WO2013045051A1 - Gas jet pump for conveying a main gas stream - Google Patents

Gas jet pump for conveying a main gas stream Download PDF

Info

Publication number
WO2013045051A1
WO2013045051A1 PCT/EP2012/003936 EP2012003936W WO2013045051A1 WO 2013045051 A1 WO2013045051 A1 WO 2013045051A1 EP 2012003936 W EP2012003936 W EP 2012003936W WO 2013045051 A1 WO2013045051 A1 WO 2013045051A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
jet pump
valve
gas stream
gas
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/003936
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Cosimo Mazzotta
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2013045051A1 publication Critical patent/WO2013045051A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/16Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/54Installations characterised by use of jet pumps, e.g. combinations of two or more jet pumps of different type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a gas jet pump for promoting a main gas flow through a propellant gas stream according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a fuel cell system with such
  • Gas jet pumps are known from the general state of the art.
  • the most widespread design of gas jet pumps uses a propellant jet, which flows into a so-called Venturi tube, which has a cross-sectional constriction.
  • the main gas stream to be conveyed is supplied to the venturi, in such a way that it comes into contact with the propellant gas stream in the flow device before or at the latest in the region of the cross-sectional constriction. Due to the cross-sectional constriction and a before and after further developed cross-section, there is an increase in the flow velocity of the propellant gas stream in the region of this cross-sectional constriction due to
  • gas jet pumps in fuel cell systems are used, for example, to reclaim exhaust gas from the anode region to the anode region region within the scope of so-called anode recirculation.
  • the fresh metered fuel typically hydrogen
  • This is advantageous in terms of the energy expenditure for the recirculation of the anode exhaust gas.
  • these are comparatively energy-intensive and expensive.
  • Fuel cell system is counteracted here by the additional hydrogen pump in the form of a hydrogen circulation fan.
  • This structure is very complex and expensive because it also requires the hydrogen recirculation fan in addition to the gas jet pump.
  • Propellant gas streams are divided accordingly and switchable via valve devices. They can be switched so that either one or the other or both propellant gas streams flow into the respective Venturi tube. As a result, one or the other gas jet pump or both gas jet pumps can be operated together.
  • the structure is relatively complex, large and heavy due to the double existing gas jet pump, which must each have a venturi and the corresponding gas connections, despite the integration into a housing.
  • DE 2006 019 077 A1 describes a structure in which a
  • Nozzle opening for the propulsion jet can be changed. This is mechanical
  • the object of the present invention is now to provide a gas jet pump or a fuel cell system with such a gas jet pump, which avoids these disadvantages and offers a simple and compact design, which is sufficiently flexible in terms of the required delivery capacity.
  • the gas jet pump according to the invention utilizes a common Venturi tube, to which a propellant gas stream divided into at least two separate partial propellant gas streams can be fed. At least one of the two separate Operatreibgasströme is via a
  • Valve device influenced in its flow.
  • the structure can therefore be similar to a structure with two own gas jet pumps on the division of the
  • Propellant gas stream can be used in two sectiontreibgasströme either only with one or the other or both of the Operatreibgasströme. This results in a simple and very compact construction of a gas jet pump which can be switched in its performance, at least in two stages, which manages with a single Venturi tube.
  • this venturi tube must then be designed so that it is designed to be optimized for an average volume flow of the propellant gas stream, so that the functionality is given both with one and also with a plurality of the partial propellant gas streams.
  • the fineness in the regulation of the delivery rate of the gas jet pump can be easily influenced by the number of individual Parttreibgasströme. In practice, certainly two to three partial propellant gas flows will result in a meaningful variation in performance. In principle, however, any number of individual partial gas streams are possible, so that a quasi-continuous power adjustment is possible.
  • the at least one valve device is designed as a 2/2-way valve, in particular as a solenoid valve.
  • a design of the at least one valve device as a 2/2-way valve is correspondingly simple and efficient.
  • This can be realized in particular in the form of a solenoid valve, which is easily controllable and inexpensive available on the market.
  • the disadvantage of such a solenoid valve lies in the fact that the flow cross-section is typically released comparatively abruptly. Thus, the flow rate breaks down briefly, since the Operatreibgasströme split when opening one of the solenoid valves differently and a reduced flow of the already open
  • the at least one valve device is designed as a proportional valve.
  • a proportional valve allows a continuous increase in the flow-through cross-section, so that a collapse of the pressure and the flow rate can be avoided.
  • the structure thus allows a better control of the required delivery rate of the gas jet pump, since when opening the valve means the delivery rate does not collapse for a short time, but by the continuous opening of the valve device accordingly
  • the above object is also achieved by a fuel cell system with an exhaust gas recirculation, wherein the exhaust gas recirculation at least one flowing from a fuel cell exhaust gas stream together with a dosed
  • Eduktgasstrom recirculates to the fuel cell, wherein in the anode recirculation, a gas jet pump is provided according to the invention with the exhaust stream as the main gas stream and the Eduktgasstrom as a propellant gas stream.
  • the gas jet pump according to the invention which with a simple, small, compact and lightweight construction yet a high variability in terms of
  • Capacity allows, in particular for the exhaust gas recirculation in one
  • Fuel cell system of particular advantage In such an exhaust gas recirculation, the recirculation rate must be adjusted accordingly as a function of the electric power delivered by the fuel cell. This results in a structure in which a high variability in the flow rate of the gas jet pump is needed.
  • a pressurized or compressed educt gas is supplied to the fuel cell anyway, so that a sufficiently pressurized
  • Propellant gas flow is available.
  • the use of a gas jet pump compared to a recirculation fan therefore also has decisive advantages in terms of the energy efficiency of the overall system.
  • the exhaust gas recirculation is designed as an anode exhaust gas recirculation.
  • a gas jet pump according to the invention is of particular advantage.
