WO2021058372A1 - Förderaggregat für ein brennstoffzellen-system zur förderung und/oder steuerung eines gasförmigen mediums - Google Patents

Förderaggregat für ein brennstoffzellen-system zur förderung und/oder steuerung eines gasförmigen mediums Download PDF

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diffuser
longitudinal axis
fuel cell
jet pump
delivery unit
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Hans-Christoph Magel
Armin RICHTER
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a delivery unit for a fuel cell system for delivering and / or controlling a gaseous medium, in particular special hydrogen, which is intended in particular for use in vehicles with a fuel cell drive.
  • gaseous fuels will also play an increasing role in the future.
  • Hydrogen gas flows must be controlled, especially in vehicles with fuel cell drives.
  • the gas flows are no longer controlled discontinuously, as is the case with the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one tank, in particular a high-pressure tank, and fed to the delivery unit via an inflow line of a medium-pressure line system.
  • This delivery unit carries the gas to a fuel cell via a connecting line of a low-pressure line system.
  • a delivery unit for a fuel cell system for delivering a gaseous medium, in particular what hydrogen, with a jet pump driven by a propellant jet of a pressurized gaseous medium and a metering valve.
  • the delivery unit can be designed as a combined valve-jet pump arrangement and has the components first inlet, suction area, mixing tube and a diffuser, the diffuser being fluidically connected to an anode inlet of a fuel cell via an outlet manifold.
  • a connection piece can be located between the outlet manifold and the anode inlet.
  • a medium in particular a propellant medium
  • a propellant medium can be drained through a nozzle by means of the delivery unit, which is then mixed with a recirculation medium.
  • the flow of the propellant medium can be controlled by means of the metering valve. So that the gaseous medium after flowing through the valve jet pump arrangement in the Can flow into the anode inlet of the fuel cell, a deflection must take place due to the arrangement of the valve jet pump arrangement on the fuel cell. This deflection takes place from the delivery unit known from DE 102014221 506 A1 at least almost exclusively in the area of the outlet manifold, the deflection at least almost at right angles and / or at least almost 90 ° so that the gaseous medium flows from the delivery unit into the fuel cell can.
  • the conveyor unit known from DE 102014221 506 A1 can have certain disadvantages.
  • a first flow direction of the mixing tube and / or a second flow direction of the diffuser runs at least almost at right angles to a second flow path of the anode inlet of the fuel cell, the second flow path in particular forming the inflow direction of the gaseous medium into the fuel cell.
  • a delivery unit for a fuel cell system is proposed for the delivery and / or recirculation of a gaseous medium, in particular hydrogen, the hydrogen being referred to below as H2.
  • a first wall of a diffuser extends under an angle g to a first longitudinal axis of a mixing tube of a jet pump and a second wall of the diffuser opposite the first wall at an angle ⁇ to the first longitudinal axis.
  • the first wall runs on the side of the diffuser facing away from the anode inlet and the second wall runs on the side of the diffuser facing the anode inlet, the walls running at least almost completely linearly and inclined in a second flow direction VI towards the anode inlet.
  • the deflection and guide geometry can be integrated into the jet pump and no further deflection of the medium to be conveyed is required in a flow line system and / or pipeline system between the delivery unit, in particular the diffuser, and the anode inlet of the fuel cell. Furthermore, the flow losses and / or Druckver losses can be kept as low as possible due to the deflection.
  • the gaseous medium can be deflected in the area of the delivery unit, in particular over a longer flow path and / or by means of a smaller deflection on a flow path with a specific length.
  • the first wall and the second wall contribute to a deflection of the gaseous medium, with the almost completely linear walls achieving a uniform and constant deflection of the gaseous medium in the area of the diffuser can be, whereby flow losses and / or friction losses and / or Pressure losses can be reduced.
  • the lowest possible friction between the medium to be conveyed, in particular F, and the surface of the flow geometry of the conveying unit, in particular the end region of the diffuser can be achieved. Furthermore, pressure losses and / or friction losses can be reduced, which can occur as a result of the flow deflections and / or changes in the directions of movement of the gaseous medium due to the deflection. In this way, the efficiency of the delivery unit and / or a valve jet pump arrangement and / or the entire fuel cell system can be improved.
  • a second longitudinal axis of the diffuser is inclined in the direction of the anode inlet, the second longitudinal axis of the diffuser in particular being a resultant of the first wall and the second wall.
  • the gaseous medium is already deflected towards the anode inlet in the area of the diffuser, so that the medium in the components downstream of the diffuser, such as a connecting piece, does not have to be deflected as much in order to enter the area of the anode inlet Fuel cell to be able to flow.
  • the pressure losses and / or friction losses can be reduced by a deflection in the downstream area of the diffuser, whereby the efficiency of the delivery unit of the entire fuel cell system can be improved.
  • the flow resistance of the delivery unit for the necessary and almost right-angled deflection of the gaseous medium can be reduced, whereby a jet pump effect of the delivery unit can be improved and the medium with a higher Ge speed and / or a higher pressure and / or a higher mass flow in the fuel cell can flow in.
  • the connecting piece is located between the diffuser and the anode inlet of the fuel cell, as a result of which these are at least indirectly fluidly connected to one another.
  • a connection between the output of the delivery unit and / or the jet pump and the anode input of the fuel cell is made as direct as possible and with little friction loss.
  • an acceleration and / or deceleration in the area between the diffuser and the anode input can be reduced by friction of the gaseous medium in the area of deflections, this acceleration and / or deceleration, for example, when using an external piping system between the delivery unit and the fuel cell, in particular the anode inlet, can occur with several deflections.
  • the lowest possible friction between the medium to be conveyed, in particular H 2 , and the surface of the flow geometry of the conveying unit can be achieved.
  • pressure losses and / or friction losses can be reduced, which can occur due to the flow deflections and / or changes in the directions of movement of the gaseous medium due to the deflection in the external piping system.
  • the efficiency of the delivery unit and / or the valve jet pump arrangement and / or the entire fuel cell system can be increased.
  • the advantage can be achieved in this way that the flow connection between the jet pump and the anode inlet can be implemented as short as possible and / or at least almost without a flow deflection.
  • connection piece when the connection piece is integrated into a base body, the jet pump Achieve an improved cold start ability of the delivery unit, since the connection piece, in particular due to the larger dimensions, thus cools more slowly and therefore the formation of ice bridges in the flow cross-section is made more difficult, especially with short idle times.
  • a third longitudinal axis of the connecting piece runs parallel to a second flow path IV of the gaseous medium in the anode inlet.
  • the jet pump has a separate closure cover connected to a base body of the jet pump.
  • a simple and low-tolerance production of the delivery unit in the flow area of the jet pump, in particular in the area of the mixing tube and / or the diffuser can be achieved, since the base body of the jet pump is easier to process before assembly with the closure cover. The manufacturing costs of the delivery unit and / or the jet pump can thus be reduced.
  • the closure cover of the delivery unit is connected to the base body by means of a releasable connection, in particular a screw connection.
  • the closure cover can be dismantled from the base body, especially when the screw connection is loosened.
  • the advantage can be achieved that in the event of damage to the flow cross-section in the deflection area of the delivery unit, for example by ice particles at a low ambient temperature and / or a cold start procedure, a cost-effective and quick elimination of the damage by replacing the sealing cover by loosening the screw connection.
  • the closure cover can also be separated from the base body quickly and without destructive processing by means of the screw connection, which increases the ease of maintenance and the maintenance costs and / or the operating costs can be reduced.
  • it can be prevented that the entire conveying unit has to be replaced in the event of damage to the deflection area and / or the adjoining flow areas; instead, it is sufficient to replace the closure cover.
  • Figure 1 is a partially schematic sectional view of a fuel cell system with a delivery unit and a fuel cell
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the delivery unit, in particular a jet pump,
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the at least one cross-sectional area A-A running orthogonally to a flow direction according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of the at least one cross-sectional area A-A running orthogonally to the direction of flow according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a fuel cell system 31 with a delivery unit 1, the delivery unit 1 having a combined valve / jet pump arrangement 8.
  • the combined valve-jet pump arrangement 8 has a metering valve 6 and a jet pump 4, the metering valve 6 being connected to the jet pump 4, for example by means of a screw connection, in particular to a base body 13 of the jet pump 4.
