadurch weiter verringert.According to some embodiments, it can be provided that the first jet pump is designed for a greater delivery rate than the second jet pump. For example, the first jet pump can be designed to deliver a mass flow in a first range, and the second jet pump can be designed to deliver a mass flow in a second range, with the first range including larger mass flows than the second range. Thus, for example, only the second jet pump can be operated in a part-load operation of the fuel cell system and the first jet pump can be operated in a full or high-load operation, optionally alone or in addition to the second jet pump. In this case, it is particularly advantageous that the mixing chamber of the first jet pump, which is designed for higher mass flows, can be connected directly to the recirculation line, while the mixing chamber of the second jet pump is fluidly connected only to the mixing chamber of the first jet pump. This reduces the effect on the inflow of the first jet pump during simultaneous operation of the first and the second jet pump. In addition, the flow losses are thereby further reduced.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Diffusor der ersten Strahlpumpe zumindest in einem der Mischkammer der ersten Strahlpumpe zugewandten Bereich einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der Diffusor der zweiten Strahlpumpe in einem der Mischkammer der zweiten Strahlpumpe zugewandten Bereich. Dadurch können auf einfache Weise verschiedene Förderleistungen in den Strahlpumpen erzielt werden.According to some embodiments, it can be provided that the diffuser of the first jet pump has a larger flow cross section at least in an area facing the mixing chamber of the first jet pump than the diffuser of the second jet pump in an area facing the mixing chamber of the second jet pump. As a result, different delivery rates can be achieved in the jet pumps in a simple manner.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass ein erstes Rückschlagventil vorgesehen ist, welches an der ersten Auslassöffnung angeordnet und dazu ausgebildet ist, die erste Auslassöffnung in Bezug auf eine Rückströmung von dem Ablaufbereich in die Mischkammer dichtend zu verschließen. Alternativ oder zusätzlich kann ein zweites Rückschlagventil vorgesehen sein, welches an der zweiten Auslassöffnung angeordnet und dazu ausgebildet ist, die zweite Auslassöffnung in Bezug auf eine Rückströmung von dem Ablaufbereich in die Mischkammer der zweiten Strahlpumpe dichtend zu verschließen. Wenn eine der Strahlpumpen nicht betrieben wird, wird durch das Rückschlagventil der nicht betriebenen Pumpe vorteilhaft vermieden, dass eine Rückströmung durch die Auslassöffnung, durch welche die nicht betriebene Strahlpumpe mit dem Auslaufbereich verbunden ist, entweicht bzw. zurückströmt. Dadurch wird die Effizienz des Gasfördermoduls und des Brennstoffzellensystems insgesamt verbessert.According to some embodiments, it can be provided that a first check valve is provided, which is arranged on the first outlet opening and is designed to seal the first outlet opening with respect to a backflow from the outflow area into the mixing chamber. Alternatively or additionally, a second check valve can be provided, which is arranged on the second outlet opening and is designed to seal the second outlet opening with respect to a backflow from the outflow area into the mixing chamber of the second jet pump. If one of the jet pumps is not operated, the non-return valve of the pump that is not operated advantageously prevents a backflow from escaping or flowing back through the outlet opening, through which the jet pump that is not operated is connected to the outlet area. This improves the overall efficiency of the gas delivery module and the fuel cell system.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das erste Rückschlagventil als passiv betätigbares Ventil realisiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das zweite Rückschlagventil als passiv betätigbares Ventil realisiert ist. Demnach kann das Rückschlagventil allein durch einen Druck, der durch den Betrieb der jeweiligen Strahlpumpe an der jeweiligen Auslassöffnung herrscht, von einer Dichtposition, in welcher das Rückschlagventil die jeweilige Auslassöffnung abdichtet, in eine Freigabeposition gebracht werden, in welcher das Ventil die jeweilige Auslassöffnung zumindest teilweise freigibt. Somit wird ein besonders einfacher Betrieb des Gasfördermoduls gewährleistet.According to some embodiments, it can be provided that the first check valve is implemented as a passively actuable valve. Alternatively or additionally it can be provided that the second check valve as a passively operable Ven until is realized. Accordingly, the check valve can be brought from a sealing position, in which the check valve seals the respective outlet opening, into a release position, in which the valve at least partially closes the respective outlet opening, solely by a pressure that prevails at the respective outlet opening due to the operation of the respective jet pump releases. A particularly simple operation of the gas delivery module is thus ensured.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das erste Rückschlagventil als erstes Klappventil realisiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das zweite Rückschlagventil als zweites Klappventil realisiert ist. Klappventile bieten den Vorteil, dass große Öffnungsquerschnitt mit sehr geringen Betätigungskräften erzielbar sind. Somit sind Klappventile besonders als passive Ventile vorteilhaft. Weiterhin kann so eine sehr kostengünstige und konstruktiv einfache Lösung realisiert werden.According to some embodiments, it can be provided that the first check valve is implemented as a first flap valve. Alternatively or additionally, it can be provided that the second check valve is implemented as a second flap valve. Flap valves offer the advantage that large opening cross-sections can be achieved with very low actuation forces. Thus, flap valves are particularly advantageous as passive valves. Furthermore, a very cost-effective and structurally simple solution can be implemented in this way.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das erste Klappventil eine um eine erste Drehachse drehbar gelagerte erste Klappe aufweist, welche um die erste Drehachse zwischen einer Dichtposition, in welcher die erste Klappe die erste Auslassöffnung abdeckt, und einer Freigabeposition verschwenkbar ist, in welcher die erste Klappe die erste Auslassöffnung zumindest teilweise freigibt, und/oder dass das zweite Klappventil eine um eine zweite Drehachse drehbar gelagerte zweite Klappe aufweist, welche um die zweite Drehachse zwischen einer Dichtposition, in welcher die zweite Klappe die zweite Auslassöffnung abdeckt, und einer Freigabeposition verschwenkbar ist, in welcher die zweite Klappe die erste Auslassöffnung zumindest teilweise freigibt. Durch die drehbare Lagerung der Klappe um eine entsprechende, vorzugsweise im Bereich der jeweiligen Auslassöffnung angeordnete Drehachse, kann eine Öffnung des Ventils mit geringer Betätigungskraft durch das von der jeweiligen Strahlpumpe geförderte Gas erfolgen, so dass Strömungsverluste an dem Ventil vorteilhaft verringert werden.According to some embodiments, it can be provided that the first flap valve has a first flap which is mounted such that it can rotate about a first axis of rotation and which can be pivoted about the first axis of rotation between a sealing position, in which the first flap covers the first outlet opening, and a release position, in which the first flap at least partially uncovers the first outlet opening, and/or that the second flap valve has a second flap which is mounted rotatably about a second axis of rotation and can be pivoted about the second axis of rotation between a sealing position, in which the second flap covers the second outlet opening, and a release position is, in which the second flap releases the first outlet opening at least partially. Due to the rotatable mounting of the flap about a corresponding axis of rotation, preferably arranged in the region of the respective outlet opening, the valve can be opened with little actuating force by the gas delivered by the respective jet pump, so that flow losses at the valve are advantageously reduced.