DE102021207648A1

DE102021207648A1 - Strahlpumpe und Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102021207648A1
Application number: DE102021207648.3A
Authority: DE
Inventors: Fabian Leupolz; Wadim Kaiser; Alexander Stiefel; Jürgen Kraft; Mourad Lotfey
Original assignee: Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Current assignee: Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2023-01-19

Abstract

Um eine Strahlpumpe mit einer erhöhten Effizienz bereitzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Strahlpumpe Folgendes umfasst: eine Treibdüse mit einem Auslass wenigstens für primäres Gas, wobei der Auslass der Treibdüse in einer Ebene senkrecht zu einer Auslassrichtung des Treibgases einen Auslassquerschnitt aufweist; eine Mischkammer zum Mischen des primären Gases mit einem sekundären Gas; und einen Diffusor zum Entschleunigen des Mischgases.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlpumpe und ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Strahlpumpe. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine passive Rezirkulation für Brennstoffzellensysteme.
Ein Brennstoffzellenelement wandelt chemische Energie vorzugsweise mittels einer elektrochemischen Reaktion in elektrische Energie und umfasst typischerweise Elektroden, welche durch einen Elektrolyt voneinander getrennt sind. Aufgrund der niedrigen Betriebsspannung der einzelnen Brennstoffzellenelemente werden oftmals mehrere Brennstoffzellenelemente in einer Haltestruktur zu einem Brennstoffzellenstapel gestapelt und in Reihe geschaltet, um eine Ausgangsspannung des Gesamtsystems zu erhöhen.
Rezirkulationseinheiten werden vorzugsweise dazu verwendet, um einem Brennstoffzellenstapel einen Brennstoff und/oder ein Anodengas zuzuführen.
Brennstoffzellenstapel werden anodenseitig oftmals mit einer passiven Rezirkulationseinheit, welche eine oder mehrere Strahlpumpen („Ejektoren“) umfasst, betrieben. Herkömmliche Strahlpumpen benötigen im Allgemeinen lange Diffusoren, um hohe Gasrezirkulationsraten erzeugen zu können, was zu einem hohen Bauraumbedarf führt.
Im Gegensatz zu einer passiven Rezirkulationseinheit kann eine aktive Rezirkulationseinheit ein Gebläse umfassen oder durch dieses gebildet werden, wobei das Gebläse vorzugsweise dazu ausgebildet ist, einen Anodengasstrom anzutreiben.
Eine Leistung eines Brennstoffzellenstapels, welcher mit einer passiven Rezirkulationseinheit betrieben wird, kann im Vergleich zu einem Brennstoffzellenstapel, welcher mit einer aktiven Rezirkulationseinheit, das heißt mit einem Gebläse, betrieben wird, eingeschränkt sein. Eine Ursache hierfür kann ein geringerer Rezirkulationsvolumenstrom aufgrund der passiven Rezirkulationseinheit sein, was zu einer schlechteren Teillastfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels, welcher mit einer passiven Rezirkulationseinheit betrieben wird, im Vergleich zu einem Brennstoffzellenstapel, welcher mit einer aktiven Rezirkulationseinheit betrieben wird, führen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahlpumpe mit einer erhöhten Effizienz bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine verbesserte passive Rezirkulation in einem Brennstoffzellensystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strahlpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Strahlpumpe umfasst vorzugsweise Folgendes:

- eine Treibdüse mit einem Auslass wenigstens für primäres Gas;
- eine Mischkammer zum Mischen des primären Gases mit einem sekundären Gas; und
- einen Diffusor zum Entschleunigen des Mischgases aus primärem Gas und sekundärem Gas.

Vorzugsweise ist die Strahlpumpe für eine Verwendung in einer passiven Rezirkulationseinheit, beispielsweise für Brennstoffzellen, eingerichtet.
Die Strahlpumpe kann auch als „Ejektor“ bezeichnet werden.
Das primäre Gas kann eine primäre Treibströmung der Strahlpumpe bereitstellen. Zudem kann das sekundäre Gas eine sekundäre Saugströmung der Strahlpumpe bereitstellen.
Das primäre Gas umfasst oder ist vorzugsweise frischer Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff. Günstig kann es sein, wenn das sekundäre Gas Anodengas ist. Das sekundäre Gas, insbesondere das Anodengas, kann Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, umfassen.
Der Begriff „insbesondere“ wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche vorzugsweise zur Beschreibung fakultativer Merkmale verwendet.
Vorzugsweise weist der Auslass der Treibdüse in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zu einer Auslassrichtung des Treibgases einen Auslassquerschnitt auf.
Beispielsweise kann der Auslass der Treibdüse als Öffnung ausgebildet sein. Der Auslassquerschnitt kann einer Form der Öffnung entsprechen.
In einigen Ausführungsformen kann der Auslassquerschnitt eine Form aufweisen, welche von einer Kreisform verschieden ist. Der Auslassquerschnitt ist dabei insbesondere nicht kreisrund.
Durch eine derartige Treibdüsengestaltung können vorzugsweise Strömungsverluste minimiert und ein Energietransfer von der primären Treibströmung auf die sekundäre Saugströmung verbessert werden. Im Ergebnis kann vorzugsweise mehr Gas rezirkuliert werden, wodurch insbesondere eine Effizienz der Strahlpumpe verbessert werden kann.
Dies hat sich insbesondere bei Brennstoffzellenstapeln als vorteilhaft erwiesen, welche mit einer passiven Rezirkulationseinheit betrieben werden, da eine Rezirkulationsrate hier häufig nur in einem eingeschränkten Betriebsfenster des Brennstoffzellenstapels ausreichend hoch ist, um einen stabilen Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu ermöglichen. Durch die erfindungsgemäße Treibdüsengestaltung kann das stabile Betriebsfenster des Brennstoffzellenstapels bei gegebenem Bauraum vorzugsweise vergrößert werden. Alternativ kann das stabile Betriebsfenster vorzugsweise unverändert bleiben und stattdessen der Diffusor verkürzt werden, um den für die passive Rezirkulationseinheit erforderlichen Bauraum zu verkleinern.
Im Folgenden sind beispielhafte von einer Kreisform abweichende Auslassquerschnitte erläutert, welche eine Rezirkulationsrate der Strahlpumpe erhöhen können. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt, wobei andere von einer Kreisform abweichende Auslassquerschnitte denkbar sind, welche einen Energietransfer von der primären Treibströmung auf die sekundäre Saugströmung verbessern können.
In einer ersten Ausführungsform kann der Auslassquerschnitt als Sternform mit einer Vielzahl von Armen ausgebildet sein.
Die Sternform kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass Ecken der Sternform konzyklisch auf einem gemeinsamen Kreis liegen. Die Sternform kann zum Beispiel durch ein nichtkonvexes regelmäßiges Polygon, dessen Kanten alle gleich lang sind, gebildet sein.
Ergänzend oder alternativ kann die Sternform beispielsweise dadurch definiert sein, dass jeder Arm durch zwei benachbarte Kanten des Auslassquerschnitts gebildet ist, wobei sich die zwei benachbarten Kanten an einem Ende des Arms treffen, um eine Spitze zu bilden.
In einigen Ausführungsformen können die Kanten zumindest teilweise gerade Kanten sein.
Vorzugsweise umfasst die Sternform 2 bis 10 Arme, insbesondere 3 bis 8 Arme. In einigen Ausführungsformen können die Arme in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein.
Ergänzend oder alternativ kann ein Winkel zwischen benachbarten Armen im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° sein. Beispielsweise kann die Sternform vier Arme aufweisen, wobei ein Winkel zwischen benachbarten Armen ungefähr 90° sein kann. In diesem Fall sind die vier Arme vorzugsweise gleichmäßig verteilt und/oder symmetrisch angeordnet.
Vorzugsweise sind die Spitzen der Arme abgerundet.
Vorzugsweise sind die Arme als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Arme von einer kreisförmigen Grundfläche der Sternform ausgehend ausgebildet. Beispielsweise können gleichschenklige Dreiecke an einem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche angeordnet sein, um die Arme zu bilden.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis eines Radius der kreisförmigen Grundfläche zu einem Abstand zwischen einer Mitte der kreisförmigen Grundfläche und einer Spitze der Arme größer als Null und/oder kleiner als 1 ist.
In weiteren Ausführungsformen kann der Auslassquerschnitt als Kreuzform mit einer Vielzahl von Armen ausgebildet sein.
Die Kreuzform kann dadurch definiert sein, dass jeder Arm durch wenigstens drei Kanten des Auslassquerschnitts gebildet ist, wobei zwei benachbarte Kanten („Seitenkanten“) an einem Ende der Arme durch eine weitere Kante („Endkante“) verbunden sind. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Sternform treffen sich die zwei benachbarten Kanten vorzugsweise nicht am Ende der Arme und bilden somit keine Spitze.
In einigen Ausführungsformen können die Seitenkanten im Wesentlichen gerade Kanten sein.
In alternativen Ausführungsformen können die Seitenkanten gekrümmte Kanten sein. Ergänzend oder alternativ kann die Endkante eine gerade Kante oder eine gekrümmte Kante sein.
Vorzugsweise umfasst die Kreuzform 2 bis 10 Arme, insbesondere 3 bis 8 Arme. In einigen Ausführungsformen können die Arme in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein.
Ergänzend oder alternativ kann ein Winkel zwischen benachbarten Armen im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° sein. Beispielsweise kann die Kreuzform vier Arme aufweisen, wobei ein Winkel zwischen benachbarten Armen ungefähr 90° sein kann. In diesem Fall sind die vier Arme vorzugsweise gleichmäßig verteilt oder symmetrisch angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn die Arme rechteckig oder trapezförmig ausgebildet sind.
Ein rechteckiger Arm kann zwei benachbarte Seitenkanten aufweisen, welche sich im Wesentlichen parallel erstrecken. An einem Ende der parallelen Seitenkanten kann eine Endkante vorhanden sein, welche die parallelen Seitenkanten verbindet und das Ende des Arms bildet.
Ähnlich kann ein trapezförmiger Arm zwei benachbarte Seitenkanten aufweisen, welche sich nicht parallel erstrecken. An einem Ende der nicht parallelen Seitenkanten kann eine Endkante vorhanden sein, welche die nicht parallelen Seitenkanten verbindet und das Ende des Arms bildet.
Vorzugsweise sind die Arme von einer kreisförmigen Grundfläche der Kreuzform ausgehend ausgebildet. Beispielsweise können Rechtecke oder Trapeze an einem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche angeordnet sein, um die Arme zu bilden.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis eines Radius der kreisförmigen Grundfläche zu einem Abstand zwischen einer Mitte der kreisförmigen Grundfläche und einem Ende der Arme größer als Null und/oder kleiner als 1 ist.
In weiteren Ausführungsformen kann der Auslassquerschnitt als Ringspaltform mit einem Innenradius und einem Außenradius ausgebildet sein. Ein Bereich zwischen dem Innenradius und dem Außenradius kann dabei einen Ringspalt bilden, welcher den Auslassbereich des primären Gases definiert.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis zwischen dem Innenradius und dem Außenradius größer als Null und/oder kleiner als 1 ist.