  • the jet pump 4 has a first inlet 28, a second inlet 36 a, a suction area 7, a mixing tube 18, a diffuser 20 and / or a connecting piece 26 in its base body 13.
  • the metering valve 6 has a second inlet 36b and a nozzle 12. The metering valve 6 is in particular in the direction of a first longitudinal axis 39, in particular the mixing tube 18, pushed into the jet pump 4, in particular into an opening in the base body 13 of the jet pump 4.
  • the fuel cell system 31 shown in FIG. 1 also has the fuel cell 29 component.
  • the fuel cell 29 is at least indirectly fluidically connected to the valve jet pump arrangement 8 by means of an anode output 9 and / or an anode input 15.
  • the recirculation medium flows in the direction of a first flow path III through the anode outlet 9 from the fuel cell 29 and, in particular after flowing through the valve jet pump arrangement 8, flows back into the fuel cell 29 via the anode inlet 15 in the direction of a second flow path IV.
  • the first flow path III and the second flow path IV run at least approximately parallel.
  • the fuel cell 29 has an end plate 2, the anode outlet 9 and the anode inlet 15 running through the end plate 2.
  • the end plate 2 is located on the side of the fuel cell 29 facing the valve jet pump arrangement 8.
  • the unused gaseous medium flows from the anode outlet 9 of the fuel cell 29, in particular a stack, on a first flow path III through the end plate 2 in the first inlet 28 of the valve jet pump arrangement 8. From there, the gaseous medium flows into the suction area 7 and partially into the mixing tube 18 of the jet pump 4.
  • Fig. 1 it is also shown that the combined valve-jet pump arrangement 8 is flowed through by a medium to be conveyed in at least one first flow direction V.
  • the majority of the flow through areas of the valve jet pump arrangement 8 are at least approximately tubular and serve to convey and / or guide the gaseous medium, which is in particular h, in the delivery unit 1.
  • the valve jet pump arrangement 8 on the one hand, a recirculate is fed through the first inlet 28, the recirculate being in particular the unused H2 from the anode area of the fuel cell 29, in particular a stack, wherein the recirculate can also contain water and nitrogen.
  • the recirculate flows through the first inlet 28 into the valve jet pump assembly 8.
  • a gaseous propellant medium flows through the second inlet 36a, b from outside the valve jet pump arrangement 8 into a recess in the valve jet pump arrangement 8 and / or into the base body 13 and / or the metering valve 6, the Propellant comes from a tank 34 and is under high pressure, in particular more than 6 bar, and / or flows through the nozzle 12 at a high speed.
  • FIG. 1 shows that the connecting piece 26 is located between the diffuser 20 and the anode inlet 15 of the fuel cell 29 and at least indirectly connects these to one another fluidically.
  • the jet pump 4 has a separate closure cover 16 connected to the base body 13 of the jet pump 4.
  • the closure cover 16 is connected to the base body 13 by means of a releasable connection, in particular a screw connection, so that the closure cover 16 can be dismantled from the base body 13.
  • the second inlet 36a, b runs through the components base body 13 and / o the metering valve 6. From the metering valve 6, the propellant medium is fed through the nozzle 12 into the suction area 7 and / or the Mixing tube 18 drained.
  • the F flowing through the nozzle 12 and serving as the motive medium has a pressure difference to the recirculation medium, the recirculation medium flowing into the feed unit 1 from the first inlet 28 and the motive medium in particular having a higher pressure of at least 6 bar. So that a so-called jet pump effect sets in, the recirculation medium is conveyed with a low pressure and a low mass flow in a central flow area of the conveyor unit 1, for example by using a side channel compressor upstream of the conveyor unit 1.
  • the propellant flows through the nozzle 12 into the central flow area of the suction area 7 and / or the mixing tube 18 at the described pressure difference and at a high speed, which in particular is close to the speed of sound and can therefore be below or above it.
  • the nozzle 12 has an inner recess in the form of a flow cross-section through which the gaseous medium can flow, in particular coming from the metering valve 6 and flowing into the suction area 7 and / or the mixing tube 18.
  • the motive medium meets the recirculation medium, which is already located in the central flow area of the suction area 7 and / or the mixing tube 18. Due to the high speed and / or pressure difference between the driving medium and the recirculation medium, a creates internal friction and turbulence between the media. This creates a shear stress in the boundary layer between the fast propellant medium and the much slower recirculation medium. This voltage causes a pulse transmission, whereby the recirculation medium is accelerated and entrained.
  • the recirculation medium is accelerated in the first flow direction V be and there is a pressure drop for the recirculation medium, whereby a suction effect sets in and thus further recirculation medium is fed from the area of the first inlet 28.
  • This effect can be referred to as the jet pump effect.
  • a delivery rate of the recirculation medium can be regulated and adapted to the respective needs of the entire fuel cell system 31 depending on the operating state and operating requirements.
  • the propellant can be prevented from flowing from the second inlet 36 into the central flow area of the jet pump 4, so that the propellant does not flow into the recirculation medium the suction area 7 and / or the mixing tube 18 can flow in and thus the jet pump effect is suspended.
  • the jet pump 4 from FIG. 1 has technical features which additionally improve the jet pump effect and the delivery efficiency and / or further improve the cold start process and / or manufacturing and assembly costs.
  • the section diffuser 20 runs conically in the region of its inner flow cross-section, in particular enlarging in the first flow direction V and the second flow direction VI.
  • the nozzle 12 and the mixing tube 18 and / or the diffuser 20 can run coaxially to one another.
  • This shape of the diffuser 20 section can produce the advantageous effect that the kinetic energy is converted into pressure energy, whereby the possible delivery volume of the delivery unit 1 can be further increased, whereby more of the medium to be delivered, in particular F, is fed to the fuel cell 29 can be, whereby the efficiency of the entire ge fuel cell system 31 can be increased.
  • the combined valve jet pump assembly 8 has an optional heating element, wherein the valve jet pump assembly 8 and / or the connecting piece 26 are made of a material or an alloy with a ge rings specific heat capacity.
  • the cold start capability can be improved, in particular at temperatures below 0 ° Celsius, since ice bridges that are present in the flow area of the valve jet pump arrangement 8 can be broken down.
  • the heating element 11 can be integrated in the base body 13 of the jet pump 4 or arranged on it.
  • the metering valve 6 can be designed as a proportional valve 6 in order to enable an improved metering function and more precise metering of the propellant medium into the suction area 7 and / or the mixing tube 18.
  • the nozzle 12 and the mixing tube 18 are designed to be rotationally symmetrical, the nozzle 12 running coaxially with the mixing tube 18 of the jet pump 4.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view, denoted by II in FIG. 1, of the delivery unit 1, in particular of the jet pump 4.
  • Part of the inner flow contour of the delivery unit 1, in particular of the base body 13, is shown, which has the areas of suction area 7, mixing tube 18, diffuser 20 and connecting piece 26 in the direction of flow of the gaseous medium.
  • the mixing tube 18, the diffuser 20 and the connecting piece 26 each have a respective longitudinal axis 39, 40, 44, the mixing tube 18 having the first longitudinal axis 39, the diffuser 20 having a second longitudinal axis 40 and the connecting piece 26 having a third longitudinal axis 44 having.
  • the respective direction of flow V, VI, VII of the gaseous medium in this area runs along this respective longitudinal axis 39, 40, 44.
  • a first wall 17 of the diffuser 20 extends at an angle g to the first longitudinal axis 39 and a second wall 19 of the diffuser 20 opposite the first wall 17 extends at an angle ⁇ to the first longitudinal axis 39, the first wall 17 running on the side of the diffuser 20 facing away from the anode inlet 15 and the second wall 19 running on the side of the diffuser 20 facing the anode inlet 15, the walls 17, 19 at least almost completely run linearly and are inclined towards the anode inlet 15 in the second flow direction VI.
  • the first wall 17 runs at a different angle, in particular g, to the longitudinal axis 39.
  • the angle ⁇ is greater than the angle g.
  • FIG. 2 shows that the second longitudinal axis 40 of the diffuser 20 is inclined in the direction of the anode inlet 15, the second longitudinal axis 40 of the diffuser 20 in particular being a resultant of the first wall 17 and the second wall 19.