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die erste Klappe an einer die erste Auslassöffnung definierenden Struktur, insbesondere einem Gehäuse, gelagert ist und/oder dass die zweite Klappe an einer die zweite Auslassöffnung definierenden Struktur, insbesondere dem Gehäuse, gelagert ist. Beispielsweise kann der Diffusor der jeweiligen Strahlpumpe als Ausnehmung in einem Gehäuseblock realisiert sein. Auch ist denkbar, dass der Diffusor mit einem Hydraulikblock verbunden ist und dieser die Auslassöffnung definiert. Durch die Lagerung der Klappe direkt an der die jeweilige Auslassöffnung definierenden Struktur, kann die Dichtigkeit des Rückschlagventils vorteilhaft verbessert werden. Insbesondere können dadurch auch kleinere Toleranzen zwischen der Lagerung der Klappe und der Struktur erzielt werden.According to some embodiments it can be provided that the first flap is mounted on a structure defining the first outlet opening, in particular a housing, and/or that the second flap is mounted on a structure defining the second outlet opening, in particular the housing. For example, the diffuser of the respective jet pump can be implemented as a recess in a housing block. It is also conceivable that the diffuser is connected to a hydraulic block and that this defines the outlet opening. By mounting the flap directly on the structure defining the respective outlet opening, the tightness of the check valve can advantageously be improved. In particular, smaller tolerances between the mounting of the flap and the structure can also be achieved as a result.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das erste Klappventil eine erste Feder aufweist, welche die erste Klappe in die Dichtposition vorspannt und welche vorzugsweise als um die erste Drehachse wirkende Drehfeder ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das zweite Klappventil eine zweite Feder aufweist, welche die zweite Klappe in die Dichtposition vorspannt welche vorzugsweise als um die zweite Drehachse wirkende Drehfeder ausgeführt ist. Durch die Feder wird eine Andrückkraft, mit der die Klappe dichtend an die die Auslassöffnung umgebende Struktur angedrückt wird, vorteilhaft vergrößert. Somit wird die Dichtwirkung vorteilhaft weiter verbessert. Eine um die jeweilige Drehachse wirkende Drehfeder bietet zudem den Vorteil, dass sie besonders platzsparend integriert werden kann.According to some embodiments, it can be provided that the first flap valve has a first spring, which preloads the first flap into the sealing position and which is preferably designed as a torsion spring acting about the first axis of rotation. Alternatively or additionally, it can be provided that the second flap valve has a second spring, which preloads the second flap into the sealing position, which is preferably designed as a torsion spring acting about the second axis of rotation. The spring advantageously increases a pressing force with which the flap is pressed in a sealing manner against the structure surrounding the outlet opening. The sealing effect is thus advantageously further improved. A torsion spring acting around the respective axis of rotation also offers the advantage that it can be integrated in a particularly space-saving manner.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Gasfördermodul einen in Bezug auf die erste Drehachse ortsfest angeordneten ersten Anschlag, gegen den sich die erste Klappe in der Freigabeposition abstützt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Gasfördermodul einen in Bezug auf die zweite Drehachse ortsfest angeordneten zweiten Anschlag aufweisen, gegen den sich die zweite Klappe in der Freigabeposition abstützt. Beispielsweise kann der Anschlag derart angeordnet sein, dass die Klappe in der Freigabeposition im Vergleich zur Dichtposition um einen Drehwinkel kleiner 90 ° um die jeweilige Drehachse verschwenkt ist. Der Drehwinkel kann optional in einem Bereich zwischen 30° und 80°, insbesondere in einem Bereich zwischen 35° und 65° liegen. Durch den Anschlag wird eine definierte Freigabe- oder Öffnungsposition erzielt. Dies bietet den Vorteil, dass eine stabile Lage der Klappe in der Freigabeposition erzielt wird, so dass Fluktuationen oder Vibrationen verringert werden. Durch die Begrenzung des Drehwinkels auf kleiner 90° wird dieser Vorteil noch zuverlässiger erzielt. Ferner kann dadurch vorteilhaft eine gegebenenfalls notwendige Umlenkung der Strömung auf einfache Weise realisiert werden.According to some embodiments, the gas delivery module can have a first stop which is arranged in a stationary manner in relation to the first axis of rotation and against which the first flap is supported in the release position. Alternatively or additionally, it can be provided that the gas delivery module has a second stop which is arranged stationary in relation to the second axis of rotation and against which the second flap is supported in the release position. For example, the stop can be arranged in such a way that in the release position the flap is pivoted by an angle of rotation of less than 90° about the respective axis of rotation compared to the sealing position. The angle of rotation can optionally be in a range between 30° and 80°, in particular in a range between 35° and 65°. A defined release or opening position is achieved by the stop. This offers the advantage that a stable position of the flap is achieved in the release position, so that fluctuations or vibrations are reduced. By limiting the angle of rotation to less than 90°, this advantage is achieved even more reliably. Furthermore, any necessary deflection of the flow can thereby advantageously be implemented in a simple manner.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Ablaufbereich durch ein Plenum definiert ist, welches eine Ablauföffnung zum Anschluss an einen Brennstoffeinlass einer Brennstoffzellenanordnung aufweist. Wenn eines der Rückschlagventile als Klappventil realisiert ist, kann optional vorgesehen sein, dass die Ablauföffnung derart positioniert ist, dass eine aus der ersten oder der zweiten Auslassöffnung austretenden Strömung zu der Ablauföffnung hin umgelenkt wird, z.B. durch die erste oder die zweite Klappe. Der Ablaufbereich kann somit durch ein durch Wandungen begrenzter Hohlraum sein, wobei die Auslassöffnungen, durch welche die Strahlpumpen Gas in das Plenum fördern an einer ersten Wand ausgebildet sind, und eine Ablauföffnung, durch welche das Gas das Plenum verlässt, an einer zweiten Wand ausgebildet ist, die sich quer zu der ersten Wand erstreckt. Somit wird die Strömung in dem Plenum umgelenkt. Insbesondere in diesem Fall sind Klappenventile vorteilhaft, da sie auf einfache Weise dazu beitragen können, die Strömung in Richtung der Ablauföffnung umzuleiten. Allgemein bietet die Strömungsumlenkung den Vorteil, dass möglicherweise in der Strömung auftretende Druckschwankungen oder - pulsationen vermindert werden.According to some specific embodiments it can be provided that the outflow area is defined by a plenum which has an outflow opening for connection to a fuel inlet of a fuel cell arrangement. If one of the check valves is implemented as a flap valve, it can optionally be provided that the outlet opening is positioned in such a way that a flow emerging from the first or the second outlet opening is deflected towards the outlet opening, eg through the first or the second flap. The outflow area can thus be a cavity delimited by walls, with the outlet openings through which the jet pumps convey gas into the plenum being formed on a first wall, and an outflow opening through which the gas leaves the plenum being formed on a second wall , which extends across the first wall. Thus, the flow in the plenum is diverted. In this case in particular, flapper valves are advantageous as they can easily help to divert the flow towards the drain opening. In general, the flow deflection offers the advantage that pressure fluctuations or pulsations that may occur in the flow are reduced.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die erste Strahlpumpe und die zweite Strahlpumpe in einem gemeinsamen Gehäuseblock integriert sind. Beispielsweise können die Mischkammer und der Diffusor mehrerer Strahlpumpen als Hohlräume in einem vorzugsweise einstückigen Block, insbesondere einem Metallblock ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich ein kompakter und einfach montierbarer Aufbau mit einer minimalen Anzahl an Teilen. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere Strahlpumpen in einem Gehäuse als separate Bauteile unterzubringen. Durch die Zusammenfassung mehrerer Strahlpumpen in einem Block ergibt sich ein einfacher Aufbau des Gasfördermoduls.According to some embodiments, it can be provided that the first jet pump and the second jet pump are integrated in a common housing block. For example, the mixing chamber and the diffuser of several jet pumps can be designed as cavities in a preferably one-piece block, in particular a metal block. This results in a compact and easy to assemble structure with a minimum number of parts. However, it is also conceivable to accommodate several jet pumps in one housing as separate components. The combination of several jet pumps in one block results in a simple construction of the gas delivery module.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Schaltbildes eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische Schnittansicht eines Gasfördermoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:

1 a schematic representation of a hydraulic circuit diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention; and
2 a schematic sectional view of a gas delivery module according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference symbols designate identical or functionally identical components, unless otherwise stated.

1 zeigt rein schematisch ein Brennstoffzellensystem 200. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, umfasst das Brennstoffzellensystem 200 ein Gasfördermodul 100, eine Brennstoffzellenanordnung 201 und eine Rezirkulationsleitung 214. Als Teil des Brennstoffzellensystems 200 kann ferner eine Brennstoffzufuhrleitung 205 vorgesehen sein, welche eine gasleitende Verbindung zwischen einer Brennstoffquelle 202, wie z.B. einem Tank, und dem Gasfördermodul 100 herstellt. Optional kann das Brennstoffzellensystem 200 ferner ein oder mehrere Dosierventile 221, 223 aufweisen. 1 shows a fuel cell system 200 purely schematically. As in FIG 1 shown as an example, the fuel cell system 200 comprises a gas delivery module 100, a fuel cell arrangement 201 and a recirculation line 214. A fuel supply line 205 can also be provided as part of the fuel cell system 200, which is a gas-conducting connection between a fuel source 202, such as a tank, and the gas delivery module 100 manufactures. Optionally, the fuel cell system 200 can also have one or more metering valves 221, 223.

Die Brennstoffzellenanordnung 201 kann eine Vielzahl von zu einem Stack angeordneten Brennstoffzellen 210 aufweisen, wie dies in 1 beispielhaft gezeigt ist. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass lediglich eine Brennstoffzelle 210 vorgesehen ist. Wie in 1 schematisch dargestellt, kann jede Brennstoffzelle 210 eine Anode 231, eine Kathode 232 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 233, z.B. in Form einer Elektrolytmembrane aufweisen.The fuel cell arrangement 201 can have a multiplicity of fuel cells 210 arranged in a stack, as is shown in 1 is shown as an example. In principle, however, it is also conceivable that only one fuel cell 210 is provided. As in 1 shown schematically, each fuel cell 210 can have an anode 231, a cathode 232 and an electrolyte 233 arranged between them, for example in the form of an electrolyte membrane.

Wie dies in 1 schematisch dargestellt ist, kann die Brennstoffzellenanordnung 201 ferner einen Brennstoffeinlass 211, über welchen der Anode 231 gasförmiger Brennstoff, z.B. Wasserstoff oder Erdgas, zuführbar ist, und einen Brennstoffauslass 212 aufweisen, über welchen unverbrauchter bzw. nicht reagierter Brennstoff von der Anode 231 abführbar ist. Unverbrauchter Brennstoff, welcher an dem Brennstoffauslass 212 abgeführt wird, kann auch als Brennstoffüberschuss bezeichnet werden.Like this in 1 is shown schematically, the fuel cell arrangement 201 can also have a fuel inlet 211, via which the anode 231 can be supplied with gaseous fuel, for example hydrogen or natural gas, and a fuel outlet 212, via which unused or unreacted fuel can be removed from the anode 231. Unused fuel, which is discharged at the fuel outlet 212, can also be referred to as excess fuel.

Ferner kann die Brennstoffzellenanordnung 201 einen Sauerstoffeinlass 291, über welchen der Kathode 232 gasförmiger Sauerstoff, entweder als reiner Sauerstoff oder als in Umgebungsluft enthaltener Sauerstoff, zuführbar ist, und einen Produktauslass 292 aufweisen, über welchen unverbrauchter bzw. nicht reagierter Sauerstoff sowie chemische Reaktionsprodukte, insbesondere Wasser von der Kathode 232 abführbar sind.Furthermore, the fuel cell arrangement 201 can have an oxygen inlet 291, via which the cathode 232 can be supplied with gaseous oxygen, either as pure oxygen or as oxygen contained in the ambient air, and a product outlet 292, via which unused or unreacted oxygen and chemical reaction products, in particular Water from the cathode 232 can be removed.

Das Gasfördermodul 100 ist in 1 lediglich symbolisch dargestellt und weist eine erste Strahlpumpe 1, ein optionales erstes Rückschlagventil 2, eine zweite Strahlpumpe 3, ein optionales zweites Rückschlagventil 4 und einen Ablaufbereich 5 auf. Bevor das Gasfördermodul 100 im Detail anhand von 2 erläutert wird, wird nachfolgend das generelle Funktionsprinzip des Gasfördermoduls 100 in dem in 1 beispielhaft gezeigten Brennstoffzellensystem 200 erläutert.The gas delivery module 100 is in 1 shown only symbolically and has a first jet pump 1, an optional first check valve 2, a second jet pump 3, an optional second check valve 4 and an outflow area 5. Before the gas delivery module 100 in detail with reference to 2 is explained, the general functional principle of the gas delivery module 100 is explained below in the 1 Fuel cell system 200 shown as an example explained.