In weiteren Ausführungsformen kann der Auslassquerschnitt als Kreuzspaltform mit einer Vielzahl von Armen ausgebildet sein.
Die Kreuzspaltform kann dabei eine Kombination der zuvor beschriebenen Kreuzform und der Ringspaltform sein. Insbesondere kann der Auslassbereich des primären Gases zwischen einer Innenkontur, beispielsweise einer inneren Kreuzkontur, und einer Außenkontur, beispielsweise einer äußeren Kreuzkontur, vorhanden oder definiert sein.
Vorzugsweise weist jeder Arm der Außenkontur zwei Seitenkanten und eine Endkante, welche die beiden Seitenkanten an einem Ende des Arms verbindet, auf.
Günstig kann es sein, wenn die zwei Seitenkanten des Arms der Außenkontur bogenförmig ausgebildet sind und/oder die Endkante gerade oder gekrümmt ausgebildet ist. Beispielsweise können die gegenüberliegenden Seitenkanten von benachbarten Armen als einzelner kontinuierlicher Bogen ausgebildet sein.
Ähnlich kann jeder Arm der Innenkontur zwei Seitenkanten und eine Endkante, welche die beiden Seitenkanten an einem Ende des Arms verbindet, aufweisen.
Günstig kann es sein, wenn die zwei Seitenkanten des Arms der Innenkontur bogenförmig ausgebildet sind und/oder die Endkante gerade oder gekrümmt ausgebildet ist. Beispielsweise können die gegenüberliegenden Seitenkanten von benachbarten Armen als einzelner kontinuierlicher Bogen ausgebildet sein.
Günstig kann es sein, wenn eine Form der Außenkontur des Auslassquerschnitts des Kreuzspalts im Wesentlichen einer Form der Innenkontur des Auslassquerschnitts des Kreuzspalts entspricht.
Vorzugsweise umfasst die Kreuzspaltform 2 bis 10 Arme, insbesondere 3 bis 8 Arme. In einigen Ausführungsformen können die Arme in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein.
Ergänzend oder alternativ kann ein Winkel zwischen benachbarten Armen im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° sein. Beispielsweise kann die Kreuzspaltform vier Arme aufweisen, wobei ein Winkel zwischen benachbarten Armen ungefähr 90° sein kann. In diesem Fall sind die vier Arme vorzugsweise gleichmäßig verteilt oder symmetrisch angeordnet.
In einigen Ausführungsformen, welche mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Treibdüse eine Achse aufweisen, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Auslassquerschnitts ist.
Die Achse der Treibdüse kann zum Beispiel eine Symmetrieachse der Treibdüse sein. Ergänzend oder alternativ kann die Achse der Treibdüse im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung der Treibdüse sein.
In einigen Ausführungsformen, welche mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Strahlpumpe eine Hauptachse aufweisen.
Die Hauptachse der Strahlpumpe kann zum Beispiel eine Symmetrieachse der Mischkammer und/oder des Diffusors sein. Ergänzend oder alternativ kann die Hauptachse der Strahlpumpe im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung der Mischkammer und/oder des Diffusors sein.
Vorzugsweise schließen die Achse der Treibdüse und die Hauptachse der Strahlpumpe einen ersten Winkel ein, welcher größer als Null ist. Anders gesagt kann die Treibdüse in Bezug auf die Hauptachse der Strahlpumpe geneigt sein. Der erste Winkel zwischen der Achse der Treibdüse und der Hauptachse der Strahlpumpe kann daher auch als „Neigungswinkel“ bezeichnet werden. Hierdurch kann vorzugsweise eine Rezirkulation des sekundären Gases verbessert werden.
Ergänzend oder alternativ können eine Zuführachse oder Zuführrichtung des sekundären Gases zu der Mischkammer und die Hauptachse der Strahlpumpe einen zweiten Winkel einschließen, welcher größer als Null ist. Hierdurch kann eine Rezirkulation des sekundären Gases verbessert werden.
Ergänzend oder alternativ kann eine Mitte des Auslassquerschnitts der Treibdüse in eine Richtung senkrecht zu der Hauptachse der Strahlpumpe um einen ersten Abstand von der Hauptachse beabstandet sein. Hierdurch kann eine Rezirkulation des sekundären Gases verbessert werden.
Vorzugsweise kann der erste Abstand basierend auf wenigstens einem der folgenden Aspekte gewählt sein oder in Beziehung mit wenigstens einem der folgenden Aspekte stehen:

- einem zweiten Abstand zwischen dem Auslass der Treibdüse und einem Einlass der Mischkammer; und/oder
- einem Durchmesser der Mischkammer; und/oder
- dem ersten Winkel zwischen der Achse der Treibdüse und der Hauptachse der Strahlpumpe; und/oder
- dem zweiten Winkel zwischen der Hauptachse der Strahlpumpe und der Zuführrichtung oder Zuführachse des sekundären Gases; und/oder
- einem Massenstrom des primären Gases; und/oder
- einem Massenstrom des sekundären Gases.

Durch das Auswählen des ersten Abstands zwischen der Mitte des Auslassquerschnitts der Treibdüse und der Hauptachse der Strahlpumpe kann die Rezirkulation des sekundären Gases vorzugsweise optimiert werden.
In einigen Ausführungsformen, welche mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der Diffusor einen Strömungskanal für das Mischgas aus primärem Gas und sekundärem Gas aufweisen.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere Leitelemente an dem und/oder in dem Strömungskanal angeordnet. Dadurch kann das Mischgas geführt werden, wodurch eine Verringerung von Ablöseeffekten im Bereich des Diffusors ermöglicht wird.
Günstig kann es sein, wenn wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel wenigstens ein erstes Leitelement, in einem Übergangsbereich zwischen der Mischkammer und dem Diffusor angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Leitelementen, wie eine Vielzahl von ersten Leitelementen, in dem Übergangsbereich zwischen der Mischkammer und dem Diffusor angeordnet sein.
Vorzugsweise kann sich wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel das wenigstens eine erste Leitelement, von der Mischkammer in den Diffusor oder von dem Diffusor in die Mischkammer erstrecken.
Durch die Positionierung von Leitelementen in einem Bereich an dem Übergang zwischen der Mischkammer und dem Diffusor kann eine Entstehung von Ablöseeffekten vorzugsweise frühzeitig reduziert und eine Propagation der Ablöseeffekte über den weiteren Strömungsweg des Mischgases reduziert werden.
Vorzugsweise kann das wenigstens eine Leitelement, wie das wenigstens eine erste Leitelement, an dem Diffusor montiert, insbesondere angespritzt, sein.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel wenigstens ein zweites Leitelement, in einem Auslassbereich des Diffusors angeordnet. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Leitelementen, wie eine Vielzahl von zweiten Leitelementen, in dem Auslassbereich des Diffusors angeordnet sein.
Der Auslassbereich des Diffusors kann einem Einlassbereich des Diffusors, welcher mit der Mischkammer zumindest strömungstechnisch verbunden ist, gegenüberliegen. Insbesondere kann sich der Strömungskanal des Diffusors zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich erstrecken und/oder den Einlassbereich und den Auslassbereich umfassen.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel das wenigstens eine erste Leitelement und/oder das wenigstens eine zweite Leitelement und/oder wenigstens ein drittes Leitelement, in einem sich aufweitenden Bereich des Strömungskanals angeordnet.
Insbesondere kann der Strömungskanal einen Bereich umfassen oder durch einen Bereich gebildet sein, welcher einen variablen Durchmesser aufweist. Beispielsweise kann der Durchmesser des Strömungskanals vom Einlass oder Einlassbereich des Diffusors hin zu dem Auslass oder Auslassbereich des Diffusors zunehmen, insbesondere stetig zunehmen.
In einigen Ausführungsformen kann der Strömungskanal die Form eines hohlen Kegelstumpfes aufweisen.
Der Durchmesser des Strömungskanals kann in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Strahlpumpe und/oder einer Symmetrieachse des Diffusors und/oder einer Längsachse des Diffusors definiert sein.
Vorzugsweise erstreckt sich wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel das wenigstens eine dritte Leitelement, über wenigstens ungefähr 50% oder wenigstens ungefähr 75% oder wenigstens ungefähr 90% einer Länge des Strömungskanals des Diffusors.
Die Länge des Strömungskanals kann im Wesentlichen parallel zu der Hauptachse der Strahlpumpe und/oder einer Symmetrieachse des Diffusors und/oder einer Längsachse des Diffusors definiert sein.
Vorzugsweise können das eine oder die mehreren Leitelemente als Einsätze ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Einsatz mit dem einen oder den mehreren Leitelementen gefertigt und dann in den Strömungskanal eingesetzt werden.
In weiteren Ausführungsformen können das eine oder die mehreren Leitelemente durch eine Spritz-Technik ausgebildet beziehungsweise gespritzt werden. Beispielsweise können das eine oder die mehreren Leitelemente an einer Innenwand des Strömungskanals und/oder an dem Einlass oder Einlassbereich des Diffusors und/oder an dem Auslass oder Auslassbereich des Diffusors und/oder an einem Auslass oder Auslassbereich der Mischkammer angespritzt sein.
Vorzugsweise weist der Diffusor eine Wandung, insbesondere eine Innenwandung, auf, welche den Strömungskanal definiert.
In einigen Ausführungsformen, welche mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Wandung eine Oberflächenstruktur aufweisen, welche wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente umfasst oder bildet.
Günstig kann es sein, wenn die Oberflächenstruktur durch eine mechanische Bearbeitung der Innenwandung ausgebildet wird. Beispielsweise kann die Oberflächenstruktur durch Fräsen ausgebildet werden.
Alternativ kann die Oberflächenstruktur durch Spritzguss zum Beispiel bei der Herstellung des Diffusors ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberflächenstruktur durch einen Einsatz bereitgestellt sein, welcher in den Strömungskanal eingesetzt ist. Der Einsatz kann zum Beispiel eine Riffelfolie oder eine Rippenfolie sein.
Vorzugsweise umfasst die Oberflächenstruktur eine Vielzahl von Vertiefungen und eine Vielzahl von Erhöhungen. Die Vertiefungen und die Erhöhungen können abwechselnd angeordnet sein, so dass vorzugsweise eine gerillte beziehungsweise gerippte Oberflächenstruktur an der Innenwandung des Diffusors entsteht.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel das wenigstens eine erste Leitelement und/oder das wenigstens eine zweite Leitelement und/oder das wenigstens eine dritte Leitelement und/oder die Oberflächenstruktur, aus Metall.
In einigen Ausführungsformen können alle Leitelemente des einen oder der mehreren Leitelemente aus Metall sein.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leitelement des einen oder der mehreren Leitelemente, wie zum Beispiel das wenigstens eine erste Leitelement und/oder das wenigstens eine zweite Leitelement und/oder das wenigstens eine dritte Leitelement und/oder die Oberflächenstruktur, aus einem elastischen beziehungsweise flexiblen Material ausgebildet.
In einigen Ausführungsformen können alle Leitelemente des einen oder der mehreren Leitelemente aus dem elastischen Material ausgebildet sein.