  • the second longitudinal axis 40 of the diffuser 20 can be inclined by half the opening angle of the diffuser 20.
  • the gaseous medium coming from the suction area 7 flows at least almost completely through the flow contour of the base body 13 to the anode inlet 15 of the fuel cell 29, the gaseous medium flowing through the mixing tube 18, the diffuser 20 and the connecting piece 26.
  • the propellant medium coming from the second inlet 36 is supplied by means of the nozzle 12 and meets the recirculation medium supplied through the first inlet 28, which comes in particular from the fuel cell 29.
  • FIG. 2 also shows that the mixing tube 18 has the first longitudinal axis
  • the diffuser 20 has the second longitudinal axis 40, the second flow direction VI running parallel to the second longitudinal axis 40.
  • the connecting piece 26 has the third longitudinal axis 44, a third flow direction VII running parallel to the third longitudinal axis 44.
  • the longitudinal axes 39, 40, 44 and / or flow directions V, VI, VII in the respective area have different vectors and do not run parallel and / or in the same direction, so that the gaseous medium is deflected in the respective section 18, 20 , 26 experiences.
  • the third longitudinal axis 44 of the connecting piece 26 is inclined to the first longitudinal Axis 39 of the mixing tube 18 executed, in particular inclined by an at least almost right angle, the third flow direction VII running parallel to the third longitudinal axis 44 of the connecting piece 26 being directed towards the anode inlet 15.
  • the third longitudinal axis 44 of the connecting piece 26 runs parallel to the second flow path IV of the gaseous medium in the anode inlet 15.
  • the flow cross-sections are designed, for example, as the at least one cross-sectional area A-A, the at least one cross-sectional area A-A running orthogonally to the second flow direction VI and / or the second longitudinal axis 40 of the diffuser 20.
  • the cross-sectional area A-A increases in the second flow direction VI. This can lead to a reduction in the flow rate of the gaseous medium in the diffuser 20, in particular due to the increasing cross-sectional area A-A.
  • the second flow direction VI and / or the second longitudinal axis 40 runs at least almost linearly in the area of the diffuser 20 due to the at least almost linear course of the first and second walls 17, 19, so that the gaseous medium also runs at least almost linearly in the area of the diffuser 20 flows.
  • the gaseous medium experiences a corresponding deflection when flowing through the diffuser 20 and / or the connecting piece 26, whereby it is from a first flow direction V running at least almost at right angles to the first flow path III and / or second flow path IV is deflected into a third flow direction VII running at least almost parallel to the respective flow path III, IV.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the at least one cross-sectional area AA running orthogonally to the direction of flow VI according to a first embodiment.
  • the respective cross-sectional area AA of the diffuser 20 and / or of the mixing tube 18 and / or of the connecting piece 26 has an at least almost circular shape.
  • reference is made below only to the cross-sectional area in the region of the diffuser 20.
  • a first reference axis 48 runs orthogonally to this first reference axis 48.
  • a second reference axis 50 runs through the point of intersection of the two reference axes 48, 50 runs orthogonally to both axes 48,
  • the fourth figure 4 shows a schematic sectional view of the at least one cross-sectional area A-A running orthogonally to the second flow direction VI according to a second embodiment.
  • the respective cross-sectional area A-A has a rounded, in particular an ovoid and / or egg-shaped shape.
  • the first reference axis 48 runs through the first wall 17, which runs away from the anode inlet 15, in particular at least in the initial area of the diffuser 20, and the second wall 19 of the flow cross-section.
  • the second reference axis 50 runs orthogonally to the first reference axis 48 of the ovoid cross-sectional area that this is in the area of the greatest distance between the walls of the flow cross-section.
  • the second longitudinal axis 40 runs through the intersection of the two reference axes 48, 50 orthogonally to both axes 48, 50 in a plane (not shown).
  • the cross-sectional areas of the flow regions of the connecting piece 26 can also have a corresponding at least almost circular and / or ovoid shape.
  • the advantage can be achieved that an improved deflection of the gaseous medium is achieved when flowing through the diffuser 20, at which the friction and / or flow losses can be reduced, while the space required for deflecting the gaseous medium to the anode inlet 15 can be reduced.
  • the delivery unit 1 and / or the jet pump 4 can also be installed in vehicles that only have a small amount of space available.
  • the flow transitions within the flow cross-section of the jet pump 4 are designed as flow-optimized as possible, so that the turbulence and / or a detachment of the flow velocity of the gaseous medium is prevented.
  • the majority of the gaseous medium to be conveyed can flow in the second flow direction VI through the diffuser 20 in the region of the second reference axis 50 and thus experience a stronger deflection towards the anode inlet 15, since the second reference axis 50 has less distance to the second wall 19 and / or to the anode inlet 15, in particular in comparison to the first embodiment of the at least one cross-sectional area AA, which leads to an improved flow behavior and a more compact design.
  • an improved flow guidance of the gaseous medium through the diffuser 20 and / or the entire delivery unit can be achieved in this way
  • these shapes of the cross-sectional areas AA shown in Fig. 3 or Fig. 4 can be used in any combination of the areas diffuser 20, connecting piece 26 and anode inlet 15 in the delivery unit 1 according to the invention They are used, however, also in all other flow areas of the fuel cell system 31.

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Abstract

Förderaggregat (1) für ein Brennstoffzellen-System (31) zur Förderung und/oder Steuerung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe (4) und einem Dosierventil (6), wobei ein Ausgang des Förderaggregats (1) mit einem Anodeneingang (15) einer Brennstoffzelle (29) fluidisch verbunden ist, wobei die Strahlpumpe (4) einen Ansaugbereich (7), ein Mischrohr (18) und einen Diffusor (20) aufweist, wobei der Diffusor (20) zumindest mittelbar mit dem Anodeneingang (15) der Brennstoffzelle (29) fluidisch verbunden ist und wobei die Strahlpumpe (4) zumindest teilweise in Richtung einer ersten Strömungsrichtung (V), die parallel zu einer ersten Längsachse (39) des Mischrohrs (18) verläuft, vom gasförmigen Medium durchströmt wird, wobei eine zweite Längsachse (40) des Diffusors (20) geneigt zur ersten Längsachse (39) des Mischrohrs (18) verläuft, insbesondere unter einem Winkel (a). Erfindungsgemäß verläuft dabei eine erste Wandung (17) des Diffusors (20) unter einem Winkel (γ) zur ersten Längsachse (39) und eine der ersten Wandung (17) gegenüberliegende zweite Wandung (19) des Diffusors (20) unter einem Winkel (ß) zur ersten Längsachse (39), wobei die erste Wandung (17) auf der dem Anodeneingang (15) abgewandten Seite des Diffusors (20) verläuft und die zweite Wandung (19) auf der dem Anodeneingang (15) zugewandten Seite des Diffusors (20) verläuft, wobei die Wandungen (17, 19) zumindest nahezu vollständig linear verlaufen und in einer zweiten Strömungsrichtung (VI) zum Anodeneingang (15) hin geneigt sind.

Description

Beschreibung
Titel
Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder
Steuerung eines gasförmigen Mediums
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen- System zur Förderung und/oder Steuerung eines gasförmigen Mediums, insbe sondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit ei nem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför mige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich, wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens ei nem Tank, insbesondere einem Hochdrucktank, entnommen und über eine Zu- strömleitung eines Mitteldruckleitungssystems an das Förderaggregat geleitet. Dieses Förderaggregat führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Nieder druckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle.
