KR20210142191A - 기체 매체를 운반 및/또는 제어하기 위한 연료 전지 시스템용 운반 유닛 - Google Patents

기체 매체를 운반 및/또는 제어하기 위한 연료 전지 시스템용 운반 유닛 Download PDF

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아르민 리히터
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 기체 매체, 특히 수소를 운반 및/또는 제어하기 위한 연료 전지 시스템(31)용 운반 유닛(1)에 관한 것으로, 이 운반 유닛은 압력을 받는 기체 매체의 추진 제트에 의해 구동되는 제트 펌프(4) 및 계량공급 밸브(6)를 구비하며, 운반 유닛(1)의 배출구가 연료 전지(29)의 애노드 입구(15)와 유체 연결되며(fluidically connected), 상기 제트 펌프(4)는 흡입 영역(7), 혼합 튜브(18) 및 디퓨저(20)를 가지고, 상기 디퓨저(20)는 적어도 간접적으로 연료 전지(29)의 애노드 입구(15)와 유체 연결되며, 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 평행하게 연장되는 제1 유동 방향(V)으로 기체 매체가 제트 펌프(4)를 적어도 부분적으로 관류한다. 본 발명에 따라 디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 기울어지게 연장되거나 만곡된다.

Description

기체 매체를 운반 및/또는 제어하기 위한 연료 전지 시스템용 운반 유닛
본 발명은 특히 연료 전지 구동부(fuel cell drive)가 장착된 차량에서 사용하기 위해 제공되는 기체 매체, 특히 수소를 운반 및/또는 제어하기 위한 연료 전지 시스템용 운반 유닛에 관한 것이다.
차량 분야에서는 향후 액체 연료 외에 기체 연료도 점점 더 많은 역할을 하게 될 것이다. 특히 연료 전지 구동부가 장착된 차량에서는 수소 기체 흐름이 제어되어야 한다. 이 경우, 기체 흐름은 액체 연료 분사의 경우처럼 더는 불연속적으로 제어되지 않으며, 기체는 적어도 하나의 탱크, 특히 고압 탱크로부터 배출되어 중압 라인 시스템의 유입 라인을 통해 운반 유닛으로 전달된다. 상기 운반 유닛은 저압 라인 시스템의 연결 라인을 통해 기체를 연료 전지로 안내한다.
DE 10 2014 221 506 A1호로부터, 압력을 받는 기체 매체의 추진 제트에 의해 구동되는 제트 펌프 및 계량공급 밸브를 구비하며, 기체 매체, 특히 수소를 운반하기 위한 연료 전지 시스템용 운반 유닛이 공지되어 있다. 이 경우, 운반 유닛은 밸브-제트 펌프 복합 장치로서 구현될 수 있고, 제1 유입구, 흡입 영역, 혼합 튜브 및 디퓨저를 구비하며, 상기 디퓨저는 배기 매니폴드(exhaust manifold)를 통해 연료 전지의 애노드 입구와 유체 연결된다. 이 경우, 선택적으로 배기 매니폴드와 애노드 입구 사이에 연결 부재가 존재할 수 있다. 이 경우, 운반 유닛을 이용하여 매체, 특히 추진제가 노즐을 통해 배출될 수 있고, 상기 매체는 이어서 재순환 매체와 혼합된다. 이때, 추진제의 흐름은 계량공급 밸브에 의해 제어될 수 있다. 기체 매체가 밸브-제트 펌프 장치를 통과한 후에 연료 전지의 애노드 입구로 유입될 수 있게 하려면, 연료 전지 상에서의 밸브-제트 펌프 장치의 배치로 인한 편향이 수행되어야 한다. 상기 편향은 DE 10 2014 221 506 A1호로부터 공지된 운반 유닛에 의해 적어도 거의 배기 매니폴드의 영역에서만 수행되며, 이때 적어도 거의 직각으로 그리고/또는 적어도 거의 90°만큼 편향이 수행되고, 그에 따라 기체 매체가 운반 유닛으로부터 연료 전지 내로 흐를 수 있다.
DE 10 2014 221 506 A1호로부터 공지된 운반 유닛은 소정의 단점을 가질 수 있다.
운반 유닛 영역에서의 기체 매체의 편향은 적어도 거의 배기 매니폴드의 영역에서만 수행되기 때문에, 적어도 거의 직각의, 특히 적어도 거의 90°의 편향은 오직 상기 영역에서만 수행되어야 한다. 이 경우, 혼합 튜브의 제1 유동 방향 및/또는 디퓨저의 제2 유동 방향이 연료 전지의 애노드 입구의 제2 유동 경로에 대해 적어도 거의 직각으로 연장되며, 상기 제2 유동 경로는 특히 연료 전지 내로의 기체 매체 유입 방향을 형성한다. 이는 운반 유닛의 벽과 기체 매체 사이에서, 특히 배기 매니폴드의 영역에서, 기체 매체의 편향을 유도하기 위해 제공되는, 제트 펌프의 제1 종축 방향으로 짧은 길이로 인한 유동 손실 및/또는 마찰 손실 및/또는 압력 손실을 초래한다. 또한, 종래 기술에서 확인되는 운반 유닛의 경우, 특히 배기 매니폴드의 유동 영역에서, 운반 유닛 및/또는 연료 전지 시스템의 효율에 불리한 난류 및/또는 유동 중단이 발생할 수 있다. 그로 인해 운반 유닛 및/또는 전체 연료 전지 시스템의 효율이 저하된다.
본 발명에 따라, 기체 매체, 특히 수소(하기에서 H2로 지칭됨)의 운반 및/또는 재순환을 위한 연료 전지 시스템용 운반 유닛이 제안된다.