Das elastische Material kann zum Beispiel EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk) oder Silikon sein.
Die Oberflächenstruktur wurde in Bezug auf den Diffusor beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und die oben beschriebene Oberflächenstruktur kann ergänzend oder alternativ an einer Innenwandung der Mischkammer vorgesehen sein.
Beispielsweise kann die Mischkammer eine Wandung, insbesondere eine Innenwandung, mit einer Oberflächenstruktur aufweisen, wobei die Oberflächenstruktur eine Vielzahl von Rillen umfasst.
In einigen Ausführungsformen, welche mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst die Treibdüse eine Zuführanordnung, welche eingerichtet ist, um dem primären Gas ein überhitztes Fluid, insbesondere überhitzten Wasserdampf, zuzuführen.
Der Begriff „überhitztes Fluid“ bezeichnet dabei vorzugsweise ein Fluid, insbesondere ein Gas, welches auf eine höhere Temperatur als die dem Überdruck entsprechende Siedetemperatur gebracht wurde. Beispielsweise kann überhitzter Wasserdampf („Heißdampf“) eine Temperatur von 300 bis 600 °C aufweisen.
Durch das Beimischen des überhitzten Fluids zu dem primären Gas, welches den primären Treibstrahl bildet, wird eine Vermischung zwischen dem primären Gas und dem sekundären Gas vorzugsweise intensiviert, da die Impulsübertragung zwischen den Strahlen aufgrund einer erhöhten Viskosität und Dichte des überhitzten Fluids gesteigert wird. Da der Betrieb der Strahlpumpe bei erhöhter Temperatur erfolgt, kann zudem vorzugsweise eine Kondensation von Feuchte reduziert werden.
Im Ergebnis kann ein Betriebsfenster der Strahlpumpe vorzugsweise vergrößert werden, wodurch ein breiteres Betriebsfenster ermöglicht wird. Zudem wird die Strahlpumpe vorzugsweise unempfindlicher gegenüber Abweichungen von einem spezifischen Auslegungspunkt.
Vorzugsweise umfasst die Treibdüse einen ersten Strömungskanal für das primäre Gas. Der erste Strömungskanal kann durch eine Wandung der Treibdüse, insbesondere eine Innenwandung, umgeben und definiert sein.
Die Zuführanordnung kann eingerichtet sein, um das überhitzte Fluid in den ersten Strömungskanal der Treibdüse einzuleiten.
In einigen Ausführungsformen kann die Zuführanordnung eingerichtet sein, um das überhitzte Fluid entlang einer Längserstreckung des ersten Strömungskanals in den ersten Strömungskanal einzuleiten.
Günstig kann es sein, wenn die Innenwandung der Treibdüse eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, durch welche das überhitzte Fluid in den ersten Strömungskanal einleitbar ist. Damit kann das überhitzte Fluid dem primären Gas vorzugsweise innerhalb der Treibdüse zugeführt werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Zuführanordnung eingerichtet sein, um das überhitzte Fluid dem primären Gas an und/oder in einem Auslassbereich des ersten Strömungskanals zuzuführen. Hierzu kann zumindest ein Teil der Zuführanordnung im Anschluss an den ersten Strömungskanal und/oder zwischen dem ersten Strömungskanal der Treibdüse und der Mischkammer angeordnet sein.
Günstig kann es sein, wenn die Zuführanordnung als Ringdüse ausgebildet ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Treibdüse den ersten Strömungskanal für das primäre Gas und einen zweiten Strömungskanal für das überhitzte Fluid.
Günstig kann es sein, wenn der zweite Strömungskanal den ersten Strömungskanal zumindest teilweise umschließt, insbesondere radial.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Auslassquerschnitt der Treibdüse einen ersten Abschnitt für das primäre Gas und einen zweiten Abschnitt für das überhitzte Fluid.
Günstig kann es sein, wenn der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt zumindest teilweise umgibt.
Vorzugsweise kann der erste Abschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein.
Ergänzend oder alternativ kann der zweite Abschnitt eine Vielzahl von Armen aufweisen, welche sich radial von dem ersten Abschnitt erstrecken. Beispielsweise können sich vier Arme radial von dem ersten Abschnitt erstrecken.
In einigen Ausführungsformen können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt eine Kreuzspaltform bilden.
In einigen Ausführungsformen, welche mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Strahlpumpe für eine passive Rezirkulation in einem Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Fahrzeug, eingerichtet.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine passive Rezirkulationseinheit für ein Brennstoffzellensystem angegeben. Die passive Rezirkulationseinheit umfasst vorzugsweise wenigstens eine Strahlpumpe gemäß den in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen.
Die passive Rezirkulationseinheit kann zum Beispiel anodenseitig an dem Brennstoffzellensystem vorgesehen sein, um eine passive Rezirkulation von Brennstoff beziehungsweise Anodengas zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Fahrzeug, angegeben. Das Brennstoffzellensystem umfasst vorzugsweise wenigstens eine Strahlpumpe gemäß den in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen und/oder die passive Rezirkulationseinheit.
Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem eine Vielzahl von Brennstoffzellenelementen, insbesondere einen Zellenstapel. Die Brennstoffzellenelemente können Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellenelemente (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) sein.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug angegeben. Das Fahrzeug kann wenigstens eine Strahlpumpe gemäß den in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen und/oder die passive Rezirkulationseinheit und/oder das Brennstoffzellensystem umfassen.
Der Begriff „Fahrzeug“ umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, Flugzeuge und Schiffe, welche der Beförderung von Personen und/oder Gütern dienen. Insbesondere umfasst der Begriff „Fahrzeug“ Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Auslassquerschnitts einer Treibdüse aus dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung eines Auslassquerschnitts einer Treibdüse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 eine schematische Darstellung eines Auslassquerschnitts einer Treibdüse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 eine schematische Darstellung eines Auslassquerschnitts einer Treibdüse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 eine schematische Darstellung eines Auslassquerschnitts einer Treibdüse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 eine schematische Darstellung einer Strahlpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 eine schematische Darstellung einer Mischkammer und eines Diffusors aus dem Stand der Technik, bei welchem Ablöseeffekte auftreten;
8 eine schematische Darstellung von Strömungen in dem Diffusor der 7;
9 eine schematische Darstellung einer Mischkammer und eines Diffusors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
10 eine schematische Darstellung einer Mischkammer und eines Diffusors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
11 eine schematische Darstellung einer Mischkammer und eines Diffusors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
12 einen Abschnitt eines Diffusors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
13 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XIII aus 12;
14 eine schematische Darstellung einer Treibdüse mit einer Zuführanordnung für ein überhitztes Fluid gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
15 eine schematische Darstellung einer Treibdüse mit einer Zuführanordnung für ein überhitztes Fluid gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
16 eine schematische Darstellung einer Treibdüse mit einer Zuführanordnung für ein überhitztes Fluid gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtliche Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Auslassquerschnitts einer noch zu beschreibenden Treibdüse einer beispielsweise in 6 dargestellten Strahlpumpe 102 dargestellt.
Die Strahlpumpe 102 umfasst vorzugsweise eine Treibdüse 104 mit einem Auslass 106 für ein primäres Gas, eine Mischkammer 108 zum Mischen des primären Gases mit einem sekundären Gas und einen Diffusor 110 zum Entschleunigen des Mischgases.
Erfindungsgemäß ist eine Geometrie der Strahlpumpe 102 vorzugsweise angepasst, um eine Rezirkulationsrate der Strahlpumpe 102 zu erhöhen.
Im Folgenden werden daher beispielhafte Ausführungsformen dieses allgemeinen Konzepts, gegebenenfalls im Vergleich zum Stand der Technik, erläutert.
In einem ersten Beispiel, welches im Folgenden beschrieben ist, erfolgt eine Anpassung der Geometrie der Treibdüse.
1 zeigt einen Auslassquerschnitt 100 einer Treibdüse 104 einer Strahlpumpe 102 aus dem Stand der Technik.
Der Auslassquerschnitt 100 der bekannten Treibdüse 104 ist kreisrund ausgeführt und weist einen Radius r₀ sowie eine Kreisfläche A₀ auf.
Ein Bereich 112 innerhalb des Radius r₀ bildet dabei einen Auslassbereich des primären Gases.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist der Auslassquerschnitt 100 der Treibdüse 104 vorzugsweise eine Form auf, welche von der in 1 dargestellten Kreisform verschieden ist. Anders gesagt ist der Auslassquerschnitt vorzugsweise nicht kreisrund ausgeführt.
Die Geometrie der Treibdüse 104 definiert vorzugsweise, wie sich eine Kontaktfläche zwischen dem primären Gas und dem sekundären Gas ausbildet.
Durch das Abweichen von der Kreisform kann die Kontaktfläche zwischen dem primären Gas und dem sekundären Gas vorzugsweise verändert werden, so dass das sekundäre Gas durch das primäre Gas stärker rezirkuliert werden kann.
Im Ergebnis erhöht sich vorzugsweise ein Volumenstrom des sekundären Gases, so dass eine Effizienz der Strahlpumpe 102 erhöht werden kann.
2 zeigt einen Auslassquerschnitt 100 einer Treibdüse 104 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Der Auslassquerschnitt 100 ist vorzugsweise als Sternform mit einer Vielzahl von Armen 114 ausgebildet.
Günstig kann es sein, wenn die Sternform 2 bis 10 Arme 114, insbesondere 3 bis 8 Arme 114, aufweist.
In einigen Ausführungsformen können die Arme 114 beispielsweise in radialer Richtung um eine Mitte 116 der Sternform in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein. Anders gesagt können die Arme 114 gleichmäßig verteilt sein.
Ergänzend oder alternativ kann ein Winkel o zwischen benachbarten Armen 114 im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° sein. Der Winkel α kann in Bezug auf die Mitte 116 der Sternform und/oder Spitzen 118 der Arme 114 definiert sein.
Beispielsweise kann die Sternform wie in 2 dargestellt vier Arme 114 aufweisen, wobei der Winkel α zwischen benachbarten Armen ungefähr 90° sein kann. In diesem Fall sind die vier Arme 114 vorzugsweise symmetrisch angeordnet.
Vorzugsweise sind die Spitzen 118 der Arme 114 abgerundet. Das Abrunden der Spitzen 118 kann zum Beispiel einen Fertigungsprozess der Treibdüse vereinfachen.
Günstig kann es sein, wenn die Arme 114 als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet sind.
Anders gesagt können benachbarte Kanten 120 des Auslassquerschnitts 100, welche eine entsprechende Spitze 118 bilden, im Wesentlichen gleich lang sein. In einigen Ausführungsformen können alle Kanten 120 des Auslassquerschnitts 100, welche die Spitzen 118 bilden, im Wesentlichen gleich lang sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Auslassquerschnitt 100 eine kreisförmige Grundfläche 122 aufweisen. Die Arme 114 können von einem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche 122 vorstehen oder sich ausgehend von dem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche 122 nach außen erstrecken. Beispielsweise können die Arme 114 als gleichschenklige Dreiecke von dem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche 122 vorstehen.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis eines Radius rs,i der kreisförmigen Grundfläche 122 zu einem Abstand r_s,a zwischen der Mitte 116 der Sternform beziehungsweise der kreisförmigen Grundfläche 122 und den Spitzen 118 der Arme 114 größer als Null und/oder kleiner als 1 ist. Insbesondere kann das Verhältnis in einem Intervall [0;1] liegen.