Aus der DE 102014221 506 Al ist ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen- System bekannt, zur Förderung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Was serstoff, mit einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmi gen Mediums angetriebenen Strahlpumpe und einem Dosierventil. Dabei kann das Förderaggregat als eine kombinierte Ventil-Strahlpumpenanordnung ausge führt sein und weist die Bauteile erster Zulauf, Ansaugbereich, Mischrohr und ei nen Diffusor aufweist, wobei der Diffusor über einen Auslass- Krümmer mit einem Anodeneingang einer Brennstoffzelle fluidisch verbunden ist. Optional kann sich dabei ein Verbindungsstück zwischen dem Auslass- Krümmer und dem Anoden eingang befinden. Dabei kann mittels des Förderaggregats ein Medium, insbe sondere ein Treibmedium durch eine Düse abgelassen werden, welches dann mit einem Rezirkulationsmedium vermischt wird. Der Strom des Treibmediums kann dabei mittels des Dosierventils gesteuert werden. Damit das gasförmige Medium nach dem Durchströmen der Ventils-Strahlpumpenanordnung in den Anodeneingang der Brennstoffzelle einströmen kann, muss eine Umlenkung auf grund der Anordnung der Ventil-Strahlpumpenanordnung an der Brennstoffzelle erfolgen. Diese Umlenkung erfolgt aus der DE 102014221 506 Al bekannten Förderaggregat zumindest nahezu ausschließlich im Bereich des Auslass- Krüm mers, wobei die Umlenkung zumindest nahezu rechtwinklig und/oder um zumin dest nahezu 90° erfolgt, damit das gasförmige Medium aus dem Förderaggregat in die Brennstoffzelle strömen kann.
Das aus der DE 102014221 506 Al bekannte Förderaggregat kann gewisse Nachteile aufweisen.
Da die Umlenkung des gasförmigen Mediums im Bereich des Förderaggregats zumindest nahezu ausschließlich im Bereich des Auslass- Krümmers erfolgt, muss eine zumindest nahezu rechtwinklige Umlenkung ausschließlich in diesem Bereich erfolgen, insbesondere um zumindest nahezu 90°. Dabei verläuft eine erste Strömungsrichtung des Mischrohrs und/oder eine zweite Strömungsrich tung des Diffusors zumindest nahezu rechtwinklig zu einem zweiten Strömungs pfad des Anodeneingangs der Brennstoffzelle, wobei der zweite Strömungspfad insbesondere die Einströmrichtung des gasförmigen Mediums in die Brennstoff zelle ausbildet. Dies führt zu hohen Strömungsverlusten und/oder Reibungsver lusten und/oder Druckverlusten zwischen dem gasförmigen Medium und den Wandungen des Förderaggregats, insbesondere im Bereich des Auslass- Krüm mers, aufgrund der geringen Länge in Richtung einer ersten Längsachse der Strahlpumpe, die zur Verfügung steht, um die Umlenkung des gasförmigen Medi ums zu bewirken. Zudem kann es bei dem im Stand der Technik gezeigten För deraggregat, insbesondere im Strömungsbereich des Auslass- Krümmers, für den Wirkungsgrad des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzellen-Systems, zu nachteiligen Verwirbelungen und/oder Strömungsabrissen kommen. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Förderaggregats und/oder des gesamten Brennstoff zellen-Systems verringert. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System vor geschlagen, zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, wobei der Wasserstoff im Folgenden als H2 bezeich net wird.
Bezugnehmend auf Anspruch 1 verläuft eine erste Wandung eines Diffusors un ter einem Winkel g zu einer ersten Längsachse eines Mischrohrs einer Strahl pumpe und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung des Diffusors unter einem Winkel ß zur ersten Längsachse. Dabei verläuft die erste Wandung auf der dem Anodeneingang abgewandten Seite des Diffusors und die zweite Wandung auf der dem Anodeneingang zugewandten Seite des Diffusors, wobei die Wandungen zumindest nahezu vollständig linear verlaufen und in einer zweiten Strömungsrichtung VI zum Anodeneingang hin geneigt sind. Auf diese Weise kann die Umlenkungs- und Führungsgeometrie in die Strahlpumpe inte griert werden und es bedarf keiner weiteren Umlenkung des zu fördernden Medi ums in einem Strömungsleitungssystem und/oder Rohrleitungssystem zwischen dem Förderaggregat, insbesondere dem Diffusor, und dem Anodeneingang der Brennstoffzelle. Des Weiteren können die Strömungsverluste und/oder Druckver luste aufgrund der Umlenkung möglichst gering gehalten werden. Zudem kann eine Umlenkung des gasförmigen Mediums im Bereich des Förderaggregats, ins besondere über eine längere Strömungsstrecke und/oder mittels einer geringe ren Umlenkung auf einer Strömungsstrecke mit einer spezifischen Länge erzielt werden. Dabei können Strömungsverluste und/oder Reibungsverluste und/oder Druckverluste zwischen dem gasförmigen Medium und den Wandungen des För deraggregats reduziert werden, da die Umlenkung strömungstechnisch günstiger erfolgt und eine Reibung des gasförmigen Mediums mit der Wandung des För deraggregats reduziert wird. Des Weiteren tragen gemäß der erfindungsgemä ßen Ausgestaltung des Förderaggregats die erste Wandung und die zweite Wan dung zu einer Umlenkung des gasförmigen Mediums bei, wobei durch die die na hezu vollständig linear verlaufenden Wandungen eine gleichmäßige und kon stante Umlenkung des gasförmigen Mediums im Bereich des Diffusors erzielt werden kann, wodurch Strömungsverluste und/oder Reibungsverluste und/oder Druckverluste reduziert werden können. Weiterhin werden aufgrund der erfin dungsgemäßen Ausgestaltung des Förderaggregats gemäß Anspruch 1 nachtei lige Verwirbelungen und/oder Strömungsabrisse bei der Umlenkung des gasför migen Mediums zum Anodeneingang einer Brennstoffzelle verhindert oder zu mindest reduziert, da eine Umlenkung gleichmäßiger und im Zusammenspiel mit einem sich vergrößernden Durchmesser im Bereich des Diffusors erfolgt, wodurch nachteilige Strömungsveränderungen, beispielsweise durch lokal starke Strömungsgeschwindigkeits-Änderungen vermieden werden können. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums im Diffusor reduziert, während das Medium gleichzeitig eine Umlenkung erfährt, wodurch ein verbes sertes Einströmverhalten in die Brennstoffzelle herbeigeführt werden kann. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass Verluste von Impulsenergie und/oder kinetischer Energie und/oder Druck nahezu vermieden oder zumindest verringert werden. Weiterhin kann aufgrund der verbesserten Umlenkung eine möglichst geringe Reibung zwischen dem zu fördernden Medium, insbesondere F , und der Oberfläche der Strömungsgeometrie des Förderaggregats, insbeson dere des Endbereichs des Diffusors, erzielt werden. Des Weiteren können Druck verluste und/oder Reibungsverluste reduziert werden, die durch die Strömungs- umlenkungen und/oder Änderung der Bewegungsrichtungen des gasförmigen Mediums durch die Umlenkung auftreten können. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad des Förderaggregats und/oder einer Ventil-Strahlpumpenanord nung und/oder des gesamten Brennstoffzellen-System verbessern.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Förderaggregats möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Förderaggregats ist eine zweite Längsachse des Diffusors in Richtung zum Anodeneingang geneigt, wobei die zweite Längsachse des Diffusors insbesondere eine Resultierende aus der ers ten Wandung und der zweiten Wandung ist. Auf diese Weise erfährt das gasför mige Medium schon im Bereich des Diffusors eine Umlenkung zum Anodenein gang hin, so dass das Medium in den dem Diffusor stromabwärts gelegenen Bauteile, wie beispielsweise einem Verbindungsstück, weniger stark umgelenkt werden muss, um in den Bereich des Anodeneingangs der Brennstoffzelle ein strömen zu können. Somit wird eine Integration eines Umlenkbereichs in den Dif- fusor erzielt, wodurch eine kompaktere Bauform des Förderaggregats herbeige führt werden kann. Zudem können die Druckverluste und/oder Reibungsverluste durch eine Umlenkung im stromabwärtigen Bereich des Diffusors reduziert wer den, wodurch sich der Wirkungsgrad des Förderaggregats des gesamten Brenn- stoffzellen-System verbessern lässt. Dabei lässt sich der Strömungswiderstand des Förderaggregats für die notwendige und nahezu rechtwinklige Umlenkung des gasförmigen Mediums reduzieren, wodurch ein Strahlpumpeneffekt des För deraggregats verbessert werden kann und das Medium mit einer höheren Ge schwindigkeit und/oder einem höheren Druck und/oder einem höheren Massen strom in die Brennstoffzelle einströmen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Förderaggregats