  • hydrogen is typically available as the reactant gas stream for the anode compartment of the fuel cell. Since this hydrogen is generally stored under high pressure in a compressed gas storage, the energy required for the hydrogen as propellant gas flow is available anyway, so that here particularly energy efficient with the
  • the anode recirculation can be operated.
  • the propellant gas stream is branched in the direction of flow after a metering valve into the at least two partial propellant gas streams.
  • the metering valve which is often designed in combination with a pressure regulating valve, is comparatively complex and expensive, since it must realize an exact metering of the hydrogen under very high pressure and, if appropriate, the relaxation of this hydrogen to a lower pressure level. This component is in the
  • the structure according to the invention therefore exists only once, after which the branching of the propellant gas stream takes place into the at least two partial propellant gas streams.
  • the metering valve can be designed both as a proportional valve, which has advantages in terms of noise emissions, as well as a clock valve, which by a
  • Pulse width modulation is operated so that the desired gas flow
  • At least one of the separate Operatreibgasströme between the metering valve and the Venturi tube is formed free of a valve device.
  • This one Operatreibgasstrom without valve device is of particular advantage to a continuous with open metering valve
  • This basic flow can be designed in a particularly favorable and advantageous development in particular so that it is designed in its amount to the idling operation of the fuel cell system.- idle operation can therefore without the
  • FIG. 1 shows an exemplary fuel cell system in a vehicle.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a gas jet pump according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 3 shows a diagram of the pressure buildup over the load achieved with the gas jet pump according to FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a gas jet pump according to the invention in a
  • FIG. 5 shows a diagram of the pressure build-up over the load achieved with the gas jet pump according to FIG. 4.
  • a fuel cell system 1 in an indicated vehicle 2 can be seen purely by way of example and in a very highly schematic manner.
  • Fuel cell system 1 essentially has a fuel cell 3, which in turn has an anode compartment 4 and a cathode compartment 5.
  • the fuel cell 3 should be designed as a stack of PEM fuel cells.
  • the cathode compartment 5 of the fuel cell 3 is supplied via an air conveyor 6 with air as an oxygen supplier. The exhaust air from the cathode chamber 5 passes in the illustrated here
  • Embodiment to the environment in principle, a post-processing, for example, an afterburner, a turbine or the like could be arranged.
  • a post-processing for example, an afterburner, a turbine or the like could be arranged.
  • this is for the present invention is not of interest, so on a
  • the anode chamber 4 of the fuel cell 3 is supplied with hydrogen H 2 , which originates from a compressed gas reservoir 7. It passes via a pressure control device 8 and a later explained in more detail gas jet pump 9 in the anode compartment 4. From the region of the anode compartment 4 exhaust gas A passes from the anode compartment 4 via a
  • Recirculation line 10 back into the region of the gas jet pump 9, and is sucked from this as a secondary gas stream and fed back into the anode chamber 4.
  • This principle of an anode recirculation is from the general state of Technique known. It serves to the anode chamber 4 with an excess
  • Hydrogen H 2 supply in order to make the best possible use of its active area.
  • the remaining in the exhaust gas from the anode chamber 4 residual hydrogen is then together with inert gases, which through the membranes from the cathode compartment 5 in the
  • Anode space 4 are diffused and a small part of the product water, which is formed in the anode chamber 4, fed back via the recirculation line 10 and the anode chamber 4 mixed with the fresh hydrogen H 2 supplied again. Since in such an anode recirculation over time, inert gases and water accumulate and thereby the hydrogen concentration decreases, it is necessary, for example from time to time, to discharge water and gas from the anode recirculation.
  • a drain valve 11 is indicated in principle in the illustration of FIG.
  • recirculation conveyor for the recirculated exhaust gas from the anode compartment 4.
  • a recirculation conveyor is shown in the here
  • the gas jet pump 9 is again shown in detail in the illustration of FIG. It consists essentially of a principle indicated Venturi tube 12, which the exhaust gas A is supplied. In addition, the hydrogen flows H 2 as
  • the metering valve 15 may be formed, for example, as a clock valve or preferably as a proportional valve to minimize noise emissions.
  • the propellant gas stream 14 branches off into two partial propellant gas streams 14.1 and 14.2, which are fed separately to the venturi tube 12. This setup with the two
  • Propellant gas streams 14.1, 14.2 is to be understood as an example. It would be
  • the first of the partial propellant gas streams 14.1 does not have any valve device.
  • the second partial gas stream 14.2, which is guided parallel thereto, has a valve device 16, which in the embodiment illustrated here should be designed as a comparatively simple, economical and efficient 2/2 way valve. This is indicated in the illustration of the valve device 16 by the symbolized opening characteristic.
  • the valve device 16 should be designed as a solenoid valve, which can be easily and efficiently switched between an open position and a closed position.
  • the partial propellant gas stream 14.1 is provided, which flows continuously into the venturi tube 12 and provides a certain delivery rate.
  • the valve device 16 in the second Operatreibgasstrom 14.2 is closed. It is achieved at relatively low load, a comparatively low pressure build-up by the gas jet pump 9. With higher load, the valve 16 is opened. Since this is designed as a 2/2-way valve, the opening is released suddenly. As a result, the delivery pressure built up via the first partial propellant gas stream 14.1 is first lost once before the delivery pressure at the common flow of the two partial propellant gas streams 14.1 and 14.2 adjusts accordingly in the diagram of FIG.
  • Valve device 16 This is in the embodiment of Figure 4 of
  • Gas jet pump 9 designed as a proportional valve. This is in turn indicated by the opening characteristic in the representation of the valve device 16. Thus, it releases a continuously increasing flow-through cross-section when opening. This has the consequence that the delivery between the designated I and II Regions of the diagram of the pressure build dp over the load L no longer breaks, but the applied from the first part of the propellant gas flow 14.1 delivery pressure remains. This is shown by way of example on the diagram to be understood in analogy to the diagram in FIG. 3 in FIG. Again, the corresponding areas are again denoted by I and II.
  • a timing valve offers corresponding advantages in terms of cost and controllability, while a proportional valve allows for a more continuous flow and has advantages over the timing valve in terms of noise emissions caused.

