WO2018210541A1 - Förderaggregat - Google Patents

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WO2018210541A1
WO2018210541A1 PCT/EP2018/060658 EP2018060658W WO2018210541A1 WO 2018210541 A1 WO2018210541 A1 WO 2018210541A1 EP 2018060658 W EP2018060658 W EP 2018060658W WO 2018210541 A1 WO2018210541 A1 WO 2018210541A1
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WO
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delivery unit
diffuser
nozzle
adjusting element
inlet
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Application number
PCT/EP2018/060658
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English (en)
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Inventor
Jochen Wessner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2019562417A priority patent/JP6937848B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46—Arrangements of nozzles
    • F04F5/461—Adjustable nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/14—Jet 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
    • F04F5/16—Jet 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • 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
    • 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

  • the invention relates to a delivery unit for a
  • each of the ejector bodies comprises a number of nozzles arranged one behind the other leaving predetermined gaps whose diameters at the respective nozzles increase in size from an inlet side of the ejector main body to an outside side thereof. Further, a number of sub inlets are formed on an outer surface of the ejector main body connected to the gap or the gaps between the individual nozzles.
  • the ejector main body is accommodated and includes a
  • Main inlet for receiving recirculated hydrogen Main inlet for receiving recirculated hydrogen.
  • the multi-stage ejector improves system performance by increasing the amount of recirculated hydrogen.
  • at least one safety valve is provided at an inlet position of the ejector to definitely prevent the recirculated hydrogen gas from returning. It is at least one
  • Heater provided, which extends around the ejector to the
  • US 8,999,593 B2 relates to an ejector for a fuel cell.
  • the ejector is used on a fuel cell and includes an ejector main body having an inlet port, an outlet port, a suction port, and an oxidizing gas port.
  • three chambers are in the Body provided, as well as a nozzle with a nozzle hole through which the fuel gas flows, also a diffuser, which mixes the supplied via the nozzle fuel gas and the gas discharged from the fuel cell and returns to the suction port.
  • a needle-shaped member is received on one side of the body, which extends axially along the nozzle in a space provided in this cavity.
  • a delivery unit for fuel cell systems wherein the delivery unit has a nozzle and a diffuser, and the diffuser is arranged via an inside of the delivery unit
  • Adjusting element is adjustable in the axial direction.
  • the diffuser is arranged so that it opens or closes a first h-inlet and at the same time a gap width of an annular gap, which is designed between the axially adjustable diffuser and the stationary arranged in the delivery unit nozzle, adjusted.
  • the aspect ratio AR eZ irkuiat / can be varied over a wide range from 8 to 50.
  • the smaller the flow cross-section is set on the first h-feed, the higher the exit velocity of the propellant gas medium flowing in via the first h-feed.
  • Propellant gas medium is, the higher the promotion can be with the
  • proposed delivery unit can be adjusted.
  • the diffuser is received at a bearing point which contains the adjusting element.
  • the adjusting element can be designed in an advantageous manner as an electromagnet.
  • the electrical connections of the electromagnet, through which an energization of the same takes place, are led out of the delivery unit.
  • an annular gap is formed between the stationarily housed in the delivery unit nozzle and the adjustable in the axial direction diffuser.
  • a first h-feed flows through which hydrogen flows, as a gaseous propellant for a further gaseous to be conveyed
  • the annular gap between the stationarily arranged in the delivery unit nozzle and the adjustable in the axial direction diffuser is on the one hand by a
  • the diffuser is adjustable relative to the stationary arranged in the delivery unit nozzle in the axial direction, so that an annular gap width of an annular gap between the
  • Nozzle surface and the diffuser surface can be varied.
  • the diffuser which is actively adjustable in the axial direction, is prestressed in the axial direction by a spring.
  • the spring pushes the diffuser towards a seat with which the diffuser closes the first h-inlet.
  • the spring acting on the diffuser in turn is supported on a press-in ring, which is pressed into a pole of the delivery unit.
  • the spring travel and the biasing force with which the spring acts on the diffuser in the rest position can be adjusted.
