WO2018028862A1 - Brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents

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WO2018028862A1
WO2018028862A1 PCT/EP2017/065086 EP2017065086W WO2018028862A1 WO 2018028862 A1 WO2018028862 A1 WO 2018028862A1 EP 2017065086 W EP2017065086 W EP 2017065086W WO 2018028862 A1 WO2018028862 A1 WO 2018028862A1
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WO
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jet pump
throttle element
recirculation device
pump housing
fuel cell
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PCT/EP2017/065086
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Wessner
Martin Katz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
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    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • a recirculation device which is provided to recirculate at least a portion of an anode exhaust gas of a fuel cell unit, with at least one jet pump, which has a jet pump housing and is intended to promote the anode exhaust gas, and with at least one adjustment, which zu a setting of a recirculation rate has been proposed.
  • the invention is based on a recirculation device, which is intended to recirculate at least part of an anode exhaust gas of a fuel cell unit, with at least one jet pump, which has a jet pump housing and is intended to convey the anode exhaust gas, and with at least one adjustment unit, which a setting of a recirculation rate is provided.
  • the adjusting unit has at least one throttle element, which is arranged at least substantially completely within the jet pump housing.
  • a "recirculation device” should be understood to mean, in particular, a device which is provided to re-supply a fuel gas-containing, in particular hydrogen-containing, anode exhaust gas to a fuel cell unit of an anode of the fuel cell unit
  • the recirculation device is provided in particular for supplying to the anode of the fuel cell unit on the input side a particularly fixed and / or variable percentage of a volume flow of the anode exhaust gas.
  • the recirculation device is provided to supply the anode exhaust gas to a mixing point at which the anode exhaust gas is mixed with a freshly supplied fuel gas and / or a freshly supplied fuel gas mixture.
  • a "fuel cell unit” should be understood as meaning in particular a unit having at least one fuel cell which is provided with at least one chemical energy of at least one, in particular continuously supplied fuel gas, in particular hydrogen, and at least one oxidizing agent, in particular oxygen, in particular
  • the fuel cell unit is preferably provided in a fuel cell stack stationary and / or mobile extraction, in particular electrical and / or thermal energy, be understood using at least one fuel cell unit.
  • a "jet pump” is to be understood as meaning, in particular, a pump in which the pumping action is generated by a fluid jet of a propellant, which in particular sucks, accelerates and compresses and / or conveys at least one suction medium, in particular by impulse exchange
  • the drive medium is in particular a fuel gas and / or a fuel gas mixture, which is supplied to the jet pump
  • the suction medium is in particular the anode exhaust gas, which is sucked in and conveyed by the jet pump which is intended, at least one parameter, in particular a flow velocity, in particular a flow velocity to control and / or regulate the driving medium through the jet pump, for adjusting a recirculation rate of the anode exhaust gas.
  • a "throttle element” is to be understood as meaning, in particular, an element whose position and / or orientation and / or shaping can be actively changed, in particular as a function of at least one manipulated variable, in particular by a change in position and / or orientation and / or or the shaping of the at least one throttle element at least one flow path, along which the jet pump can be flowed through by at least one fluid, expandable and / or constrictable and / or at least substantially completely closed.
  • Recirculation device can be provided with advantageous operating characteristics.
  • the arrangement of the throttle element within a housing an advantageously high integration density can be achieved.
  • the throttle element is arranged displaceably within the jet pump housing.
  • the throttle element is mounted linearly displaceable within the jet pump housing.
  • the throttle element is in particular mounted linearly displaceable within the jet pump housing along a main flow direction of the jet pump.
  • the throttle element is arranged completely within a flow space of the jet pump.
  • the throttle element has at least one continuous flow channel. In particular, the flow channel extends at least substantially along a main flow direction of the jet pump.
  • the jet pump housing has a cooperating with the at least one throttle element and / or preferably corresponding bearing element with at least one contact surface for the at least one throttle element, which in particular at least one recess which at least partially forms a flow path at least one fluid in the circumferential direction
  • the contact element is formed integrally with the jet pump housing.