Abstract

The invention relates to a gas jet pump (9) for conveying a main gas stream (A) through a propellant gas stream (14), wherein in an axial direction, the propellant gas stream (14) flows into a Venturi tube (12) having a cross-sectional narrowing, to which the main gas stream (A) also flows. The invention is characterized in that the propellant gas stream (14) is configured in the form of at least two separate partial propellant gas streams (14.1, 14.2), which jointly flow into the one Venturi tube (12), wherein the volume flow of at least one of the two separate partial propellant gas streams (14.1, 14.2) can be manipulated by way of a valve unit (16). The invention further relates to a fuel cell system (1) having such a gas jet pump (9) for exhaust gas recirculation.

Description

Gasstrahlpumpe zur Förderung eines Hauptgasstroms  Gas jet pump for conveying a main gas flow
Die Erfindung betrifft eine Gasstrahlpumpe zur Förderung eines Hauptgasstroms durch einen Treibgasstrom nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. The invention relates to a gas jet pump for promoting a main gas flow through a propellant gas stream according to the closer defined in the preamble of claim 1.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Moreover, the invention relates to a fuel cell system with such
Gasstrahlpumpe. Gas jet pump.
Gasstrahlpumpen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die am weitesten verbreitete Bauform von Gasstrahlpumpen nutzt dabei einen Treibgasstrahl, welcher in ein sogenanntes Venturirohr einströmt, welches eine Querschnittsverengung aufweist. Zusätzlich zu dem Treibgasstrom wird dem Venturirohr der zu fördernde Hauptgasstrom zugeführt, und zwar so, dass dieser in Strömungsvorrichtung vor oder spätestens im Bereich der Querschnittsverengung in Kontakt zu dem Treibgasstrom kommt. Durch die Querschnittsverengung und einem davor und danach weiter ausgebildeten Querschnitt kommt es zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Treibgasstroms im Bereich dieser Querschnittsverengung aufgrund des Gas jet pumps are known from the general state of the art. The most widespread design of gas jet pumps uses a propellant jet, which flows into a so-called Venturi tube, which has a cross-sectional constriction. In addition to the propellant gas stream, the main gas stream to be conveyed is supplied to the venturi, in such a way that it comes into contact with the propellant gas stream in the flow device before or at the latest in the region of the cross-sectional constriction. Due to the cross-sectional constriction and a before and after further developed cross-section, there is an increase in the flow velocity of the propellant gas stream in the region of this cross-sectional constriction due to
Kontinuitätsgesetzes. Dadurch entsteht ein Unterdruck im Bereich der Continuity Act. This creates a negative pressure in the area of
Querschnittsverengung, welcher den Hauptgasstrom ansaugt und vermischt mit dem Treibgasstrom fördert. Cross-sectional constriction, which sucks the main gas stream and mixed with the propellant gas flow promotes.
Dieser Aufbau ist so aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Er kann vielfältig eingesetzt werden. So finden Gasstrahlpumpen in Brennstoffzellensystemen ihren Einsatz, um beispielsweise im Rahmen einer sogenannten Anodenrezirkulation Abgas aus dem Anodenbereich zum Eingang des Anodenbereichs zurückzufordern. Der frische zudosierte Brennstoff, typischerweise Wasserstoff, dient dann als Treibgasstrom, um das Anodenabgas entsprechend anzusaugen. Dies ist hinsichtlich des Energieaufwands zur Rezirkulation des Anodenabgases von Vorteil. Ergänzend oder alternativ dazu lassen sich Wasserstoffrezirkulationsgebläse einsetzen. Diese sind jedoch vergleichsweise energieintensiv und aufwändig. Beispielhaft wird für einen solchen Aufbau auf die DE 102 51 878 C5 hingewiesen. Die Problematik der vergleichsweise schwierigen Auslegung einer Gasstrahlpumpe über den gesamten auftretenden Lastbereich des This structure is known from the general state of the art. It can be used in many ways. For example, gas jet pumps in fuel cell systems are used, for example, to reclaim exhaust gas from the anode region to the anode region region within the scope of so-called anode recirculation. The fresh metered fuel, typically hydrogen, then serves as a propellant gas stream to appropriately draw the anode exhaust gas. This is advantageous in terms of the energy expenditure for the recirculation of the anode exhaust gas. In addition or alternatively, can be Insert hydrogen circulation fan. However, these are comparatively energy-intensive and expensive. For example, reference is made to DE 102 51 878 C5 for such a structure. The problem of the comparatively difficult design of a gas jet pump over the entire occurring load range of
Brennstoffzellensystems wird hier durch die zusätzliche Wasserstoffpumpe in Form eines Wasserstoffrezirkulationsgebläses entgegengewirkt. Dieser Aufbau ist sehr aufwändig und teuer, da er neben der Gasstrahlpumpe auch das Wasserstoffrezirkulationsgebläse benötigt. Fuel cell system is counteracted here by the additional hydrogen pump in the form of a hydrogen circulation fan. This structure is very complex and expensive because it also requires the hydrogen recirculation fan in addition to the gas jet pump.
Ein alternativer Aufbau ist aus der DE 10 2007 004 590 A1 bekannt. Um eine Anpassung der Förderleistung der Gasstrahlpumpe zu erzielen, werden hier zwei Gasstrahlpumpen, integriert in ein Gehäuse, miteinander kombiniert. Jede der Gasstrahlpumpen weist das für sie typische Venturirohr und die Zuleitung eines Treibgasstroms auf. Die An alternative construction is known from DE 10 2007 004 590 A1. In order to achieve an adjustment of the delivery rate of the gas jet pump, two gas jet pumps, integrated into one housing, are combined here. Each of the gas jet pumps has its typical Venturi tube and the supply of a propellant gas stream. The
Treibgasströme sind entsprechend aufgeteilt und über Ventileinrichtungen schaltbar. Sie können so geschaltet werden, dass entweder der eine oder der andere oder beide Treibgasströme in das jeweilige Venturirohr einströmen. Dadurch lässt sich die eine oder die andere Gasstrahlpumpe oder beide Gasstrahlpumpen zusammen betreiben. Der Aufbau ist aufgrund der doppelt vorhandenen Gasstrahlpumpe, welche jeweils ein Venturirohr und die entsprechenden Gasanschlüsse aufweisen muss, trotz der Integration in ein Gehäuse vergleichsweise aufwändig, groß und schwer. Propellant gas streams are divided accordingly and switchable via valve devices. They can be switched so that either one or the other or both propellant gas streams flow into the respective Venturi tube. As a result, one or the other gas jet pump or both gas jet pumps can be operated together. The structure is relatively complex, large and heavy due to the double existing gas jet pump, which must each have a venturi and the corresponding gas connections, despite the integration into a housing.
Ferner beschreibt die DE 2006 019 077 A1 einen Aufbau, bei welchem eine Furthermore, DE 2006 019 077 A1 describes a structure in which a
Düsenöffnung für den Treibstrahl verändert werden kann. Dies ist mechanisch Nozzle opening for the propulsion jet can be changed. This is mechanical