  • the diffuser closes in the unactuated state of the adjusting element by means of an example designed as an elastomeric sealing ring or the like
  • Gap width of the annular gap is set. The adjustment of the
  • Electromagnet arrangement is between 0 ⁇ and 1000 ⁇ , preferably between 0 ⁇ and 500 ⁇ and particularly preferably in the range between 0 ⁇ and 300 ⁇ in the axial direction.
  • the gap width of the annular gap between the nozzle surface and the diffuser surface can be changed when the first h-inlet is open. This can be the Influencing the flow velocity, with the gaseous H2 emerging from the annular gap and thus affects the h -Rezirkulation.
  • the flow velocity of the H2 flowing out of the first h-feed serving as gaseous propellant H2 can be influenced and thus an h -Rezirkulation on a fuel cell system can be controlled as needed.
  • the adjusting element designed in particular as an electromagnet is advantageously integrated in a bearing point for the diffuser.
  • the electrical connections, ie the coil terminals, are guided through holes in a receptacle and a cover and the pole on both sides of the delivery unit to the outside.
  • the individual components of the delivery unit, a pole, the nozzle and the bearing point formed in the nozzle for the adjustable in the axial direction of the diffuser can be screwed together in the longitudinal direction. Instead of screwing the components, these can also be pinned or otherwise connected to one another in a force-fit manner, so that disassembly for maintenance and cleaning purposes remains possible.
  • Figure 1 shows a variant of the delivery unit according to the invention with axially adjustable diffuser.
  • Figure 1 The illustration of Figure 1 is a longitudinal section through the
  • the delivery unit 8 comprises a diffuser 16, which is designed substantially annular and is actuated by means of an adjusting element 18, which is designed in particular as a magnetic coil.
  • the adjusting element 18 in the form of a magnetic coil is accommodated within a bearing 20 for the annular diffuser 16.
  • the essentially ring-shaped diffuser 16 is acted upon by a spring 24 in the axial direction.
  • the spring 24 is supported on a press-in ring 22.
  • the press-in ring 22 is pressed into the pole 10.
  • Press-in ring 22 supporting spring 24 the diffuser against the nozzle 12.
  • An a seat, which is formed between the nozzle 12 and the diffuser 16 an elastomeric seal 26 may be arranged, which is preferably annular.
  • the hb emerging from the first HB inlet 28 serves as a gaseous propellant for a gaseous recirculate, in particular HB recirculate, via a further, second inlet 36 in the central
  • a magnetic circuit 30 is through the pole 10, the nozzle 12 and in axial
  • Direction 42 adjustable diffuser formed.
  • the nozzle 12 received stationarily in the delivery unit 8 has a second HB inlet 36. Via this second HB inlet 36, gaseous hydrogen flows in the central one
  • Flow rate of the first hb inlet 28 flowing into the central flow channel of the delivery unit 8, serving as a driving medium gaseous hb, is fed via the second inlet 36 incoming recirculate, in particular hb recirculate.
  • Flow rate of the flowing from the first hb inlet 28 in the central flow cross section of the delivery unit 8 hb determines the conveying speed of the hb recirculated from the second hb inlet 36th
  • the first HB inlet 28 extends through the nozzle 12 and opens in the region of a seat on the elastomer seal 26.
  • the first HB inlet is 28 in
  • the adjustable diffuser 16 is attracted from its rest position in umbestromten state of the adjustment and the mouth of the first HB inlet 28 in the central
  • the discharge point has a larger or smaller flow area.
  • An active adjustment of the diffuser 16 in the axial direction 42 is effected by the energization of the preferably designed as a magnetic coil adjustment member 18 which is encapsulated in the bearing 20 is added. If energization of the adjusting element 18, the diffuser 16 against the biasing force generated by the spring 24, attracted and the seat at the end of the first h-feed 28 is opened. At the same time, the opening of the first ⁇ 2 inlet 28 takes place depending on the degree of energization of the adjusting element 18 designed in particular as a magnetic coil such that a width 46 of an annular gap
  • adjustable diffuser 16 on the other hand, is expanded or narrowed depending on Bestromungsgrad the adjustment 18.