  • in one piece is meant, in particular at least materially connected, such as by a welding process and / or adhesive process, etc., and particularly advantageously formed, as understood by the production a casting and / or by the production in a one- or multi-component injection molding process.
  • the throttle element is displaceable in particular relative to the contact element.
  • the setting unit has at least one electromagnetic actuator unit which is provided for non-contact positioning of the throttle element within the jet pump housing.
  • the actuator unit is designed as a Tauchkernaktoriser.
  • a “submerged core actuator unit” is to be understood as meaning, in particular, an actuator unit which has at least one primary part and at least one secondary part movably mounted to the at least one primary part
  • the secondary part comprises in particular at least one ferromagnetic immersion element mounted within the coil of the primary part, the primary part being preferably mechanically fixed.
  • the force is in particular proportional to the current, in which case a direction of the force vector is determined, in particular, by the current direction ilhaft allows a bidirectional method of the throttle unit. Furthermore, an advantageous exact positioning of the throttle unit can be achieved.
  • the adjusting unit has at least one spring element which is provided to act on the throttle element with a closing force.
  • the spring element is provided to act on the throttle element with a directed at least substantially in the direction of the contact element of the jet pump housing force.
  • the actuator unit is provided in particular in at least one operating state to pressurize the throttle element with a force directed against the spring force.
  • “Spring element” is to be understood in particular an element that at least one Has extension that is elastically changeable in a normal operating state by at least 10%, in particular by at least 20%, preferably at least 30% and more advantageously by at least 50%, and in particular one dependent on a change in the extension and preferably to the changes - generates proportional counterforce, which counteracts the change.
  • the at least one spring element is designed as a helical spring, in particular as a tortuous torsion spring, in particular as a compression spring exact positioning of the throttle element and / or a safe closing of the jet pump can be achieved in a powerlessness of the drive unit.
  • the jet pump housing has at least one contact element cooperating with the throttle element and having an at least substantially wedge-shaped contact contour.
  • the fact that the contact element has an at least essentially "wedge-shaped" contact contour should in particular be understood to mean that the contact element tapers from an abutment element base to an end pointing in the direction of the throttle element As a result, a sealing effect can advantageously be further improved.
  • the setting unit has at least one sealing element which is arranged on the throttle element.
  • the sealing element can be arranged circumferentially on the at least one throttle element, in particular in the circumferential direction.
  • a "sealing element" is to be understood as meaning, in particular, an element which is intended to limit and / or at least increase a particularly unwanted escape of at least one fluid from the jet pump and / or an in particular unwanted entry of at least one fluid into the jet pump
  • the sealing element may consist at least partially of an elastomer, for example polyurethane and / or nitrile rubber
  • a sealing element may be arranged on a contact element of the jet pump housing This can advantageously improve the sealing effect can be achieved, in particular also when the throttle element with a relatively small force, in particular by the spring element.
  • a fuel cell system with at least one recirculation device according to the invention is proposed.
  • This can advantageously be dispensed with an additional control device for controlling a recirculation rate, whereby a space requirement, installation costs and / or material and / or installation costs can be advantageously reduced.
  • the recirculation device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the recirculation device according to the invention can have a number deviating from a number of individual elements, components and units specified herein for fulfilling a mode of operation described herein.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a fuel cell system with a
  • Fuel cell unit and a recirculation device with a jet pump Fuel cell unit and a recirculation device with a jet pump
  • Fig. 2 is a sectional view of the recirculation device with closed
  • Fig. 3 is a sectional view of the recirculation device with opened
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system 36 with a fuel cell unit 12.
  • the fuel cell unit 12 is shown here in simplified form as a fuel cell 38.
  • the fuel cell unit 12 has an anode 40 and a cathode 42.
  • the anode 40 is a fuel gas 44, in particular hydrogen, fed.
