DE102023109970B4

DE102023109970B4 - ejector for fuel cell gas recirculation

Info

Publication number: DE102023109970B4
Application number: DE102023109970.1A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Heiko Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2025-02-13
Anticipated expiration: 2043-04-21
Also published as: DE102023109970A1

Abstract

Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation, mit einer Treibdüse (1) zum Einbringen eines Treibstroms in ein Mischrohr (2) zum Mischen des Treibstroms mit einem rezirkulierten Brennstoffzellengasstroms und mit einem Gehäuse (3), das die Treibdüse (1) zumindest teilweise umfasst, wobei das Mischrohr (2) direkt an der Treibdüse (1) zentriert in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse (4) ausgerichtet ist, mit einem axial vorstehenden Ansatz (14) in das Gehäuse (3) eingreift und am Außenumfang der Treibdüse (1) zumindest abschnittsweise zur Zentrierung angreift , dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (14) mit einem koaxial angeordneten Ring (15) die Treibdüse (1) am Außenumfang zur Zentrierung ringförmig umfasst und der Ring (15) mit mehreren axial verlaufenden Streben (17, 18, 19) mit einem koaxial zur Treibdüse (1) in das Gehäuse (3) frei hineinragenden zentralen Endbereich (13) des Mischrohrs (2) verbunden ist.Ejector for fuel cell gas recirculation, with a drive nozzle (1) for introducing a drive stream into a mixing tube (2) for mixing the drive stream with a recirculated fuel cell gas stream, and with a housing (3) which at least partially encloses the drive nozzle (1), wherein the mixing tube (2) is aligned directly on the drive nozzle (1) in a centered manner with respect to a common center axis (4), engages in the housing (3) with an axially projecting extension (14) and engages at least partially on the outer circumference of the drive nozzle (1) for centering, characterized in that the extension (14) with a coaxially arranged ring (15) annularly encloses the drive nozzle (1) on the outer circumference for centering and the ring (15) is connected with a plurality of axially extending struts (17, 18, 19) to a central end region (13) of the mixing tube (2) which projects freely into the housing (3) coaxially to the drive nozzle (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.The invention relates to an ejector for fuel cell gas recirculation according to the type defined in the preamble of claim 1.

Aus DE 10 2021 108 601 A1 ist ein Wasserstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennstoffzelle mit passiver Rezirkulation bekannt. Die Wasserstoffeinspritzvorrichtung weist eine Strahlpumpe mit einer Düse und einer Mischeinheit mit einem Mischrohr auf. Weitere Strahlpumpen sind aus US 2002/0 106 547 A1 , KR 10 2 226 304 B1 , US 2015/ 0 308 461 A1 und DE 199 57 066 A1 bekannt.Out of DE 10 2021 108 601 A1 A hydrogen injection device for a fuel cell with passive recirculation is known. The hydrogen injection device has a jet pump with a nozzle and a mixing unit with a mixing tube. Other jet pumps are available from US 2002/0 106 547 A1 , KR 10 2 226 304 B1 , US 2015/ 0 308 461 A1 and DE 199 57 066 A1 known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ejektor der vorgenannten Art vorzuschlagen, der konstruktiv einfach aufgebaut und einfach und kostengünstig herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of proposing an ejector of the aforementioned type which is structurally simple and can be manufactured easily and inexpensively.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte und beanspruchte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The object is achieved by the features of claim 1. Further advantageous and claimed embodiments emerge from the respective subclaims, the description and the drawings.