außerordentlich komplex. Der Aufbau wird damit sehr teuer und störanfällig. extraordinarily complex. The structure is thus very expensive and prone to failure.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Gasstrahlpumpe beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Gasstrahlpumpe anzugeben, welches diese Nachteile vermeidet und einen einfachen und kompakten Aufbau bietet, welcher hinsichtlich der benötigten Förderleistung ausreichend flexibel verwendbar ist. The object of the present invention is now to provide a gas jet pump or a fuel cell system with such a gas jet pump, which avoids these disadvantages and offers a simple and compact design, which is sufficiently flexible in terms of the required delivery capacity.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Gasstrahlpumpe sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben. Außerdem löst ein According to the invention this object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the gas jet pump are specified in the dependent claims. It also redeems
Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 die Aufgabe. Vorteilhafte Weiterbildungen hiervon ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Fuel cell system with the features in the characterizing part of claim 4 the Task. Advantageous developments thereof will become apparent from the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Gasstrahlpumpe nutzt ein gemeinsames Venturirohr, welchem ein in wenigstens zwei getrennte Teiltreibgasströme aufgeteilter Treibgasstrom zuführbar ist. Dabei ist wenigstens einer der zwei getrennten Teiltreibgasströme über eine The gas jet pump according to the invention utilizes a common Venturi tube, to which a propellant gas stream divided into at least two separate partial propellant gas streams can be fed. At least one of the two separate Teiltreibgasströme is via a
Ventileinrichtung in seinem Volumenstrom beeinflussbar. Der Aufbau kann also ähnlich wie ein Aufbau mit zwei eigenen Gasstrahlpumpen über die Aufteilung des Valve device influenced in its flow. The structure can therefore be similar to a structure with two own gas jet pumps on the division of the
Treibgasstroms in zwei Teiltreibgasströme entweder nur mit dem einen oder dem anderen oder beiden der Teiltreibgasströme verwendet werden. Damit entsteht ein einfacher und sehr kompakter Aufbau einer in ihrer Leistung zumindest in zwei Stufen schaltbaren Gasstrahlpumpe, welcher mit einem einzigen Venturirohr auskommt. Dieses Venturirohr muss dann selbstverständlich so ausgelegt sein, dass es auf einen mittleren Volumenstrom des Treibgasstroms hin optimiert ausgebildet ist, sodass die Funktionalität sowohl mit einem als auch mit mehreren der Teiltreibgasströme gegeben ist. Propellant gas stream can be used in two Teiltreibgasströme either only with one or the other or both of the Teiltreibgasströme. This results in a simple and very compact construction of a gas jet pump which can be switched in its performance, at least in two stages, which manages with a single Venturi tube. Of course, this venturi tube must then be designed so that it is designed to be optimized for an average volume flow of the propellant gas stream, so that the functionality is given both with one and also with a plurality of the partial propellant gas streams.
Die Feinheit in der Regulierung der Förderleistung der Gasstrahlpumpe lässt sich dabei durch die Anzahl der einzelnen Teiltreibgasströme leicht beeinflussen. In der Praxis werden sicher zwei bis drei Teiltreibgasströme eine sinnvolle Variation in der Leistung ergeben. Prinzipiell sind jedoch auch beliebig viele einzelne Teiltreibgasströme möglich, sodass eine quasi kontinuierliche Leistungsanpassung möglich ist. The fineness in the regulation of the delivery rate of the gas jet pump can be easily influenced by the number of individual Teiltreibgasströme. In practice, certainly two to three partial propellant gas flows will result in a meaningful variation in performance. In principle, however, any number of individual partial gas streams are possible, so that a quasi-continuous power adjustment is possible.
In einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es dabei vorgesehen, dass die wenigstens eine Ventileinrichtung als 2/2-Wegeventil, insbesondere als Magnetventil, ausgebildet ist. Eine solche Ausbildung der wenigstens einen Ventileinrichtung als 2/2-Wegeventil ist entsprechend einfach und effizient. Diese kann insbesondere in Form eines Magnetventils realisiert werden, welches einfach ansteuerbar und kostengünstig am Markt verfügbar ist. Der Nachteil bei einem solchen Magnetventil liegt jedoch darin, dass der Strömungsquerschnitt typischerweise vergleichsweise schlagartig freigegeben wird. Damit bricht die Förderleistung kurzzeitig zusammen, da sich die Teiltreibgasströme beim Öffnen eines der Magnetventile anders aufteilen und eine verminderte Durchströmung der bereits offenen In a very favorable and advantageous development of the construction according to the invention, it is provided that the at least one valve device is designed as a 2/2-way valve, in particular as a solenoid valve. Such a design of the at least one valve device as a 2/2-way valve is correspondingly simple and efficient. This can be realized in particular in the form of a solenoid valve, which is easily controllable and inexpensive available on the market. The disadvantage of such a solenoid valve, however, lies in the fact that the flow cross-section is typically released comparatively abruptly. Thus, the flow rate breaks down briefly, since the Teiltreibgasströme split when opening one of the solenoid valves differently and a reduced flow of the already open
Strömungsquerschnitte auftritt. Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe ist es daher vorgesehen, dass die wenigstens eine Ventileinrichtung als Proportionalventil ausgebildet ist. Ein solches Proportionalventil erlaubt eine kontinuierliche Erhöhung des durchströmbaren Querschnitts, sodass ein Einbruch des Drucks und der Förderleistung vermieden werden kann. Der Aufbau erlaubt so eine bessere Ansteuerung der benötigten Förderleistung der Gasstrahlpumpe, da beim Öffnen der Ventileinrichtung die Förderleistung nicht kurzzeitig zusammenbricht, sondern durch die kontinuierliche Öffnung der Ventileinrichtung entsprechend Flow cross sections occurs. According to a particularly favorable and advantageous development of the gas jet pump according to the invention, it is therefore provided that the at least one valve device is designed as a proportional valve. Such a proportional valve allows a continuous increase in the flow-through cross-section, so that a collapse of the pressure and the flow rate can be avoided. The structure thus allows a better control of the required delivery rate of the gas jet pump, since when opening the valve means the delivery rate does not collapse for a short time, but by the continuous opening of the valve device accordingly
aufrechterhalten werden kann. can be maintained.
Die oben genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Brennstoffzellensystem mit einer Abgasrezirkulation gelöst, wobei die Abgasrezirkulation wenigstens einen aus einer Brennstoffzelle strömenden Abgasstrom zusammen mit einem zudosierten The above object is also achieved by a fuel cell system with an exhaust gas recirculation, wherein the exhaust gas recirculation at least one flowing from a fuel cell exhaust gas stream together with a dosed
Eduktgasstrom zur Brennstoffzelle zurückführt, wobei in der Anodenrezirkulation eine Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung mit dem Abgasstrom als Hauptgasstrom und dem Eduktgasstrom als Treibgasstrom vorgesehen ist. Eduktgasstrom recirculates to the fuel cell, wherein in the anode recirculation, a gas jet pump is provided according to the invention with the exhaust stream as the main gas stream and the Eduktgasstrom as a propellant gas stream.