Wie in 1 schematisch gezeigt, sind ein Treibdüsenanschluss 11A der ersten Strahlpumpe 1 und ein Treibdüsenanschluss 31A der zweiten Strahlpumpe 3 jeweils mit der Brennstoffzufuhrleitung 205 verbunden. Beispielsweise kann die Brennstoffzufuhrleitung 205 je Strahlpumpe 1, 3 einen Abzweig 241, 243 aufweisen, welcher jeweils über ein Dosierventil 221, 223 mit dem jeweiligen Treibdüsenanschluss 11A, 31A verbunden ist, wie dies in 1 schematisch gezeigt ist. Die Dosierventile 221, 223 können z.B. als in ihrem Strömungsquerschnitt variierbare Regelventile realisiert sein. Wie in 1 weiterhin schematisch gezeigt ist, ist die Rezirkulationsleitung 214 mit dem Brennstoffauslass 212 der Brennstoffzellenanordnung 201 verbunden sowie mit einem Rezirkulationsanschluss 12 der ersten Strahlpumpe 1. Ein Rezirkulationsanschluss 32 der zweiten Strahlpumpe 3 ist mit der ersten Strahlpumpe 1 verbunden, insbesondere mit einer Mischkammer 10 der ersten Strahlpumpe 1, wie dies nachfolgend noch im Detail erläutert wird. Somit ist der Rezirkulationsanschluss 32 der zweiten Strahlpumpe 3 lediglich durch den Rezirkulationsanschluss 12 der ersten Strahlpumpe 1 fluidisch leitend mit der Rezirkulationsleitung 214 verbunden. Die erste Strahlpumpe 1 ist mit einer ersten Auslassöffnung 14 verbunden, welche in den Ablaufbereich 5 einmündet. Die zweite Strahlpumpe 3 ist mit einer zweiten Auslassöffnung 34 verbunden, welche ebenfalls in den Ablaufbereich 5 einmündet. Die erste und die zweite Strahlpumpe 1, 3 sind somit parallel geschaltet. Weiterhin ist eine Ablassöffnung 51 des Ablaufbereichs 5 mit dem Brennstoffeinlass 211 der Brennstoffzellenanordnung 201 verbunden, wie in 1 schematisch dargestellt.As in 1 shown schematically, a driving nozzle connection 11A of the first jet pump 1 and a driving nozzle connection 31A of the second jet pump 3 are each connected to the fuel supply line 205 . For example, the fuel supply line 205 can have a branch 241, 243 for each jet pump 1, 3, which is connected to the respective drive nozzle connection 11A, 31A via a metering valve 221, 223, as is shown in 1 is shown schematically. The metering valves 221, 223 can be implemented, for example, as control valves whose flow cross section can be varied. As in 1 Also shown schematically is the recirculation line 214 with the fuel outlet 212 of the fuel cell arrangement 201 and to a recirculation connection 12 of the first jet pump 1. A recirculation connection 32 of the second jet pump 3 is connected to the first jet pump 1, in particular to a mixing chamber 10 of the first jet pump 1, as will be explained in detail below. Thus, the recirculation connection 32 of the second jet pump 3 is fluidically conductively connected to the recirculation line 214 only through the recirculation connection 12 of the first jet pump 1 . The first jet pump 1 is connected to a first outlet opening 14 which opens into the outflow area 5 . The second jet pump 3 is connected to a second outlet opening 34 which also opens into the outflow area 5 . The first and the second jet pump 1, 3 are thus connected in parallel. Furthermore, a drain opening 51 of the drain area 5 is connected to the fuel inlet 211 of the fuel cell arrangement 201, as in FIG 1 shown schematically.

Die erste und die zweite Strahlpumpe 1, 3 können gleichzeitig oder einzeln bzw. selektiv betrieben werden. Allgemein wird zum Betrieb der jeweiligen Strahlpumpe 1, 3 das jeweilige Dosierventil 221, 223 geöffnet, z.B. indem dieses durch eine Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) entsprechend betätigt wird. Dadurch strömt gasförmiger Brennstoff, z.B. Wasserstoff, welcher durch die Brennstoffquelle 202 mit einem vorbestimmten Druck bereitgestellt wird, in die jeweilige Strahlpumpe 1, 3, wodurch diese über ihren Rezirkulationsanschluss 12, 32 aus der Rezirkulationsleitung 214 Brennstoffüberschuss aufgrund des bekannten Entrainmenteffekts ansaugt. Das Gas wird durch die jeweilige Strahlpumpe 1, 3 ferner an der entsprechenden Auslassöffnung 14, 34 in den Ablaufbereich 5 ausgestoßen und durch die Ablassöffnung 51 des Ablaufbereichs 5 dem Brennstoffeinlass 211 der Brennstoffzellenanordnung 201 zugeführt.The first and the second jet pump 1, 3 can be operated simultaneously or individually or selectively. In general, in order to operate the respective jet pump 1, 3, the respective metering valve 221, 223 is opened, e.g. by being actuated accordingly by a control device (not shown). As a result, gaseous fuel, e.g. hydrogen, which is provided by the fuel source 202 at a predetermined pressure, flows into the respective jet pump 1, 3, as a result of which this sucks in excess fuel from the recirculation line 214 via its recirculation connection 12, 32 due to the known entrainment effect. The gas is also ejected by the respective jet pump 1 , 3 at the corresponding outlet opening 14 , 34 into the outflow area 5 and is fed through the outflow opening 51 of the outflow area 5 to the fuel inlet 211 of the fuel cell arrangement 201 .

Wenn lediglich eine der mehreren Strahlpumpen 1, 3 betrieben wird, besteht die Gefahr, dass Brennstoff aus dem Ablaufbereich 5 durch die Auslassöffnung 14, 34, an die die nicht betriebene Strahlpumpe 1, 3 angeschlossen ist, zurückströmt. Beispielsweise kann es über den Rezirkulationsanschluss 12, 32 zu einem Strömungskurzschluss kommen. In dem in 1 beispielhaft dargestellten System 200 kann eine derartige Rückströmung durch die optionalen Rückschlagventile 2, 4 zuverlässig verhindert, wodurch die Effizienz des Brennstoffzellensystems 200 verbessert wird.If only one of the several jet pumps 1, 3 is being operated, there is a risk that fuel will flow back from the discharge area 5 through the outlet opening 14, 34 to which the jet pump 1, 3 that is not being operated is connected. For example, a flow short circuit can occur via the recirculation connection 12 , 32 . in the in 1 The system 200 shown by way of example can reliably prevent such a backflow through the optional check valves 2, 4, as a result of which the efficiency of the fuel cell system 200 is improved.