Somit wird ein Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation vorgeschlagen, der eine Treibdüse zum Einbringen eines Treibstroms in ein Mischrohr zum Mischen des Treibstroms mit einem rezirkulierten Brennstoffzellengasstroms und ein Gehäuse aufweist, das die Treibdüse zumindest teilweise umfasst. Durch eine genaue Zentrierung der Treibdüse und des Mischrohrs wird gewährleistet, dass die aus der Treibdüse austretende Treibströmung konzentrisch und mit keinem oder nur geringem Winkelfehler in das Mischrohr eintritt, so dass insbesondere Verwirbelungen im Wandbereich des Mischrohrs und eine Verringerung des effektiv wirksamen Durchmessers desselben sicher vermieden werden.Thus, an ejector for fuel cell gas recirculation is proposed, which has a drive nozzle for introducing a drive stream into a mixing tube for mixing the drive stream with a recirculated fuel cell gas stream and a housing that at least partially encloses the drive nozzle. Precise centering of the drive nozzle and the mixing tube ensures that the drive stream emerging from the drive nozzle enters the mixing tube concentrically and with little or no angular error, so that turbulence in the wall area of the mixing tube and a reduction in the effective diameter of the same are reliably avoided.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei dem das Mischrohr direkt an der Treibdüse zentriert in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse ausgerichtet ist. Hierbei ergeben sich die bereits oben beschriebenen Vorteile. Zudem sind weitere Vorteile erreichbar, beispielsweise ist bei der direkten Zentrierung des Mischrohrs an der Treibdüse die relevante Toleranzkette nur über diese beiden Bauteile aufgebaut, wodurch der Aufbau und die Fertigung des Ejektors weiter vereinfacht wird.The object of the invention is achieved in that the mixing tube is centered directly on the drive nozzle in relation to a common central axis. This results in the advantages already described above. In addition, further advantages can be achieved, for example, when the mixing tube is directly centered on the drive nozzle, the relevant tolerance chain is only built up via these two components, which further simplifies the construction and manufacture of the ejector.

Dabei greift das Mischrohr mit einem axial vorstehenden zentralen Ansatz in das Gehäuse ein und liegt am Außenumfang der Treibdüse zumindest abschnittsweise zur Zentrierung an. Auf einfache Weise können so am Ansatz das Mischrohr und die Treibdüse bei der Montage so positioniert werden, die nur eine genau zentriert ausgerichtete Montage erlauben. Zudem kann die Konstruktion zur Zentrierung des Mischrohrs an der Treibdüse möglichst nahe an die gemeinsame Mittelachse nach radial innen verlagert werden. Dadurch wirken sich Abweichungen bei der Zentrierung geringfügiger aus und die Toleranzsituation an der Treibdüse und am Mischrohr kann weiter vereinfacht werden.The mixing tube engages the housing with an axially protruding central attachment and rests on the outer circumference of the drive nozzle at least in sections for centering. In this way, the mixing tube and the drive nozzle can be easily positioned on the attachment during assembly in such a way that only a precisely centered assembly is possible. In addition, the design for centering the mixing tube on the drive nozzle can be moved radially inward as close as possible to the common center axis. This means that deviations in centering have a smaller effect and the tolerance situation on the drive nozzle and the mixing tube can be further simplified.

Weiterhin bildet der Ansatz einen koaxial angeordneten Ring, der die Treibdüse am Außenumfang zur Zentrierung ringförmig umfasst.Furthermore, the attachment forms a coaxially arranged ring, which surrounds the drive nozzle on the outer circumference in a ring shape for centering.

Erfindungsgemäß ist dabei der Ring mit mehreren axial verlaufenden Streben mit einem koaxial zur Treibdüse in das Gehäuse frei hineinragenden zentralen Endbereich des Mischrohrs verbunden, der zum Eintritt des Treibstroms und des rezirkulierten Brennstoffzellengasstroms dient. Dadurch ist eine strömungstechnisch optimierte Anordnung erreichbar, die insbesondere weder den aus der Treibdüse austretenden Treibstrom noch den angesaugten Rezirkualtionsgasstrom beeinträchtigt.According to the invention, the ring is connected with several axially extending struts to a central end region of the mixing tube that protrudes freely into the housing coaxially to the drive nozzle and serves as the entry point for the drive stream and the recirculated fuel cell gas stream. This makes it possible to achieve a flow-optimized arrangement that in particular neither impairs the drive stream exiting the drive nozzle nor the recirculation gas stream that is sucked in.

Eine besonders genaue Zentrierung von Mischrohr und Treibdüse ist erreichbar, wenn vorzugsweise der Ring mit einer axial ausgerichteten Ringfläche an einer korrespondierend axial ausgerichteten Ringfläche an der Treibdüse und mit einer radial ausgerichteten Ringfläche an einer korrespondierend radial ausgerichteten Ringfläche an der Treibdüse jeweils zur Zentrierung angelegt ist. Hierbei können an der Treibdüse die korrespondierende axiale Ringfläche und die korrespondierende radiale Ringfläche auf einfache Weise durch einen ringförmigen Absatz am Außenumfang der Treibdüse gebildet werden.A particularly precise centering of the mixing tube and the driving nozzle can be achieved if the ring is preferably placed with an axially aligned ring surface on a corresponding axially aligned ring surface on the driving nozzle and with a radially aligned ring surface on a corresponding radially aligned ring surface on the driving nozzle, each for centering purposes. In this case, the corresponding axial ring surface and the corresponding radial ring surface on the driving nozzle can be formed in a simple manner by an annular shoulder on the outer circumference of the driving nozzle.