  • the cathode 42 is oxygen 46, in particular atmospheric oxygen supplied.
  • the fuel cell system 36 has a recirculation device 10, which is provided to recirculate part of an anode exhaust gas 48 of the fuel cell unit 12.
  • the recirculation device 10 has a jet pump 14, which is intended to convey the anode exhaust gas 48 within a recirculation line 50.
  • FIG. 2 shows the recirculation device 10 in a sectional view.
  • the recirculation device 10 comprises the jet pump 14, which has a jet pump housing 16. Furthermore, the recirculation device 10 has an adjustment unit 18, which is provided for setting a recirculation rate of the anode exhaust gas 48.
  • the setting unit 18 has a throttle element 20 which is arranged completely within the jet pump housing 16.
  • Throttle element 20 is arranged completely within a flow space 22 of the jet pump 14.
  • the throttle element 20 has a continuous flow channel 24.
  • the throttle element 20 is slidably disposed within the jet pump housing 16.
  • the throttle element 20 is along a main flow direction
  • the jet pump housing 16 has a contact element 30 cooperating with the throttle element 20 with an at least essentially wedge-shaped contact contour 32.
  • the contact element 30 is formed integrally with the jet pump housing 16.
  • the adjustment unit 18 further includes a
  • the setting unit 18 also has an electromagnetic actuator unit 26, which is used for a non-contact positioning of the throttle element 20 within the Jet pump housing 16 is provided.
  • the adjusting unit 18 comprises a spring element 28, which is provided to act on the throttle element 20 with a closing force.
  • the actuator unit 26 comprises a coil 52 and a magnetic flux guide 54. The actuator unit 26 is mechanically fixed in position on an outer side of the jet pump housing 16. The trained as a compression spring
  • Spring element 28 is provided to press the throttle element 20 in a de-energized state of the actuator unit 26 in the direction of the contact element 30 of the jet pump housing 16 and thus to close the jet pump 14.
  • the spring element 28 is arranged on a side facing away from the contact element 30 of the throttle element 20 between the throttle element 20 and the jet pump housing 16.
  • FIG. 2 shows the jet pump 14 in a closed state in which no anode exhaust gas 48 is recirculated through the recirculation device 10.
  • FIG. 3 shows the recirculation device 10 with the jet pump 14 open.
  • the throttle element 20 can be moved linearly against a spring force of the spring element 28.
  • the throttle element 20 consists at least substantially of a ferromagnetic material.
  • a recirculation rate of the anode exhaust gas 48 may be adjusted via a position of the throttle element 20.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Rezirkulationsvorrichtung (10), welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil eines Anodenabgases (48) einer Brennstoffzelleneinheit (12) zu rezirkulieren, mit zumindest einer Strahlpumpe (14), welche ein Strahlpumpengehäuse (16) aufweist und dazu vorgesehen ist, das Anodenabgas (48) zu fördern, und mit zumindest einer Einstelleinheit (18), welche zu einer Einstellung einer Rezirkulationsrate vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Einstelleinheit (18) zumindest ein Drosselelement (20) aufweist, welches zumindest im Wesentlichen vollständig innerhalb des Strahlpumpengehäuses (16) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Brennstoffzellenvorrichtung
Stand der Technik
Es ist bereits eine Rezirkulationsvorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil eines Anodenabgases einer Brennstoffzelleneinheit zu rezirkulieren, mit zumindest einer Strahlpumpe, welche ein Strahlpumpengehäuse aufweist und dazu vor- gesehen ist, das Anodenabgas zu fördern, und mit zumindest einer Einstelleinheit, welche zu einer Einstellung einer Rezirkulationsrate vorgesehen ist, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Rezirkulationsvorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil eines Anodenabgases einer Brennstoffzelleneinheit zu rezirkulieren, mit zumindest einer Strahlpumpe, welche ein Strahlpumpengehäuse aufweist und dazu vorgesehen ist, das Anodenabgas zu fördern, und mit zumindest einer Einstelleinheit, welche zu einer Einstellung einer Rezirkulationsrate vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Einstelleinheit zumindest ein Drosselelement aufweist, welches zumindest im Wesentlichen vollständig innerhalb des Strahlpumpenge- häuses angeordnet ist.