Die erfindungsgemäße Gasstrahlpumpe, welche mit einem einfachen, kleinen, kompakten und leichten Aufbau dennoch eine hohe Variabilität hinsichtlich der The gas jet pump according to the invention, which with a simple, small, compact and lightweight construction yet a high variability in terms of
Förderleistung ermöglicht, ist insbesondere für die Abgasrezirkulation in einem Capacity allows, in particular for the exhaust gas recirculation in one
Brennstoffzellensystem von besonderem Vorteil. In einer solchen Abgasrezirkulation muss in Abhängigkeit der von der Brennstoffzelle geförderten elektrischen Leistung die Rezirkulationsrate entsprechend eingestellt werden. Damit ergibt sich ein Aufbau, bei welchem eine hohe Variabilität in der Förderleistung der Gasstrahlpumpe benötigt wird. Andererseits wird ohnehin ein unter Druck gespeichertes oder verdichtetes Eduktgas der Brennstoffzelle zugeführt, sodass ein unter ausreichendem Druck stehender Fuel cell system of particular advantage. In such an exhaust gas recirculation, the recirculation rate must be adjusted accordingly as a function of the electric power delivered by the fuel cell. This results in a structure in which a high variability in the flow rate of the gas jet pump is needed. On the other hand, a pressurized or compressed educt gas is supplied to the fuel cell anyway, so that a sufficiently pressurized
Treibgasstrom zur Verfügung steht. Die Verwendung einer Gasstrahlpumpe hat gegenüber einem Rezirkulationsgebläse also auch entscheidende Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz des Gesamtsystems. Propellant gas flow is available. The use of a gas jet pump compared to a recirculation fan therefore also has decisive advantages in terms of the energy efficiency of the overall system.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist es dabei vorgesehen, dass die Abgasrezirkulation als Anodenabgasrezirkulation ausgebildet ist. Insbesondere im Bereich des Anodenabgases ist die Verwendung einer Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung von besonderem Vorteil. Hier steht typischerweise Wasserstoff als Eduktgasstrom für den Anodenraum der Brennstoffzelle zur Verfügung. Da dieser Wasserstoff im Allgemeinen unter hohem Druck in einem Druckgasspeicher gespeichert ist, steht die für den Wasserstoff als Treibgasstrom benötigte Energie ohnehin zur Verfügung, sodass hier besonders energieeffizient mit der In an advantageous development of the fuel cell system according to the invention, it is provided that the exhaust gas recirculation is designed as an anode exhaust gas recirculation. Particularly in the field of anode exhaust gas, the use of a gas jet pump according to the invention is of particular advantage. Here, hydrogen is typically available as the reactant gas stream for the anode compartment of the fuel cell. Since this hydrogen is generally stored under high pressure in a compressed gas storage, the energy required for the hydrogen as propellant gas flow is available anyway, so that here particularly energy efficient with the
erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe die Anodenrezirkulation betrieben werden kann. Gas jet pump according to the invention, the anode recirculation can be operated.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass der Treibgasstrom in Strömungsrichtung nach einem Dosierventil in die wenigstens zwei Teiltreibgasströme verzweigt ist. Das Dosierventil, welches oft in Kombination mit einem Druckregelventil ausgebildet ist, ist dabei vergleichsweise komplex und aufwändig, da es eine exakte Dosierung des unter sehr hohem Druck stehenden Wasserstoffs und gegebenenfalls auch die Entspannung dieses Wasserstoffs auf ein niedrigeres Druckniveau realisieren muss. Dieses Bauteil ist bei dem In a particularly favorable and advantageous development thereof, it is provided that the propellant gas stream is branched in the direction of flow after a metering valve into the at least two partial propellant gas streams. The metering valve, which is often designed in combination with a pressure regulating valve, is comparatively complex and expensive, since it must realize an exact metering of the hydrogen under very high pressure and, if appropriate, the relaxation of this hydrogen to a lower pressure level. This component is in the
erfindungsgemäßen Aufbau daher nur einmal vorhanden, danach erfolgt die Aufzweigung des Treibgasstroms in die wenigstens zwei Teiltreibgasströme. Das Dosierventil kann dabei sowohl als Proportionalventil ausgebildet sein, was Vorteile hinsichtlich der Geräuschemissionen hat, als auch als Taktventil, welches durch eine The structure according to the invention therefore exists only once, after which the branching of the propellant gas stream takes place into the at least two partial propellant gas streams. The metering valve can be designed both as a proportional valve, which has advantages in terms of noise emissions, as well as a clock valve, which by a
Pulsweitenmodulation so betrieben wird, dass sich der gewünschte Gasstrom Pulse width modulation is operated so that the desired gas flow
beziehungsweise die gewünschte Dosiermenge an Wasserstoff entsprechend einstellen lässt. or can set the desired dosage of hydrogen accordingly.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist es dabei vorgesehen, dass wenigstens einer der getrennten Teiltreibgasströme zwischen dem Dosierventil und dem Venturirohr frei von einer Ventileinrichtung ausgebildet ist. Dieser eine Teiltreibgasstrom ohne Ventileinrichtung ist dabei von besonderem Vorteil, um bei geöffnetem Dosierventil eine andauernde In a particularly favorable and advantageous development of the fuel cell system according to the invention, it is provided that at least one of the separate Teiltreibgasströme between the metering valve and the Venturi tube is formed free of a valve device. This one Teiltreibgasstrom without valve device is of particular advantage to a continuous with open metering valve
Grundströmung von Wasserstoff in den Bereich der Brennstoffzelle zu realisieren. Diese Grundströmung kann dabei in einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung insbesondere so ausgelegt sein, dass diese in ihrer Menge auf den Leerlaufbetrieb des Brennstoffzellensystems ausgelegt ist.- Im Leerlaufbetrieb kann also ohne die To realize basic flow of hydrogen in the area of the fuel cell. This basic flow can be designed in a particularly favorable and advantageous development in particular so that it is designed in its amount to the idling operation of the fuel cell system.- idle operation can therefore without the
Ansteuerung von Ventileinrichtungen in den getrennten Teiltreibgasströmen der Betrieb der Brennstoffzelle sehr energieeffizient und mit minimalem Steuerungsaufwand realisiert werden. Mit steigender Last wird dann einer oder mehrere zusätzliche Teiltreibgasströme durch ein Öffnen der entsprechenden Ventileinrichtung hinzugeschaltet, sodass sich im Bereich der Gasstrahlpumpe die benötigte Förderleistung entsprechend einstellt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe, des Brennstoffzellensystems sowie des Betriebsverfahrens hierfür ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird. Control of valve devices in the separate Teiltreibgasströmen the operation of the fuel cell can be realized very energy efficient and with minimal control effort. With increasing load then one or more additional Teiltreibgasströme is connected by opening the corresponding valve device, so that adjusts the required capacity in the gas jet pump accordingly. Further advantageous embodiments of the gas jet pump according to the invention, the fuel cell system and the operating method for this result from the remaining dependent claims and the embodiment, which will be described below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug;  1 shows an exemplary fuel cell system in a vehicle.