Bei dem vorgeschlagenen Ejektor ist vorzugsweise als Werkstoff für das Gehäuse und das Mischrohr Kunststoff vorgesehen, wodurch eine besonders einfache und gewichtssparende sowie kostengünstige Herstellung, insbesondere durch Spritzgießen, ermöglicht, wird.In the proposed ejector, plastic is preferably used as the material for the housing and the mixing tube, which enables particularly simple, weight-saving and cost-effective production, in particular by injection molding.

Bevorzugt sind dabei das Gehäuse und das Mischrohr als Spritzgussbauteile ausgeführt, die zur Herstellung mit einem Spritzgusswerkzeug konstruktiv einfach aufgebaut und leicht aus diesem entformbar sind, insbesondere konstruktiv keine Hinterschnitte aufweisen.Preferably, the housing and the mixing tube are designed as injection-molded components which are structurally simple for production with an injection molding tool and are easy to demold from the latter, in particular structurally having no undercuts.

In einer weiteren bevorzugten besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine in der Treibdüse und der Treibdüsenöffnung axial verschiebbar geführte Düsennadel vorgesehen, mit der der Durchfluss des Treibstroms durch die Treibdüse variabel eingestellt werden kann.In a further preferred particularly advantageous embodiment of the invention, a nozzle needle is provided which is guided axially displaceably in the drive nozzle and the drive nozzle opening, with which the flow of the drive stream through the drive nozzle can be variably adjusted.

Bevorzugt ist dabei der Aktor am Gehäuse, vorzugsweise mit einer Schraubenverbindung, axial angeschlossen. Bevorzugt ist der Aktor mit der Düsennadel in der Treibdüse zentriert teilweise in das Gehäuse aufgenommen. Demnach kann das Gehäuse zugleich als Aktoraufnahme dienen. Auf einfache Weise kann so ein variabler Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation in einer besonders kompakten Anordnung realisiert werden.The actuator is preferably connected axially to the housing, preferably with a screw connection. The actuator is preferably partially accommodated in the housing with the nozzle needle centered in the drive nozzle. The housing can therefore also serve as an actuator receptacle. In this way, a variable ejector for fuel cell gas recirculation can be realized in a particularly compact arrangement in a simple manner.

Es ist auch von Vorteil, wenn der Aktor und die Düsennadel als vormontierte Baueinheit ausgeführt sind, die zur Montage in einem Arbeitsschritt am Gehäuse befestigt und mit der Düsennadel in der Treibdüse zentriert angeordnet werden kann.It is also advantageous if the actuator and the nozzle needle are designed as a pre-assembled unit that can be attached to the housing for assembly in one step and arranged centered with the nozzle needle in the drive nozzle.

Weitere beanspruchte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, anhand derer die vorliegende Erfindung weiter erläutert wird. Es zeigen:

1 einen nicht erfindungsgemäßen Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation in einer geschnittene Ansicht in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1,
3 einen nicht erfindungsgemäßen Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation in einer geschnittenen Teilansicht in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine Einzeldarstellung des Mischrohres des Ejektors aus 3,
5 einen erfindungsgemäßen Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation in einer geschnittenen Ansicht in einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 einen vergrößerten Ausschnitt aus 5,
7 eine perspektivische Teilansicht des Ejektors aus 5,
8 eine Einzeldarstellung des Mischrohres des Ejektors aus 5,
9 einen vergrößerten Ausschnitt aus 8,
10 den Ejektor aus 1, 3 und 5 in einer perspektivischen Ansicht.

Further claimed features of the invention emerge from the following description and from the drawings, with the aid of which the present invention is further explained. They show:

1 an ejector for fuel cell gas recirculation not according to the invention in a sectional view in a first embodiment,
2 an enlarged section of 1 ,
3 an ejector for fuel cell gas recirculation not according to the invention in a sectional partial view in a second embodiment,
4 a detailed view of the mixing tube of the ejector from 3 ,
5 an ejector according to the invention for a fuel cell gas recirculation in a sectional view in a third embodiment,
6 an enlarged section of 5 ,
7 a perspective partial view of the ejector 5 ,
8 a detailed view of the mixing tube of the ejector from 5 ,
9 an enlarged section of 8 ,
10 the ejector 1 , 3 and 5 in a perspective view.