befindet sich das Verbindungsstück zwischen dem Diffusor und dem Anodeneingang der Brenn stoffzelle, wodurch diese zumindest mittelbar fluidisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird eine möglichst direkte und reibungsverlustarme Verbindung des Ausgangs des Förderaggregats und/oder der Strahlpumpe mit dem Anodeneingang der Brennstoffzelle hergestellt. Somit kann eine Beschleuni gung und/oder Abbremsung im Bereich zwischen dem Diffusor und dem Anoden eingang durch Reibung des gasförmigen Mediums im Bereich von Umlenkungen verringert werden, wobei diese Beschleunigung und/oder Abbremsung beispiels weise bei dem Einsatz eines externen Verrohrungssystems zwischen dem För deraggregat und der Brennstoffzelle, insbesondere dem Anodeneingang, mit mehreren Umlenkungen, auftreten kann. Zudem kann auf diese Weise, insbe sondere aufgrund der strömungsoptimierten Ausführung des Verbindungsstücks, eine möglichst geringe Reibung zwischen dem zu fördernden Medium, insbeson dere H2, und der Oberfläche der Strömungsgeometrie des Förderaggregats er zielt werden. Weiterhin können Druckverluste und/oder Reibungsverluste redu ziert werden, die durch die Strömungsumlenkungen und/oder Änderung der Be wegungsrichtungen des gasförmigen Mediums durch die Umlenkung im externen Verrohrungssystems auftreten können. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungs grad des Förderaggregats und/oder der Ventil-Strahlpumpenanordnung und/oder des gesamten Brennstoffzellen-Systems erhöhen. Des Weiteren kann auf diese Weise der Vorteil erzielt werden, dass die Strömungsverbindung zwischen der Strahlpumpe und dem Anodeneingang möglichst kurz und/oder zumindest na hezu ohne Strömungsumlenkung realisiert werden kann. Weiterhin lässt sich bei einer Integration des Verbindungsstücks in einen Grundkörper der Strahlpumpe eine verbesserte Kaltstartfähigkeit des Förderaggregats erreichen, da das Ver bindungsstück, insbesondere aufgrund der höheren Maße, somit langsamer ab kühlt und daher eine Bildung von Eisbrücken im Strömungsquerschnitt erschwert wird, insbesondere bei kurzen Standzeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats verläuft eine dritte Längsachse des Verbindungsstücks parallel zu einem zweiten Strömungspfad IV des gasförmigen Mediums im Anodeneingang. Auf diese Weise kann ein mög lichst verlustfreies und reibungsfreies Durchströmen des gasförmigen Mediums durch das Verbindungsstück und ein möglichst verlustfreies und reibungsfreies Einströmen des gasförmigen Mediums in den Bereich des Anodeneingangs her beigeführt werden. Dabei wird dem gasförmigen Medium weniger Energie, insbe sondere kinetische Bewegungsenergie, entzogen, die dem gasförmigen Medium beispielsweise beim Durchströmen eines externen Verrohrungssystems mit Um lenkungen aufgrund von innerer und äußerer Reibung verloren gehen würde. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass Verluste von Impulsenergie, kinetischer Energie und Druck nahezu vermieden oder zumindest verringert wer den. Somit lässt sich der der Wirkungsgrad des Förderaggregats und/oder der Ventil-Strahlpumpenanordnung und/oder des gesamten Brennstoffzellen-Sys- tems verbessern.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Förderaggregats weist die Strahlpumpe einen mit einem Grundkörper der Strahlpumpe verbundenen se paraten Verschluss-Deckel auf. Auf diese Weise kann eine einfache und tole ranzarme Fertigung des Förderaggregats im Strömungsbereich der Strahlpumpe, insbesondere im Bereich des Mischrohrs und/oder des Diffusors, erzielt werden, da der Grundkörper der Strahlpumpe vor der Montage mit dem Verschluss-De ckel leichter bearbeitbar ist. Somit lassen sich die Herstellkosten des Förderag gregats und/oder der Strahlpumpe reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Verschluss-Deckel des Förder- aggregats mittels einer lösbaren Verbindung, insbesondere einer Verschraubung, mit dem Grundkörper verbunden. Dabei lässt sich der Verschluss-Deckel vom Grundkörper demontieren, insbesondere wenn die Verschraubung gelöst wird. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass im Falle einer Beschädi gung des Strömungsquerschnitts im Umlenk-Bereich des Förderaggregats, bei spielsweise durch Eispartikel bei einer geringen Umgebungstemperatur und/oder einer Kaltstartprozedur, eine kostengünstige und schnelle Behebung der Beschä digung durch ein Auswechseln des Verschluss-Deckels mittels des Lösens der Verschraubung herbeiführen lässt. Auch lässt sich der Verschluss-Deckel im Falle von Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten mittels der Verschrau- bung schnell und ohne zerstörende Bearbeitung vom Grundkörper trennen, wodurch die Wartungsfreundlichkeit erhöht wird und die Wartungskosten und/o der Betriebskosten gesenkt werden können. Zudem kann verhindert werden, dass bei einer Beschädigung des Umlenkbereichs und oder der angrenzenden Strömungsbereiche das gesamte Förderaggregat ersetzt werden muss, sondern es ausreicht den Verschluss-Deckel zur tauschen. Des Weiteren kann auf diese
Weise ein schnelle und kostengünstige Wartung des Förderaggregats insbeson dere im Bereich des Mischrohrs und/oder des Diffusors erzielt werden, wodurch sich die Betriebskosten des gesamten Brennstoffzellen-Systems reduzieren las sen.
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 und/oder Kombinationen der in den Ansprüchen beschrieben Merkmale und/oder Vorteile möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben.
Es zeigt:
Figur 1 eine teilweise schematische Schnittansicht eines Bren nstoff zellen - Systems mit einem Förderaggregat und einer Brennstoffzelle,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht des Förderaggregats, insbeson dere einer Strahlpumpe,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht der mindestens einen orthogonal zu einer Strömungsrichtung verlaufenden Querschnittsfläche A-A ge mäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht der mindestens einen orthogonal zur Strömungsrichtung verlaufenden Querschnittsfläche A-A gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Brennstoffzellen-Systems 31 mit einem Förderaggregat 1, wobei das Förderag gregat 1 eine kombinierte Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 aufweist. Die kombi nierte Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 weist dabei ein Dosierventil 6 und eine Strahlpumpe 4 auf, wobei das Dosierventil 6 beispielsweise mittels einer Ver schraubung mit der Strahlpumpe 4 verbunden ist, insbesondere mit einem Grundkörper 13 der Strahlpumpe 4.
Die Strahlpumpe 4 weist dabei in ihrem Grundkörper 13 einen ersten Zulauf 28, einen zweiten Zulauf 36a, einen Ansaugbereich 7, ein Mischrohr 18, einen Dif fusor 20 und/oder ein Verbindungsstück 26 auf. Das Dosierventil 6 weist einen zweiten Zulauf 36b und eine Düse 12 auf. Dabei ist das Dosierventil 6 insbeson dere in Richtung einer ersten Längsachse 39, insbesondere des Mischrohrs 18, in die Strahlpumpe 4, insbesondere in eine Öffnung in dem Grundkörper 13 der Strahlpumpe 4 eingeschoben.
Das in Fig. 1 gezeigte Brennstoffzellen-System 31 weist zudem das Bauteil Brennstoffzelle 29 auf. Die Brennstoffzelle 29 ist dabei mittels eines Anodenaus gangs 9 und/oder eines Anodeneingangs 15 zumindest mittelbar fluidisch mit der Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 verbunden. Dabei strömt das Rezirkulations- medium in Richtung eines ersten Strömungspfads III durch den Anodenausgang 9 aus der Brennstoffzelle 29 aus und, insbesondere nach dem Durchströmen von der Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 über den Anodeneingang 15 in Richtung eines zweiten Strömungspfads IV wieder in die Brennstoffzelle 29 ein. Der erste Strömungspfad III und der zweite Strömungspfad IV verlaufen dabei zumindest annähernd parallel. Weiterhin weist die Brennstoffzelle 29 eine Endplatte 2 auf, wobei der Anodenausgang 9 und der Anodeneingang 15 durch die Endplatte 2 verlaufen. Dabei befindet sich die Endplatte 2 auf der der Ventil-Strahlpumpenan ordnung 8 zugewandten Seite der Brennstoffzelle 29. Dabei strömt das unver brauchte gasförmige Medium von dem Anodenausgang 9 der Brennstoffzelle 29, insbesondere einem Stack, auf einem ersten Strömungspfad III durch die End platte 2 in den ersten Zulauf 28 der Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 ein. Von dort strömt das gasförmige Medium in den Ansaugbereich 7 und teilweise in das Mischrohr 18 der Strahlpumpe 4.