  • gaseous H 2 flows through the annular gap 44 to a recirculated h-flow which flows through it parallel to the axis of symmetry 52 of the delivery unit 8 proposed according to the invention and flows unimpeded through the second h-inlet 36 to the delivery unit.
  • the annular gap 44 between the nozzle 12 and the adjustable diffuser 16 is bounded on the one hand by a nozzle surface 50 of the stationary arranged in the delivery unit 8 nozzle 12 and on the other hand limited by the diffuser surface 48 of the adjustable in the axial direction 42 diffuser 16.
  • the annular gap 44 narrows in the direction of its mouth due to the different inclinations of the diffuser surface 48 and the stationary nozzle surface 50, corresponding to the axial position of the adjustable diffuser 16.
  • the recessed into the adjustable diffuser 16 closes sealing element in the form of elastomeric seal 26 the first H 2 - inlet 28.
  • the adjustable diffuser 16 has a sealing function, which means that with a closed first H 2 -Zulauf 28 as an inflow of gaseous blowing medium serving H2 is prevented, ie the first h-feed 28 is turned off in this case.
  • the magnetic separation 14 is preferably a gas-tight
  • trained adjustment 18 can be performed by drilling in a receptacle and a cover of the delivery unit 8 and the pole 10 on both sides of the delivery unit 8 to the outside.
  • the first h-28 has a feed
  • the first h-feed 28 extends at right angles through the material of the nozzle 12, which is arranged stationarily in the delivery unit 8. Manufacturing technology favorable can be in the material of the nozzle 12 of said vertical portion 38 and the
  • Horizontal section 40 finished in a particularly simple manner as holes.
  • a gaseous H2 mass flow passing through the first H2 inlet 28 passes through the first H 2 inlet 28.
  • Conveying unit 8 flows, can by the axial direction 42nd
  • adjustable diffuser 16 opening or closing the first H2 inlet 28 can be achieved upon actuation of the solenoid 18 formed as a setting element. After opening the first H2 inlet 28 of the delivery unit 8, with appropriate energization of the preferably designed as a magnetic coil mounted on the bearing 20 adjusting element 18 a
  • Jet pump effect recirculated h out of the fuel cell stack into the second inlet 36. If, however, the adjusting element 18, which is preferably in the form of a magnetic coil, is not energized, then the first h-inlet 28 is closed, since its exit point in the material of the nozzle 12 is closed by the sealing element in the form of an elastomeric seal 26 performing a sealing function.
  • Reference numeral 54 denotes a needle of the delivery unit 8 designed as a jet pump.

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Abstract

Förderaggregat (8) für eine Brennstoffzellenanordnung umfassend eine Düse (12) und einen Diffusor (16). Der Diffusor (16) ist über ein im Inneren des Förderaggregates (8) angeordnetes Einstellelement (18) in axiale Richtung (42) verstellbar.

Description

Förderaggreciat
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Förderaggregat für eine
Brennstoffzellenanordnung und auf eine Verwendung desselben.
Stand der Technik
Aus US 7,687,171 B2 ist ein Mehrstufen- Ejektor für ein Brennstoffzellensystem bekannt, der zumindest einen Ejektorhauptkörper zur Bereitstellung von
Wasserstoff umfasst, wobei ein jeder der Ejektorkörper eine Anzahl von Düsen umfasst, die hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei vorbestimmte Lücken gelassen sind, deren Durchmesser an den entsprechenden Düsen sich vergrößern gesehen von einer Einlassseite des Ejektorhauptkörpers zu einer auswärtigen Seite desselben. Des Weiteren ist eine Anzahl von Unter-Einlässen gebildet auf einer äußeren Oberfläche des Ejektorhauptkörpers, der mit der Lücke oder den Lücken zwischen den einzelnen Düsen verbunden ist. In einem Gehäuse ist der Ejektorhauptkörper aufgenommen und umfasst einen
Haupteinlass für die Aufnahme von rezirkuliertem Wasserstoff. Der Mehrstufen- Ejektor verbessert eine Systemleistung durch die Steigerung des der Menge rezirkulierten Wasserstoffs. Weiterhin wird zumindest ein Sicherheitsventil an einer Einlassposition des Ejektors vorgesehen, um definitiv den Rückstrom rezirkulierten Wasserstoffgases zu verhindern. Es ist zumindest eine
Heizeinrichtung vorgesehen, die sich um den Ejektor erstreckt, um die
Kaltstartfähigkeit zu verbessern.