Vorzugsweise kann ein Flächenverhältnis einer Fläche A_s des sternförmigen Auslassquerschnitts 100 zu der Fläche A₀ des in 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 im Bereich zwischen 0 und 2 beziehungsweise im Intervall [0;2] liegen.
Das Flächenverhältnis und/oder die Ausdehnung der Sternform können zum Beispiel ausgehend von einer im Stand der Technik vorgegebenen Fläche A₀ des kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen können der Radius rs,i der kreisförmigen Grundfläche 122 und der Radius r₀ des in 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 im Wesentlichen gleich sein.
In anderen Ausführungsformen können der Radius rs,i der kreisförmigen Grundfläche 122 und der Radius r₀ des in 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 verschieden sein.
3 zeigt einen Auslassquerschnitt 100 einer Treibdüse 104 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Im Beispiel von 3 ist der Auslassquerschnitt 100 als Kreuzform mit einer Vielzahl von Armen 114 ausgebildet.
Die Kreuzform kann dadurch gebildet sein, dass jeder Arm 114 durch wenigstens drei Kanten des Auslassquerschnitts 100 gebildet ist, wobei zwei benachbarte Kanten 124 („Seitenkanten“) an einem Ende des Arms 114 durch eine weitere Kante 126 („Endkante“) verbunden sind.
Günstig kann es sein, wenn die Arme 114 rechteckig oder trapezförmig ausgebildet sind.
Ein rechteckiger Arm 114 kann beispielsweise zwei benachbarte Kanten 124 aufweisen, welche sich im Wesentlichen parallel erstrecken. An einem Ende der parallelen Kanten 124 kann eine weitere Kante 126 vorhanden sein, welche die parallelen Kanten 124 verbindet und das Ende des Arms 114 bildet.
Ähnlich kann ein zeichnerisch nicht dargestellter trapezförmiger Arm 114 zwei benachbarte Kanten 124 aufweisen, welche sich nicht parallel erstrecken. An einem Ende der nicht parallelen Kanten 124 kann eine weitere Kante 126 vorhanden sein, welche die nicht parallelen Kanten 124 verbindet und das Ende des Arms 114 bildet.
Günstig kann es sein, wenn die Kreuzform 2 bis 10 Arme 114, insbesondere 3 bis 8 Arme 114, aufweist.
In einigen Ausführungsformen können die Arme 114 beispielsweise in radialer Richtung um eine Mitte 116 der Kreuzform in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein. Anders gesagt können die Arme 114 gleichmäßig verteilt sein.
Ergänzend oder alternativ kann ein Winkel β zwischen benachbarten Armen 114 im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° sein.
Der Winkel β kann in Bezug auf die Mitte 116 der Kreuzform und/oder ein Ende der Arme 114 definiert sein.
Beispielsweise kann die Kreuzform wie in 3 dargestellt vier Arme 114 aufweisen, wobei der Winkel β zwischen benachbarten Armen ungefähr 90° sein kann. In diesem Fall sind die vier Arme 114 vorzugsweise symmetrisch angeordnet.
In einigen Ausführungsformen kann der Auslassquerschnitt 100 eine kreisförmige Grundfläche 122 aufweisen. Die Arme 114 können von einem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche 122 vorstehen oder sich ausgehend von dem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche 122 nach außen erstrecken. Beispielsweise können die Arme 114 als Rechtecke oder Trapeze von dem Außenumfang der kreisförmigen Grundfläche 122 vorstehen.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis eines Radius r_K,i der kreisförmigen Grundfläche 122 zu einem Abstand r_K,a zwischen der Mitte 116 der kreisförmigen Grundfläche 122 und einem Ende (beispielsweise Kante 126) der Arme 114 größer als Null und/oder kleiner als 1 ist. Insbesondere kann das Verhältnis in einem Intervall [0;1] liegen.
Vorzugsweise kann ein Flächenverhältnis einer Fläche A_K des kreuzförmigen Auslassquerschnitts 100 zu der Fläche A₀ des in 3 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 im Bereich zwischen 0 und 2 beziehungsweise im Intervall [0;2] liegen.
Das Flächenverhältnis und/oder die Ausdehnung der Kreuzform können zum Beispiel ausgehend von einer im Stand der Technik vorgegebenen Fläche A₀ des kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen können der Radius r_K,i der kreisförmigen Grundfläche 122 und der Radius r₀ des in 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 im Wesentlichen gleich sein.
In anderen Ausführungsformen können der Radius r_K,i der kreisförmigen Grundfläche 122 und der Radius r₀ des in 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 verschieden sein.
4 zeigt einen Auslassquerschnitt 100 einer Treibdüse 104 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Im Beispiel der 4 ist der Auslassquerschnitt 100 als Ringspaltform mit einem Innenradius r_R,_i und einem Außenradius r_R,a ausgebildet.
Der Auslass, aus welchem das primäre Gas ausströmt, kann durch einen Bereich 128 zwischen dem Innenradius r_R,_i und dem Außenradius r_R,a definiert sein. Der Bereich 128 kann einer Fläche A_R des Ringspalts entsprechen.
Günstig kann es sein, wenn ein Verhältnis zwischen dem Innenradius r_R,_i und dem Außenradius r_R,a größer als Null und/oder kleiner als 1 ist. Insbesondere kann das Verhältnis in einem Intervall [0;1] liegen.
Vorzugsweise kann ein Flächenverhältnis der Fläche A_R des Ringspalts zu der Fläche A₀ des in 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 im Bereich zwischen 0 und 2 beziehungsweise im Intervall [0;2] liegen.
Das Flächenverhältnis und/oder die Größe des Ringspalts können zum Beispiel ausgehend von einer im Stand der Technik vorgegebenen Fläche A₀ des kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 bestimmt werden.
5 zeigt einen Auslassquerschnitt 100 einer Treibdüse 104 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Im Beispiel der 5 ist der Auslassquerschnitt 100 als Kreuzspaltform mit einer Vielzahl von Armen 114 ausgebildet.
Die Kreuzspaltform kann dabei eine Kombination der zuvor beschriebenen Kreuzform und der Ringspaltform sein.
Insbesondere kann ein Auslassbereich 130 des primären Gases zwischen einer Innenkontur 132, beispielsweise einer inneren Kreuzkontur, und einer Außenkontur 134, beispielsweise einer äußeren Kreuzkontur, vorhanden oder definiert sein.
Der Auslassbereich 130 kann einer Fläche A_RK des Kreuzspalts entsprechen.
Vorzugsweise sind die Arme 114 des Auslassquerschnitts 100 durch die Innenkontur 132 und die Außenkontur 134 definiert. Insbesondere kann jeder Arm 114 des Auslassquerschnitts 100 durch einen Abschnitt der Innenkontur 132 und einen entsprechenden Abschnitt der Außenkontur und 134 definiert sein.
Ein Arm 114 kann zwei Seitenkanten 136 und eine Endkante 138, welche die beiden Seitenkanten 136 an einem Ende des Arms 114 verbindet, aufweisen. Die zwei Seitenkanten 136 und die Endkante 138 können dabei Abschnitte der Außenkontur 134 sein. Die zwei Seitenkanten 136 und die Endkante 138 der Außenkontur 134 können daher auch als Seitenaußenkanten beziehungsweise Außenendkante bezeichnet werden.
Günstig kann es sein, wenn die zwei Seitenkanten 136 des Arms 114 der Außenkontur 134 bogenförmig mit einem Radius r_RK,a ausgebildet sind. Beispielsweise können die (direkt) gegenüberliegenden Seitenkanten 136 von benachbarten Armen 114 als einzelner kontinuierlicher Bogen mit dem Radius r_RK,a ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Endkante 138 des Arms 114 gerade oder gekrümmt ausgebildet.
Ähnlich kann der Arm 114 zwei weitere Seitenkanten 140 und eine weitere Endkante 142, welche die beiden weiteren Seitenkanten 140 verbindet, aufweisen. Die zwei weiteren Seitenkanten 140 und die weitere Endkante 142 können dabei Abschnitte der Innenkontur 132 sein. Die zwei weiteren Seitenkanten 140 und die weitere Endkante 142 der Innenkontur 132 können daher auch als Seiteninnenkanten beziehungsweise Innenendkante bezeichnet werden.
Günstig kann es sein, wenn die zwei weiteren Seitenkanten 140 der Innenkontur 132 bogenförmig mit einem Radius r_RK,i ausgebildet sind. Beispielsweise können die (direkt) gegenüberliegenden Seitenkanten 140 von benachbarten Armen 114 als einzelner kontinuierlicher Bogen mit dem Radius r_RK,i ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die weitere Endkante 142 der Innenkontur 132 gerade oder gekrümmt ausgebildet.
Günstig kann es sein, wenn eine Form der Außenkontur 134 des Auslassquerschnitts 100 des Kreuzspalts im Wesentlichen einer Form der Innenkontur 132 des Auslassquerschnitts 100 des Kreuzspalts entspricht.
Günstig kann es sein, wenn die Kreuzspaltform 2 bis 10 Arme, insbesondere 3 bis 8 Arme, aufweist. In einigen Ausführungsformen können die Arme 114 beispielsweise in radialer Richtung um eine Mitte 116 der Kreuzspaltform in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein. Anders gesagt können die Arme 114 gleichmäßig verteilt sein.
Ergänzend oder alternativ kann ein Winkel γ zwischen benachbarten Armen 114 im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° sein. Der Winkel γ kann in Bezug auf die Mitte 116 der Kreuzspaltform und/oder ein Ende der Arme 114 definiert sein.
Beispielsweise kann die Kreuzspaltform wie in 5 dargestellt vier Arme 114 aufweisen, wobei der Winkel γ zwischen benachbarten Armen ungefähr 90° sein kann. In diesem Fall sind die vier Arme 114 vorzugsweise symmetrisch angeordnet.
Vorzugsweise kann ein Flächenverhältnis der Fläche A_RK des Kreuzspalts zu der Fläche A₀ des in der 1 dargestellten kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 im Bereich zwischen 0 und 2 beziehungsweise im Intervall [0;2] liegen.
Das Flächenverhältnis und/oder die Größe des Kreuzspalts können zum Beispiel ausgehend von einer im Stand der Technik vorgegebenen Fläche A₀ des kreisförmigen Auslassquerschnitts 100 bestimmt werden.
Durch die in den 2 bis 5 dargestellten strömungstechnischen Maßnahmen am Auslassquerschnitt 100 der Treibdüse 104 kann der von der Strahlpumpe 102 rezirkulierte Sekundärvolumenstrom vorzugsweise gesteigert werden. Dadurch kann beispielsweise ein Betriebsfenster von Brennstoffzellenanwendungen, in welchem Anodenabgas passiv rezirkuliert werden kann, vergrößert werden. Dies kann insbesondere bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen von Vorteil sein.