2 zeigt rein schematisch und beispielhaft ein Gasfördermodul 100 für ein Brennstoffzellensystem 200, z.B. für das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 200. Wie bereits erläutert, umfasst das Gasfördermodul 100 eine erste Strahlpumpe 1, ein optionales erstes Rückschlagventil 2, eine zweite Strahlpumpe 3, ein optionales zweites Rückschlagventil 4 und einen Ablaufbereich 5. 2 shows purely schematically and by way of example a gas delivery module 100 for a fuel cell system 200, for example for the 1 shown fuel cell system 200. As already explained, the gas delivery module 100 includes a first jet pump 1, an optional first check valve 2, a second jet pump 3, an optional second check valve 4 and an outflow area 5.

Wie in 2 schematisch dargestellt, weist die erste Strahlpumpe 1 eine Mischkammer 10, eine Treibdüse 11, einen Rezirkulationsanschluss 12 und einen Diffusor 13 auf. Wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann die Mischkammer 10 als ein Hohlraum definiert sein, welcher durch mehrere Wandungen begrenzt ist. Beispielsweise kann die Mischkammer 10 als Hohlraum in einem massiven Metallblock oder allgemein einem Gehäuseblock 150 ausgebildet sein. Die Treibdüse 11 kann allgemein als ein in die Mischkammer 10 hineinragendes Leitungsstück realisiert sein, welches den Treibdüsenanschluss 11A sowie eine in der Mischkammer 10 angeordnete Düsenöffnung 11B aufweist. In 2 ist rein beispielhaft gezeigt, dass die Treibdüse 11 der ersten Strahlpumpe 1 in das erste Dosierventil 221 integriert ist. Allgemein mündet die Treibdüse 11 in die Mischkammer 10. Der Diffusor 13 ist als ein Kanal ausgebildet, welcher sich entlang seiner Längserstreckung optional zunächst verjüngt und anschließend aufweitet. Der den Diffusor 13 bildende Kanal kann beispielsweise ebenfalls in dem Gehäuseblock 150 ausgebildet sein, wie dies in 2 schematisch gezeigt ist. Ein Eingang des Diffusors 13 ist mit der Mischkammer 10 verbunden, wobei die Düsenöffnung 11B vorzugsweise dem Eingang des Diffusors 13 zugewandt bzw. gegenüberliegt, wie dies in 2 beispielhaft gezeigt ist. Ein Ausgang des Diffusors 13 ist mit einer ersten Auslassöffnung 14 verbunden, welche in den Ablassbereich 5 mündet. Beispielsweise kann die erste Auslassöffnung 14 durch den Ausgang des Diffusors 13 gebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Ausgang des Diffusors 13 über einen Leitungsabschnitt mit der ersten Auslassöffnung 14 verbunden ist. Wie in 2 schematisch gezeigt, kann der Rezirkulationsanschluss 12 durch eine in die Mischkammer 10 mündende Öffnung 121 realisiert sein, über welche eine fluidleitende Verbindung mit der Rezirkulationsleitung 214 herstellbar ist.As in 2 shown schematically, the first jet pump 1 has a mixing chamber 10 , a driving nozzle 11 , a recirculation connection 12 and a diffuser 13 . As in 2 exemplified, the mixing chamber 10 may be defined as a cavity bounded by a plurality of walls. For example, the mixing chamber 10 can be formed as a cavity in a solid block of metal or generally a block of housing 150 . The driving nozzle 11 can generally be implemented as a piece of line which protrudes into the mixing chamber 10 and has the driving nozzle connection 11A and a nozzle opening 11B arranged in the mixing chamber 10 . In 2 is shown purely by way of example that the driving nozzle 11 of the first jet pump 1 is integrated into the first metering valve 221 . In general, the propulsion nozzle 11 opens into the mixing chamber 10. The diffuser 13 is designed as a channel which optionally first tapers and then widens along its longitudinal extension. The channel forming the diffuser 13 can, for example, also be formed in the housing block 150, as is shown in FIG 2 is shown schematically. An inlet of the diffuser 13 is connected to the mixing chamber 10, with the nozzle opening 11B preferably facing the inlet of the diffuser 13, as shown in FIG 2 is shown as an example. An outlet of the diffuser 13 is connected to a first outlet opening 14 which opens into the outlet area 5 . For example, the first outlet opening 14 can be formed by the outlet of the diffuser 13 . However, it is also conceivable that the outlet of the diffuser 13 is connected to the first outlet opening 14 via a line section. As in 2 shown schematically, the recirculation connection 12 can be realized by an opening 121 which opens into the mixing chamber 10 and via which a fluid-conducting connection to the recirculation line 214 can be established.

Wie in 2 weiterhin schematisch dargestellt ist, weist zweite Strahlpumpe 3 eine Mischkammer 30, eine Treibdüse 31, einen Rezirkulationsanschluss 32 und einen Diffusor 33 auf. Wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann die Mischkammer 30 als ein Hohlraum definiert sein, welcher durch mehrere Wandungen begrenzt ist. Beispielsweise kann die Mischkammer 30 als Hohlraum in einem massiven Metallblock oder allgemein einem Gehäuseblock 150 ausgebildet sein. Optional können die Mischkammer 10 der ersten Strahlpumpe 1 und die Mischkammer 30 der zweiten Strahlpumpe 3 in einem gemeinsamen Gehäuseblock 150 ausgebildet sein, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist. Beispielsweise kann der Gehäuseblock 150 mit den Mischkammern 10, 30 in einem Gießverfahren oder einem additiven Herstellungsverfahren gebildet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.As in 2 is also shown schematically, the second jet pump 3 has a mixing chamber 30 , a propulsion nozzle 31 , a recirculation connection 32 and a diffuser 33 . As in 2 Illustrated by way of example, the mixing chamber 30 may be defined as a cavity bounded by a plurality of walls. For example, the mixing chamber 30 may be formed as a cavity in a solid block of metal or a block of housing 150 in general. Optionally, the mixing chamber 10 of the first jet pump 1 and the mixing chamber 30 of the second jet pump 3 can be formed in a common housing block 150, as is shown in 2 is shown schematically. For example, the housing block 150 with the mixing chambers 10, 30 in a casting process or an additive manufacturing process. However, the invention is not limited to this.