US 8,999,593 B2 bezieht auf einen Ejektor für eine Brennstoffzelle. Der Ejektor wird an einer Brennstoffzelle eingesetzt und umfasst einen Ejektorhauptkörper mit einem Einlassanschluss, einem Auslassanschluss, einem Sauganschluss und einem Anschluss für ein oxidierendes Gas. Ferner sind drei Kammern im Körper vorgesehen, sowie eine Düse mit einem Düsenloch, über welche das Brennstoffgas ausströmt, ferner ein Diffusor, welcher das über die Düse zugeführte Brennstoffgas und das von der Brennstoffzelle abgegebene Gas mischt und zum Sauganschluss zurückführt. Ferner ist ein nadeiförmiges Bauteil auf einer Seite des Körpers aufgenommen, welches sich axial entlang der Düse erstreckt in einen in dieser vorgesehenen Hohlraum. Es sind ein erstes und ein zweites Diaphragma angeordnet, die einander gegenüberliegen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Förderaggregat für Brennstoffzellensysteme vorgeschlagen, wobei das Förderaggregat eine Düse und einen Diffusor aufweist und der Diffusor über ein im Inneren des Förderaggregats angeordnetes
Einstellelement in axialer Richtung verstellbar ist. In vorteilhafter Weise ist der Diffusor so angeordnet, dass dieser einen ersten h -Zulauf öffnet oder verschließt und gleichzeitig eine Spaltweite eines Ringspaltes, der zwischen dem in axiale Richtung verstellbaren Diffusor und der stationär im Förderaggregat angeordneten Düse ausgeführt ist, verstellt. Dadurch erfolgt eine Variation des Querschnittverhältnisses zwischen dem Ringspalt, durch den ein Treibgas aus dem ersten h -Zulauf ausströmt, in Bezug auf den Strömungsquerschnitt für das mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates zu fördernden Rezirkulates und damit eine Regelung einer h -Rezirkulation je nach Bedarf. Das Querschnittsverhältnis AReZirkuiat /
Figure imgf000004_0001
kann ein einem weiten Bereich zwischen 8 bis 50 variiert werden. Je kleiner der Strömungsquerschnitt am ersten h -Zulauf eingestellt ist, eine desto höhere Austrittsgeschwindigkeit des über den ersten h -Zulauf zuströmenden Treibgasmediums stellt sich ein. Je größer die Austrittsgeschwindigkeit des aus dem ersten h -Zulauf austretenden
Treibgasmediums ist, eine desto höhere Förderung kann mit dem
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregat eingestellt werden.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, ist der Diffusor an einer Lagerstelle aufgenommen, die das Einstellelement enthält. Das Einstellelement kann in vorteilhafter Weise als Elektromagnet ausgeführt sein. Die elektrischen Anschlüsse des Elektromagneten, durch welche eine Bestromung desselben erfolgt, sind aus dem Förderaggregat herausgeführt. Zwischen der stationär im Förderaggregat aufgenommenen Düse und dem in axiale Richtung verstellbaren Diffusor ist ein Ringspalt ausgebildet. In diesen Ringspalt mündet ein erster h -Zulauf, über welchen Wasserstoff zuströmt, der als gasförmiges Treibmedium für ein zu förderndes weiteres gasförmiges
Medium, im vorliegenden Falle insbesondere h -Rezirkulat dient.