청구항 제1항에 따라, 디퓨저의 제2 종축이 혼합 튜브의 제1 종축에 대해 기울어지게 연장되거나 만곡된다. 이러한 방식으로, 운반 유닛 영역에서의 기체 매체의 편향이 더는 배기 매니폴드의 영역에서만 수행되는 것이 아니라, 디퓨저의 영역에서 이미, 적어도 부분적으로 배기 매니폴드의 영역에서 필요한 유동 편향의 각도를 줄이는 유형의 기체 매체 편향이 수행되는 장점이 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 운반 유닛, 특히 디퓨저 및/또는 배기 매니폴드의 영역에서의 기체 매체의 편향이 더 긴 유동 구간에 걸쳐 그리고/또는 특정 길이를 가진 유동 구간에서 더 적은 편향에 의해 달성될 수 있다. 이 경우, 편향이 유체공학적으로 더 유리하게 수행되고, 기체 매체와 운반 유닛 벽부의 마찰이 감소하기 때문에, 기체 매체와 운반 유닛 벽부 사이에서의 유동 손실 및/또는 마찰 손실 및/또는 압력 손실이 감소할 수 있다. 운반 유닛의 연결 부재의 영역 및/또는 연료 전지의 애노드 입구의 영역에서 불리한 난류 및/또는 유동 중단이 감소하기도 하는데, 이는 디퓨저의 영역에서 확장되는 직경과 협력하여 더 균일하게 편향이 수행되고, 그로 인해 예컨대 국소적으로 강한 유속 변화로 인한 불리한 유동 변화가 방지될 수 있기 때문이다. 이 경우, 디퓨저에서 기체 매체의 유속은 감소하는 한편, 그와 동시에 매체가 편향됨으로써 연료 전지로의 더 개선된 유입 거동이 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, 펄스 에너지, 운동 에너지 및 압력이 거의 방지되거나 적어도 감소하는 장점이 달성될 수 있다. 또한, 개선된 편향으로 인해 운반될 매체, 특히 H2와 운반 유닛의 유동 기하구조, 특히 디퓨저 및 배기 매니폴드의 단부 영역의 표면 사이에 최대한 작은 마찰이 달성될 수 있다. 나아가 배기 매니폴드에서의 편향에 의한 기체 매체의 유동 편향 및/또는 운동 방향 변화로 인해 발생할 수 있는 압력 손실 및/또는 마찰 손실이 감소할 수 있다. 이러한 방식으로 운반 유닛 및/또는 밸브-제트 펌프 장치 및/또는 전체 연료 전지 시스템의 효율이 개선될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 운반 유닛의 구성을 통해, 예컨대 전체 차량 내 기존 장착 공간에 의해 미리 정해진 전체 장착 길이에서 더 큰 편향 반경이 달성될 수 있고, 그럼으로써 유동 기하구조의 표면과 기체 매체의 마찰로 인한 운반 유닛 내 유동 에너지 손실이 더 감소할 수 있는 장점이 달성될 수 있다. 이는 운반 유닛의 높은 효율과 동시에 운반 유닛의 컴팩트한 구조적 형상의 장점을 제공한다.
종속 청구항들에 기재된 조치를 통해 청구항 제1항에 명시된 운반 유닛의 바람직한 개선이 가능하다. 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선과 관련된다.
운반 유닛의 한 바람직한 개선예에 따라, 디퓨저의 제1 벽부가 적어도 부분적으로 혼합 튜브의 제1 종축에 대해 평행하게 연장되고, 상기 제1 벽부에 대향하여 놓인 디퓨저의 제2 벽부가 혼합 튜브의 제1 종축에 대해 소정의 각도로 연장되며, 상기 제1 벽부는 애노드 입구로부터 먼 쪽을 향하는 디퓨저 측으로부터 연장되고, 상기 제2 벽부는 애노드 입구 쪽을 향하는 디퓨저 측으로부터 연장된다. 이러한 방식으로, 기체 매체의 편향도 동시에 가능케 하는 디퓨저가 형성될 수 있다. 그럼으로써 편향 영역이 디퓨저로 통합될 수 있고, 그로 인해 운반 유닛의 더 컴팩트한 구조적 형상이 구현될 수 있다. 또한, 혼합 튜브에 대해 평행하게 연장되는 제1 벽부에 의해 유동 영역의 간소화된, 그리고 더 비용 효율적인 생산이 달성될 수 있다.
매우 바람직한 한 개선예에 따라, 디퓨저의 제1 벽부가 만곡된 연장부를 가지고, 상기 제1 벽부에 대향하여 놓인 디퓨저의 제2 벽부는 적어도 거의 직선인 연장부를 가지며, 혼합 튜브의 제1 종축에 대해 소정의 각도로 연장된다. 이러한 방식으로, 제2 유동 방향으로 기체 매체의 연속적으로 증가하는 편향이 달성될 수 있고, 이때 제2 유동축은 특히 아치 형태로 연장된다. 제2 벽부의 만곡된 연장부로 인해, 유동 손실 및/또는 마찰 손실 및/또는 압력 손실이 방지될 수 있는데, 그 이유는 예컨대 제2 벽부의 직선 연장부에서는 편향 에지에 의해 난류 및/또는 유동 중단이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 운반 유닛 및/또는 전체 연료 전지 시스템의 효율이 증대될 수 있다. 또한, 기체 매체와 유동 영역 벽부의 마찰 증가 시 발생할 수 있는 에너지 손실이 본 발명에 따른 운반 유닛의 구성을 통해 감소할 수 있다. 이러한 방식으로, 더 높은 효율이 달성될 수 있기 때문에, 운반 유닛 및/또는 연료 전지 시스템의 작동 비용이 절감될 수 있다.
운반 유닛의 매우 바람직한 한 구성에 따라, 디퓨저의 제2 종축이 애노드 입구의 방향으로 기울어져 있다. 이러한 방식으로, 디퓨저 영역에서 이미 기체 매체가 적어도 부분적으로 애노드 입구의 유입 방향으로 편향되기 때문에, 배기 매니폴드에서의 제3 유동 방향의 각도가 감소할 수 있는 장점이 달성될 수 있다. 이 경우, 운반 유닛 내 기체 매체의 편향이 요구됨에 따라 특히 연료 전지의 끝판(end plate)에 장착된 운반 유닛의 유동 저항이 감소하는데, 그 이유는 디퓨저의 기울어진 제2 종축으로 인해 유속 감소가 일어나는 영역에서 이미 기체 매체가 편향되기 때문이다. 따라서, 배기 매니폴드의 영역에서는 기체 매체의 더 적은 편향만 추가로 수행되면 되는데, 그 이유는 이미 디퓨저의 영역에서 동일한 방향으로 적어도 부분적인 편향이 수행되었기 때문이다. 이 경우, 기체 매체의 요구되는, 거의 직각인 편향을 위해 운반 유닛의 유동 저항이 감소할 수 있고, 그로 인해 운반 유닛의 제트 펌프 효과가 개선될 수 있으며, 매체가 더 높은 속도 및/또는 더 높은 압력 및/또는 더 높은 질량 흐름으로 연료 전지 내로 유입될 수 있다.
운반 유닛의 한 바람직한 구성에 따라, 디퓨저의 제2 종축이 디퓨저의 시작 영역에서는 혼합 튜브의 제1 종축에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되고, 디퓨저의 끝 영역에서는 혼합 튜브의 제1 종축에 대해 적어도 거의 수직으로 연장되는 방식으로, 상기 디퓨저의 제2 종축이 아치 형태로 연장된다. 이러한 방식으로, 한편으로는 유체공학적으로 최적화된, 적어도 거의 직각만큼의 편향이 달성될 수 있으며, 이때 상기 2개의 유동 방향은 적어도 거의 서로 직교하도록 연장된다. 에지 방식의 방향 전환이 방지됨으로써, 그리고/또는 디퓨저의 시작 영역 및 끝 영역이 본 발명에 따라 구성됨으로써, 디퓨저 내로 또는 그 외부로 기체 매체가 유입 및 배출될 때 난류 및 유동 중단이 감소할 수 있는데, 그 이유는 상기 영역에서 급작스러운 유동 방향 변화가 방지되기 때문이다. 그럼으로써 아치 형태로 연장되는 디퓨저의 제2 종축에 의한 기체 매체의 편향 및/또는 유동 방향 변화로 인해 압력 손실 및 마찰 손실이 감소할 수 있고, 그로 인해 전체 연료 전지 시스템의 운반 유닛 및/또는 밸브-제트 펌프 장치의 효율이 개선될 수 있다.