Die Treibdüse 31 kann allgemein als ein in die Mischkammer 30 hineinragendes Leitungsstück realisiert sein, welches den Treibdüsenanschluss 31A sowie eine in der Mischkammer 10 angeordnete Düsenöffnung 31B aufweist. In 2 ist rein beispielhaft gezeigt, dass die Treibdüse 11 der ersten Strahlpumpe 1 in das erste Dosierventil 223 integriert ist. Allgemein mündet die Treibdüse 31 in die Mischkammer 30.The driving nozzle 31 can generally be implemented as a piece of line which protrudes into the mixing chamber 30 and has the driving nozzle connection 31A and a nozzle opening 31B arranged in the mixing chamber 10 . In 2 is shown purely as an example that the driving nozzle 11 of the first jet pump 1 is integrated into the first metering valve 223 . In general, the driving nozzle 31 opens into the mixing chamber 30.

Der Diffusor 33 ist als ein Kanal ausgebildet, welcher sich entlang seiner Längserstreckung optional zunächst verjüngt und anschließend aufweitet. Der den Diffusor 33 bildende Kanal kann beispielsweise ebenfalls in dem Gehäuseblock 150 ausgebildet sein, wie dies in 2 schematisch gezeigt ist. Ein Eingang des Diffusors 33 ist mit der Mischkammer 30 verbunden, wobei die Düsenöffnung 31B vorzugsweise dem Eingang des Diffusors 33 zugewandt bzw. gegenüberliegt, wie dies in 2 beispielhaft gezeigt ist. Ein Ausgang des Diffusors 33 ist mit einer zweiten Auslassöffnung 34 verbunden, welche in den Ablassbereich 5 mündet. Die zweite Auslassöffnung 34 kann beispielsweise durch den Ausgang des Diffusors 33 gebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Ausgang des Diffusors 33 über einen Leitungsabschnitt mit der zweiten Auslassöffnung 34 verbunden ist. Wie in 2 schematisch dargestellt, kann vorgesehen sein, dass der Diffusor 33 der zweiten Strahlpumpe 3 und der Diffusor 10 der ersten Strahlpumpe 1 unterschiedlich dimensioniert und damit für unterschiedliche Gasmassenströme ausgelegt sind. Beispielsweise kann die erste Strahlpumpe 1 für eine größere Förderleistung ausgelegt ist als die zweite Strahlpumpe 3. In 2 ist rein beispielhaft gezeigt, dass der Diffusor 33 der zweiten Strahlpumpe 3 in einem der Mischkammer 30 zugewandten Bereich enger ist und somit einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweist, als der Diffusor 13 der ersten Strahlpumpe 1 in diesem Bereich. Somit kann die zweite Strahlpumpe 3 z.B. für einen Teillastbetrieb des Brennstoffzellensystems 200 ausgelegt sein und die erste Strahlpumpe 1 kann für einen Vollastbetrieb ausgelegt sein.The diffuser 33 is designed as a channel which optionally initially tapers and then widens along its longitudinal extension. The channel forming the diffuser 33 can, for example, also be formed in the housing block 150, as is shown in FIG 2 is shown schematically. An inlet of the diffuser 33 is connected to the mixing chamber 30, with the nozzle opening 31B preferably facing the inlet of the diffuser 33, as shown in FIG 2 is shown as an example. An outlet of the diffuser 33 is connected to a second outlet opening 34 which opens into the outlet area 5 . The second outlet opening 34 can be formed by the outlet of the diffuser 33, for example. However, it is also conceivable for the outlet of the diffuser 33 to be connected to the second outlet opening 34 via a line section. As in 2 shown schematically, it can be provided that the diffuser 33 of the second jet pump 3 and the diffuser 10 of the first jet pump 1 are dimensioned differently and are therefore designed for different gas mass flows. For example, the first jet pump 1 is designed for a greater delivery rate than the second jet pump 3. In 2 is shown purely by way of example that the diffuser 33 of the second jet pump 3 is narrower in an area facing the mixing chamber 30 and thus has a smaller flow cross section than the diffuser 13 of the first jet pump 1 in this area. The second jet pump 3 can thus be designed, for example, for partial-load operation of the fuel cell system 200 and the first jet pump 1 can be designed for full-load operation.

Der Rezirkulationsanschluss 32 ist durch eine in die Mischkammer 30 mündende Öffnung realisiert, über welche eine fluidleitende Verbindung mit der Rezirkulationsleitung 214 herstellbar ist. Wie in 2 schematisch dargestellt, weist das Gasfördermodul 100 einen für beide Strahlpumpen 1, 3 gemeinsamen externen Rezirkulationsanschluss zum physischen bzw. mechanischen Anschluss der Rezirkulationsleitung auf, welcher durch den Rezirkulationsanschluss 12 der ersten Strahlpumpe 1 gebildet ist. Beispielsweise kann der Rezirkulationsanschluss 12 der ersten Strahlpumpe 1 hierbei durch eine in die die Mischkammer 10 der ersten Strahlpumpe 1 mündende Öffnung 121 ausgebildet sein. Die Mischkammer 30 der zweiten Strahlpumpe 3 kann insbesondere durch eine Verbindungsöffnung 132 fluidisch leitend mit der Mischkammer 10 der ersten Strahlpumpe 1 verbunden sein, wie dies in 2 gezeigt ist. Wie in 2 ferner erkennbar ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Mittelachse M121 der Öffnung 121 und eine Mittelachse M132 der Verbindungsöffnung 132 koaxial zueinander angeordnet sind. Allgemein können die Öffnung 112 und die Verbindungsöffnung 132 einander gegenüberliegend angeordnet sein.The recirculation connection 32 is realized by an opening which opens into the mixing chamber 30 and via which a fluid-conducting connection to the recirculation line 214 can be established. As in 2 shown schematically, the gas delivery module 100 has an external recirculation connection common to both jet pumps 1 , 3 for the physical or mechanical connection of the recirculation line, which is formed by the recirculation connection 12 of the first jet pump 1 . For example, the recirculation connection 12 of the first jet pump 1 can be formed here by an opening 121 opening into the mixing chamber 10 of the first jet pump 1 . The mixing chamber 30 of the second jet pump 3 can be connected in a fluidically conductive manner to the mixing chamber 10 of the first jet pump 1, in particular by a connecting opening 132, as is shown in 2 is shown. As in 2 can also be seen, it can be provided in particular that a central axis M121 of the opening 121 and a central axis M132 of the connection opening 132 are arranged coaxially to one another. In general, the opening 112 and the connection opening 132 can be arranged opposite one another.