In den Figuren sind verschiedene Ansichten und Ausführungen eines erfindungsgemäßen Ejektors für eine Brennstoffzellengasrezirkulation beispielhaft dargestellt.The figures show various views and embodiments of an ejector according to the invention for fuel cell gas recirculation by way of example.

Der Ejektor weist gemäß 1 bis 3, 5 und 6 eine Treibdüse 1 zum Einbringen eines Treibstroms in ein Mischrohr 2 zum Mischen des Treibstroms mit einem rezirkulierten Brennstoffzellengasstrom und ein Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 ist mit dem Innendurchmesser D hohlzylindrisch ausgeführt und begrenzt mit dem Innendurchmesser D einen Aufnahmeraum, in den die Treibdüse 1 aufgenommen und koaxial umschlossen ist. Demnach ist die Treibdüse 1 vollkommen im Gehäuse 3 angeordnet und vom Innendurchmesser D desselben umfasst.The ejector has 1 to 3, 5 and 6 a drive nozzle 1 for introducing a drive stream into a mixing tube 2 for mixing the drive stream with a recirculated fuel cell gas stream and a housing 3. The housing 3 is designed as a hollow cylinder with the inner diameter D and delimits a receiving space with the inner diameter D in which the drive nozzle 1 is accommodated and coaxially enclosed. Accordingly, the drive nozzle 1 is arranged completely in the housing 3 and is enclosed by the inner diameter D of the same.

Das Gehäuse 3, die Treibdüse 1 und das Mischrohr 2 sind als separate Bauteile jeweils einteilig ausgeführt und entlang einer gemeinsamen Mittelachse 4 koaxial angeordnet. Das Gehäuse 3 und das Mischrohr 2 sind koaxial hintereinander angeordnet. Das Gehäuse 3 weist an den axialen Enden jeweils einen Anschlussflansch auf, an dem einerseits das Mischrohr 2 und andererseits ein Aktor 26 koaxial angeschlossen sind.The housing 3, the drive nozzle 1 and the mixing tube 2 are each designed as a single piece as separate components and are arranged coaxially along a common central axis 4. The housing 3 and the mixing tube 2 are arranged coaxially one behind the other. The housing 3 has a connection flange at each of the axial ends, to which the mixing tube 2 and an actuator 26 are coaxially connected.

Das Mischrohr 2 ist an einem ersten axialen Ende mit einem Befestigungsabschnitt 5, vorzugsweise mit einem Flansch 5, an einem axialen Ende des Gehäuses 3, bevorzugt durch eine Schraubenverbindung wie dargestellt, axial befestigt. Am anderen axialen Ende des Gehäuses 3 ist die Treibdüse 1 mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser D des Gehäuses 3 zur Befestigung axial eingesteckt und vollkommen im Gehäuse 3 angeordnet.The mixing tube 2 is axially fastened at a first axial end with a fastening section 5, preferably with a flange 5, to an axial end of the housing 3, preferably by a screw connection as shown. At the other axial end of the housing 3, the drive nozzle 1 is axially inserted with the outer diameter at the inner diameter D of the housing 3 for fastening and is arranged completely in the housing 3.

Ein Treibstrom, vorzugsweise Wasserstoffgas als Brennstoff für die Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie, im Folgenden Treibgasstrom, kann über einen Zuführkanal 20 (10) direkt in die Treibdüse 1 und an der Treibdüsenöffnung 6 in einen Ansaugraum 7 im Gehäuse 3 mit hoher Geschwindigkeit, bevorzugt mit Überschallgeschwindigkeit, geleitet werden und erzeugt dort einen Unterdruck.A propellant stream, preferably hydrogen gas as fuel for the fuel cells for generating electrical energy, hereinafter propellant gas stream, can be fed via a feed channel 20 ( 10 ) directly into the drive nozzle 1 and at the drive nozzle opening 6 into a suction chamber 7 in the housing 3 at high speed, preferably at supersonic speed, where it generates a negative pressure.