운반 유닛의 한 바람직한 개선예에 따라, 연결 부재 및/또는 배기 매니폴드가 연료 전지의 애노드 입구와 디퓨저 사이에 존재하며, 이들 요소를 적어도 간접적으로 서로 유체 연결한다. 또한, 애노드 입구 내 기체 매체의 유동 경로(IV)에 대해 평행하게 연결 부재의 제4 종축이 연장되며, 이때 디퓨저의 제2 종축은 디퓨저의 끝 영역에서 연결 부재의 제4 종축에 대해 적어도 거의 평행하게 연장된다. 이러한 방식으로, 기체 매체의 가속 및/또는 감속이 방지될 수 있으며, 상기 가속 및/또는 감속은 예컨대, 운반 유닛과 연료 전지, 특히 애노드 입구 사이에 복수의 편향부를 갖는 외부 배관 시스템을 사용할 경우에 발생할 수 있다. 이때, 편향부를 가진 외부 배관 시스템의 관류 시 내부 및 외부 마찰로 인해 손실되는 에너지가 기체 매체에서 추출되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 방식으로, 펄스 에너지, 운동 에너지 및 압력이 거의 방지되거나 적어도 감소하는 장점이 달성될 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 특히 연결 부재 및/또는 배기 매니폴드의 유동 최적화된 구성에 기반하여, 운반될 매체, 특히 H2와 운반 유닛의 유동 기하구조의 표면 사이에 최대한 적은 마찰이 달성될 수 있다. 나아가, 외부 배관 시스템에서의 편향에 의한 기체 매체의 유동 편향 및/또는 운동 방향 변화로 인해 발생할 수 있는 압력 손실 및/또는 마찰 손실이 감소할 수 있다. 이러한 방식으로 운반 유닛 및/또는 밸브-제트 펌프 장치 및/또는 전체 연료 전지 시스템의 효율이 개선될 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 제트 펌프와 애노드 입구 사이의 유동 연결이 최대한 짧게 그리고/또는 적어도 거의 유동 편향 없이 구현될 수 있는 장점이 달성될 수 있다. 그럼으로써 마찰 손실의 감소로 인해 운반 유닛 및 그에 따른 전체 연료 전지 시스템의 효율이 증대될 수 있다. 나아가, 제프 펌프 본체에 연결 부재를 통합하면 운반 유닛의 저온 시동(cold start) 능력이 개선될 수 있는데, 그 이유는 연결 부재가 특히 더 큰 치수로 인해 더 서서히 냉각되고, 그럼으로써 특히 정지 시간이 짧을 때 유동 단면에서의 아이스 브리지(ice bridge)의 형성이 더 어려워지기 때문이다.
운반 유닛의 한 바람직한 구성에 따라, 제트 펌프가 가열 요소를 가지며, 이 경우 제트 펌프 및/또는 배기 매니폴드 및/또는 연결 부재는 하나의 재료로 제조되거나, 낮은 비열용량(specific heat capacity)을 갖는 합금으로 제조된다. 이러한 방식으로, 특히 저온 시동 프로세스의 범주에서, 본 발명에 따른 운반 유닛의 신속한 가열이 달성될 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 운반 유닛 및/또는 전체 연료 전지 시스템이 저온에서 작동되기 전에, 가열 요소에 에너지, 특히 전기 에너지가 공급되며, 가열 요소는 이 에너지를 열 및/또는 가열 에너지로 변환한다. 상기 프로세스는 바람직하게 운반 유닛의 다른 구성요소의 낮은 비열용량에 의해 지원되며, 상기 낮은 비열용량에 의해 열 에너지가 전체 운반 유닛으로 신속하게 침투하여 기존 아이스 브리지를 제거할 수 있다. 부분 부재 및 운반 유닛의 더 빠른 가열을 통해 기존 아이스 브리지가, 특히 열 도입에 의한 융해에 의해, 더 신속하게 제거될 수 있다. 또한, 저온 시동 프로세스에서 가열 요소의 스위치 온 이후 단시간 내에 가열 에너지가 노즐로 침투할 수 있고, 노즐 및 노즐 밸브 구동 시스템의 영역에 존재하는 아이스 브리지가 가열되어 제거될 수 있다. 이를 통해 운반 유닛의 구성요소의 손상으로 인한 고장 확률이 감소할 수 있다. 이러한 방식으로, 아이스 브리지가 더 빨리 해동되어 제거될 수 있기 때문에, 운반 유닛 및 그와 더불어 전체 연료 전지 시스템의 저온 시동 능력이 개선될 수 있다. 또한, 사용된 가열 요소에 의해 에너지, 특히 전기 에너지 및/또는 열 에너지가 운반 유닛 내로 더 적게 도입되어야 한다. 그럼으로써, 특히 낮은 주변 온도 및/또는 긴 정지 시간으로 인해 저온 시동 프로세스가 빈번히 수행되는 경우, 운반 유닛 및 전체 연료 전지 시스템의 작동 비용이 절감될 수 있다. 그 밖에도, 본 발명에 따른 재료의 사용을 통해, 운반 유닛에 의해 운반될 매체 및/또는 운반 유닛 주변의 추가 구성 성분, 예컨대 화학 물질에 대한 높은 저항성이 달성될 수 있다. 이는 다시 운반 유닛의 수명을 증가시키며, 하우징의 재료 손상으로 인한 고장 확률이 감소할 수 있다.
운반 유닛의 매우 바람직한 한 개선예에 따라, 상기 운반 유닛은 제트 펌프, 계량공급 밸브 및/또는 사이드 채널 압축기(side channel compressor) 및/또는 물 분리기(water separator)를 구성요소로서 포함한다. 이 경우, 운반 유닛 및/또는 그의 구성요소는 연료 전지의 끝판 상에 배치되되, 운반 유닛의 구성요소들 사이 및/또는 이들 내부의 유동 라인이 상기 끝판에 대해 오직 평행하게만 연장되는 방식으로 배치되며, 상기 끝판은 연료 전지와 운반 유닛 사이에 배치된다. 이러한 방식으로, 연료 전지 상에서 그리고/또는 연료 전지 시스템 내에서 운반 유닛의 컴팩트한 구조가 구현될 수 있고, 그로 인해 전체 차량에서 연료 전지 시스템의 공간 소요 및 설치 공간이 감소할 수 있다.