Unter einer„Rezirkulationsvorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, ein brenngashaltiges, insbesondere wasserstoffhaltiges, Anodenabgas einer Brennstoffzelleneinheit einer Anode der Brennstoffzelleneinheit erneut zuzuführen. Insbesondere ist der
Rezirkulationskreis dazu vorgesehen, der Anode der Brennstoffzelleneinheit nicht umgesetztes Brenngas, insbesondere nicht umgesetzten Wasserstoff, erneut anodenseitig zuzuführen. Die Rezirkulationsvorrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, der Anode der Brennstoffzelleneinheit eingangsseitig einen insbesondere festgelegten und/oder veränderlichen Prozentsatz eines Volumenstroms des Anodenab- gases zuzuführen. Insbesondere ist die Rezirkulationsvorrichtung dazu vorgesehen, das Anodenabgas einer Mischstelle zuzuführen, an welcher das Anodenabgas mit einem frisch zugeführtem Brenngas und/oder einem frisch zugeführtem Brenngasgemisch vermischt wird. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu ei- ner bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Unter einer„Brennstoffzelleneinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Brennstoffzelle verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Energie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten Brenngases, insbesondere Wasserstoff, und zumindest eines Oxidati- onsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit eine Vielzahl von Brennstoffzellen, welche insbesondere in einem Brennstoffzellenstack angeordnet sind. Insbesondere ist die Brennstoffzelleneinheit zu einer Verwendung in einem Brennstoffzellensystem vorgesehen. Unter einem„Brennstoffzellensystem" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein System zu einer stationären und/oder mobilen Gewinnung, insbesondere elektrischer und/oder thermischer Energie, unter Verwen- dung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit verstanden werden.
Unter einer„Strahlpumpe" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Pumpe verstanden werden, in der die Pumpwirkung durch einen Fluidstrahl eines Treibmediums erzeugt wird, welcher insbesondere durch einen Impulsaustausch zumindest ein Saugmedium ansaugt, beschleunigt und verdichtet und/oder fördert. Insbesondere ist die Strahlpumpe als ein Injektor ausgebildet. Das Treibmedium ist insbesondere ein Brenngas und/oder ein Brenngasgemisch, welches der Strahlpumpe zugeführt wird. Das Saugmedium ist insbesondere das Anodenabgas, welches von der Strahlpumpe angesaugt und gefördert wird. Unter einer„Einstelleinheit" soll insbesondere eine Ein- heit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kenngröße, insbesondere eine Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere eine Strömungsgeschwin- digkeit des Treibmediums durch die Strahlpumpe, zur Einstellung einer Rezirkulationsrate des Anodenabgases zu steuern und/oder zu regeln. Unter einem„Drosselelement" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, dessen Position und/oder Ausrichtung und/oder Formgebung insbesondere in Abhängigkeit zumindest einer Stellgröße insbesondere aktiv veränderbar ist. Insbesondere ist durch eine Veränderung der Position und/oder der Ausrichtung und/oder der Formgebung des zumindest einen Drosselelements zumindest ein Strömungspfad, entlang die Strahlpumpe von zumindest einem Fluid durchströmbar ist, erweiterbar und/oder verengbar und/oder zumindest im Wesentlichen vollständig verschließbar.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße
Rezirkulationsvorrichtung mit vorteilhaften Betriebseigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Anordnung des Drosselelements innerhalb eines Gehäuses eine vorteilhaft hohe Integrationsdichte erreicht werden. Insbesondere kann vorteilhaft auf eine zusätzliche Regelvorrichtung zur Regelung einer Rezirkulationsrate verzichtet werden, wodurch ein Bauraumbedarf, ein Installationsaufwand und/oder Material- und/oder Installationskosten vorteilhaft reduziert werden können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Drosselelement verschiebbar innerhalb des Strahlpumpengehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist das Drosselelement linear verschiebbar innerhalb des Strahlpumpengehäuses gelagert. Das Drosselelement ist insbesondere entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung der Strahlpumpe linear verschiebbar innerhalb des Strahlpumpengehäuses gelagert. Vorzugsweise ist das Drosselelement vollständig innerhalb eines Strömungsraums der Strahlpumpe angeordnet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Drosselelement zumindest einen durchgehenden Strömungskanal aufweist. Insbesondere erstreckt sich der Strömungskanal zumindest im Wesentlichen entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung der Strahlpumpe. Insbesondere weist das Strahlpumpengehäuse ein mit dem zumindest einen Drosselelement zusammenwirkendes und/oder vorzugsweise korrespondierendes An- lageelement mit zumindest einer Anlagefläche für das zumindest eine Drosselelement auf, welche insbesondere zumindest eine Ausnehmung, welche insbesondere zumindest teilweise einen Strömungspfad zumindest ein Fluid bildet, in Umfangsrichtung begrenzt. Insbesondere ist das Anlageelement einstückig mit dem Strahlpumpengehäuse ausgebildet. Unter„einstückig" soll insbesondere zumindest stoffschlüssig ver- bunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder Klebeprozess usw., und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponenten- spritzverfahren. Das Drosselelement ist insbesondere relativ zu dem Anlageelement verschiebbar. Durch ein Verfahren des Drosselelements relativ zu dem Anlageelement ist zumindest ein Spalt zwischen dem Drosselelement und dem Anlageelement ver- größerbar und/oder verkleinerbar und/oder zumindest im Wesentlichen vollständig verschließbar. Hierdurch kann eine vorteilhafte einfache und/oder zuverlässige Regulierung einer Strömungsgeschwindigkeit des Treibmediums durch die Strahlpumpe, zur Einstellung einer Rezirkulationsrate des Anodenabgases erreicht werden. Zudem wird vorgeschlagen, dass die Einstelleinheit, zumindest einer elektromagnetischen Aktoreinheit aufweist, welcher zu einem berührungslosen Positionieren des Drosselelements innerhalb des Strahlpumpengehäuses vorgesehen ist. Insbesondere ist die Aktoreinheit als eine Tauchkernaktoreinheit ausgebildet. Unter einer„Tauch- kernaktoreinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Aktoreinheit ver- standen werden, welche zumindest einen Primärteil und zumindest einen zu dem zumindest einen Primärteil beweglich gelagerten Sekundärteil aufweist. Der Primärteil umfasst insbesondere zumindest eine Spule, welche in einem Luftspalt eines Magnetkreises des Primärteils angeordnet ist. Der Sekundärteil umfasst insbesondere zumindest ein innerhalb der Spule des Primärteils gelagertes ferromagnetisches Tauchele- ment. Der Primärteil ist insbesondere vorzugsweise mechanisch fixiert. Bei einer Beaufschlagung der zumindest einen Spule des Primärteils mit einem Strom wirkt auf die den Sekundärteil eine Magnetkraft, welche den Sekundärteil entlang des Primärteils verlagert. Die Kraft ist dabei insbesondere proportional zum Strom. Eine Richtung des Kraftvektors wird dabei insbesondere von der Stromrichtung bestimmt. Hierdurch kann eine Aktoreinheit bereitgestellt werden, welche vorteilhaft ein bidirektionales Verfahren der Drosseleinheit ermöglicht. Ferner kann eine vorteilhaft exakte Positionierung der Drosseleinheit erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Einstelleinheit zumindest ein Federelement aufweist, welches dazu vorgesehen, das Drosselelement mit einer Schließkraft zu beaufschlagen. Insbesondere ist das Federelement dazu vorgesehen, das Drosselelement mit einer zumindest im Wesentlichen in Richtung des Anlageelements des Strahlpumpengehäuses gerichteten Kraft zu beaufschlagen. Die Aktoreinheit ist insbesondere in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen, das Drosselelement mit einer entgegen der Federkraft gerichteten Kraft zu beaufschlagen. Unter einem