In Fig. 1 ist zudem dargestellt, dass die kombinierte Ventil-Strahlpumpenanord nung 8 von einem zu fördernden Medium in mindestens einer ersten Strömungs richtung V durchströmt wird. Der Großteil der durchströmten Bereiche der Ventil- Strahlpumpenanordnung 8 sind dabei zumindest annährend rohrförmig ausgebil det und dienen zum Fördern und/oder Leiten des gasförmigen Mediums, bei dem es sich insbesondere um h handelt, in dem Förderaggregat 1. Dabei wird der Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 zum einen ein Rezirkulat durch den ersten Zu lauf 28 zugeführt, wobei es sich bei dem Rezirkulat insbesondere um das unver brauchte H2 aus dem Anodenbereich der Brennstoffzelle 29, insbesondere einem Stack, handelt, wobei das Rezirkulat auch Wasser und Stickstoff aufweisen kann. Das Rezirkulat strömt dabei durch den ersten Zulauf 28 in die Ventil-Strahlpum penanordnung 8 ein. Zum anderen strömt durch den zweiten Zulauf 36a, b von außerhalb der Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 ein gasförmiges Treibmedium, insbesondere H2, in eine Aussparung der Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 und/oder in den Grundkörper 13 und/oder das Dosierventil 6 ein, wobei das Treibmedium von einem Tank 34 kommt und unter hohen Druck steht, insbeson dere von mehr als 6 bar, und/oder mit einer hohen Geschwindigkeit durch die Düse 12 strömt.
Des Weiteren ist in Fig. 1 gezeigt, dass sich das Verbindungsstück 26 zwischen dem Diffusor 20 und dem Anodeneingang 15 der Brennstoffzelle 29 befinden und diese zumindest mittelbar fluidisch miteinander verbinden. Zudem ist gezeigt, dass die Strahlpumpe 4 einen mit dem Grundkörper 13 der Strahlpumpe 4 ver bundenen separaten Verschluss-Deckel 16 aufweist. Dabei ist der Verschluss- Deckel 16 mittels einer lösbaren Verbindung, insbesondere einer Verschraubung, mit dem Grundkörper 13 verbunden, so dass sich der Verschluss-Deckel 16 vom Grundkörper 13 demontieren lässt.
Dabei verläuft der zweite Zulauf 36a, b durch die Bauteile Grundkörper 13 und/o der Dosierventil 6. Vom Dosierventil 6 wird das Treibmedium mittels einer Aktorik und eines vollständig schließbaren Ventilelements, insbesondere stoßweise, durch die Düse 12 in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 18 abgelas sen. Das durch die Düse 12 strömende und als Treibmedium dienende F weist eine Druckdifferenz zum Rezirkulationsmedium auf, wobei das Rezirkulationsme- dium aus dem ersten Zulauf 28 in das Förderaggregat 1 einströmt und wobei das Treibmedium insbesondere einen höheren Druck von mindestens 6 bar aufweist. Damit sich ein sogenannter Strahlpumpeneffekt einstellt, wird das Rezirkulations medium mit einem geringen Druck und einem geringen Massen-Strom in einen zentralen Strömungsbereich des Förderaggregats 1 gefördert, beispielsweise durch den Einsatz eines, dem Förderaggregat 1 vorgeschalteten, Seitenkanalver dichters. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere nahe der Schallgeschwindig keit und somit darunter oder darüber liegen kann, durch die Düse 12 in den zent ralen Strömungsbereich des Ansaugbereichs 7 und/oder des Mischrohrs 18 ein.
Die Düse 12 weist dabei eine innere Ausnehmung in Form eines Strömungsquer schnitts auf, durch die das gasförmige Medium strömen kann, insbesondere vom Dosierventil 6 kommend und in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 18 einströmend. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich bereits im zentralen Strömungsbereich des Ansaugbereichs 7 und/oder des Mischrohrs 18 befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits- und/oder Druck- Differenz zwischen dem Treibmedium und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung be wirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der ersten Strömungsrichtung V be schleunigt und es entsteht für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich des ersten Zulaufs 28 nachgefördert wird. Dieser Effekt kann als Strahlpumpeneffekt bezeichnet werden.
Durch das Ansteuern der Zu-Dosierung des Treibmediums mittels des Dosier ventils 6 kann eine Förderrate des Rezirkulationsmediums reguliert werden und auf den jeweiligen Bedarf des gesamten Brennstoffzellen-Systems 31 je nach Betriebszustand und Betriebsanforderungen angepasst werden. In einem bei spielhaften Betriebszustand des Förderaggregats 1 bei dem sich das Dosierventil 6 in geschlossenem Zustand befindet, kann verhindert werden, dass das Treib medium aus dem zweiten Zulauf 36 in den zentralen Strömungsbereich der Strahlpumpe 4 nachströmt, so dass das Treibmedium nicht zum Rezirkulations medium in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 18 einströmen kann und somit der Strahlpumpeneffekt aussetzt.
Weiterhin weist die Strahlpumpe 4 aus der Fig. 1 technische Merkmale auf, die den Strahlpumpeneffekt und die Fördereffizienz zusätzlich verbessern und/oder das Kaltstartvorgang und/oder Fertigungs- und Montage- Kosten weiter verbes sern. Dabei verläuft das Teilstück Diffusor 20 im Bereich seines inneren Strö mungsquerschnitts konisch, insbesondere sich in der ersten Strömungsrichtung V und der zweiten Strömungsrichtung VI vergrößernd. Die Düse 12 und das Mischrohr 18 und/oder der Diffusor 20 können dabei koaxial zueinander verlau fen. Durch diese Ausformung des Teilstücks Diffusor 20 kann der vorteilhafte Ef fekt erzeugt werden, dass die kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird, wodurch das mögliche Fördervolumen des Förderaggregats 1 weiter erhöht werden kann, wodurch mehr des zu fördernden Mediums, insbesondere F , der Brennstoffzelle 29 zugeführt werden kann, wodurch der Wirkungsgrad des ge samten Brennstoffzellen-Systems 31 erhöht werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die kombinierte Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 ein optionales Heizelement auf, wobei die Ventil-Strahlpumpenanordnung 8 und/oder das Verbindungsstück 26 aus einem Material oder einer Legierung mit einer ge ringen spezifischen Wärmekapazität hergestellt sind. Auf diese Weise kann die Kaltstartfähigkeit verbessert werden, insbesondere bei Temperaturen von unter 0° Celsius, da somit vorhandene Eisbrücken im Strömungsbereich der Ventil- Strahlpumpenanordnung 8 abgebaut werden können. Das Heizelement 11 kann dabei in dem Grundkörper 13 der Strahlpumpe 4 integriert sein oder an diesem angeordnet sein.
Erfindungsgemäß kann das Dosierventil 6 als ein Proportionalventil 6 ausgeführt sein, um eine verbesserte Dosierfunktion und ein exakteres Dosieren des Treib mediums in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 18 zu ermöglichen.
Zur weiteren Verbesserung der Strömungsgeometrie und des Wirkungsgrads des Förderaggregats 1 sind die Düse 12 und das Mischrohr 18 rotationssymmetrisch ausgeführt, wobei die Düse 12 koaxial zum Mischrohr 18 der Strahlpumpe 4 ver läuft.
In Fig. 2 ist eine in Fig. 1 mit II bezeichnete schematische Schnittansicht des Förderaggregats 1, insbesondere der Strahlpumpe 4, gezeigt. Dabei ist ein Teil der inneren Strömungskontur des Förderaggregats 1, insbesondere des Grund körpers 13, dargestellt, wobei dieser insbesondere in Durchströmrichtung des gasförmigen Mediums die Bereiche Ansaugbereich 7, Mischrohr 18, Diffusor 20 und Verbindungsstück 26 aufweist. Es weisen jeweils das Mischrohr 18, der Dif fusor 20 und das Verbindungsstück 26 eine jeweilige Längsachse 39, 40, 44 auf, wobei das Mischrohr 18 die erste Längsachse 39 aufweist, der Diffusor 20 eine zweite Längsachse 40 und das Verbindungsstück 26 eine dritte Längsachse 44 aufweist. Entlang dieser jeweiligen Längsachse 39, 40, 44 verläuft die jeweilige Strömungsrichtung V, VI, VII des gasförmigen Mediums in diesem Bereich.