또한, 이러한 방식으로 운반 장치와 연료 전지의 구성요소들 간의 직접적이고 가급적 짧은 유동 라인이 형성될 수 있다. 나아가, 운반 유닛 내에서의 기체 매체의 유동 편향 및/또는 운동 방향 변화의 수가 최대한 적은 수로 감소할 수 있다. 이는, 운반 유닛 내에서 유동 라인의 길이 및/또는 유동 편향의 수에 따른 유동 손실 및/또는 압력 손실이 감소할 수 있는 장점을 제공한다. 또한, 운반 유닛의 구성요소들 사이 및/또는 이들 내부의 유동 라인이 판형 지지 요소에 대해 평행하게 연장되는 것이 바람직하다. 따라서 기체 매체의 유동 편향이 계속 감소하고, 그로 인해 유동 손실이 더욱 감소할 수 있다. 이로써 운반 유닛의 효율이 개선될 수 있고, 운반 장치를 작동하기 위한 에너지 소비를 줄일 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 구성요소들이 각각 끝판과 연결되어야 하므로, 구성요소들 상호 간의 간단한 상대 배치가 구현될 수 있는 장점이 달성될 수 있다. 이를 통해, 조립에 필요한 구성요소의 수가 줄어들 수 있고, 이는 다시 운반 장치의 비용 절약으로 이어진다. 나아가, 운반 장치의 구성요소들이 서로 잘못 정렬됨으로 인한 조립 오류 확률이 감소하며, 이는 다시 작동 중인 운반 유닛의 고장 확률을 낮춘다.
본 발명은 여기에 기술된 실시예들 및 이들에서 강조된 양태로만 한정되지 않는다. 오히려 청구 범위 내에서, 전문적인 조치의 범주에서 청구항들에 기술된 특징들 및/또는 장점들의 복수의 변형 및/또는 조합이 가능하다.
본 발명은 도면을 토대로 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 운반 유닛 및 연료 전지를 구비한 연료 전지 시스템의 부분적으로 개략화된 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 운반 유닛의 개략적 단면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 운반 유닛의 개략적 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 유동 방향에 대해 직교하여 연장되는 적어도 하나의 단면(A-A)의 개략적 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 유동 방향에 대해 직교하여 연장되는 적어도 하나의 단면(A-A)의 개략적 단면도이다.
도 1에 따른 도면은 운반 유닛(1)을 구비한 연료 전지 시스템(31)의 개략적 단면도를 보여주며, 여기서 운반 유닛(1)은 밸브-제트 펌프 복합 장치(8)를 구비한다. 밸브-제트 펌프 복합 장치(8)는 계량 공급 밸브(6) 및 제트 펌프(4)를 구비하며, 계량 공급 밸브(6)는 예컨대 나사 연결에 의해 제트 펌프(4)와, 특히 제트 펌프(4)의 본체(13)와 연결된다.
제트 펌프(4)는 그 본체(13) 내에 제1 유입구(28), 제2 유입구(36a), 흡입 영역(7), 혼합 튜브(18), 디퓨저(20) 및 배기 매니폴드(22) 및/또는 연결 부재(26)를 구비한다. 계량 공급 밸브(6)는 제2 유입구(36b) 및 노즐(12)을 구비한다. 이 경우, 계량 공급 밸브(6)는, 특히 혼합 튜브(18)의 특히 제1 종축(39)의 방향으로 제트 펌프(4) 내로, 특히 제트 펌프(4)의 본체(13)의 개구 내로 삽입된다.
도 1에 도시된 연료 전지 시스템(31)은 추가로 연료 전지(29), 물 분리기(24) 및 사이드 채널 압축기(10)를 구성요소로서 구비한다. 이 경우, 연료 전지(29)는 애노드 출구(9) 및/또는 애노드 입구(15)에 의해 적어도 간접적으로 물 분리기(24) 및/또는 사이드 채널 압축기(10) 및/또는 밸브-제트 펌프 장치(8)와 연결된다. 이 경우, 재순환 매체가 흐른다. 연료 전지(29)로부터 애노드 출구(9)를 통해 제1 유동 경로(III)의 방향으로 배출되어, 특히 선택적인 추가 구성요소(10, 24) 및/또는 밸브-제트 펌프 장치(8)를 관류한 후에, 애노드 입구(15)를 통해 제2 유동 경로(IV)의 방향으로 다시 연료 전지(29) 내로 유입된다. 제1 유동 경로(III)와 제2 유동 경로(IV)는 적어도 거의 평행하게 연장된다. 구성요소로서 물 분리기(24) 및/또는 사이드 채널 압축기(10) 및/또는 밸브-제트 펌프 장치(8)는 적어도 간접적으로 서로 유체 연결된다. 구성요소 중 물 분리기(24) 및 사이드 채널 압축기(10)는 운반 유닛(1) 및/또는 연료 전지 시스템(31) 내에 반드시 존재할 필요는 없는 선택적 구성요소이다. 또한, 연료 전지(29)는 끝판(2)을 가지며, 애노드 출구(9) 및 애노드 입구(15)가 상기 끝판(2)을 관통하여 연장된다. 끝판(2)은 밸브-제트 펌프 장치(8) 쪽을 향하는 연료 전지(29)의 측에 존재한다. 이 경우, 구성 요소 중 제트 펌프(4), 계량공급 밸브(6) 및/또는 사이드 채널 압축기(10) 및/또는 물 분리기(24)는 연료 전지(29)의 끝판(2) 상에 배치되되, 운반 유닛(1)의 구성요소들 사이 및/또는 이들 내부의 유동 라인이 상기 끝판(2)에 대해 오직 평행하게만 연장되는 방식으로 배치되며, 상기 끝판(2)은 연료 전지(29)와 운반 유닛(1) 사이에 배치된다. 이 경우, 사용되지 않은 기체 매체는 연료 전지(29)의 애노드 출구(9), 특히 스택으로부터 유동 방향(III)으로 끝판(2)을 통과하여 선택적 물 분리기(24) 및 선택적 사이드 채널 압축기(10)를 거쳐 밸브-제트 펌프 장치(8)의 유입구(28) 내로 유입된다. 그곳으로부터 기체 매체는 제트 펌프(4)의 흡입 영역(7)으로, 그리고 일부는 혼합 튜브(18) 내로 흘러간다. 여기서 물 분리기(24)는, 연료 전지(29)의 작동 시 발생하고 기체 매체, 특히 H2와 함께 애노드 출구(9)를 통해 다시 밸브-제트 펌프 장치(8) 내로 유입되는 물을 시스템에서 배출시키는 작업을 한다. 그럼으로써, 기체상으로 그리고/또는 액상으로 존재할 수 있는 물이 재순환 팬(recirculation fan)(10) 및/또는 제트 펌프(4) 및/또는 계량공급 밸브(6)로 침투할 수 없는데, 그 이유는 상기 물이 이미 물 분리기(24)에 의해 바로 기체 매체에서 분리되어 운반 장치를 구비한 연료 전지 시스템(31) 밖으로 배출되기 때문이다. 그럼으로써 부식으로 인한 운반 유닛(1) 및/또는 연료 전지 시스템(31)의 구성요소, 특히 상기 구성요소의 가동 부분(moving parts)의 손상이 방지될 수 있고, 그로 인해 관류되는 모든 구성요소의 수명이 증가한다.