Die erste Strahlpumpe 1 und die zweite Strahlpumpe 3 können optional beide in ein und denselben Gehäuseblock 150 integriert sein. Wie dies in 2 schematisch gezeigt ist, können die Mischkammern 10, 30 und die Diffusoren 13, 33 hierbei beispielsweise in einem massiven Block ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Strahlpumpen 1, 3 jeweils separat realisiert sind. In diesem Fall können die Strahlpumpen 1, 3 optional in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Der Rezirkulationsanschluss 32 der zweiten Strahlpumpe 3 kann in diesem Fall beispielsweise durch ein Leitungsstück mit der Mischkammer 10 der ersten Strahlpumpe 1 fluidisch leitend verbunden sein. The first jet pump 1 and the second jet pump 3 can optionally both be integrated into one and the same housing block 150 . Like this in 2 is shown schematically, the mixing chambers 10, 30 and the diffusers 13, 33 can here be formed, for example, in a solid block. However, it is also conceivable that the jet pumps 1, 3 are each implemented separately. In this case, the jet pumps 1, 3 can optionally be housed in a common housing. In this case, the recirculation connection 32 of the second jet pump 3 can be connected to the mixing chamber 10 of the first jet pump 1 in a fluidically conducting manner, for example by a line piece.

Wie in 2 schematisch dargestellt, ist das optionale erste Rückschlagventil 2 an der ersten Auslassöffnung 14 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 2 kann z.B. als ein erstes Klappventil realisiert sein. In 2 ist das erste Rückschlagventil 2 lediglich als hydraulisches Schaltsymbol dargestellt. Allgemein ist das zweite Rückschlagventil 4 zwischen einer Dichtposition und einer Freigabeposition bewegbar. In der Dichtposition schließt das erste Rückschlagventil die erste Auslassöffnung 14 in Bezug auf eine Rückströmung von dem Ablaufbereich 5 in die Mischkammer 10 dichtend ab. In der Freigabeposition gibt das erste Rückschlagventil 2 die erste Auslassöffnung 14 zumindest teilweise frei, so dass Gas aus dem Diffusor 13 der ersten Strahlpumpe 1 in den Ablaufbereich 5 strömen kann. Das optionale erste Rückschlagventil 2 kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass es durch das von der ersten Strahlpumpe 1 durch die erste Auslassöffnung 14 ausgestoßene Gas, vorzugsweise ohne zusätzliche äußere Kraftaufbringung, aus der Dichtposition in die Freigabeposition bewegt werden kann. Somit kann das erste Rückschlagventil 2 als passiv betätigbares Ventil realisiert sein.As in 2 shown schematically, the optional first check valve 2 is arranged at the first outlet opening 14 . The first check valve 2 can be implemented as a first flap valve, for example. In 2 the first check valve 2 is only shown as a hydraulic circuit symbol. In general, the second check valve 4 can be moved between a sealing position and a release position. In the sealing position, the first check valve seals off the first outlet opening 14 in relation to a backflow from the outflow area 5 into the mixing chamber 10 . In the release position, the first check valve 2 releases the first outlet opening 14 at least partially, so that gas can flow out of the diffuser 13 of the first jet pump 1 into the discharge area 5 . The optional first check valve 2 can in particular be designed in such a way that it can be moved from the sealing position to the release position by the gas expelled by the first jet pump 1 through the first outlet opening 14, preferably without the application of additional external force. Thus, the first check valve 2 can be implemented as a passively operable valve.

Grundsätzlich ist das erste Rückschlagventil 2 nicht auf ein Klappventil begrenzt, sondern kann auch in anderer Weise realisiert sein. Allgemein ist das erste Rückschlagventil 2 an der ersten Auslassöffnung 14 angeordnet und dazu ausgebildet, die erste Auslassöffnung 14 in Bezug auf eine Rückströmung von dem Ablaufbereich 5 in die Mischkammer 10 dichtend zu verschließen.Basically, the first check valve 2 is not limited to a flap valve, but can also be implemented in a different way. In general, the first check valve 2 is arranged at the first outlet port 14 and designed to the to seal the first outlet opening 14 in relation to a return flow from the outlet area 5 into the mixing chamber 10 .

Wie in 2 ebenfalls schematisch dargestellt, ist das optionale zweite Rückschlagventil 4 an der zweiten Auslassöffnung 44 angeordnet. Das zweite Rückschlagventil 4 kann z.B. als ein zweites Klappventil realisiert sein. In 2 ist das zweite Rückschlagventil 4 lediglich als hydraulisches Schaltsymbol dargestellt. Allgemein ist das zweite Rückschlagventil 4 zwischen einer Dichtposition und einer Freigabeposition bewegbar. In der Dichtposition schließt das zweite Rückschlagventil 4 die zweite Auslassöffnung 34 in Bezug auf eine Rückströmung von dem Ablaufbereich 5 in die Mischkammer 30 dichtend ab. In der Freigabeposition gibt das zweite Rückschlagventil 4 die zweite Auslassöffnung 14 zumindest teilweise frei, so dass Gas aus dem Diffusor 33 der zweiten Strahlpumpe 3 in den Ablaufbereich 5 strömen kann. Das optionale erste Rückschlagventil 2 kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass es durch das von der zweiten Strahlpumpe 3 durch die zweite Auslassöffnung 34 ausgestoßene Gas, vorzugsweise ohne zusätzliche äußere Kraftaufbringung, aus der Dichtposition in die Freigabeposition bewegt werden kann. Somit kann das zweite Rückschlagventil 4 als passiv betätigbares Ventil realisiert sein.As in 2 also shown schematically, the optional second check valve 4 is arranged at the second outlet opening 44 . The second check valve 4 can be implemented as a second flap valve, for example. In 2 the second check valve 4 is only shown as a hydraulic circuit symbol. In general, the second check valve 4 can be moved between a sealing position and a release position. In the sealing position, the second check valve 4 seals off the second outlet opening 34 in relation to a return flow from the outflow area 5 into the mixing chamber 30 . In the release position, the second check valve 4 releases the second outlet opening 14 at least partially, so that gas can flow out of the diffuser 33 of the second jet pump 3 into the outflow area 5 . The optional first check valve 2 can in particular be designed in such a way that it can be moved from the sealing position to the release position by the gas expelled by the second jet pump 3 through the second outlet opening 34, preferably without the application of additional external force. Thus, the second check valve 4 can be implemented as a passively operable valve.

Grundsätzlich ist das zweite Rückschlagventil 4 nicht auf ein Klappventil begrenzt, sondern kann auch in anderer Weise realisiert sein. Allgemein ist das zweite Rückschlagventil 4 an der zweiten Auslassöffnung 14 angeordnet und dazu ausgebildet, die zweite Auslassöffnung 14 in Bezug auf eine Rückströmung von dem Ablaufbereich 5 in die Mischkammer 10 dichtend zu verschließen.In principle, the second check valve 4 is not limited to a flap valve, but can also be implemented in a different way. In general, the second check valve 4 is arranged at the second outlet opening 14 and is designed to seal the second outlet opening 14 with respect to a backflow from the outflow area 5 into the mixing chamber 10 .