Der Ringspalt zwischen der stationär im Förderaggregat angeordneten Düse und dem in axiale Richtung verstellbaren Diffusor ist einerseits durch eine
Diffusorfläche und andererseits durch eine Düsenfläche begrenzt. Der Diffusor ist relativ zu der stationär im Förderaggregat angeordneten Düse in axiale Richtung verstellbar, so dass eine Ringspaltweite eines Ringspaltes zwischen der
Düsenfläche und der Diffusorfläche variiert werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der in axiale Richtung aktiv verstellbare Diffusor durch eine Feder in axiale Richtung vorgespannt. In Ruhestellung drückt die Feder den Diffusor in Richtung auf einen Sitz, mit welchem der Diffusor den ersten h -Zulauf verschließt. Die den Diffusor beaufschlagende Feder stützt sich ihrerseits an einem Einpressring ab, der in einen Pol des Förderaggregates eingepresst ist. Je nach Axialposition des in den Pol eingepressten Einpressrings kann der Federweg und die Vorspannkraft, mit der die Feder in Ruhestellung den Diffusor beaufschlagt, eingestellt werden. Der Diffusor verschließt in unbetätigtem Zustand des Einstellelementes mittels eines beispielsweise als Elastomer-Dichtring oder dergleichen ausgebildeten
Dichtelementes den ersten h -Zulauf. Wird das, insbesondere als Elektromagnet ausgebildete Einstellelement betätigt, wird der Diffusor in axiale Richtung entgegen der auf diesen wirkenden Vorspannkraft der Feder verstellt, so dass der erste h -Zulauf freigegeben wird und andererseits gleichzeitig eine
Spaltweite des Ringspaltes eingestellt wird. Der Verstellweg der
Elektromagnetanordnung liegt zwischen 0 μηη und 1000 μηη, bevorzugt zwischen 0 μηη und 500 μηη und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0 μηη und 300 μηη in axiale Richtung. Je nach Bestromung des Betätigungselements, kann bei geöffneten ersten h -Zulauf die Spaltweite des Ringspaltes zwischen der Düsenfläche und der Diffusorfläche verändert werden. Damit lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen, mit der gasförmiges H2 aus dem Ringspalt austritt und somit die h -Rezirkulation beeinflusst.
Eine bevorzugte Verwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Förderaggregates liegt in dessen Anwendung bei
Brennstoffzellensystemen.
Vorteile der Erfindung
Die mit der erfindungsgemäßen Lösung einhergehenden Vorteile liegen darin, dass durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat eine aktive Verstellung des Diffusors über ein Einstellelement im Inneren des
Förderaggregates erfolgt. So kann die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten h -Zulauf austretenden als gasförmiges Treibmedium dienenden H2 beeinflusst und damit eine h -Rezirkulation an einem Brennstoffzellensystem bedarfsgerecht geregelt werden. Durch die Variation der Strömungsquerschnitte von ARezirkuiat / ARingspait wird bei konstantem Strömungsquerschnitt für das
Rezirkulat, bei dem es sich insbesondere um H2 handelt, die Austrittsöffnung des Ringspaltes in den zentrale Strömungskanal vergrößert oder verkleinert, wodurch sich eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten h -Zulauf austretenden gasförmigen Treibgas, d.h. H2 in den zentralen Strömungsquerschnitt einstellt. Um eine kompakte Bauweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates zu erreichen, ist das insbesondere als Elektromagnet ausgebildete Einstellelement in vorteilhafter Weise in eine Lagerstelle für den Diffusor integriert. Die elektrischen Anschlüsse, d.h. die Spulenanschlüsse, werden durch Bohrungen in einer Aufnahme und einem Deckel sowie am Pol zu beiden Seiten des Förderaggregates nach außen geführt. Die einzelnen Komponenten des Förderaggregates, ein Pol, die Düse sowie die in der Düse ausgebildete Lagerstelle für den in axiale Richtung verstellbaren Diffusor, können beispielsweise in Längsrichtung miteinander verschraubt sein. Anstelle einer Verschraubung der Komponenten können diese auch verstiftet oder auf andere Weise kraftschlüssig miteinander verbunden sein, so dass eine Zerlegung zu Wartungs- und Reinigungszwecken möglich bleibt. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender
beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Förderaggregates mit axial verstellbarem Diffusor.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Ausführungsvariante des
Förderaggregates gemäß der Erfindung mit axial verstellbarem Diffusor zu entnehmen.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Längsschnitt durch das
rotationssymmetrisch zu seiner Symmetrieachse ausgebildete erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat 8 zu entnehmen. Dieses enthält einen Pol 10 und eine stationär im Förderaggregat 8 gelagerte Düse 12. Eine magnetische Trennung ist durch Bezugszeichen 14 bezeichnet. Das Förderaggregat 8 umfasst einen Diffusor 16, der im Wesentlichen ringförmig ausgeführt ist und mittels eines Einstellelementes 18, das insbesondere als Magnetspule ausgeführt ist, betätigt wird. Das Einstellelement 18 in Form einer Magnetspule ist innerhalb einer Lagerstelle 20 für den ringförmig ausgebildeten Diffusor 16 aufgenommen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass der im Wesentlichen ringförmig ausgebildete Diffusor 16 durch eine Feder 24 in axiale Richtung beaufschlagt ist. Die Feder 24 stützt sich an einem Einpressring 22 ab. Der Einpressring 22 ist in den Pol 10 eingepresst. Je nach gewünschter
Vorspannung, welche durch die Feder 24 auf den Diffusor 16 ausgeübt werden soll, erfolgt die Montage des Einpressringes 22 an der Innenmantelfläche des Poles 10. In Ruhestellung des Einstellelementes 18 drückt die sich am
Einpressring 22 abstützende Feder 24 den Diffusor gegen die Düse 12. An einem Sitz, der zwischen der Düse 12 und dem Diffusor 16 gebildet ist, kann eine Elastomer-Dichtung 26 angeordnet sein, die bevorzugt ringförmig ausgebildet ist. Durch die Vorspannkraft, die durch die Feder 24 auf den Diffusor 16 ausgeübt wird, wird ein erster hb-Zulaufs 28 verschlossen. Durch den geschlossenen ersten hb-Zulauf 28 kann kein hb in den Strömungsquerschnitt des
Förderaggregates 8 gelangen. Das aus dem ersten hb-Zulauf 28 austretende hb dient als gasförmiges Treibmedium für ein gasförmiges Rezirkulat, insbesondere hb- Rezirkulat, das über einen weiteren, zweiten Zulauf 36 im zentralen
Strömungskanal des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 aus einem Brennstoffzellenstapel beispielsweise gefördert wird.
Ein Magnetkreis 30 wird durch den Pol 10, die Düse 12 und den in axiale
Richtung 42 verstellbaren Diffusor gebildet. Neben dem ersten hb-Zulauf 28 verfügt die stationär im Förderaggregat 8 aufgenommene Düse 12 über den einen zweiten hb-Zulauf 36. Über diesen zweiten hb-Zulauf 36 strömt gasförmiger Wasserstoff im zentralen
Strömungsquerschnitt des Förderaggregates 8. Entsprechend der
Strömungsgeschwindigkeit des über den ersten hb-Zulauf 28 in den zentralen Strömungskanal des Förderaggregates 8 einströmenden, als Treibmedium dienenden gasförmigen hb, wird über den zweiten Zulauf 36 zuströmendes Rezirkulat, insbesondere hb-Rezirkulat gefördert. Die Höhe der
Strömungsgeschwindigkeit des aus dem ersten hb-Zulauf 28 in den zentralen Strömungsquerschnitt des Förderaggregates 8 einströmenden hb bestimmt die Fördergeschwindigkeit des hb-Rezirkulates aus dem zweiten hb-Zulauf 36.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass der erste hb-Zulauf 28 durch die Düse 12 verläuft und im Bereich eines Sitzes an der Elastomer- Dichtung 26 mündet. Wie bereits erwähnt, ist der erste hb-Zulauf 28 in
Ruhestellung des Diffusors 16 aufgrund der Vorspannkraft, die durch die Feder
24 ausgeübt wird, verschlossen. Sobald das bevorzugt als Magnetspule ausgebildete Einstellelement 18 betätigt wird, wird der verstellbare Diffusor 16 aus seiner Ruhestellung im umbestromten Zustand des Einstellelementes angezogen und die Mündung des ersten hb-Zulaufes 28 in den zentralen
Strömungsquerschnitt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 wird freigegeben. Entsprechend der Bestromung des insbesondere als
Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18 weist die Mündungsstelle einen größeren oder einen kleineren Strömungsquerschnitt auf. Abhängig vom
Strömungsquerschnitt an der Mündungsstelle des ersten h -Zulaufs 28, stellt sich die Austrittsgeschwindigkeit bis aus dem ersten h -Zulauf 28 in den zentralen Strömungsquerschnitt einschießenden gasförmigen Treibmediums ein.