Des Weiteren ist in Fig. 2 dargestellt, dass eine erste Wandung 17 des Diffusors 20 unter einem Winkel g zur ersten Längsachse 39 verläuft und eine der ersten Wandung 17 gegenüberliegende zweite Wandung 19 des Diffusors 20 unter ei nem Winkel ß zur ersten Längsachse 39 verläuft, wobei die erste Wandung 17 auf der dem Anodeneingang 15 abgewandten Seite des Diffusors 20 verläuft und die zweite Wandung 19 auf der dem Anodeneingang 15 zugewandten Seite des Diffusors 20 verläuft, wobei die Wandungen 17, 19 zumindest nahezu vollständig linear verlaufen und in der zweiten Strömungsrichtung VI zum Anodeneingang 15 hin geneigt sind. Hierbei ist für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förder- aggregats 1 und/oder der Strahlpumpe 4 funktionsrelevant, dass die erste Wan dung 17 in einem anderen Winkel, insbesondere g, zur Längsachse 39 verläuft. Dabei ist in einer beispielhaften Ausführung der Strahlpumpe 4 der Winkel ß grö ßer als der Winkel g.
Zudem ist in Fig. 2 gezeigt, dass die zweite Längsachse 40 des Diffusors 20 in Richtung zum Anodeneingang 15 geneigt ist, wobei die zweite Längsachse 40 des Diffusors 20 insbesondere eine Resultierende aus der ersten Wandung 17 und der zweiten Wandung 19 ist. Dabei kann die zweite Längsachse 40 des Dif fusors 20 um den halben Öffnungswinkel des Diffusors 20 geneigt sein.
Es ist dargestellt, dass das gasförmige Medium vom Ansaugbereich 7 kommend die Strömungskontur des Grundkörpers 13 zumindest nahezu vollständig durch strömt bis zum Anodeneingang 15 der Brennstoffzelle 29, wobei das gasförmige Medium das Mischrohr 18, den Diffusor 20 und das Verbindungsstück 26 durch strömt. Im Ansaugbereich 7 wird das aus dem zweiten Zulauf 36 kommende Treibmedium mittels der Düse 12 zugeführt und trifft auf das durch den ersten Zulauf 28 zugeführte Rezirkulationsmedium, das insbesondere von der Brenn stoffzelle 29 kommt.
In Fig. 2 ist des Weiteren gezeigt, dass das Mischrohr 18 die erste Längsachse
39 aufweist, wobei die erste Strömungsrichtung V zumindest nahezu parallel zur ersten Längsachse 39 verläuft. Der Diffusor 20 weist die zweite Längsachse 40 auf, wobei die zweite Strömungsrichtung VI parallel zur zweiten Längsachse 40 verläuft. Das Verbindungsstück 26 weist die dritte Längsachse 44 auf, wobei eine dritte Strömungsrichtung VII parallel zur dritten Längsachse 44 verläuft. Die Längsachsen 39, 40, 44 und/oder Strömungsrichtungen V, VI, VII im jeweiligen Bereich weisen dabei unterschiedliche Vektoren auf und verlaufen nicht parallel und/oder in der gleichen Richtung, so dass das gasförmige Medium eine Umlen kung im jeweiligen Abschnitt 18, 20, 26 erfährt. Dabei ist die zweite Längsachse
40 des Diffusors 20 geneigt zur ersten Längsachse 39 des Mischrohrs 18 ausge führt, insbesondere geneigt um einen Winkel a, wobei die zweite Längsachse 40 des Diffusors 20 in Richtung zum Anodeneingang 15 geneigt ist. Des Weiteren ist die dritte Längsachse 44 des Verbindungsstücks 26 geneigt zur ersten Längs- achse 39 des Mischrohrs 18 ausgeführt, insbesondere geneigt um einen zumin dest nahezu rechten Winkel, wobei die parallel zur dritten Längsachse 44 des Verbindungsstück 26 verlaufende dritte Strömungsrichtung VII zum Anodenein gang 15 gerichtet ist. Die dritte Längsachse 44 des Verbindungsstücks 26 ver läuft dabei parallel zu dem zweiten Strömungspfad IV des gasförmigen Mediums im Anodeneingang 15.
Fig. 2 zeigt, dass sich im innenliegenden Strömungsbereich der Strahlpumpe 4 Strömungsquerschnitte ausbilden, die insbesondere orthogonal zur jeweiligen Strömungsrichtung V, VI, VII verlaufen. Im Bereich des Diffusors 20 sind die Strö mungsquerschnitte beispielhaft als die mindestens eine Querschnittsfläche A-A ausgebildet, wobei die mindestens eine Querschnittsfläche A-A orthogonal zur zweiten Strömungsrichtung VI und oder der zweiten Längsachse 40 des Dif fusors 20 verläuft. Dabei vergrößert sich die Querschnittsfläche A-A in der zwei ten Strömungsrichtung VI. Dabei kann es im Diffusor 20 zu einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums kommen, insbeson dere aufgrund der sich vergrößernden Querschnittsfläche A-A. Zudem verläuft die zweite Strömungsrichtung VI und/oder die zweite Längsachse 40 aufgrund des zumindest nahezu linearen Verlaufs der ersten und zweiten Wandung 17, 19 zumindest nahezu linear im Bereich des Diffusors 20, so dass auch das gasför mige Medium zumindest nahezu linear im Bereich des Diffusors 20 strömt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, erfährt das gasförmige Medium beim Durchströmen des Diffusors 20 und/oder des Verbindungsstücks 26 eine entsprechende Umlen kung, wobei es von einer zumindest nahezu rechtwinklig zum ersten Strömungs pfad III und/oder zweiten Strömungspfad IV verlaufenden ersten Strömungsrich tung V in eine zumindest nahezu parallel zum jeweiligen Strömungspfad III, IV verlaufenden dritten Strömungsrichtung VII umgelenkt wird.
In Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht der mindestens einen orthogonal zur Strömungsrichtung VI verlaufenden Querschnittsfläche A-A gemäß einer ers ten Ausführungsform. Dabei weist die jeweilige Querschnittsfläche A-A des Dif fusors 20 und/oder des Mischrohrs 18 und/oder des Verbindungsstücks 26 eine zumindest nahezu kreisförmige Form auf. Beispielhaft wird im Folgenden nur auf die Querschnittsfläche im Bereich des Diffusors 20 Bezug genommen. Durch die erste Wandung 17, die insbesondere zumindest im Anfangsbereich des Diffusors 20 vom Anodeneingang 15 abgewandt verläuft, und die zweite Wandung 19 des Strömungsquerschnitts verläuft eine erste Bezugsachse 48. Orthogonal zu dieser ersten Bezugsachse 48 verläuft eine zweite Bezugsachse 50. Durch den Schnitt punkt der zwei Bezugsachsen 48, 50 verläuft orthogonal zu beiden Achsen 48,
50 in einer nicht dargestellten Ebene die zweite Längsachse 40. Diese zumindest nahezu kreisförmige Ausformung der Querschnittsflächen bietet strömungstech nische Vorteile im Bereich der Strahlpumpe 4.
In Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht der mindestens einen orthogonal zur zweiten Strömungsrichtung VI verlaufenden Querschnittsfläche A-A gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Dabei weist die jeweilige Querschnittsflä che A-A einen gerundeten, insbesondere eine ovoidische und/oder eiförmige Form auf. Durch die erste Wandung 17, die insbesondere zumindest im Anfangs bereich des Diffusors 20 vom Anodeneingang 15 abgewandt verläuft, und die zweite Wandung 19 des Strömungsquerschnitts verläuft die erste Bezugsachse 48. Dabei verläuft die zweite Bezugsachse 50 derart orthogonal zur ersten Be zugsachse 48 der ovoidischen Querschnittsfläche, dass sich diese im Bereich des größten Abstands der Wandungen des Strömungsquerschnitts befindet. Durch den Schnittpunkt der zwei Bezugsachsen 48, 50 verläuft orthogonal zu beiden Achsen 48, 50 in einer nicht dargestellten Ebene die zweite Längsachse 40.