„Federelement" soll insbesondere ein Element verstanden werden, das zumindest eine Erstreckung aufweist, die in einem normalen Betriebszustand um zumindest 10 %, insbesondere um wenigstens 20 %, vorzugsweise um mindestens 30 % und besonders vorteilhaft um zumindest 50 % elastisch veränderbar ist, und das insbesondere eine von einer Veränderung der Erstreckung abhängige und vorzugsweise zu der Verände- rung proportionale Gegenkraft erzeugt, die der Veränderung entgegenwirkt. Unter einer
„Erstreckung" eines Elements soll insbesondere ein maximaler Abstand zweier Punkte einer senkrechten Projektion des Elements auf eine Ebene verstanden werden. Vorzugsweise ist das zumindest eine Federelement als eine Schraubenfeder, insbesondere als eine gewundene Torsionsfeder, insbesondere als eine Druckfeder, ausgebildet. Hierdurch können eine vorteilhaft exakte Positionierung des Drosselelements und/oder ein sicheres Schließen der Strahlpumpe bei einer Stromlosigkeit der Antriebseinheit erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Strahlpumpengehäuse zumindest ein mit dem Drosselelement zusammenwirkendes Anlageelement mit einer zumindest im Wesentlichen keilförmigen Anlagekontur aufweist. Darunter, dass das Anlageelement eine zumindest im Wesentlichen„keilförmige" Anlagekontur aufweist, soll insbesondere verstanden werden, dass sich das Anlageelement ausgehend von einer Anlageelementbasis zu einem in Richtung des Drosselelements weisenden Ende hin verjüngt. Alter- nativ kann das Drosselelement ein mit dem Strahlpumpengehäuse zusammenwirkendes Anlageelement aufweisen. Hierdurch kann eine Dichtwirkung vorteilhaft weiter verbessert werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Einstelleinheit zumindest ein Dichtelement aufweist, welches an dem Drosselelement angeordnet ist. Das Dichtelement kann insbesondere in Umfangsrichtung umlaufend an dem zumindest einen Drosselelement, angeordnet sein. Unter einem„Dichtelement" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, einen insbesondere ungewollten Austritt zumindest eines Fluids aus der Strahlpumpe und/oder einen insbesondere ungewollten Eintritt zumindest eines Fluids in die Strahlpumpe zu begrenzen und/oder zumindest zu einem Großteil zu verhindern. Insbesondere kann das Dichtelement zumindest teilweise aus einem Elastomer, beispielsweise Polyurethan und/oder Nitrilkautschuk, bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Dichtelement an einem Anlageelement des Strahlpumpengehäuses angeordnet sein. Das Dichtelement ist insbesondere dazu vorgesehen, mit der keilförmigen Anlagekontur des Anlageelements zusammenzuwirken. Hierdurch kann eine vorteilhaft verbesserte Dichtwirkung erreicht werden, insbesondere auch bei einer Beaufschlagung des Drosselelements mit einer relativ geringen Kraft, insbesondere durch das Federelement.
Zudem wird ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer erfindungsgemäßen Re- zirkulationsvorrichtung vorgeschlagen. Hierdurch kann vorteilhaft auf eine zusätzliche Regelvorrichtung zur Regelung einer Rezirkulationsrate verzichtet werden, wodurch ein Bauraumbedarf, ein Installationsaufwand und/oder Material- und/oder Installationskosten vorteilhaft reduziert werden können.