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 is a schematic diagram of a gas jet pump according to the invention in a first embodiment;
Fig. 3 ein Diagramm des mit der Gasstrahlpumpe gemäß Figur 2 erzielten Druckaufbaus über der Last;  FIG. 3 shows a diagram of the pressure buildup over the load achieved with the gas jet pump according to FIG. 2; FIG.
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Gasstrahlpumpe gemäß der Erfindung in einer  4 is a schematic diagram of a gas jet pump according to the invention in a
zweiten Ausführungsform; und  second embodiment; and
Fig. 5 ein Diagramm der mit der Gasstrahlpumpe gemäß Figur 4 erzielten Druckaufbaus über der Last. 5 shows a diagram of the pressure build-up over the load achieved with the gas jet pump according to FIG. 4.
In der Darstellung der Figur 1 ist rein beispielhaft und sehr stark schematisiert ein Brennstoffzellensystem 1 in einem angedeuteten Fahrzeug 2 zu erkennen. Das In the representation of FIG. 1, a fuel cell system 1 in an indicated vehicle 2 can be seen purely by way of example and in a very highly schematic manner. The
Brennstoffzellensystem 1 weist im Wesentlichen eine Brennstoffzelle 3 auf, welche ihrerseits einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5 zeigt. Die Brennstoffzelle 3 soll als Stapel von PEM-Brennstoffzellen ausgebildet sein. Der Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird über eine Luftfördereinrichtung 6 mit Luft als Sauerstofflieferant versorgt. Die Abluft aus dem Kathodenraum 5 gelangt in dem hier dargestellten Fuel cell system 1 essentially has a fuel cell 3, which in turn has an anode compartment 4 and a cathode compartment 5. The fuel cell 3 should be designed as a stack of PEM fuel cells. The cathode compartment 5 of the fuel cell 3 is supplied via an air conveyor 6 with air as an oxygen supplier. The exhaust air from the cathode chamber 5 passes in the illustrated here
Ausführungsbeispiel an die Umgebung. Hier könnte prinzipiell auch eine Nachbereitung, beispielsweise eine Nachverbrennung, eine Turbine oder dergleichen angeordnet sein. Dies ist für die vorliegende Erfindung jedoch nicht von Interesse, sodass auf eine Embodiment to the environment. Here, in principle, a post-processing, for example, an afterburner, a turbine or the like could be arranged. However, this is for the present invention is not of interest, so on a
Darstellung verzichtet worden ist. Representation has been omitted.
Der Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird mit Wasserstoff H2 versorgt, welcher aus einem Druckgasspeicher 7 stammt. Er gelangt über eine Druckregeleinrichtung 8 und eine später noch näher erläuterte Gasstrahlpumpe 9 in den Anodenraum 4. Aus dem Bereich des Anodenraums 4 gelangt Abgas A aus dem Anodenraum 4 über eine The anode chamber 4 of the fuel cell 3 is supplied with hydrogen H 2 , which originates from a compressed gas reservoir 7. It passes via a pressure control device 8 and a later explained in more detail gas jet pump 9 in the anode compartment 4. From the region of the anode compartment 4 exhaust gas A passes from the anode compartment 4 via a
Rezirkulationsleitung 10 zurück in den Bereich der Gasstrahlpumpe 9, und wird von dieser als sekundärer Gasstrom angesaugt und zurück in den Anodenraum 4 gefördert. Dieses Prinzip einer Anodenrezirkulation ist dabei aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Es dient dazu, den Anodenraum 4 mit einem Überschuss an Recirculation line 10 back into the region of the gas jet pump 9, and is sucked from this as a secondary gas stream and fed back into the anode chamber 4. This principle of an anode recirculation is from the general state of Technique known. It serves to the anode chamber 4 with an excess
Wasserstoff H2 zu versorgen, um seine aktive Fläche bestmöglichst auszunutzen. Der im Abgas aus dem Anodenraum 4 verbleibende Restwasserstoff wird dann zusammen mit inerten Gasen, welche durch die Membranen aus dem Kathodenraum 5 in den Hydrogen H 2 supply in order to make the best possible use of its active area. The remaining in the exhaust gas from the anode chamber 4 residual hydrogen is then together with inert gases, which through the membranes from the cathode compartment 5 in the
Anodenraum 4 diffundiert sind und einem kleinen Teil des Produktwasser, welcher im Anodenraum 4 entsteht, über die Rezirkulationsleitung 10 zurückgefördert und dem Anodenraum 4 vermischt mit dem frischen Wasserstoff H2 erneut zugeführt. Da sich in einer solchen Anodenrezirkulation mit der Zeit inerte Gase und Wasser anreichern und dadurch die Wasserstoffkonzentration sinkt, muss, beispielsweise von Zeit zu Zeit, Wasser und Gas aus der Anodenrezirkulation abgelassen werden. Hierfür ist in der Darstellung der Figur 1 ein Ablassventil 11 prinzipmäßig angedeutet. Anode space 4 are diffused and a small part of the product water, which is formed in the anode chamber 4, fed back via the recirculation line 10 and the anode chamber 4 mixed with the fresh hydrogen H 2 supplied again. Since in such an anode recirculation over time, inert gases and water accumulate and thereby the hydrogen concentration decreases, it is necessary, for example from time to time, to discharge water and gas from the anode recirculation. For this purpose, a drain valve 11 is indicated in principle in the illustration of FIG.
Um nun die Druckverluste im Bereich des Anodenraums 4 und im Bereich der In order now to the pressure losses in the region of the anode compartment 4 and in the region of
Rezirkulationsleitung 10 ausgleichen zu können, ist es notwendig, eine It is necessary to compensate a recirculation line 10
Rezirkulationsfördereinrichtung für das rezirkulierte Abgas aus dem Anodenraum 4 vorzusehen. Als Rezirkulationsfördereinrichtung ist in dem hier dargestellten Provide recirculation conveyor for the recirculated exhaust gas from the anode compartment 4. As a recirculation conveyor is shown in the here
Ausführungsbeispiel der Figur 1 die bereits erwähnte Gasstrahlpumpe 9 vorgesehen. Embodiment of Figure 1, the aforementioned gas jet pump 9 is provided.
Die Gasstrahlpumpe 9 ist in der Darstellung der Figur 2 nochmals im Detail dargestellt. Sie besteht im Wesentlichen aus einem prinzipmäßig angedeuteten Venturirohr 12, welchem das Abgas A zugeführt wird. Außerdem strömt der Wasserstoff H2 als The gas jet pump 9 is again shown in detail in the illustration of FIG. It consists essentially of a principle indicated Venturi tube 12, which the exhaust gas A is supplied. In addition, the hydrogen flows H 2 as
Treibgasstrom 14 über ein Dosierventil 15, welches beispielsweise in den Bereich der Druckregeleinrichtung 8 integriert ausgebildet sein kann, zu dem Venturirohr 12. Das Dosierventil 15 kann beispielsweise als Taktventil oder bevorzugt als Proportionalventil, um Geräuschemissionen zu minimieren, ausgebildet sein. Nach dem Dosierventil 15 verzweigt sich der Treibgasstrom 14 in zwei Teiltreibgasströme 14.1 und 14.2, welche dem Venturirohr 12 getrennt zugeführt werden. Dieser Aufbau mit den beiden Propellant gas flow 14 via a metering valve 15, which may be formed, for example integrated in the region of the pressure control device 8, to the venturi 12. The metering valve 15 may be formed, for example, as a clock valve or preferably as a proportional valve to minimize noise emissions. After the metering valve 15, the propellant gas stream 14 branches off into two partial propellant gas streams 14.1 and 14.2, which are fed separately to the venturi tube 12. This setup with the two