도 1에는 또한, 운반될 매체가 적어도 하나의 유동 방향(V, VI, VII, VIII)으로 밸브-제트펌프 복합 장치(8)를 관류하는 것이 도시되어 있다. 밸브-제트 펌프 장치(8)의 관류 영역의 대부분이 적어도 거의 관형으로 형성되며, 운반 유닛(1) 내에서 특히 H2인 기체 매체를 운반 및/또는 안내하는 역할을 한다. 이때, 밸브-제트 펌프 장치(8)에는 한편으로 제1 유입구(28)를 통해 재순환 유동이 공급되고, 이 재순환 유동은 특히 연료 전지(29)의 애노드 영역에서, 특히 스택에서 미사용된 H2이며, 상기 재순환 유동은 물과 질소도 포함할 수 있다. 이때, 재순환 유동은 제1 유입구(28)를 통해 밸브-제트 펌프 장치(8) 내로 유입된다. 다른 한편으로는 제2 유입구(36)를 통해 밸브-제트 펌프 장치(8) 외부로부터 기체 추진제, 특히 H2가 밸브-제트 펌프 장치(8)의 리세스 내로, 그리고/또는 본체(13) 내로, 그리고/또는 계량 공급 밸브(6) 내로 유입되며, 상기 추진제는 탱크(34)에서 나오며 특히 6바아 이상의 고압 상태에 놓여 있다.
제2 유입구(36a, b)는 구성 요소 중 본체(13) 및/또는 계량 공급 밸브(6)를 관통하여 연장된다. 계량 공급 밸브(6)로부터 추진제는 구동 시스템 및 완전히 닫힐 수 있는 밸브 요소에 의해, 특히 간헐적으로, 노즐(12)을 통해 흡입 영역(7) 및/또는 혼합 튜브(18)로 배출된다. 노즐(12)을 통해 흐르며 추진제로서 이용되는 H2는 재순환 매체에 대해 압력차를 가지며, 상기 재순환 매체는 제1 유입구(28)로부터 운반 유닛(1) 내로 유입되고, 상기 추진제는 특히 적어도 6바아의 더 높은 압력을 갖는다. 이른바 제트 펌프 효과가 발생하도록, 재순환 매체는 예를 들어 운반 유닛(1)의 상류에 연결된 사이드 채널 압축기(10)를 사용하여 낮은 압력 및 적은 질량 흐름으로 운반 유닛(1)의 중앙 유동 영역으로 운반된다. 이때, 추진제는 전술한 압력차로, 그리고 특히 음속에 가깝고 그에 따라 음속 이하 또는 음속 이상일 수 있는 높은 속도로, 노즐(12)을 통해 흡입 영역(7) 및/또는 혼합 튜브(18)의 중앙 유동 영역으로 유입된다.
노즐(12)은 유동 단면 형태의 내부 리세스를 가지며, 이 리세스를 통해 기체 매체가 특히 계량 공급 밸브(6)로부터 나와서 흡입 영역(7) 및/또는 혼합 튜브(18) 내로 유입되는 방식으로 흐를 수 있다. 추진제는 흡입 영역(7) 및/또는 혼합 튜브(18)의 중앙 유동 영역에 이미 존재하는 재순환 매체를 만난다. 추진제와 재순환 매체 사이의 높은 속도차 및/또는 압력차로 인해 이들 매체 사이에 내부 마찰 및 난류가 생성된다. 이때, 빠른 추진제와 훨씬 더 느린 재순환 매체 사이의 경계층에 전단 응력(shear stress)이 발생한다. 상기 응력은 운동량 전달을 야기하며, 이때 재순환 매체가 가속되어 휩쓸리게 된다. 혼합은 운동량 보존(conservation of momentum)의 원리에 따라 발생한다. 이때, 재순환 매체는 유동 방향(V)을 따라 가속되고, 상기 재순환 매체에 대해 압력 강하가 발생하며, 그로 인해 흡입 작용이 설정됨에 따라 제1 유입구(28)의 영역으로부터 추가 재순환 매체가 공급된다. 상기 효과를 제트 펌프 효과라고 할 수 있다.
계량공급 밸브(6)를 이용한 추진제의 계량 투입을 제어함으로써, 재순환 매체의 운반 속도를 조절할 수 있고, 작동 상태 및 작동 요건에 따라 전체 연료 전지 시스템(31)의 개별 수요에 맞춰 조정할 수 있다. 계량 공급 밸브(6)가 닫힌 상태에 있는, 운반 유닛(1)의 한 예시적인 작동 상태에서는, 추진제가 제2 유입구(36)로부터 제트 펌프(4)의 중앙 유동 영역으로 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 그럼으로써 추진제가 재순환 매체를 향해 유동 방향(VII)으로 흡입 영역(7) 및/또는 혼합 튜브(18) 내로 더 유입될 수 없게 되어 제트 펌프 효과가 중단된다.
또한, 도 1의 제트 펌프(4)는, 제트 펌프 효과 및 운반 효율을 추가로 개선하고, 그리고/또는 저온 시동 프로세스 및/또는 제조 및 조립 비용을 더욱 개선하는 기술적 특징을 갖는다. 이 경우, 부분 부재인 디퓨저(20)는 자신의 내부 유동 단면의 영역에서 원추형으로, 특히 제1 유동 방향(V) 및 제2 유동 방향(VI)으로 가면서 확장되는 형태로 연장된다. 이 경우, 노즐(12) 및 혼합 튜브(18) 및/또는 디퓨저(20)가 서로 동축으로 연장될 수 있다. 부분 부재인 디퓨저(20)의 이러한 성형을 통해, 운동 에너지가 압력 에너지로 변환되는 바람직한 효과가 발생할 수 있으며, 그럼으로써 운반 유닛(1)의 가능한 운반 체적이 더 증가할 수 있고, 그로 인해 운반될 매체, 특히 H2가 더 많이 연료 전지(29)에 공급될 수 있으며, 그 결과 전체 연료 전지 시스템(31)의 효율이 높아질 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 밸브-제트펌프 복합 장치(8)는 선택적 가열 요소(11)를 구비하며, 상기 밸브-제트 펌프 장치(8) 및/또는 배기 매니폴드(22) 및/또는 연결 부재(26)가 하나의 재료로 제조되거나, 낮은 비열용량을 갖는 합금으로 제조된다. 이러한 방식으로, 특히 0℃ 미만의 온도에서 저온 시동 능력이 개선될 수 있는데, 그 이유는 그럼으로써 밸브-제트 펌프 장치(8)의 유동 영역 내에 존재하는 아이스 브리지가 분해될 수 있기 때문이다. 가열 요소(11)는 제트 펌프(4)의 본체(13) 내에 통합되거나 상기 본체 상에 배치될 수 있다.