6 zeigt eine Strahlpumpe 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die in 6 dargestellte Strahlpumpe 102 eignet sich vorzugsweise zur Verwendung in einem Brennstoffzellensystem 143, beispielsweise in einem Fahrzeug 145.
Günstig kann es daher sein, wenn die Strahlpumpe 102 für eine passive Rezirkulation in einem Brennstoffzellensystem 143 eingerichtet ist.
Die Strahlpumpe 102 umfasst eine Treibdüse 104 mit einem Auslass 106 für primäres Gas, eine Mischkammer 108 zum Mischen des primären Gases mit einem sekundären Gas und einen Diffusor 110 zum Entschleunigen des Mischgases.
Im Beispiel der 6 sind die Mischkammer 108 und der Diffusor 110 als verbundene Einheit dargestellt, wobei die Treibdüse 104 als separates Element dargestellt ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und die Treibdüse 104, die Mischkammer 108 und der Diffusor 110 können als separate Einheiten oder verbundene Einheiten ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Treibdüse 104 ausgeführt sein, wie es in Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und die Treibdüse 104 kann anders ausgeführt sein.
Die Treibdüse 104 kann den Auslass 106 mit dem Auslassquerschnitt für das primäre Gas aufweisen. Die Treibdüse 104 kann weiter eine Achse 144 aufweisen, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Auslassquerschnitts für das primäre Gas ist. Die Achse 144 kann zum Beispiel eine Symmetrieachse der Treibdüse 104 und/oder im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung der Treibdüse 104 sein.
Die Strahlpumpe 102 kann eine Hauptachse 146 aufweisen. Die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 kann beispielsweise eine Symmetrieachse der Mischkammer 108 und/oder des Diffusors 110 sein. Ergänzend oder alternativ kann die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung der Mischkammer 108 und/oder des Diffusors 110 sein.
Das Bezugszeichen „148“ bezeichnet das sekundäre Gas beziehungsweise eine Zuführrichtung oder Zuführachse des sekundären Gases zu der Mischkammer 108. Insbesondere bezeichnet das Bezugszeichen „148“ die Zuführrichtung oder Zuführachse des sekundären Gases in Bezug auf die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102.
In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt ähnlich zu den in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen eine Anpassung der Geometrie der Strahlpumpe 102, um eine Rezirkulationsrate der Strahlpumpe 102 zu erhöhen.
Im Detail können in dieser Ausführungsform das primäre Gas und/oder das sekundäre Gas nicht-parallel beziehungsweise unter einem endlichen Winkel in Bezug auf die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 in die Mischkammer 108 eingeführt und/oder an die Mischkammer 108 herangeführt werden. Hierdurch kann vorzugsweise eine Rezirkulation des sekundären Gases verbessert und damit eine Effizienz der Strahlpumpe 102 erhöht werden.
Beispielsweise können die Achse 144 der Treibdüse 104 und die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 einen ersten Winkel δ_P einschließen. Der erste Winkel δ_P kann größer als Null sein, so dass das primäre Gas nicht-parallel in Bezug auf die Hauptachse 146 in die Mischkammer 108 eingeführt und/oder an die Mischkammer 108 herangeführt wird.
Ergänzend oder alternativ können die Zuführrichtung oder Zuführachse 148 des sekundären Gases zu der Mischkammer 108 und die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 einen zweiten Winkel δ_s einschließen. Der zweite Winkel δ_s kann größer als Null sein, so dass das sekundäre Gas nicht-parallel in Bezug auf die Hauptachse 146 in die Mischkammer 108 eingeführt und/oder an die Mischkammer 108 und/oder Treibdüse 104 herangeführt wird.
Ergänzend oder alternativ kann eine Mitte 116 des Auslassquerschnitts 100 der Treibdüse 104 in eine Richtung senkrecht zu der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 um einen ersten Abstand Δr von der Hauptachse 146 beabstandet sein.
Vorzugsweise kann der erste Abstand Δr basierend auf wenigstens einem der folgenden Aspekte gewählt sein oder in Beziehung mit wenigstens einem der folgenden Aspekte stehen:

- einem zweiten Abstand d_TM zwischen dem Auslass 106 (insbesondere der Mitte des Auslassquerschnitts) der Treibdüse 104 und einem Einlass 150 der Mischkammer 108; und/oder
- einem Durchmesser r_M der Mischkammer 108; und/oder
- dem ersten Winkel δ_P zwischen der Achse 144 der Treibdüse 104 und der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102; und/oder
- dem zweiten Winkel δ_s zwischen der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 und der Zuführrichtung oder Zuführachse 148 des sekundären Gases; und/oder
- einem Massenstrom des primären Gases; und/oder
- einem Massenstrom des sekundären Gases.

In einem zweiten Beispiel des erfindungsgemäßen Konzepts, welches im Folgenden beschrieben ist, erfolgt vorzugsweise eine Anpassung der Geometrie des Diffusors, insbesondere um Ablöseeffekte zu reduzieren. Dadurch vergrößert sich beispielsweise das Betriebsfenster von Brennstoffzellenanwendungen, in welchem Anodenabgas passiv rezirkuliert werden kann. Dies kann insbesondere bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen von Vorteil sein.
7 zeigt eine Mischkammer 108 und einen Diffusor 110 aus dem Stand der Technik, bei welchem Ablöseeffekte auftreten. 8 zeigt Strömungen in dem in 7 dargestellten Diffusor 110.
Ein Ablöseeffekt tritt beispielsweise auf, wenn sich eine Strömung 152 von einer Wand 154 ablöst. In 7 ist dies durch die Stromlinie 156 angedeutet. Zwischen beiden bildet sich ein von Wirbeln 158 durchsetzter Raum, welcher eine Ursache von Strömungsverlusten sein kann.
In einer Strahlpumpe 102 können derartige Ablöseeffekte beispielsweise in einem Übergangsbereich zwischen der Mischkammer 108 und dem Diffusor 110, über die Diffusorlänge und/oder im Bereich des Diffusoraustritts auftreten.
Erfindungsgemäß können vorzugsweise ein oder mehrere noch zu beschreibende Leitelemente an und/oder in einem Strömungskanal des Diffusors 110 vorgesehen sein, wodurch vorzugsweise Ablöseeffekte reduziert werden können. Die Verringerung der Ablöseeffekte führt vorzugsweise zu einem geringeren Druckverlust, weniger Strömungsablösungen und/oder einem höheren rezirkulierten Massenstrom.
Im Ergebnis kann beispielsweise das stabile Betriebsfenster eines Brennstoffzellenstapels bei einem gegeben Bauraum erweitert werden. Alternativ kann das stabile Betriebsfenster unverändert bleiben und stattdessen der Diffusor 110 verkürzt werden, beispielsweise um den für eine passive Rezirkulationseinheit einer Brennstoffzellenvorrichtung nötigen Bauraum zu verkleinern.
9 zeigt eine Mischkammer 108 und einen Diffusor 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Der Diffusor 110 kann einen Strömungskanal 160 für das Mischgas aus primärem Gas und sekundärem Gas aufweisen.
Der Diffusor 110 kann eine Wandung 162 umfassen, welche den Strömungskanal 160 umgibt und definiert.
In einigen Ausführungsformen kann der Strömungskanal 160 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und andere nicht kreisförmige Querschnitte sind denkbar.
Das Mischgas tritt vorzugsweise aus der Mischkammer 108 in den Diffusor 110 ein. Hierzu kann ein Auslass oder Auslassbereich 164 der Mischkammer 108 mit einem Einlass oder Einlassbereich 166 des Diffusors 110 verbunden sein. Der Auslass oder Auslassbereich 164 der Mischkammer 108 und der Einlass oder Einlassbereich 166 des Diffusors 110 sind vorzugsweise strömungstechnisch verbunden und bilden einen sogenannten Übergangsbereich zwischen der Mischkammer 108 und dem Diffusor 110.
Der Diffusor 110 kann weiter einen Auslass oder Auslassbereich 168 umfassen, aus welchem das entschleunigte Mischgas austritt, beispielsweise um einem Brennstoffzellenstapel zugeführt zu werden. Insbesondere kann sich der Strömungskanal 160 des Diffusors 110 zwischen dem Einlassbereich 166 und dem Auslassbereich 168 erstrecken und/oder den Einlassbereich 166 und den Auslassbereich 168 umfassen.
Vorzugsweise umfasst der Diffusor 110, insbesondere der Strömungskanal 160, einen sich aufweitenden Bereich. Der sich aufweitende Bereich kann einen variablen Durchmesser r_v aufweisen. Beispielsweise kann der Durchmesser r_v des Strömungskanals 160 von dem Einlass oder Einlassbereich 166 des Diffusors 110 hin zu dem Auslass oder Auslassbereich 168 des Diffusors 110 zunehmen, insbesondere stetig zunehmen.
In einigen Ausführungsformen kann der Strömungskanal 160 die Form eines Kegelstumpfes aufweisen.
Der Durchmesser r_v des Strömungskanals 160 kann in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 146 der Strahlpumpe und/oder einer Symmetrieachse des Diffusors 110, beispielsweise eines Kegelstumpfes, und/oder einer Längsachse des Diffusors 110 definiert sein.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere Leitelemente 170 an dem und/oder in dem Strömungskanal 160 angeordnet. Dadurch kann das Mischgas geführt werden, wodurch eine Verringerung von Ablöseeffekten, insbesondere die Entstehung von Wirbeln, im Bereich des Diffusors 110 ermöglicht wird.
Günstig kann es sein, wenn wenigstens ein Leitelement 170 des einen oder der mehreren Leitelemente 170, in dem Übergangsbereich zwischen der Mischkammer 108 und dem Diffusor 110 angeordnet ist.
Beispielsweise kann sich das wenigstens eine erste Leitelement 170a von der Mischkammer 108 in den Diffusor 110 oder von dem Diffusor 110 in die Mischkammer 108 hinein erstrecken, wie es beispielsweise in 9 dargestellt ist.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine erste Leitelement 170a an der Wandung 162, insbesondere der Innenwandung, des Diffusors 110 beziehungsweise des Strömungskanals 160 angeordnet. Beispielsweise kann das wenigstens eine erste Leitelement 170a in einem Bereich angeordnet sein, in welchem ohne das wenigstens eine erste Leitelement 170a Ablöseeffekte auftreten würden.
Vorzugsweise kann eine Vielzahl von ersten Leitelementen 170a in dem Übergangsbereich zwischen der Mischkammer 108 und dem Diffusor 110 angeordnet sein. Beispielsweise können zwei oder mehr erste Leitelemente 170a entlang der radialen Richtung des Strömungskanals 160 an der Wandung 162 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die zwei oder mehr erste Leitelemente 170a äquidistant entlang der radialen Richtung des Strömungskanals 160 an der Wandung 162 angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann das wenigstens eine erste Leitelement 170a eine Flügelform aufweisen. Beispielsweise kann ein Beginn des Flügels („leading edge“) in der Mischkammer 108 angeordnet sein, wobei ein Ende des Flügels („trailing edge“) im Diffusor 110 angeordnet sein kann.
Das wenigstens eine erste Leitelement 170a, welches die Flügelform aufweist, kann auch als „Umlenkflügel“ bezeichnet werden.