Treibgasströmen 14.1 , 14.2 ist dabei rein beispielhaft zu verstehen. Es wäre Propellant gas streams 14.1, 14.2 is to be understood as an example. It would be
selbstverständlich auch denkbar, mehrere einzelne Teiltreibgasströme 14.1 bis 14. n entsprechend auszubilden. Die nachfolgenden Erläuterungen werden jedoch jeweils am Beispiel von zwei derartigen Teilgasströmen 14.1 , 14.2 beschrieben. Selbstverständlich kann der Fachmann die Erläuterungen und Aufbauten auf mehr als zwei Of course, also conceivable to form a plurality of individual Teiltreibgasströme 14.1 to 14 n accordingly. However, the following explanations will be described in each case using the example of two such partial gas streams 14.1, 14.2. Of course, those skilled in the art the explanations and structures to more than two
Teiltreibgasströme 14.1 bis 14.n ausdehnen. In der Darstellung der Figur 2 weist der erste der Teiltreibgasströme 14.1 dabei keine Ventileinrichtung auf. Der parallel dazu geführte zweite Teilgasstrom 14.2 weist eine Ventileinrichtung 16 auf, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als vergleichsweise einfaches, kostengünstiges und effizientes 2/2-Wegeventil ausgebildet sein soll. Dies ist in der Darstellung der Ventileinrichtung 16 durch die symbolisierte Öffnungscharakteristik angedeutet. Insbesondere soll die Ventileinrichtung 16 als Magnetventil ausgebildet werden, welches einfach und effizient zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung geschaltet werden kann. Partial propellant gas streams 14.1 to 14.n expand. In the representation of FIG. 2, the first of the partial propellant gas streams 14.1 does not have any valve device. The second partial gas stream 14.2, which is guided parallel thereto, has a valve device 16, which in the embodiment illustrated here should be designed as a comparatively simple, economical and efficient 2/2 way valve. This is indicated in the illustration of the valve device 16 by the symbolized opening characteristic. In particular, the valve device 16 should be designed as a solenoid valve, which can be easily and efficiently switched between an open position and a closed position.
Die Situation im Bereich des Brennstoffzellensystems 1 ist nun die, dass im The situation in the area of the fuel cell system 1 is now that in the
Leerlaufbetrieb des Brennstoffzellensystems 1 ein gewisser Volumenstrom an Idle operation of the fuel cell system 1 to a certain volume flow
Wasserstoff benötigt wird. Dementsprechend muss ein geringer Volumenstrom an Anodenabgas A rezirkuliert werden. Für diesen Fall ist der Teiltreibgasstrom 14.1 vorgesehen, welcher stetig in das Venturirohr 12 strömt und eine gewisse Förderleistung bereitstellt. In dem Diagramm des möglichen Druckaufbaus dp über der Last L in Figur 3 ist dieses in dem mit I bezeichneten Abschnitt dargestellt. Die Ventileinrichtung 16 in dem zweiten Teiltreibgasstrom 14.2 ist dabei geschlossen. Es wird bei vergleichsweise geringer Last ein vergleichsweise geringer Druckaufbau durch die Gasstrahlpumpe 9 erzielt. Mit höherer Last wird das Ventil 16 geöffnet. Da dieses als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist, wird die Öffnung schlagartig freigegeben. Dadurch geht der über den ersten Teiltreibgasstrom 14.1 aufgebaute Förderdruck zuerst einmal verloren, bevor sich in dem Diagramm der Figur 3 in dem mit II bezeichneten Bereich der Förderdruck bei gemeinsamer Strömung der beiden Teiltreibgasströme 14.1 und 14.2 entsprechend einstellt. Hydrogen is needed. Accordingly, a small volume flow of anode exhaust gas A must be recirculated. For this case, the partial propellant gas stream 14.1 is provided, which flows continuously into the venturi tube 12 and provides a certain delivery rate. In the diagram of the possible pressure build-up dp over the load L in FIG. 3, this is shown in the section labeled I. The valve device 16 in the second Teiltreibgasstrom 14.2 is closed. It is achieved at relatively low load, a comparatively low pressure build-up by the gas jet pump 9. With higher load, the valve 16 is opened. Since this is designed as a 2/2-way valve, the opening is released suddenly. As a result, the delivery pressure built up via the first partial propellant gas stream 14.1 is first lost once before the delivery pressure at the common flow of the two partial propellant gas streams 14.1 and 14.2 adjusts accordingly in the diagram of FIG.
Sind noch weitere Teiltreibgasströme neben den beiden genannten vorhanden, so kann eine weitere und feinere Leistungsanpassung erfolgen. If there are still other partial gas streams in addition to the two mentioned, then a further and finer power adjustment can take place.
In der Darstellung der Figur 4 ist ein vergleichbarer Aufbau der Gasstrahlpumpe 9 nochmals dargestellt. Der einzige Unterschied dabei ist die Ausbildung der In the illustration of Figure 4, a comparable structure of the gas jet pump 9 is shown again. The only difference is the training of the
Ventileinrichtung 16. Diese ist in der Ausführungsform gemäß Figur 4 der Valve device 16. This is in the embodiment of Figure 4 of
Gasstrahlpumpe 9 als Proportionalventil ausgebildet. Dies ist wiederum durch die Öffnungscharakteristik in der Darstellung der Ventileinrichtung 16 angedeutet. Sie gibt beim Öffnen also einen kontinuierlich größer werdenden durchströmbaren Querschnitt frei. Dies hat zur Folge, dass die Förderleistung zwischen den mit I und II bezeichneten Bereichen des Diagramms des Druckaufbaus dp über der Last L nicht mehr einbricht, sondern der von dem ersten Teiltreibgasstrom 14.1 aufgebrachte Förderdruck bestehen bleibt. Dies ist an dem analog zum Diagramm in Figur 3 zu verstehenden Diagramm in Figur 5 beispielhaft dargestellt. Auch hier sind die entsprechenden Bereiche wieder mit I und II bezeichnet. Gas jet pump 9 designed as a proportional valve. This is in turn indicated by the opening characteristic in the representation of the valve device 16. Thus, it releases a continuously increasing flow-through cross-section when opening. This has the consequence that the delivery between the designated I and II Regions of the diagram of the pressure build dp over the load L no longer breaks, but the applied from the first part of the propellant gas flow 14.1 delivery pressure remains. This is shown by way of example on the diagram to be understood in analogy to the diagram in FIG. 3 in FIG. Again, the corresponding areas are again denoted by I and II.
Dabei hat sich herausgestellt, dass die Ausbildung des Dosierventils 15 keinen nennenswerten Einfluss auf den Druckaufbau hat, sondern dass dieser primär von der Ausbildung der Ventileinrichtung 16 abhängt. Damit kann im Bereich des Dosierventils 8 auch weiterhin vergleichsweise unabhängig von der Ausbildung der Gasstrahlpumpe 9 die gewünschte Ventiltechnik eingesetzt werden. Beispielsweise bietet ein Taktventil entsprechende Vorteile hinsichtlich der Kosten und der Ansteuerbarkeit, während ein Proportionalventil einen kontinuierlicheren Volumenstrom ermöglicht und hinsichtlich der verursachten Geräuschemissionen Vorteile gegenüber dem Taktventil hat. It has been found that the formation of the metering valve 15 has no appreciable influence on the pressure build-up, but that this depends primarily on the design of the valve device 16. Thus, in the area of the metering valve 8, the desired valve technology can continue to be used comparatively independently of the design of the gas jet pump 9. For example, a timing valve offers corresponding advantages in terms of cost and controllability, while a proportional valve allows for a more continuous flow and has advantages over the timing valve in terms of noise emissions caused.