본 발명에 따라 계량 공급 밸브(6)는, 흡입 영역(7) 및/또는 혼합 튜브(18) 내로의 추진제의 더 개선된 계량공급 기능 및 더 정확한 계량공급을 가능케 하기 위해, 비례제어 밸브(6)로서 구현될 수 있다. 운반 유닛(1)의 유동 기하구조 및 효율을 더욱 개선하기 위해, 노즐(12)과 혼합 튜브(18)가 회전 대칭형으로 구현되며, 상기 노즐(12)은 제트 펌프(4)의 혼합 튜브(18)에 대해 동축으로 연장된다.
도 2에는 제1 실시예에 따른 운반 유닛(1)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 여기에는 운반 유닛(1)의 내측 유동 윤곽, 특히 본체(13)의 일부가 도시되어 있으며, 상기 부분은 특히 기체 매체의 관류 방향으로 흡입 영역(7), 혼합 튜브(18), 디퓨저(20), 배기 매니폴드(22) 및 연결 부재(26)와 같은 영역을 포함한다. 혼합 튜브(18), 디퓨저(20), 배기 매니폴드(22) 및 연결 부재(26)는 각각 개별 종축(39, 40, 42, 44)을 갖는다. 상기 개별 종축(39, 40, 42, 44)을 따라 상기 영역에서 기체 매체의 개별 유동 방향(V, VI, VII, VIII)이 연장된다.
흡입 영역(7)으로부터 나오는 기체 매체가 연료 전지(29)의 애노드 입구(15)까지 본체(13)의 유동 윤곽을 적어도 거의 완전히 관류하는 것으로 확인되며, 이때 기체 매체는 혼합 튜브(18), 디퓨저(20), 배기 매니폴드(22) 및 연결 부재(26)를 관류한다. 흡입 영역(7)에는 제2 유입구(36)로부터 나오는 추진제가 노즐(12)을 통해 공급되어, 제1 유입구(28)를 통해 공급된, 특히 연료 전지(29)로부터 나오는 재순환 매체를 만난다.
또한, 도 2에는, 혼합 튜브(18)가 제1 종축(39)을 가지며, 제1 유동 방향(V)이 상기 제1 종축(39)에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되는 것으로 도시되어 있다. 디퓨저(20)는 제2 종축(40)을 가지며, 제2 유동 방향(VI)이 상기 제2 종축(40)에 대해 평행하게 연장된다. 배기 매니폴드(22)는 제3 종축(42)을 가지며, 제3 유동 방향(VII)이 상기 제3 종축(42)에 대해 평행하게 연장된다. 연결 부재(26)는 제4 종축(44)을 가지며, 제4 유동 방향(VIII)이 상기 제4 종축(44)에 대해 평행하게 연장된다. 이 경우, 개별 영역에서 종축(39, 40, 42, 44) 및/또는 유동 방향(V, VI, VII, VIII)은 서로 상이한 벡터를 가지며, 평행하게 연장되지 않고 그리고/또는 같은 방향으로 연장되지 않으므로, 기체 매체는 각 섹션(18, 20, 22, 26)에서 편향된다. 이 경우, 디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 기울어지게, 특히 각도(α)만큼 기울어지게 구현되고, 이때 디퓨저(20)의 제2 종축(40)은 애노드 입구(15)의 방향으로 기울어진다. 또한, 배기 매니폴드(22)의 제3 종축(42)은 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 기울어지게, 특히 각도(γ)만큼 기울어지게 구현되고, 이때 배기 매니폴드(22)의 제3 종축(42)은 애노드 입구(15)의 방향으로 기울어진다. 또한, 연결 부재(26)의 제4 종축(44)은 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 기울어지게, 특히 적어도 거의 직각으로 기울어지게 구현되고, 이때 연결 부재(26)의 제4 종축(44)에 대해 평행하게 연장되는 제4 유동 방향(VIII)이 애노드 입구(15)를 향해 있다.
또한, 도 2에는, 디퓨저(20)의 제1 벽부(17)가 적어도 부분적으로 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 평행하게 연장되고, 상기 제1 벽부(17)에 대향하여 놓인 디퓨저(20)의 제2 벽부(19)가 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 각도(ß)로 연장되며, 상기 제1 벽부(17)는 애노드 입구(15)로부터 먼 쪽을 향하는 디퓨저(20) 측으로부터 연장되고, 상기 제2 벽부(19)는 애노드 입구(15) 쪽을 향하는 디퓨저(20) 측으로부터 연장되는 점이 도시되어 있다. 이때, 기체 매체는 노즐(12) 및/또는 혼합 튜브(18)의 영역에서 제1 유동 방향(V)으로, 그리고 그곳으로부터 디퓨저(20)로 흐르고, 이때 기체 매체는 혼합 튜브(18)에서 디퓨저(20)로 넘어가는 영역에서 방향이 바뀌며, 그 결과 기체 매체는 디퓨저(20)에서 적어도 거의 제2 유동 방향(VI)으로 흐른다. 이때, 각도(ß)가 각도(α)보다 더 크다.
도 2에는, 제트 펌프(4)의 내부 유동 영역에, 특히 개별 유동 방향(V, VI, VII, VIII)에 대해 직교하여 연장되는 유동 단면이 형성되는 것이 도시되어 있다. 디퓨저(20)의 영역에서는 유동 단면이 예컨대 적어도 하나의 단면(A-A)으로서 형성되며, 상기 적어도 하나의 단면(A-A)은 제2 유동 방향(VI) 및/또는 디퓨저(20)의 제2 종축(40)에 대해 직교하여 연장된다. 이때, 단면(A-A)은 제2 유동 방향(VI)으로 갈수록 확대된다. 이 경우, 특히 확대되는 단면(A-A)으로 인해, 디퓨저(20) 내에서 기체 매체의 유속이 감소할 수 있다. 또한, 디퓨저(20)의 영역에서 제1 및 제2 벽부(17, 19)가 적어도 거의 직선으로 연장됨에 따라, 제2 유동 방향(VI) 및/또는 제2 종축(40)이 적어도 거의 직선으로 연장되며, 그럼으로써 기체 매체도 디퓨저(20) 내에서 적어도 거의 직선으로 흐른다.