Günstig kann es sein, wenn das wenigstens eine erste Leitelement 170a, welches die Flügelform aufweist, in einem Prozessschritt an dem Diffusor 110, insbesondere dessen Innenwandung, angespritzt wird.
Das wenigstens eine erste Leitelement 170a und der Diffusor 110 können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Beispielsweise kann das wenigstens eine erste Leitelement 170a als metallischer Einsatz oder als Kunststoffspritzgussteil hergestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das wenigstens eine erste Leitelement 170a in demselben Spritzgussprozess gefertigt werden, in welchem auch der Rest der Strahlpumpe 102 oder Teile davon hergestellt werden.
10 zeigt eine Mischkammer 108 und einen Diffusor 110 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die in 10 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 9 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen in der Ausgestaltung der Leitelemente 170a. Im Übrigen stimmt die in 10 dargestellte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 9 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann die Strahlpumpe 102 in einigen Ausführungsformen sowohl die Leitelemente 170a der in 9 dargestellten Ausführungsform als auch die Leitelemente 170b der in 10 dargestellten Ausführungsform umfassen.
In einigen Ausführungsformen ist wenigstens ein Leitelement 170 des einen oder der mehreren Leitelemente 170, wie zum Beispiel wenigstens ein zweites Leitelement 170b, an dem oder in dem Auslassbereich 168 des Diffusors 110 angeordnet.
Beispielsweise kann das wenigstens eine zweite Leitelement 170b ein Leitblech sein. Andere Formen sind denkbar.
Günstig kann es sein, wenn das wenigstens eine zweite Leitelement 170b in dem sich aufweitenden Bereich des Strömungskanals 160 angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine zweite Leitelement 170b an der Wandung 162, insbesondere der Innenwandung, des Diffusors 110 beziehungsweise des Strömungskanals 160 angeordnet. Beispielsweise kann das wenigstens eine zweite Leitelement 170b in einem Bereich angeordnet sein, in welchem ohne das wenigstens eine zweite Leitelement 170b Ablöseeffekte auftreten würden.
Vorzugsweise kann eine Vielzahl von zweiten Leitelementen 170b in dem Auslassbereich 168 des Diffusors 110 angeordnet sein. Beispielsweise können zwei oder mehr zweite Leitelemente 170b entlang der radialen Richtung des Strömungskanals 160 an der Wandung 162, insbesondere der Innenwandung, angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die zwei oder mehr zweite Leitelemente 170b äquidistant entlang der radialen Richtung des Strömungskanals 160 an der Wandung 162 angeordnet sein.
Das wenigstens eine zweite Leitelement 170b und der Diffusor 110 können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Beispielsweise kann das wenigstens eine zweite Leitelement 170b als metallischer Einsatz oder als Kunststoffspritzgussteil hergestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das wenigstens eine zweite Leitelement 170b in demselben Spritzgussprozess gefertigt werden, in welchem auch der Rest der Strahlpumpe 102 oder Teile davon hergestellt werden.
11 zeigt eine Mischkammer 108 und einen Diffusor 110 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die in 11 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von den in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen in der Ausgestaltung der Leitelemente 170. Im Übrigen stimmt die in 11 dargestellte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann die Strahlpumpe 102 in einigen Ausführungsformen sowohl die Leitelemente 170c der in 11 dargestellten Ausführungsform als auch die Leitelemente 170a und 170b der in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen umfassen.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich wenigstens ein Leitelement 170 des einen oder der mehreren Leitelemente 170, wie zum Beispiel wenigstens ein drittes Leitelement 170c, über wenigstens ungefähr 50% oder wenigstens ungefähr 75% oder wenigstens ungefähr 90% einer Länge des Strömungskanals 160 des Diffusors 110. Damit erstreckt sich das wenigstens eine dritte Leitelement 170c vorzugsweise über einen beträchtlichen Teil, vorzugweise einen Großteil, der Diffusorlänge, wodurch Ablöseeffekte über einen großen Teil des Diffusors 110 vermieden werden können.
Die Länge des Strömungskanals 160 kann dabei zwischen dem Einlass und dem Auslass des Diffusors 110 entlang der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 und/oder einer Symmetrieachse des Diffusors 110, beispielsweise eines Kegelstumpfes, und/oder einer Längsachse des Diffusors 110 definiert sein.
Beispielsweise kann das wenigstens eine dritte Leitelement 170c ein Leitblech sein.
Günstig kann es sein, wenn das wenigstens eine dritte Leitelement 170c in dem sich aufweitenden Bereich des Strömungskanals 160 angeordnet ist.
Vorzugsweise kann eine Vielzahl von dritten Leitelementen 170c in dem Strömungskanal 160 des Diffusors 110 angeordnet sein. Beispielsweise können zwei oder mehr dritte Leitelemente 170c in eine Richtung senkrecht zu der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 zwischen Abschnitten der Wandung 162 angeordnet sein, welche sich in Bezug auf die Hauptachse 146 gegenüberliegen.
Günstig kann es sein, wenn die Vielzahl von dritten Leitelementen 170c den Strömungskanal 160 zum Beispiel in die Richtung senkrecht zu der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 in mehrere Bereiche unterteilt.
Beispielsweise kann jedes dritte Leitelement 170c als hohler Kegelstumpf ausgebildet sein. Zwei oder mehr unterschiedlich große hohle Kegelstümpfe können ineinander geschachtelt sein, um die Unterteilung des Strömungskanals 160 zu ermöglichen.
In anderen Ausführungsformen kann das wenigstens eine dritte Leitelement 170c als gebogene Platte oder ebene Platte ausgebildet sein. Eine Kombination von gebogenen und ebenen Platten ist ebenfalls möglich.
Das wenigstens eine dritte Leitelement 170c und der Diffusor 110 können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Beispielsweise kann das wenigstens eine dritte Leitelement 170c als metallischer Einsatz oder als Kunststoffspritzgussteil hergestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das wenigstens eine dritte Leitelement 170c in demselben Spritzgussprozess gefertigt werden, in welchem auch der Rest der Strahlpumpe 102 oder Teile davon hergestellt werden.
12 zeigt einen Abschnitt eines Diffusors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 13 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts XIII in 12.
Der Diffusor 100 weist vorzugsweise die Wandung 162 auf, welche den Strömungskanal 160 definiert. Die Wandung 162 kann insbesondere eine Innenwandung des Diffusors 110 sein und den Strömungskanal 160 umgeben.
In einigen Ausführungsformen kann die Wandung 162, insbesondere die Innenwandung, eine Oberflächenstruktur 172 aufweisen, welche nicht eben ist.
Günstig kann es sein, wenn die Oberflächenstruktur 172 durch eine mechanische Bearbeitung der Wandung 162 ausgebildet wird. Beispielsweise kann die Oberflächenstruktur 172 durch Fräsen ausgebildet werden.
Alternativ kann die Oberflächenstruktur 172 durch Spritzguss hergestellt werden, beispielsweise bei der Herstellung des Diffusors 110 oder der Wandung 162 des Diffusors 110.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberflächenstruktur 172 durch einen Einsatz bereitgestellt sein, welcher in den Strömungskanal 160 eingesetzt ist. Der Einsatz kann zum Beispiel eine Riffelfolie oder eine Rippenfolie sein, ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Vorzugsweise umfasst die Oberflächenstruktur 172 eine Vielzahl von Vertiefungen 174 und eine Vielzahl von Erhöhungen 176. Die Vertiefungen 174 und die Erhöhungen 176 können abwechselnd angeordnet sein, so dass eine gerillte beziehungsweise gerippte Oberflächenstruktur 172 entsteht.
Die Vertiefungen 174 und Erhöhungen 176 bilden insbesondere eine Vielzahl von Rillen 177.
Die Vielzahl von Vertiefungen 174 können längliche Vertiefungen sein. Ähnlich können die Vielzahl von Erhöhungen 176 längliche Erhöhungen sein. Eine Längserstreckung der Vertiefungen 174 und Erhöhungen 176 kann dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 und/oder der Symmetrieachse des Diffusors 110, beispielsweise eines Kegelstumpfes, und/oder der Längsachse des Diffusors 110 definiert sein. Insbesondere kann die Längserstreckung der Vertiefungen 174 und Erhöhungen 176 im Wesentlichen radial in Bezug auf die Hauptachse 146 der Strahlpumpe 102 und/oder die Symmetrieachse des Diffusors 110 und/oder die Längsachse des Diffusors 110 verlaufen.
Günstig kann es sein, wenn die Oberflächenstruktur 172 ein flexibles Material umfasst oder aus dem flexiblen Material besteht. Das flexible Material kann zum Beispiel EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk) oder Silikon sein.
Dadurch wird vorzugsweise eine biegsame Verrippung bereitgestellt. Bei einer an der Oberflächenstruktur 172 anliegenden Strömung 152 sind die Erhöhungen 176 beziehungsweise Rippen in Richtung der Strömung 152 vorzugsweise geneigt, so dass ein Effekt von Wirbeln 158 innerhalb der Vertiefungen 174 minimiert ist.
Bei einem Ablösen der Strömung 152 kann es zu einer Wirbelbildung kommen. Die Erhöhungen 176 beziehungsweise Rippen sind dann jedoch gegen die Strömung 152 geneigt, wodurch der Effekt der Wirbel 158 minimiert ist und eine Rückwärtsströmung somit nicht begünstigt wird.
Die Oberflächenstruktur 172 wurde in Bezug auf den Diffusor 110 beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und die oben beschriebene Oberflächenstruktur 172 kann ergänzend oder alternativ an einer Wandung, insbesondere einer Innenwandung, der Mischkammer 108 vorgesehen sein.
In einem dritten Beispiel des erfindungsgemäßen Konzepts, welches im Folgenden beschrieben ist, erfolgt vorzugsweise eine Anpassung der Geometrie der Treibdüse 104, um eine Vermischung zwischen dem primären Gas und dem sekundären Gas zu intensivieren.
In der Mischkammer 108 der Strahlpumpe 102 vermischen sich das primäre Gas beziehungsweise der primäre Treibstrahl, beispielsweise ein Wasserstofftreibstrahl, und das sekundäre Gas beziehungsweise der Sekundärstrahl/sekundäre Saugstrahl, beispielsweise ein sekundäres rezirkulierendes Gasgemisch. Am Ende der Mischkammer 108 sind beide Gasströme vorzugsweise vollkommen vermischt und es herrscht vorzugsweise ein homogenes Geschwindigkeitsprofil. Danach tritt das Mischgas mit dem homogenen Geschwindigkeitsprofil vorzugsweise in den Diffusor 110 ein, um einen bestmöglichen Druckrückgewinn zu erzielen und das Mischgas zum Beispiel in einen zeichnerisch nicht dargestellten Brennstoffzellenstapel weiterzuleiten.
Die Effizienz der Strahlpumpe 102 kann von einer Qualität des Mischens des Treibstrahls und des Sekundärstrahls abhängen. Beispielsweise wirken sich eine Kompressibilität (Gas-Federung) und geringe Viskosität des Treibstrahls (wenig Schleppeffekt und wenig Impulsübertragung) sowie eine physikalisch bedingte dynamische Isolierung des Überschall-Treibstrahls vom Sekundärstrahl negativ auf einen Wirkungsgrad, eine Pumpwirkung (Rezirkulation), eine Stabilität und/oder ein Betriebsfenster (Empfindlichkeit) der Strahlpumpe 102 aus.