Über einen weiteren Zuführkanal 8 am Gehäuse 3 kann rezirkuliertes Brennstoffzellengas, üblicherweise das Brennstoffzellenanodengas, im Folgenden Rezirkulationsgas, von einer Brennstoffzelle oder vorzugsweise von mehreren Brennstoffzellen direkt in den Ansaugraum 7 angesaugt werden. Das Rezirkulationsgas wird mit dem Treibgasstrom mitgerissen und in einen am Mischrohr 2 gebildeten zentralen Mischkanal 9 geleitet, um mit dem Treibgasstrom vermischt zu werden.Recirculated fuel cell gas, usually the fuel cell anode gas, hereinafter referred to as recirculation gas, can be sucked in from a fuel cell or preferably from several fuel cells directly into the intake chamber 7 via a further feed channel 8 on the housing 3. The recirculation gas is entrained with the propellant gas flow and guided into a central mixing channel 9 formed on the mixing tube 2 in order to be mixed with the propellant gas flow.

Der Ansaugraum 7 ist vollkommen im Gehäuse 3 angeordnet und durch den Innendurchmesser des Gehäuses 3 begrenzt. Die Zuführkanäle 8, 20 werden jeweils durch eine quer zur Mittelachse 4 zwischen dem Außenumfang und dem Innendurchmesser D des Gehäuses 3 durchgehende Durchgangsöffnung gebildet. The suction chamber 7 is arranged entirely in the housing 3 and is limited by the inner diameter of the housing 3. The feed channels 8, 20 are each formed by a through opening which runs transversely to the central axis 4 between the outer circumference and the inner diameter D of the housing 3.

Um eine genaue koaxiale Ausrichtung der Treibdüse 1 mit der Treibdüsenöffnung 6 und des Mischrohrs 2 bzw. des Mischkanals 9 zueinander zu erreichen, sind das Mischrohr 2 mit dem Mischkanal 9 und die Treibdüse 1 mit der Treibdüsenöffnung 7 in Bezug auf die gemeinsame Mittelachse 4 zentriert am Innendurchmesser D des Gehäuses 3 ausgerichtet. Dadurch wird eine konzentrische und winkelmäßig definierte Einströmung des Treibgasstroms aus der Treibdüse 1 in den Mischkanal 9 des Mischrohrs 2 gewährleistet.In order to achieve a precise coaxial alignment of the drive nozzle 1 with the drive nozzle opening 6 and the mixing tube 2 or the mixing channel 9, the mixing tube 2 with the mixing channel 9 and the propellant nozzle 1 with the propellant nozzle opening 7 is aligned with respect to the common central axis 4, centered on the inner diameter D of the housing 3. This ensures a concentric and angularly defined inflow of the propellant gas flow from the propellant nozzle 1 into the mixing channel 9 of the mixing tube 2.

Hierbei greifen die Treibdüse 1 und das Mischrohr 2 am Innendurchmesser D des Gehäuses 3 zur Zentrierung axial ein. Auf besonders einfache Weise können so die Treibdüse 1 und das Mischrohr 2 zur Montage an den axialen Enden des Gehäuses 3 am Innendurchmesser D zentriert zueinander axial eingesteckt werden. Das Mischrohr 2 greift dabei mit einer radialen Ringfläche 10 am Innendurchmesser D des Gehäuses 3 zur Zentrierung an.The drive nozzle 1 and the mixing tube 2 engage axially on the inner diameter D of the housing 3 for centering. In a particularly simple manner, the drive nozzle 1 and the mixing tube 2 can be inserted axially centered to one another on the inner diameter D for assembly at the axial ends of the housing 3. The mixing tube 2 engages with a radial ring surface 10 on the inner diameter D of the housing 3 for centering.

In einer ersten, nicht erfindungsgemäßen Ausführung gemäß 1 und 2 wird die Ringfläche 10 durch einen an der Stirnseite des ersten axialen Endes 5 des Mischrohrs 2 vorstehenden ringförmigen Absatz 11 gebildet, mit dem das Mischrohr 2 in das Gehäuse 3 am Innendurchmesser D des letzteren eingreift.In a first embodiment not according to the invention according to 1 and 2 the annular surface 10 is formed by an annular shoulder 11 protruding from the front side of the first axial end 5 of the mixing tube 2, with which the mixing tube 2 engages in the housing 3 at the inner diameter D of the latter.