Die erfindungsgemäße Rezirkulationsvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Rezirkulationsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einer
Brennstoffzelleneinheit und einer Rezirkulationsvorrichtung mit einer Strahlpumpe,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Rezirkulationsvorrichtung mit geschlossener
Strahlpumpe und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Rezirkulationsvorrichtung mit geöffneter
Strahlpumpe. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 36 mit einer Brennstoffzelleneinheit 12. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist hier vereinfacht als eine Brennstoffzelle 38 dargestellt. Zweckmäßig ist jedoch eine Ausbildung einer
Brennstoffzelleneinheit als ein Brennstoffzellenstack mit einer Vielzahl von
Brennstoffzellen. Die Brennstoffzelleneinheit 12 weist eine Anode 40 und eine Kathode 42 auf. Der Anode 40 wird ein Brenngas 44, insbesondere Wasserstoff, zugeführt. Der Kathode 42 wird Sauerstoff 46, insbesondere Luftsauerstoff, zugeführt. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 36 eine Rezirkulationsvorrichtung 10 auf, welche dazu vorgesehen ist, einen Teil eines Anodenabgases 48 der Brennstoffzelleneinheit 12 zu rezirkulieren. Die Rezirkulationsvorrichtung 10 weist eine Strahlpumpe 14 auf, welche dazu vorgesehen ist, das Anodenabgas 48 innerhalb einer Rezirkulationsleitung 50 zu fördern.
Figur 2 zeigt die Rezirkulationsvorrichtung 10 in einer Schnittdarstellung. Die Rezirkulationsvorrichtung 10 umfasst die Strahlpumpe 14, welche ein Strahlpumpengehäuse 16 aufweist. Ferner weist die Rezirkulationsvorrichtung 10 eine Einstelleinheit 18 auf, welche zu einer Einstellung einer Rezirkulationsrate des Anodenabgases 48 vorgesehen ist. Die Einstelleinheit 18 weist ein Drosselelement 20 auf, welches vollständig innerhalb des Strahlpumpengehäuses 16 angeordnet ist. Das
Drosselelement 20 ist vollständig innerhalb eines Strömungsraums 22 der Strahlpumpe 14 angeordnet. Das Drosselelement 20 weist einen durchgehenden Strömungskanal 24 auf. Das Drosselelement 20 ist verschiebbar innerhalb des Strahlpumpengehäuses 16 angeordnet. Das Drosselelement 20 ist entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung
68 der Strahlpumpe 14 linear verschiebbar innerhalb des Strahlpumpengehäuses 16 gelagert. Das Strahlpumpengehäuse 16 weist ein mit dem Drosselelement 20 zusammenwirkendes Anlageelement 30 mit einer zumindest im Wesentlichen keilförmigen Anlangekontur 32 auf. Das Anlageelement 30 ist einstückig mit dem Strahlpumpengehäuse 16 ausgebildet. Die Einstelleinheit 18 umfasst des Weiteren ein
Dichtelement 34, welches an dem Drosselelement 20 angeordnet ist. Insbesondere kann das Dichtelement 34 zumindest teilweise aus einem Elastomer, beispielsweise Polyurethan und/oder Nitrilkautschuk, bestehen. Die Einstelleinheit 18 weist ferner eine elektromagnetische Aktoreinheit 26 auf, welche zu einem berührungslosen Positionieren des Drosselelements 20 innerhalb des Strahlpumpengehäuses 16 vorgesehen ist. Des Weiteren umfasst die Einstelleinheit 18 ein Federelement 28, welches dazu vorgesehen ist, das Drosselelement 20 mit einer Schließkraft zu beaufschlagen. Die Aktoreinheit 26 umfasst eine Spule 52 und eine Magnetflussführung 54. Die Aktoreinheit 26 ist an einer Außenseite des Strahlpumpen- gehäuses 16 mechanisch in ihrer Position fixiert. Das als eine Druckfeder ausgebildete
Federelement 28 ist dazu vorgesehen, das Drosselelement 20 in einem unbestromten Zustand der Aktoreinheit 26 in Richtung des Anlageelements 30 des Strahlpumpengehäuses 16 zu drücken und die Strahlpumpe 14 somit zu schließen. Das Federelement 28 ist dazu auf einer dem Anlageelement 30 abgewandten Seite des Drosselelements 20 zwischen dem Drosselelement 20 und dem Strahlpumpengehäuse 16 angeordnet.