Eine aktive Verstellung des Diffusors 16 in axiale Richtung 42, erfolgt durch die Bestromung des bevorzugt als Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18, das gekapselt in der Lagerstelle 20 aufgenommen ist. Erfolgt eine Bestromung des Einstellelementes 18, wird der Diffusor 16 entgegen der Vorspannkraft, die durch die Feder 24 erzeugt wird, angezogen und der Sitz am Ende des ersten h -Zulaufes 28 wird geöffnet. Gleichzeitig erfolgt das Öffnen des ersten Η2- Zulaufs 28 je nach Bestromungsgrad des insbesondere als Magnetspule ausgebildeten Einstellelementes 18 derart, dass eine Weite 46 eines Ringspaltes
44 verändert wird. Der Ringspalt 44 zwischen der stationär im Förderaggregat 8 angeordneten Düse 12 einerseits und dem in axiale Richtung 42 aktiv
verstellbaren Diffusor 16 andererseits, wird je nach Bestromungsgrad des Einstellelementes 18 erweitert oder verengt.
Bei geöffnetem ersten h -Zulauf 28 strömt gasförmiges H2 durch den Ringspalt 44 einer rezirkulierten h -Strömung zu, die parallel zur Symmetrieachse 52 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Förderaggregates 8 dieses durchströmt und dem Förderaggregat durch den zweiten h -Zulauf 36 ungehindert zuströmt. Der Ringspalt 44 zwischen der Düse 12 und dem verstellbaren Diffusor 16 ist einerseits durch eine Düsenfläche 50 der stationär im Förderaggregat 8 angeordneten Düse 12 begrenzt und andererseits durch die Diffusorfläche 48 des in axiale Richtung 42 verstellbaren Diffusors 16 begrenzt. Der Ringspalt 44 verengt sich in Richtung seiner Mündungsstelle aufgrund der unterschiedlichen Neigungen der Diffusorfläche 48 und der stationären Düsenfläche 50, entsprechend der Axialposition des verstellbaren Diffusors 16. Bei nicht bestromtem Einstellelement 18 verschließt das in den verstellbaren Diffusor 16 eingelassene Dichtelement in Gestalt der Elastomer-Dichtung 26 den ersten H2- Zulauf 28. Dadurch hat der verstellbare Diffusor 16 eine Dichtfunktion, was bedeutet, dass bei geschlossenem ersten H2-Zulauf 28 ein Einströmen des als gasförmiges Treibmedium dienenden H2 verhindert ist, d.h. der erste h -Zulauf 28 ist in diesem Falle abgeschaltet.
Die magnetische Trennung 14 wird über einen bevorzugt gasdichten
stoffschlüssigen Fügevorgang mit der Düse 12 und dem Pol 10 verbunden. Die nicht näher dargestellten Anschlüsse des bevorzugt als Magnetspule
ausgebildeten Einstellelementes 18, können durch Bohrungen in einer Aufnahme und einem Deckel des Förderaggregates 8 sowie im Pol 10 zu beiden Seiten des Förderaggregates 8 nach außen geführt werden.
Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Förderaggregates 8 hat der erste h -Zulauf 28 einen
Horizontalabschnitt 40 und einen Vertikalabschnitt 38. Mithin erstreckt sich der erste h -Zulauf 28 im rechten Winkel durch das Material der Düse 12, die stationär im Förderaggregat 8 angeordnet ist. Fertigungstechnisch günstig lassen sich im Material der Düse 12 der besagte Vertikalabschnitt 38 sowie der
Horizontalabschnitt 40 in besonders einfacher Weise als Bohrungen fertigen. Entsprechend des gewählten Bohrungsdurchmessers stellt sich ein den ersten H2-Zulauf 28 passierender gasförmige H2-Massenstrom durch durch den ersten H2-Zulauf 28 ein.
Während bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante rezirkuliertes gasförmiges H2 durch den zweiten Zulauf 36 der Düse 12 in den
Hauptströmungsquerschnitt im Bereich der Symmetrieachse 52 des
Förderaggregates 8 einströmt, kann durch den in axiale Richtung 42
verstellbaren Diffusor 16 bei Betätigung des als Magnetspule ausgebildete Einstellelement 18 ein Öffnen oder ein Verschließen des ersten H2-Zulaufes 28 erreicht werden. Nach Öffnen des ersten H2-Zulaufes 28 des Förderaggregates 8, kann bei entsprechender Bestromung des bevorzugt als Magnetspule ausgebildeten an der Lagerstelle 20 gelagerten Einstellelementes 18 eine
Veränderung der Weite 46 des Ringspaltes 44 erreicht werden. Dadurch wiederum ist eine gezielte Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit des zuströmenden gasförmigen H2 je nach Bedarf möglich, insbesondere bei Teillastbetrieb. Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen H2, das an der Mündungsstelle des Ringspaltes 44 im Bereich der Symmetrieachse 52 des Förderaggregats 8 austritt, wird aufgrund des
Strahlpumpeneffekts rezirkuliertes h aus dem Brennstoffzellenstapel in den zweiten Zulauf 36 geführt. Ist das bevorzugt als Magnetspule ausgebildete Einstellelement 18 hingegen unbestromt, so ist der erste h -Zulauf 28 geschlossen, da dessen Austrittsstelle im Material der Düse 12 durch das eine Dichtfunktion ausübende Dichtelement in Form einer Elastomer-Dichtung 26 verschlossen ist. Mit Bezugszeichen 54 ist eine Nadel des als Strahlpumpe ausgebildeten Förderaggregats 8 bezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Förderaggregat (8) für Brennstoffzellensysteme, wobei das
Förderaggregat (8) eine Düse (12) und einen Diffusor (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) über ein im Inneren des Förderaggregates (8) angeordnetes Einstellelement (18) in axialer Richtung (42) verstellbar ist.
2. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) an einer Lagerstelle (20) aufgenommen ist, die das Einstellelement (18) enthält.
3. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (18) ein Elektromagnet ist.
4. Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Düse (12) und dem Diffusor (16) ein Ringspalt (44) ausgebildet ist.
5. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (44) durch eine
Diffusorfläche (48) einerseits und eine Düsenfläche (50) andererseits begrenzt ist.
6. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) stationär im
Förderaggregat (8) aufgenommen ist und der Diffusor (16) relativ zu dieser in axialer Richtung (42) verstellt wird.
7. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) durch eine Feder (24) in axiale Richtung (42) vorgespannt ist.
8. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24) sich an einem
Einpressring (22) abstützt, der in einem Pol (10) des Förderaggregates (8) eingepresst ist.
9. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (16) im unbetätigten Zustand des Einstellelementes (18) mittels eines Dichtelementes (26) einen ersten h -Zulauf (28) verschließt.
10. Förderaggregat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung des Einstellelementes (18) der erste h -Zulauf in den Ringspalt (44) geöffnet ist und bei entsprechender Betätigung des Einstellelementes (18) eine Spaltweite (44) zwischen der Diffusorfläche (48) und der Düsenfläche (50) einstellbar ist.
11. Verwendung des Förderaggregates (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Brennstoffzellensystem.
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