Falls der Sekundärstrahl einen hohen Wasserdampfgehalt besitzt und die Temperatur innerhalb eines Überschallstoßsystems des Treibstrahls stark absinkt, besteht zudem die Gefahr von Kondensation und Kristallisation. Die Gefahr des Phasenwechsels des Wasserdampfes führt zu Leistungseinbußen der Strahlpumpe 102, da die Strahlpumpe 102 im Allgemeinen für einphasige Medien ausgelegt ist.
Die zuvor genannten Nachteile können gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dadurch beseitigt werden, dass die Treibdüse 104 der Strahlpumpe 102 mit einer Zuführanordnung 178 für ein überhitztes Fluid versehen wird. Insbesondere kann die Zuführanordnung 178 eingerichtet sein, um dem primären Gas ein überhitztes Fluid, insbesondere überhitzten Wasserdampf, zuzuführen.
Der Begriff „überhitztes Fluid“ bezeichnet dabei vorzugsweise ein Fluid, insbesondere ein Gas, welches auf eine höhere Temperatur als die dem Überdruck entsprechende Siedetemperatur gebracht wurde. Beispielsweise kann überhitzter Wasserdampf („Heißdampf“) eine Temperatur von ungefähr 300 bis ungefähr 600 °C aufweisen.
Das überhitzte Fluid, welches dem primären Gas zugeführt wird, bewirkt vorzugsweise das Folgende.
Nach dem Zuführen expandiert das überhitzte Fluid, dessen Dichte sinkt ab, dessen Masse beschleunigt sich und leistet so zusätzlichen Schub für die Gasmischung zusätzlich zum reinen primären Gas.
Beispielsweise ist eine Viskosität von überhitztem Wasserdampf etwa doppelt so groß wie die von Wasserstoff, wodurch die Viskosität des Wasserstoff-/Wasserdampftreibstrahls (insbesondere in der Mischzone zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl) vorzugsweise erhöht und der Schleppeffekt verstärkt wird, da die Impulsübertragung zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl zur lokalen Viskosität des Mediums in der Mischzone proportional ist. Die Vermischung mit dem Sekundärstrahl sowie die Impulsübertragung wird vorzugsweise intensiviert.
Zudem vergrößert sich vorzugsweise der Öffnungswinkel des Treibstrahls, der Sogeffekt wird verstärkt und alle Gase vermischen sich in einem kürzeren axialen Abstand. Es wird daher vorzugsweise eine kürzere Mischstrecke benötigt und die Strahlpumpe 102 kann kompakter ausgeführt werden.
Des Weiteren wird die Temperatur des Wasserstoff-/Wasserdampftreibstrahls aufgrund der hohen Temperatur des überhitzten Wasserdampfs vorzugsweise erhöht, so dass eine lokale Temperatur im expandierenden Treibstrahl nicht unter den Gefrierpunkt des Wasserdampfes absinkt. Die Gefahr von Kondensation und Kristallisation wird also vorzugsweise gemindert.
Zudem wird in einem Teillastbereich weniger frischer Wasserstoff für den Treibstrahl benötigt. Der Wasserstoffstrahl kann damit weniger Masse und weniger Energie (Druckenergie/Impuls) besitzen. Da der überhitzte Wasserdampf eine hohe Enthalpie besitzt, kann die Zufuhr von Wasserdampf bei Teillast den fehlenden Impuls und die fehlende Masse vorzugsweise überkompensieren, so dass trotz der geringen Wasserstoffzufuhr mehr Energie zur Verfügung gestellt wird. Im Ergebnis kann das Betriebsfenster der Strahlpumpe 102 vorzugsweise erweitert, eine Stabilität insbesondere im Teillastbetrieb erhöht und eine Funktionalität der Strahlpumpe 102 außerhalb des Betriebsfensters unempfindlicher werden.
Im Folgenden sind Ausführungsformen der Zuführanordnung 178 für ein überhitztes Fluid im Detail erläutert.
14 zeigt eine Treibdüse 104 mit einer Zuführanordnung 178 für ein überhitztes Fluid gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Vorzugsweise umfasst die Treibdüse 104 einen ersten Strömungskanal 180 für das primäre Gas. Der erste Strömungskanal 180 kann durch eine Wandung der Treibdüse 104, insbesondere eine Innenwandung 182, umgeben und definiert sein.
Die Zuführanordnung 172 kann eingerichtet sein, um das überhitzte Fluid, beispielsweise direkt, in den ersten Strömungskanal 180 der Treibdüse 104 einzuleiten.
Günstig kann es sein, wenn die Zuführanordnung 178 eingerichtet ist, um das überhitzte Fluid entlang einer Längserstreckung des ersten Strömungskanals 180 in den ersten Strömungskanal 180 einzuleiten. Herzu kann die Innenwandung 182 der Treibdüse 104 zum Beispiel eine Vielzahl von Öffnungen 184 aufweisen, durch welche das überhitzte Fluid in den ersten Strömungskanal 180 einleitbar ist. Damit kann das überhitzte Fluid dem primären Gas innerhalb der Treibdüse 104 zugeführt werden.
Beispielsweise können die Öffnungen 184 über die Länge des ersten Strömungskanals 180 verteilt angeordnet sein. Insbesondere können die Öffnungen 184 über die Länge des ersten Strömungskanals 180 gleichmäßig und/oder äquidistant verteilt sein.
Damit kann ein seitliches Beimischen des überhitzten Fluids zu dem primären Gas innerhalb der Treibdüse 104 erfolgen.
Vorzugsweise ist eine Länge des ersten Strömungskanals 180 zwischen einem Einlass 186 und einem Auslass 188 definiert. Der Auslass 188 kann strömungstechnisch mit der Mischkammer 108 der Strahlpumpe 102 verbunden sein.
Die Öffnungen 184 können sich in einigen Ausführungsformen über wenigstens ungefähr 50% der Länge des ersten Strömungskanals 180, vorzugsweise wenigstens ungefähr 75%, und noch bevorzugter wenigstens ungefähr 90%, der Länge des ersten Strömungskanals 180 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen kann ein Querschnitt des ersten Strömungskanals 180 senkrecht zu der Längserstreckung im Wesentlichen kreisförmig sein. Insbesondere kann zumindest ein Abschnitt des ersten Strömungskanals 180 zylinderförmig ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Längserstreckung des ersten Strömungskanals 180 im Wesentlichen parallel zu einer Zylinderachse definiert sein.
Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf einen kreisförmigen Querschnitt beschränkt und andere Querschnitte sind denkbar.
In einigen Ausführungsformen kann die Treibdüse 104 den ersten Strömungskanal 180 für das primäre Gas und einen zweiten Strömungskanal 190 für das überhitzte Fluid umfassen.
Vorzugsweise umfasst die Treibdüse 104 eine Außenwandung 192, welche die Innenwandung 182 in radialer Richtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umgibt. Der zweite Strömungskanal 190 für das überhitzte Fluid kann zwischen der Innenwandung 182 und der Außenwandung 192 angeordnet und/oder durch die Innenwandung 182 und die Außenwandung 192 definiert sein.
15 zeigt eine Treibdüse 104 mit einer Zuführanordnung 178 für ein überhitztes Fluid gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die in 15 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 14 dargestellten Ausführungsform in der Position der Zufuhr des überhitzten Fluids zu dem primären Gas. Im Übrigen stimmt die in 15 dargestellte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 14 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Im Beispiel der 15 kann die Zuführanordnung 178 eingerichtet sein, um das überhitzte Fluid dem primären Gas an und/oder in einem Auslassbereich oder Auslass 188 des ersten Strömungskanals 180 der Treibdüse 104 zuzuführen. Das Zuführen des überhitzten Fluids kann beispielsweise im Anschluss an den ersten Strömungskanal 180 und/oder zwischen dem ersten Strömungskanal 180 der Treibdüse 104 und der Mischkammer 108 erfolgen.
Günstig kann es sein, wenn die Zuführanordnung 178 eine Ringdüse 194 umfasst. Insbesondere kann die Ringdüse 194 an dem Auslass 188 des ersten Strömungskanals 180 angeordnet sein.
Das Beimischen des überhitzten Fluids erfolgt damit vorzugsweise axial um den reinen Treibstrahl herum, wobei das Beimischen außerhalb der Treibdüse 104 erfolgen kann. Das überhitzte Fluid mit hoher Viskosität und Dichte kann überwiegend lokal in der Mischzone zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl konzentriert werden, wodurch eine Impulsübertragung zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl erhöht werden kann.
16 zeigt eine Treibdüse 104 mit einer Zuführanordnung 178 für ein überhitztes Fluid gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die in 16 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 15 dargestellten Ausführungsform in der Form der Außenwandung 192, welche eine äußere Kontur des zweiten Strömungskanals 190 bildet, sowie dem Auslass für das überhitzte Fluid. Im Übrigen stimmt die in 16 dargestellte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 15 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Die Treibdüse 104 umfasst vorzugsweise die Innenwandung 182, welche den ersten Strömungskanal 180 für das primäre Gas definiert. Die Innenwandung 182 kann eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen.
Zudem umfasst die Treibdüse 104 vorzugsweise die Außenwandung 192, welche zusammen mit der Innenwandung 182 den zweite Strömungskanal 190 für das überhitzte Fluid bildet.
Die Außenwandung 192 kann zumindest entlang eines Teilabschnitts der Längserstreckung der Treibdüse 104 eine Form aufweisen, welche von der Form der Innenwandung 182 verschieden ist. Damit kann eine Querschnittsfläche des zweiten Strömungskanals 190 entlang der Längserstreckung der Treibdüse 104 variieren beziehungsweise nicht konstant sein. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des zweiten Strömungskanals 190 in Richtung des Auslasses der Treibdüse 104 hin abnehmen.
Im Beispiel der 16 umfasst der Auslassquerschnitt der Treibdüse 104 einen ersten Abschnitt 196 für das primäre Gas und einen zweiten Abschnitt 198 für das überhitzte Fluid.
In einigen Ausführungsformen umgibt der zweite Abschnitt 198 den ersten Abschnitt 196 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig.
Der erste Abschnitt 196 für das primäre Gas ist beispielsweise kreisförmig ausgebildet.
In einigen Ausführungsformen können die Innenwandung 182 und die Außenwandung 192 derart geformt sein, dass der zweite Abschnitt 198 eine Vielzahl von Armen aufweist, welche sich radial von dem ersten Abschnitt 196 erstrecken. Beispielsweise können sich vier Arme radial von dem ersten Abschnitt 196 erstrecken.
Insbesondere kann der Auslassquerschnitt der Treibdüse 104 der in 5 dargestellten Kreuzspaltform entsprechen, so dass auf dessen Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
Das Beimischen des überhitzten Fluids erfolgt damit axial um den reinen Treibstrahl herum beispielsweise unter Verwendung der Arme, wobei das Beimischen außerhalb der Treibdüse 104 erfolgen kann.