Claims

Patentansprüche claims
1. Gasstrahlpumpe (9) zur Förderung eines Hauptgasstroms (A) durch einen 1. Gas jet pump (9) for conveying a main gas stream (A) by a
Treibgasstrom (14), wobei der Treibgasstrom (14) in axialer Richtung in ein  Propellant gas stream (14), wherein the propellant gas stream (14) in the axial direction in a
Venturirohr (12) mit einer Querschnittsverengung einströmt, welchem außerdem der Hauptgasstrom (A) zuströmt,  Venturi tube (12) flows with a cross-sectional constriction, which also flows in the main gas stream (A),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Treibgasstrom (14) in Form von wenigstens zwei getrennten  the propellant gas stream (14) in the form of at least two separate
Teiltreibgasströmen (14.1 , 14.2) ausgebildet ist, welche gemeinsam in das eine Venturirohr (12) einströmen, wobei wenigstens einer der zwei getrennten  Teiltreibgasströmen (14.1, 14.2) is formed, which together flow into the one Venturi tube (12), wherein at least one of the two separate
Teiltreibgasströme (14.1 , 14.2) über eine Ventileinrichtung (16) in seinem  Teiltreibgasströme (14.1, 14.2) via a valve device (16) in his
Volumenstrom beeinflussbar ist.  Volume flow can be influenced.
2. Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 1 , 2. gas jet pump (9) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die wenigstens eine Ventileinrichtung (16) als 2/2-Wegeventil, insbesondere als Magnetventil, ausgebildet ist.  the at least one valve device (16) is designed as a 2/2-way valve, in particular as a solenoid valve.
3. Gasstrahlpumpe (9) nach Anspruch 1 , 3. gas jet pump (9) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die wenigstens eine Ventileinrichtung (16) als Proportionalventil ausgebildet ist.  the at least one valve device (16) is designed as a proportional valve.
4. Brennstoffzellensystem (1) mit einer Abgasrezirkulation, welche einen aus einer Brennstoffzelle (3) stammenden Abgasstrom zusammen mit einem zudosierten Eduktgasstrom zur Brennstoffzelle (3) zuführt, wobei in der Abgasrezirkulation eine Gasstrahlpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit dem Abgasstrom (A) als Hauptgasstrom und dem Eduktgasstrom als Treibgasstrom (14) vorgesehen ist. 4. Fuel cell system (1) with an exhaust gas recirculation, which feeds a from a fuel cell (3) exhaust gas together with a metered Eduktgasstrom to the fuel cell (3), wherein in the exhaust gas recirculation, a gas jet pump according to one of claims 1 to 3 with the exhaust stream (A ) is provided as the main gas stream and the Eduktgasstrom as propellant gas stream (14).
5. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 4, 5. Fuel cell system (1) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Abgasrezirkulation als Anodenabgasrezirkulation ausgebildet ist.  the exhaust gas recirculation is designed as an anode exhaust gas recirculation.
6. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, 6. Fuel cell system (1) according to claim 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Treibgasstrom (14) der Gasstrahlpumpe (9) in Strömungsrichtung nach einem Dosierventil (15) in die wenigstens zwei Teiltreibgasströme (14.1 , 14.2) verzweigt ist.  the propellant gas stream (14) of the gas jet pump (9) is branched in the flow direction downstream of a metering valve (15) into the at least two partial propellant gas streams (14.1, 14.2).
7. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, 7. Fuel cell system (1) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Dosierventil (15) als Proportionalventil ausgebildet ist.  the metering valve (15) is designed as a proportional valve.
8. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, 8. Fuel cell system (1) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Dosierventil (15) als Taktventil ausgebildet ist.  the metering valve (15) is designed as a clock valve.
9. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, 7 oder 8, 9. Fuel cell system (1) according to claim 6, 7 or 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
wenigstens einer der getrennten Teiltreibgasströme (1 .1 , 14.2) zwischen dem Dosierventil (15) und dem Venturirohr (12) frei von einer Ventileinrichtung ausgebildet ist.  at least one of the separate Teiltreibgasströme (1 .1, 14.2) between the metering valve (15) and the Venturi tube (12) is formed free of a valve device.
10. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 9, 10. Fuel cell system (1) according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der frei von einer Ventileinrichtung ausgebildete Teiltreibgasstrom (14.1) in seinem Volumenstrom so ausgelegt ist, dass er für den Leerlaufbetrieb der Brennstoffzelle (3) optimiert ist.  the partial propellant gas stream (14.1) designed free of a valve device is designed in its volumetric flow in such a way that it is optimized for idling operation of the fuel cell (3).
PCT/EP2012/003936 2011-10-01 2012-09-20 Gas jet pump for conveying a main gas stream WO2013045051A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011114735A DE102011114735A1 (en) 2011-10-01 2011-10-01 Gas jet pump for conveying a main gas flow
DE102011114735.0 2011-10-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013045051A1 true WO2013045051A1 (en) 2013-04-04

Family

ID=47008465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/003936 WO2013045051A1 (en) 2011-10-01 2012-09-20 Gas jet pump for conveying a main gas stream

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011114735A1 (en)
WO (1) WO2013045051A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017205589B4 (en) * 2017-04-03 2019-03-14 Audi Ag eductor

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020022172A1 (en) * 2000-08-10 2002-02-21 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fluid supply device for fuel cell
JP2003100335A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and ejector circulation equipment
JP2003100334A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and ejector
JP2003178778A (en) * 2001-12-12 2003-06-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
DE102006019077A1 (en) 2005-04-27 2006-11-16 Denso Corp., Kariya The fuel cell system
DE102007004590A1 (en) 2007-01-30 2008-07-31 Daimler Ag Gas-supply assembly for anode-sided gas supply in fuel cell device, has jet pump arrangement for delivering of supply gas in gas supply section under insertion of gas propellant
DE10251878C5 (en) 2001-11-09 2010-02-11 Honda Giken Kogyo K.K. Fuel cell system with a fuel cycle
JP2011179333A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Honda Motor Co Ltd Fuel circulating device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020022172A1 (en) * 2000-08-10 2002-02-21 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fluid supply device for fuel cell
JP2003100335A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and ejector circulation equipment
JP2003100334A (en) * 2001-09-25 2003-04-04 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system and ejector
DE10251878C5 (en) 2001-11-09 2010-02-11 Honda Giken Kogyo K.K. Fuel cell system with a fuel cycle
JP2003178778A (en) * 2001-12-12 2003-06-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
DE102006019077A1 (en) 2005-04-27 2006-11-16 Denso Corp., Kariya The fuel cell system
DE102007004590A1 (en) 2007-01-30 2008-07-31 Daimler Ag Gas-supply assembly for anode-sided gas supply in fuel cell device, has jet pump arrangement for delivering of supply gas in gas supply section under insertion of gas propellant
JP2011179333A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Honda Motor Co Ltd Fuel circulating device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011114735A1 (en) 2013-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007004590A1 (en) Gas-supply assembly for anode-sided gas supply in fuel cell device, has jet pump arrangement for delivering of supply gas in gas supply section under insertion of gas propellant
WO2013152836A1 (en) Anode circuit for a fuel cell
DE102015005837A1 (en) The fuel cell system
DE102012001602A1 (en) Anode circuit of fuel cell system mounted in vehicle, has recirculation conveying device for anode gas exhaust, which is provided in form of gas jet pump by which fuel flowing to fuel cell is driven as propellant gas stream
DE102007026004A1 (en) Fuel cycle of a fuel cell system and method for operating the same
DE102012007385A1 (en) Gas jet pump for conveying a gas stream
DE10210358B4 (en) A fuel cell system with compressor and method for operating such a fuel cell system
DE102012219061A1 (en) System for performing hydrogen supply of polymer electrolyte membrane fuel cell mounted in motor car, has pressure reducer with spring chamber that is pressure-loaded and spring-loaded by using prevailing pressure of valve piston
WO2013045051A1 (en) Gas jet pump for conveying a main gas stream
WO2013072026A2 (en) Flow-driven device
DE102017011720A1 (en) Device for hydrogen supply to an anode
DE102012012636A1 (en) Method for fuel supply of fuel cell system for e.g. omni bus, involves pulsating fuel subflow relative to volume flow and/or pressure, and adding pulsations of subflows so that common fuel flow is not pulsated before division into subflows
WO2010108605A2 (en) Fuel cell system having at least one fuel cell
DE102012017567A1 (en) Fuel cell system for vehicle, has gas jet pump as recirculation conveyor that is formed in recirculation line for ideal operating point at partial load
WO2022144183A1 (en) Method and device for recirculating anode gas in an anode circuit of a fuel cell system, and fuel cell system
DE102014002323A1 (en) The fuel cell system
WO2013045050A1 (en) Gas jet pump with at least one nozzle
DE102012017933A1 (en) Fuel cell system e.g. polymer electrolyte membrane fuel cell system for motor car, has restrictor chamber having partial portions sealed against each other over releasing agent and influenced in volume ratios by moving releasing agent
DE102014223496A1 (en) Hydrogen discharge unit for fuel cell system
DE102012007375A1 (en) Fuel cell system i.e. proton-conducting membrane fuel cell system, for use in vehicle, has pulsation device comprising movable element, which is automatically moved by variable force caused over flow and reaction force
DE102013003740A1 (en) Hydrogen supply system
DE102022123318A1 (en) Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102009048247A1 (en) Method for operating fuel cell system of e.g. ship in water, involves operating valve device in opened condition when pressure within anode area of valve device is larger or equal to pressure in cathode area of valve device
DE102007031071A1 (en) Shutting down a fuel cell system
WO2013107492A1 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12769922

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12769922

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1