Der Ablaufbereich 5 ist allgemein als ein Volumen oder einen Hohlraum definiert, welcher auch als Plenum bezeichnet werden kann. In 2 ist der Ablaufbereich 5 lediglich symbolisch als Block dargestellt. Allgemein weist der Ablaufbereich eine Ablauföffnung 51 auf, welche zum Anschluss an den Brennstoffeinlass 211 der Brennstoffzellenanordnung 201 vorgesehen ist. Das Plenum 50 kann beispielsweise durch ein Gehäuse (nicht gezeigt) umgrenzt oder definiert sein. Das Gehäuse kann beispielsweise an dem Gehäuseblock 150 befestigt sein, z.B. an diesen angeflanscht seinThe drain area 5 is generally defined as a volume or cavity, which may also be referred to as a plenum. In 2 the run-off area 5 is shown only symbolically as a block. In general, the outflow area has an outflow opening 51 which is provided for connection to the fuel inlet 211 of the fuel cell arrangement 201 . For example, the plenum 50 may be bounded or defined by a housing (not shown). The housing can, for example, be fastened to the housing block 150, for example flanged onto it

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar. Beispielsweise ist das Gasfördermodul 100 nicht auf zwei Strahlpumpen 1, 3. Allgemein können zwei oder mehr Strahlpumpen vorgesehen sein, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei eine erste Strahlpumpe einen ersten Rezirkulationsanschluss zur Verbindung mit der Rezirkulationsleitung aufweist und wobei zumindest eine weitere Strahlpumpe einen Rezirkulationsanschluss aufweist, der mit der Mischkammer der ersten Strahlpumpe verbunden ist. Optional ist auch denkbar, dass eine der weiteren Strahlpumpen einen Rezirkulationsanschluss aufweist, welcher mit der Mischkammer der zweiten Strahlpumpe verbunden ist. Weiterhin ist auch denkbar, dass, zwei oder mehr Strahlpumpen vorgesehen sind, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei jede der Strahlpumpen mit jeweils einer in den Ablaufbereich mündenden Auslassöffnung verbunden ist, und wobei eine der Anzahl der Strahlpumpen entsprechende Anzahl an Rückschlagventilen vorgesehen ist, die dazu eingerichtet sind, die jeweilige Auslassöffnung gegen eine Rückströmung abzudichten.Although the present invention has been explained above by way of example using exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways. In particular, combinations of the above exemplary embodiments are also conceivable. For example, the gas delivery module 100 is not based on two jet pumps 1, 3. In general, two or more jet pumps can be provided which are connected in parallel to one another, with a first jet pump having a first recirculation connection for connection to the recirculation line and with at least one further jet pump having a recirculation connection , which is connected to the mixing chamber of the first jet pump. It is also optionally conceivable that one of the further jet pumps has a recirculation connection which is connected to the mixing chamber of the second jet pump. Furthermore, it is also conceivable that two or more jet pumps are provided, which are connected in parallel to one another, with each of the jet pumps being connected to a respective outlet opening opening into the discharge area, and with a number of check valves corresponding to the number of jet pumps being provided, which are set up to seal the respective outlet opening against a backflow.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102007004590 A1 [0004]

Claims

Gas delivery module (100) for a fuel cell system (200), having: a first jet pump (1) with a mixing chamber (10), a propulsion nozzle (11) opening into the mixing chamber (10) for connection to a fuel supply line (205), a Mixing chamber (10) opening recirculation connection (12) for connection to a recirculation line (214) and a diffuser (13), which is connected to the mixing chamber (10) and a first outlet opening (14) which leads into a drain area (5) for connection opens out to a fuel cell arrangement (201); and a second jet pump (3) with a mixing chamber (30), a propulsion nozzle (31) opening into the mixing chamber (30) for connection to the fuel supply line (205), a recirculation connection (32) opening into the mixing chamber (30), which connected to the mixing chamber (10) of the first jet pump (1), and a diffuser (33) which is connected to the mixing chamber (30) of the second jet pump (3) and a second outlet opening (34) which opens into the discharge area (5 ) ends.

Gas delivery module (100) after claim 1 , wherein the mixing chamber (10) of the first jet pump (1) and the mixing chamber (30) of the second jet pump (3) are formed in a common housing block (150), the mixing chamber (30) of the second jet pump (3) passing through a connecting opening (132), which forms the recirculation connection (32) of the second jet pump (3), is fluidically connected to the mixing chamber (10) of the first jet pump (1).

Gas delivery module (100) after claim 2 wherein the recirculation port (12) of the first jet pump (1) is formed by an opening (112) which is arranged opposite to the connection opening (132).

Gas delivery module (100) according to one of the preceding claims, wherein the first jet pump (1) is designed for a greater delivery capacity than the second jet pump (3).

Gas delivery module (100) after claim 4 , wherein the diffuser (13) of the first jet pump (1) has a larger flow cross-section, at least in one of the mixing chamber (11) of the first jet pump (1), than the diffuser (33) of the second jet pump (3) in one of the mixing chamber ( 31) the area facing the second jet pump (3).

Gas delivery module (100) according to one of the preceding claims, additionally comprising: a first check valve (2) which is arranged at the first outlet opening (14) and is designed to seal the first outlet opening (14) with respect to a return flow from the outlet region (5) into the mixing chamber (10); and/or a second check valve (4), which is arranged at the second outlet opening (34) and is designed to protect the second outlet opening (34) with regard to a return flow from the outflow area (5) into the mixing chamber (30) of the second jet pump (3) to be sealed.

Gas delivery module (100) after claim 6 , wherein the first check valve (2) and/or the second check valve (4) is implemented as a passively actuatable valve.

Gas delivery module (100) after claim 6 or 7 , wherein the first check valve (2) is implemented as a first flap valve (20) and/or the second check valve (4) as a second flap valve (40).

Gas delivery module (100) according to one of the preceding claims, wherein the first jet pump (1) and the second jet pump (2) are integrated in a common housing block (150).

Fuel cell system (200) comprising: a gas delivery module (100) according to any one of the preceding claims; a fuel cell arrangement (201) with at least one fuel cell (210), a fuel inlet (211), which is connected to the outlet area (5) of the gas delivery module (100), and a fuel outlet (212); a recirculation line (214) which is connected to the fuel outlet (212) and which is connected to the recirculation connection (12) of the first jet pump (1).