기체 매체는 디퓨저(20)를 관류한 후에 배기 매니폴드(22) 내로 흐르고, 그곳으로부터 연결 부재(26)로 흐른다. 도 2에는, 배기 매니폴드(22)의 영역에서 애노드 입구(15)로부터 먼 쪽을 향하는 배기 매니폴드(22)의 측에 제3 벽부(21)가 연장되는 것이 도시되어 있다. 상기 제3 벽부(21)는 적어도 부분적으로 직선인 연장부 및/또는 적어도 부분적으로 만곡부(23)를 가질 수 있으며, 이때 만곡부(23)는 특히 반경을 가질 수 있다. 제3 벽부(21)의 연장부, 특히 만곡부(23)로서의 연장부에 의해, 기체 매체는 배기 매니폴드(22)를 관류할 때 애노드 입구(15)를 향해 편향될 수 있다. 이때, 배기 매니폴드(22)의 제3 종축(42) 및/또는 기체 매체의 제3 유동 방향(VII)이 배기 매니폴드(22)의 영역에서 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 각도(γ)로 애노드 입구(15)를 향하여 연장된다. 이때, 각도(γ)가 특히 각도(α) 및/또는 각도(ß)보다 더 크다.
도 2에 도시된 것처럼, 기체 매체는 디퓨저(20) 및/또는 배기 매니폴드(22) 및/또는 연결 부재(26)를 관류할 때 상응하는 편향을 거치게 되고, 이때 기체 매체는 제1 유동 경로(III) 및/또는 제2 유동 경로(IV)에 대해 적어도 거의 직각으로 연장되는 제1 유동 방향(V)으로부터 각각의 유동 경로(III, IV)에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되는 제4 유동 방향(VIII)으로 편향된다.
도 3에는 제2 실시예에 따른 운반 유닛(1)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 여기에는 운반 유닛(1)의 내측 유동 윤곽, 특히 본체(13)의 일부가 도시되어 있으며, 상기 부분은 흡입 영역(7), 혼합 튜브(18), 디퓨저(20) 및 연결 부재(26)와 같은 영역을 포함한다. 혼합 튜브(18), 디퓨저(20) 및 연결 부재(26)는 각각 개별 종축(39, 40, 44)을 갖는다. 상기 개별 종축(39, 40, 44)을 따라 상기 영역에서 기체 매체의 개별 유동 방향(V, VI 및 VIII)이 연장된다. 이때, 디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 아치 형태로 연장됨에 따라, 기체 매체가 디퓨저(20)를 관류할 때 애노드 입구(15)를 향해, 특히 연속으로 편향된다.
디퓨저(20)의 제2 종축(40)의 아치형 연장부는 유동 영역의 벽부(17, 19)의 성형에 기인한다. 이때, 디퓨저(20)의 제1 벽부(17)는 만곡부(23)를 가지고, 상기 제1 벽부(17)에 대향하여 놓인 디퓨저(20)의 제2 벽부(19)는 적어도 거의 직선인 연장부를 가진다. 상기 제2 벽부(19)는 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 각도(ß)로 연장된다. 또 다른 한 실시예에서는 제2 벽부(19)도 만곡부를 가질 수 있다. 만곡되어 연장되는 제2 종축(40)과 제1 종축(39) 사이의 각도(α)는 디퓨저(20)의 관류가 진행되어감에 따라 애노드 입구(15)를 향하여 적어도 거의 0°의 값에서 적어도 거의 90°의 값까지 커진다. 이때, 디퓨저(20)의 제2 종축(40)은, 디퓨저(20)의 시작 영역에서는 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되고, 디퓨저(20)의 끝 영역에서는 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 적어도 거의 수직으로 연장되는 방식으로, 아치 형태로 연장되며, 특히 디퓨저(20)의 끝 영역의 개구가 애노드 입구(15)를 향한다.
또한, 도 3에는, 연결 부재(26)의 제4 종축(44)이 애노드 입구(15) 내 기체 매체의 제2 유동 경로(IV)에 대해 평행하게 연장되며, 이때 디퓨저(20)의 제2 종축(40)은 디퓨저(20)의 끝 영역에서 연결 부재(26)의 제4 종축(44)에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되는 것이 도시되어 있다.
또한, 도 3에는, 제트 펌프(4)의 내부 유동 영역에, 특히 개별 유동 방향(V, VI, VIII)에 대해 직교하여 연장되는 유동 단면이 형성되는 것이 도시되어 있다. 디퓨저(20)의 영역에서는 유동 단면이 예컨대 적어도 하나의 단면(A-A)으로서 형성되며, 상기 적어도 하나의 단면(A-A)은 제2 유동 방향(VI) 및/또는 특히 아치형으로 연장되는 디퓨저(20)의 제2 종축(40)에 대해 직교하여 연장된다. 이때, 단면(A-A)은 제2 유동 방향(VI)으로 갈수록 확대된다. 이 경우, 특히 확대되는 단면(A-A)으로 인해, 디퓨저(20) 내에서 기체 매체의 유속이 감소할 수 있다. 또한, 디퓨저(20)의 영역에서 특히 제1 벽부(17)의 만곡된 연장부 및 또는 제2 벽부(19)의 적어도 거의 직선인 연장부로 인해, 제2 유동 방향(VI) 및/또는 제2 종축(40)이 적어도 거의 아치형으로 연장되며, 그럼으로써 기체 매체도 디퓨저(20)의 영역에서 적어도 거의 아치형으로 흐르고, 특히 애노드 입구(15) 쪽을 향한다.
도 4는 제1 실시예에 따라 유동 방향(VI)에 대해 직교하여 연장되는 적어도 하나의 단면(A-A)의 개략적 단면도이다. 여기서 디퓨저(20)의 각각의 단면(A-A)은 적어도 거의 원형 형상을 갖는다. 특히 적어도 디퓨저(20)의 시작 영역에서 애노드 입구(15)로부터 먼 쪽을 향해 연장되는 제1 벽부(17) 및 유동 단면의 제2 벽부(19)를 통과하여 제1 기준 축(48)이 연장된다. 상기 제1 기준축(48)에 대해 직교하여 제2 기준 축(50)이 연장된다. 도시되지 않은 한 평면에서, 2개의 기준 축(48, 50)의 교차점을 통과하여 상기 두 축(48, 50)에 대해 직교하도록 제2 종축(40)이 연장된다.