Das überhitzte Fluid mit hoher Viskosität und Dichte kann überwiegend lokal in der Mischzone zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl konzentriert werden, wodurch eine Impulsübertragung zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl erhöht werden kann.
Die Vermischung wird vorzugsweise zusätzlich durch die Kreuzspaltform des überhitzen Fluids unterstützt, wodurch sich eine Vermischungszonenoberfläche vergrößert. Die Kreuzspaltform des überhitzen Fluids kann Rollwirbel in der Längsrichtung induzieren, wodurch der konvektive Massenaustausch zwischen dem Treibstrahl und dem Sekundärstrahl verbessert wird.
Andere Auslassquerschnitte als die Kreuzspaltform sind jedoch denkbar, welche einen ersten Abschnitt für das primäre Gas und einen zweiten Abschnitt für das überhitzte Fluid bereitstellen. Beispielsweise kann der Ringspalt gemäß 4 implementiert werden.

Claims

Strahlpumpe (102), wobei die Strahlpumpe (102) Folgendes umfasst: eine Treibdüse (104) mit einem Auslass (106) wenigstens für primäres Gas, wobei der Auslass (106) der Treibdüse (104) in einer Ebene senkrecht zu einer Auslassrichtung des Treibgases einen Auslassquerschnitt (100) aufweist; eine Mischkammer (108) zum Mischen des primären Gases mit einem sekundären Gas; und einen Diffusor (110) zum Entschleunigen des Mischgases.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassquerschnitt (100) eine Form aufweist, welche von einer Kreisform verschieden ist.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassquerschnitt (100) als Sternform mit einer Vielzahl von Armen (114) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise - die Sternform 2 bis 10 Arme (114), insbesondere 3 bis 8 Arme (114), umfasst; und/oder - ein Winkel (α) zwischen benachbarten Armen (114) im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° ist; und/oder - Spitzen (118) der Arme (114) abgerundet sind; und/oder - die Arme (114) als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet sind; und/oder - die Arme (114) von einer kreisförmigen Grundfläche (122) der Sternform ausgehend ausgebildet sind, insbesondere wobei ein Verhältnis eines Radius (rs,i) der kreisförmigen Grundfläche (122) zu einem Abstand (r_s,a) zwischen einer Mitte (116) der kreisförmigen Grundfläche (122) und einer Spitze (118) der Arme (114) größer als Null und/oder kleiner als 1 ist.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassquerschnitt (100) als Kreuzform mit einer Vielzahl von Armen (114) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise - die Kreuzform 2 bis 10 Arme (114), insbesondere 3 bis 8 Arme (114), umfasst; und/oder - ein Winkel (β) zwischen benachbarten Armen (114) im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° ist; und/oder - die Arme (114) rechteckig oder trapezförmig ausgebildet sind; und/oder - die Arme (114) von einer kreisförmigen Grundfläche (122) der Kreuzform ausgehend ausgebildet sind, insbesondere wobei ein Verhältnis eines Radius (r_K,i) der kreisförmigen Grundfläche (122) zu einem Abstand (r_K,a) zwischen einer Mitte (116) der kreisförmigen Grundfläche (122) und einem Ende der Arme (114) größer als Null und/oder kleiner als 1 ist.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Auslassquerschnitt (100) als Ringspaltform mit einem Innenradius (r_R,i) und einem Außenradius (r_R,a) ausgebildet ist; und/oder b) der Auslassquerschnitt (100) als Kreuzspaltform mit einer Vielzahl von Armen (114) ausgebildet ist.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kreuzspaltform 2 bis 10 Arme (114), insbesondere 3 bis 8 Arme (114), umfasst; und/oder - ein Winkel (γ) zwischen benachbarten Armen (114) im Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 120° ist.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arm (114) zwei Seitenkanten (136, 140) und eine Endkante (138, 142), welche die beiden Seitenkanten (136, 140) verbindet, umfasst, wobei die zwei Seitenkanten (136, 140) bogenförmig ausgebildet sind und/oder die Endkante (138, 142) gerade ausgebildet ist, insbesondere wobei gegenüberliegende Seitenkanten (136, 140) von benachbarten Armen (114) als einzelner kontinuierlicher Bogen ausgebildet sind.
Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form einer Außenkontur (134) des Auslassquerschnitts (100) des Ringspalts im Wesentlichen einer Form einer Innenkontur (132) des Auslassquerschnitts (100) des Ringspalts entspricht.
Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüse (104) eine Achse (144) aufweist, welche senkrecht zu der Ebene des Auslassquerschnitts ist, und/oder dass die Strahlpumpe (102) eine Hauptachse (146) aufweist, wobei vorzugsweise folgende Merkmale vorgesehen sind: die Achse (144) der Treibdüse (104) und die Hauptachse (146) der Strahlpumpe (102) schließen einen ersten Winkel (δ_P) ein, welcher größer als Null ist; und/oder eine Zuführachse oder Zuführrichtung (148) des sekundären Gases zu der Mischkammer (108) und die Hauptachse (146) der Strahlpumpe (102) schließen einen zweiten Winkel (δ_s) ein, welcher größer als Null ist.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mitte (116) des Auslassquerschnitts (100) der Treibdüse (104) in eine Richtung senkrecht zu der Hauptachse (146) der Strahlpumpe (102) um einen ersten Abstand (Δr) von der Hauptachse (146) beabstandet ist, wobei der erste Abstand (Δr) vorzugsweise basierend auf wenigstens einem der folgenden Aspekte gewählt ist oder in Beziehung mit wenigstens einem der folgenden Aspekte steht: - einem zweiten Abstand (d_TM) zwischen dem Auslass (106) der Treibdüse (104) und einem Einlass (150) der Mischkammer (108); und/oder - einem Durchmesser (r_M) der Mischkammer (108); und/oder - dem ersten Winkel (δ_P) zwischen der Achse (144) der Treibdüse (104) und der Hauptachse (146) der Strahlpumpe (102); und/oder - dem zweiten Winkel (δ_s) zwischen der Hauptachse (146) der Strahlpumpe (102) und der Zuführrichtung oder Zuführachse (148) des sekundären Gases; und/oder - einem Massenstrom des primären Gases; und/oder - einem Massenstrom des sekundären Gases.
Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (110) einen Strömungskanal (160) für das Mischgas aufweist, wobei vorzugsweise ein oder mehrere Leitelemente (170) an dem und/oder in dem Strömungskanal (160) angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Merkmale vorgesehen sind: a) wenigstens ein Leitelement (170a) des einen oder der mehreren Leitelemente (170) ist in einem Übergangsbereich zwischen der Mischkammer (108) und dem Diffusor (110) angeordnet; und/oder b) wenigstens ein Leitelement (170a) des einen oder der mehreren Leitelemente (170) erstreckt sich von der Mischkammer (108) in den Diffusor (110) oder von dem Diffusor (110) in die Mischkammer (108), insbesondere wobei das wenigstens eine Leitelement (170a) an dem Diffusor (110) montiert, insbesondere angespritzt, ist; c) wenigstens ein Leitelement (170b) des einen oder der mehreren Leitelemente (170) ist in einem Auslassbereich (168) des Diffusors (110) angeordnet; und/oder d) wenigstens ein Leitelement (170c) des einen oder der mehreren Leitelemente (170) ist in einem sich aufweitenden Bereich des Strömungskanals (160) angeordnet; und/oder e) wenigstens ein Leitelement (170c) des einen oder der mehreren Leitelemente (170) erstreckt sich über wenigstens ungefähr 50% oder wenigstens ungefähr 75% oder wenigstens ungefähr 90% einer Länge des Strömungskanals (160) des Diffusors (110); f) das eine oder die mehreren Leitelemente (170) sind als Einsätze ausgebildet und/oder gespritzt; und/oder g) der Diffusor (110) weist eine Wandung (162) auf, welche den Strömungskanal (160) definiert, wobei die Wandung (162) eine Oberflächenstruktur (172) aufweist, welche wenigstens ein Leitelement (170) des einen oder der mehreren Leitelemente (170) umfasst oder bildet, wobei die Oberflächenstruktur (172) vorzugsweise eine Vielzahl von Rillen (177) umfasst; und/oder h) das eine oder die mehreren Leitelemente (170) sind aus einem metallischen Material und/oder einem elastischen Material gebildet.
Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (108) eine Wandung mit einer Oberflächenstruktur (172) aufweist, wobei die Oberflächenstruktur (172) eine Vielzahl von Rillen (177) umfasst.
Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüse (104) eine Zuführanordnung (178) umfasst, welche eingerichtet ist, um dem primären Gas ein überhitztes Fluid, insbesondere überhitzten Wasserdampf, zuzuführen.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüse (104) einen ersten Strömungskanal (180) für das primäre Gas umfasst, und dass die Zuführanordnung (178) eingerichtet ist, um das überhitzte Fluid in den ersten Strömungskanal (180) einzuleiten, wobei vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Merkmale vorgesehen sind: a) die Zuführanordnung (178) ist eingerichtet, um das überhitzte Fluid entlang einer Längserstreckung des ersten Strömungskanals (180) in den ersten Strömungskanal (180) einzuleiten; und/oder b) die Treibdüse (104) umfasst eine Wandung (182), welche den ersten Strömungskanal (180) definiert, wobei die Wandung (182) eine Vielzahl von Öffnungen (184) aufweist, durch welche das überhitzte Fluid in den ersten Strömungskanal (180) einleitbar ist; und/oder c) die Zuführanordnung (178) ist eingerichtet, um das überhitzte Fluid dem primären Gas an und/oder in einem Auslassbereich (188) des ersten Strömungskanals (180) zuzuführen, insbesondere zwischen dem ersten Strömungskanal (180) der Treibdüse (104) und der Mischkammer (108), wobei die Zuführanordnung (178) vorzugsweise eine Ringdüse (194) umfasst.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüse (104) einen ersten Strömungskanal (180) für das primäre Gas und einen zweiten Strömungskanal (190) für das überhitzte Fluid umfasst, insbesondere wobei der zweite Strömungskanal (190) den ersten Strömungskanal (180) zumindest teilweise umschließt.
Strahlpumpe (102) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassquerschnitt (100) der Treibdüse (104) einen ersten Abschnitt (196) für das primäre Gas und einen zweiten Abschnitt (198) für das überhitzte Fluid umfasst, wobei vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Merkmale vorgesehen sind: a) der zweite Abschnitt (198) umgibt den ersten Abschnitt (196) zumindest teilweise; und/oder b) der erste Abschnitt (196) ist im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet; und/oder c) der zweite Abschnitt (198) weist eine Vielzahl von Armen auf, welche sich radial von dem ersten Abschnitt (196) erstrecken, insbesondere wobei sich vier Arme (114) radial von dem ersten Abschnitt (196) erstrecken.
Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (102) für eine passive Rezirkulation in einem Brennstoffzellensystem (143), insbesondere in einem Fahrzeug (145), eingerichtet ist.
Brennstoffzellensystem (143), insbesondere für ein Fahrzeug (145), wobei das Brennstoffzellensystem (143) eine Strahlpumpe (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 umfasst.