Optional können auch die Querschnittsflächen der Strömungsbereiche des Ver bindungsstücks 26 eine entsprechende zumindest nahezu kreisförmige und/oder ovoidische Form aufweisen.
Mittels der in Fig. 3 und Fig. 4 beschriebenen ersten und/oder zweiten Ausfüh rungsform lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine verbesserte Umlenkung des gasförmigen Mediums beim Durchströmen des Diffusors 20 erreicht wird, bei der die Reibungs- und/oder Strömungs-Verluste reduziert werden, während der für die Umlenkung des gasförmigen Mediums zum Anodeneingang 15 benötigte Bauraum reduziert werden kann. Somit kann das Förderaggregat 1 und/oder die Strahlpumpe 4 auch in Fahrzeuge verbaut werden, die nur einen geringen zur Verfügung stehenden Bauraum aufweisen. Die Strömungsübergänge innerhalb des Strömungsquerschnitts der Strahlpumpe 4 sind dabei möglichst strö mungsoptimiert ausgeführt, so dass die Verwirbelungen und/oder ein Ablösen der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums verhindert wird. Insbesondere in der zweiten Ausführungsform der mindestens einen Quer schnittsfläche A-A kann der Großteil des zu fördernden gasförmigen Mediums im Bereich der zweiten Bezugsachse 50 in der zweiten Strömungsrichtung VI durch den Diffusor 20 strömen und somit eine stärkere Umlenkung zum Anodenein- gang 15 hin erfahren, da die zweite Bezugsachse 50 weniger Abstand zur zwei ten Wandung 19 und/oder zum Anodeneingang 15 hat, insbesondere im Ver gleich zur ersten Ausführungsform der mindestens einen Querschnittsfläche A-A, was zu einem verbesserten Strömungsverhalten und einer kompakteren Bauform führt. Zudem kann auf diese Weise eine verbesserte Strömungsführung des gas- förmigen Mediums durch den Diffusor 20 und/oder das gesamte Förderaggregat
1 erzielt werden.
Des Weiteren können diese in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigten Formen der Quer schnittsflächen A-A je nach Ausführungsform des Förderaggregats 1 und/oder der Strahlpumpe 4 in einer beliebigen Kombination der Bereiche Diffusor 20, Ver bindungsstück 26 und Anodeneingang 15 im erfindungsgemäßen Förderaggre gat 1 Verwendung finden, jedoch auch in allen anderen Strömungsbereichen des Brennstoffzellen-Systems 31.

Claims

Ansprüche
1. Förderaggregat (1) für ein Brennstoffzellen-System (31) zur Förderung und/oder Steuerung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasser stoff, mit einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gas förmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe (4) und einem Dosier ventil (6), wobei ein Ausgang des Förderaggregats (1) mit einem Ano deneingang (15) einer Brennstoffzelle (29) fluidisch verbunden ist, wobei die Strahlpumpe (4) einen Ansaugbereich (7), ein Mischrohr (18) und ei nen Diffusor (20) aufweist, wobei der Diffusor (20) zumindest mittelbar mit dem Anodeneingang (15) der Brennstoffzelle (29) fluidisch verbun den ist und wobei die Strahlpumpe (4) zumindest teilweise in Richtung einer ersten Strömungsrichtung (V), die parallel zu einer ersten Längs achse (39) des Mischrohrs (18) verläuft, vom gasförmigen Medium durchströmt wird, wobei eine zweite Längsachse (40) des Diffusors (20) geneigt zur ersten Längsachse (39) des Mischrohrs (18) verläuft, insbe sondere unter einem Winkel (a), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wandung (17) des Diffusors (20) unter einem Winkel (g) zur ersten Längsachse (39) verläuft und eine der ersten Wandung (17) gegenüber liegende zweite Wandung (19) des Diffusors (20) unter einem Winkel (ß) zur ersten Längsachse (39) verläuft, wobei die erste Wandung (17) auf der dem Anodeneingang (15) abgewandten Seite des Diffusors (20) ver läuft und die zweite Wandung (19) auf der dem Anodeneingang (15) zu gewandten Seite des Diffusors (20) verläuft, wobei die Wandungen (17, 19) zumindest nahezu vollständig linear verlaufen und in einer zweiten Strömungsrichtung (VI) zum Anodeneingang (15) hin geneigt sind.
2. Förderaggregat (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Längsachse (40) des Diffusors (20) in Richtung zum Anoden eingang (15) geneigt ist, wobei die Längsachse (40) des Diffusors (20) insbesondere eine Resultierende aus der ersten Wandung (17) und der zweiten Wandung (19) ist.
3. Förderaggregat (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Verbindungsstück (26) zwischen dem Diffusor (20) und dem Anodeneingang (15) der Brennstoffzelle (29) befinden und diese zumindest mittelbar fluidisch miteinander verbinden.
4. Förderaggregat (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Längsachse (44) des Verbindungsstücks (26) parallel zu einem zweiten Strömungspfad IV des gasförmigen Mediums im Anoden eingang (15) verläuft.
5. Förderaggregat (1) gemäß einem der vorrangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (4) einen mit einem Grundkörper (13) der Strahlpumpe (4) verbundenen separaten Ver schluss-Deckel (16) aufweist.
6. Förderaggregat (1) gemäß einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss-Deckel (16) mittels ei ner lösbaren Verbindung, insbesondere einer Verschraubung, mit dem Grundkörper (13) verbunden ist, so dass sich der Verschluss-Deckel (16) vom Grundkörper (13) demontieren lässt.
7. Brennstoffzellen-System (31) mit einem Förderaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021124049B3 (de) 2021-09-17 2023-02-09 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021203378A1 (de) * 2021-04-06 2022-10-06 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellensystem und Ventil für ein Brennstoffzellensystem

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004002021A1 (de) * 2003-01-15 2004-07-29 Denso Corp., Kariya Verbesserter Aufbau einer Strahlvakuumpumpe
DE102013203942A1 (de) * 2013-03-07 2014-09-11 Continental Automotive Gmbh In einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs angeordnete Saugstrahlpumpe
DE102014221506A1 (de) 2014-01-28 2015-07-30 Hyundai Motor Company Brennstoffzellenstapelverteiler mit Ejektorfunktion
DE102016207459A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Robert Bosch Gmbh Saugstrahlpumpe
DE102017220798A1 (de) * 2017-11-21 2019-05-23 Robert Bosch Gmbh Dosierventil und Strahlpumpeneinheit zum Steuern eines gasförmigen Mediums
DE102018200314A1 (de) * 2018-01-11 2019-07-11 Robert Bosch Gmbh Dosierventil und Strahlpumpeneinheit zum Steuern eines gasförmigen Mediums

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018213313A1 (de) * 2018-08-08 2020-02-13 Robert Bosch Gmbh Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Steuerung eines gasförmigen Mediums
DE102018216299B3 (de) * 2018-09-25 2020-02-13 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellen-System mit einem Förderaggregat und/oder ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Steuerung eines gasför-migen Mediums

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004002021A1 (de) * 2003-01-15 2004-07-29 Denso Corp., Kariya Verbesserter Aufbau einer Strahlvakuumpumpe
DE102013203942A1 (de) * 2013-03-07 2014-09-11 Continental Automotive Gmbh In einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs angeordnete Saugstrahlpumpe
DE102014221506A1 (de) 2014-01-28 2015-07-30 Hyundai Motor Company Brennstoffzellenstapelverteiler mit Ejektorfunktion
DE102016207459A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Robert Bosch Gmbh Saugstrahlpumpe
DE102017220798A1 (de) * 2017-11-21 2019-05-23 Robert Bosch Gmbh Dosierventil und Strahlpumpeneinheit zum Steuern eines gasförmigen Mediums
DE102018200314A1 (de) * 2018-01-11 2019-07-11 Robert Bosch Gmbh Dosierventil und Strahlpumpeneinheit zum Steuern eines gasförmigen Mediums

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021124049B3 (de) 2021-09-17 2023-02-09 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung

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