도 5에는 제2 실시예에 따라 유동 방향(VI)에 대해 직교하여 연장되는 적어도 하나의 단면(A-A)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 여기서 각각의 단면(A-A)은 둥근 형상, 특히 타원형 및/또는 난형 형상을 갖는다. 특히 적어도 디퓨저(20)의 시작 영역에서 애노드 입구(15)로부터 먼 쪽을 향해 연장되는 제1 벽부(17) 및 유동 단면의 제2 벽부(19)를 통과하여 제1 기준 축(48)이 연장된다. 이 경우, 제2 기준 축(50)은, 상기 제2 기준 축이 유동 단면의 벽부들의 최대 거리의 범위 내에 존재하도록, 상기 난형 단면의 제1 기준 축에 대해 직교하여 연장된다. 도시되지 않은 한 평면에서, 2개의 기준 축(48, 50)의 교차점을 통과하여 상기 두 축(48, 50)에 대해 직교하도록 제2 종축(40)이 연장된다.
선택적으로, 배기 매니폴드(22) 및/또는 연결 부재(26)의 유동 영역의 단면들도 상응하는, 적어도 거의 원형인 그리고/또는 타원형인 형상을 가질 수 있다.
도 4 및 도 5에 기술된 제1 및 제2 실시예에 따라서도, 디퓨저(20)를 관류할 때 마찰 손실 및/또는 유동 손실이 감소하는 더 개선된 기체 매체의 편향이 달성될 수 있는 한편, 기체 매체를 애노드 입구(15) 쪽으로 편향시키는 데 필요한 장착 공간을 줄일 수 있는 장점이 달성될 수 있다. 그럼으로써 운반 유닛(1) 및/또는 제트 펌프(4)는 가용 장착 공간이 적은 차량에도 설치될 수 있다. 이때, 제트 펌프(4)의 유동 단면 내에서의 유동 전이가 가능한 한 유동 최적화되도록 구현됨에 따라, 기체 매체의 난류 및/또는 유속 감속이 방지된다.
특히 적어도 하나의 단면(A-A)의 제2 실시예에서는 운반될 기체 매체의 대부분이 제2 종축(50)의 영역에서 제2 유동 방향(VI)으로 디퓨저(20)를 통과하여 흐르고, 그럼으로써 애노드 입구(15) 쪽으로 더 강하게 편향되는데, 이는 제2 종축(50)이 제2 벽부(19) 및/또는 애노드 입구(15)에 대해, 특히 적어도 하나의 단면(A-A)의 제1 실시예에 비해 더 짧은 거리를 갖기 때문이며, 이는 더 개선된 유동 거동 및 더 컴팩트한 구조적 형상으로 이어진다. 또한, 이러한 방식으로 디퓨저(20) 및/또는 전체 운반 유닛(1)을 통과하는 기체 매체의 개선된 유동 안내가 달성될 수 있다.
이처럼 도 4 또는 도 5에 도시된 단면(A)의 형상들은 운반 유닛(1) 및/또는 제트 펌프(4)의 실시예에 따라, 디퓨저(20), 배기 매니폴드(22), 연결 부재(26) 및 애노드 입구(15)와 같은 영역들의 임의의 조합으로, 본 발명에 따른 운반 유닛(1)에서뿐만 아니라 연료 전지 시스템(31)의 다른 모든 유동 영역에서도 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기체 매체, 특히 수소를 운반 및/또는 제어하기 위한 연료 전지 시스템(31)용 운반 유닛(1)으로서, 이 운반 유닛은 압력을 받는 기체 매체의 추진 제트에 의해 구동되는 제트 펌프(4) 및 계량공급 밸브(6)를 구비하며, 운반 유닛(1)의 배출구가 연료 전지(29)의 애노드 입구(15)와 유체 연결되고, 제트 펌프(4)는 흡입 영역(7), 혼합 튜브(18) 및 디퓨저(20)를 구비하며, 디퓨저(20)는 적어도 간접적으로 연료 전지(29)의 애노드 입구(15)와 유체 연결되고, 제트 펌프(4)는 적어도 부분적으로, 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 평행하게 연장되는 제1 유동 방향(V)으로 기체 매체에 의해 관류되는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛에 있어서,
    디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 기울어지게 연장되거나 만곡되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  2. 제1항에 있어서, 디퓨저(20)의 제1 벽부(17)가 적어도 부분적으로 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 평행하게 연장되고, 제1 벽부(17)에 대향하여 놓인 디퓨저(20)의 제2 벽부(19)가 제1 종축(39)에 대해 각도(ß)로 연장되며,
    제1 벽부(17)는 애노드 입구(15)로부터 먼 쪽을 향하는 디퓨저(20) 측으로부터 연장되고, 제2 벽부(19)는 애노드 입구(15) 쪽을 향하는 디퓨저(20) 측으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  3. 제1항에 있어서, 디퓨저(20)의 제1 벽부(17)가 만곡된 연장부(23)를 가지고, 제1 벽부(17)에 대향하여 놓인 디퓨저(20)의 제2 벽부(19)는 거의 직선인 연장부를 가지며, 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 각도(ß)로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 애노드 입구(15)의 방향으로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  5. 제3항에 있어서, 디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 디퓨저(20)의 시작 영역에서는 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되고, 디퓨저(20)의 끝 영역에서는 혼합 튜브(18)의 제1 종축(39)에 대해 적어도 거의 수직으로 연장되는 방식으로, 상기 디퓨저(20)의 제2 종축(40)이 아치 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 부재(26) 및/또는 배기 매니폴드(22)가 연료 전지(29)의 애노드 입구(15)와 디퓨저(20) 사이에 존재하며, 이들 요소를 적어도 간접적으로 서로 유체 연결하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  7. 제6항에 있어서, 연결 부재(26)의 제4 종축(44)이 애노드 입구(15) 내 기체 매체의 제2 유동 경로(IV)에 대해 평행하게 연장되며,
    디퓨저(20)의 제2 종축(40)은 디퓨저(20)의 끝 영역에서 연결 부재(26)의 제4 종축(44)에 대해 적어도 거의 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제트 펌프(4)가 가열 요소(11)를 가지며, 제트 펌프(4) 및/또는 배기 매니폴드(22) 및/또는 연결 부재(26)는 하나의 재료로 제조되거나, 낮은 비열용량을 갖는 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운반 유닛은 제트 펌프(4), 계량공급 밸브(6) 및/또는 사이드 채널 압축기(10) 및/또는 물 분리기(24)를 구성요소로서 구비하며, 이들 구성요소는 연료 전지(29)의 끝판(2) 상에 배치되되, 운반 유닛(1)의 구성요소들 사이 및/또는 이들 내부의 유동 라인이 상기 끝판(2)에 대해 오직 평행하게만 연장되는 방식으로 배치되며, 상기 끝판(2)은 연료 전지(29)와 운반 유닛(1) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 운반 유닛(1)
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 운반 유닛(1)을 구비한 연료 전지 시스템(31).
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