Figur 2 zeigt die Strahlpumpe 14 in einem geschlossenen Zustand, in welchem kein Anodenabgas 48 durch die Rezirkulationsvornchtung 10 rezirkuliert wird.
Figur 3 zeigt die die Rezirkulationsvornchtung 10 mit geöffneter Strahlpumpe 14. Durch eine Bestromung der Aktoreinheit 26 ist das Drosselelement 20 linear gegen eine Federkraft des Federelements 28 bewegbar. Das Drosselelement 20 besteht zumindest im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen Material. Eine Führung des Drosselelements 20 innerhalb des Strahlpumpengehäuses 16 erfolgt über eine Lagerbuchse 56, welche mittels einer Hülse 58 an dem Drosselelement 20 fixiert ist. Durch die lineare Bewegung des Drosselelements 20 gegen die Federkraft des Federelements
28 erfolgt ein Abheben des Drosselelements 20 von dem Anlageelement 30, wodurch die Strahlpumpe 14 geöffnet wird. Bei geöffneter Strahlpumpe 14 strömt das Brenngas 44 als Treibmedium über eine Einlassöffnung 60 in die Strahlpumpe 14 ein. Das Anodenabgas 48 wird als Saugmedium über einen Anodenabgaseinlass 62 angesaugt und mit dem Brenngas 44 vermischt. Das Gemisch 64 aus Brenngas 44 und Anodenabgas
48 wird über den Strömungskanal 24 des Drosselelements 20 einem Auslass 66 der Strahlpumpe 14 zugeleitet von wo es der Anode 40 der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt wird. Eine Rezirkulationsrate des Anodenabgases 48 kann über eine Position des Drosselelements 20 eingestellt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Rezirkulationsvorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil eines Anodenabgases (48) einer Brennstoffzelleneinheit (12) zu rezirkulieren, mit zumindest einer Strahlpumpe (14), welche ein Strahlpumpengehäuse (16) aufweist und dazu vorgesehen ist, das Anodenabgas (48) zu fördern, und mit zumindest einer Einstelleinheit (18), welche zu einer Einstellung einer Rezirkulationsrate vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinheit (18) zumindest ein Drosselelement (20) aufweist, welches zumindest im Wesentlichen vollständig innerhalb des Strahlpumpengehäuses (16) angeordnet ist.
2. Rezirkulationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (20) verschiebbar innerhalb des Strahlpumpengehäuses (16) angeordnet ist.
3. Rezirkulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (20) vollständig innerhalb eines Strömungsraums (22) der Strahlpumpe (14) angeordnet ist.
4. Rezirkulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (20) zumindest einen durchgehenden Strömungskanal (24) aufweist.
5. Rezirkulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinheit (18) zumindest einer elektromagnetischen Aktoreinheit (26) aufweist, welcher zu einem berührungslosen Positionieren des Drosselelements (20) innerhalb des Strahlpumpengehäuses (16) vorgesehen ist. Rezirkulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Einstelleinheit (18) zumindest ein Federelement (28) aufweist, welches dazu vorgesehen, das Drosselelement (20) mit einer Schließkraft zu beaufschlagen.
Rezirkulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlpumpengehäuse (16) zumindest ein mit dem Drosselelement (20) zusammenwirkendes Anlageelement (30) mit einer zumindest im Wesentlichen keilförmigen Anlangekontur (32) aufweist.
Rezirkulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Einstelleinheit (18) zumindest ein Dichtelement (34) aufweist, welches an dem Drosselelement (20) angeordnet ist. 9. Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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