Alternativ kann die Ringfläche 10 in einem zweiten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, das in 3 und 4 dargestellt ist, durch einen an der Stirnseite des ersten axialen Endes 5 des Mischrohrs 2 axial vorstehenden ringförmigen Vorsprung 12 gebildet werden, mit dem das Mischrohr 2 in das Gehäuse 3 am Innendurchmesser D des letzteren eingreift.Alternatively, the annular surface 10 can be provided in a second embodiment not according to the invention, which is shown in 3 and 4 is shown, are formed by an annular projection 12 projecting axially on the front side of the first axial end 5 of the mixing tube 2, with which the mixing tube 2 engages in the housing 3 at the inner diameter D of the latter.

Nach 1 bis 3, 5 und 6 ragen einerseits die Treibdüse 1 mit der Treibdüsenöffnung 6 und andererseits das Mischrohr 2 mit einem zentralen Endbereich 13 koaxial in den Ansaugraum 7 frei hinein. Auf diese Weise wird eine besonders kompakte bauraumsparende Ausgestaltung des Ejektors erreicht.After 1 to 3, 5 and 6 On the one hand, the drive nozzle 1 with the drive nozzle opening 6 and on the other hand the mixing tube 2 with a central end region 13 protrude coaxially into the intake chamber 7. In this way, a particularly compact, space-saving design of the ejector is achieved.

Der Endbereich 13 ist radial innen am Ende des zentralen Mischkanals an der Stirnseite des ersten axialen Endes des Mischrohrs 2 koaxial vorstehend ausgebildet. Am Innenumfang ist er mit einem Innenkonus ausgeführt, der sich bis auf den Innendurchmesser des Mischkanals 9 hin verjüngt. Dabei ist der Endbereich 13 mit dem Innenkonus parallel beabstandet zum Außenkonus der Treibdüse 1 angeordnet und überragt diese im Bereich der Treibdüsenöffnung 6 geringfügig. Am Endbereich 13 wird der aus der Treibdüse 1 in den Ansaugraum 7 austretende Treibgasstrom und das am Zuführkanal 8 in den Ansaugraum 7 eintretende Rezirkulationsgas in den Mischkanal 9 des Mischrohrs 2 geleitet.The end region 13 is designed to protrude coaxially radially on the inside at the end of the central mixing channel on the front side of the first axial end of the mixing tube 2. On the inner circumference it is designed with an inner cone that tapers down to the inner diameter of the mixing channel 9. The end region 13 with the inner cone is arranged parallel to the outer cone of the drive nozzle 1 and projects slightly beyond it in the area of the drive nozzle opening 6. At the end region 13, the propellant gas flow exiting from the drive nozzle 1 into the intake chamber 7 and the recirculation gas entering the intake chamber 7 at the feed channel 8 are guided into the mixing channel 9 of the mixing tube 2.

In einem vierten, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 5 bis 9 ist vorgesehen, dass das Mischrohr 2 direkt an der Treibdüse 1 zentriert in Bezug auf die gemeinsame Mittelachse 4 ausgerichtet ist.In a fourth embodiment according to the invention 5 to 9 It is provided that the mixing tube 2 is aligned directly on the drive nozzle 1, centered in relation to the common central axis 4.

Hierzu greift das Mischrohr 2 mit einem axial vorstehenden Ansatz 14 in das Gehäuse 3 ein und am Außenumfang der Treibdüse 1 zur Zentrierung an. Der Ansatz 14 ist an dem in den Ansaugraum 7 frei hineinragenden zentralen Endbereich 13 des Mischrohrs 2 einteilig mit diesem ausgeführt.For this purpose, the mixing tube 2 engages with an axially protruding projection 14 in the housing 3 and on the outer circumference of the drive nozzle 1 for centering. The projection 14 is designed as a single piece with the central end region 13 of the mixing tube 2, which projects freely into the intake chamber 7.

Der Ansatz 14 bildet an seinem freien Ende einen koaxial angeordneten Ring 15, mit dem er die Treibdüse 1 am Außenumfang zur Zentrierung ringförmig umfasst. Der Ring 14 ist über mehrere, vorzugsweise drei axial verlaufende Streben 17, 18, 19 mit dem Endbereich 13 des Mischkanals 9 einteilig verbunden. Die Streben 17, 18, 19 sind derart angeordnet, dass die Einströmung des Rezirkualtionsgasstroms am Zuführkanal 8 in den Ansaugraum 7 nicht gestört wird (7 und 8). Der Rezirkualtionsgasstroms kann aus dem Zuführkanal 8 ungestört zwischen den Streben 18, 19 in den Ansaugraum 7 zum Endbereich 13 des Mischkanals 9 einströmen.The extension 14 forms a coaxially arranged ring 15 at its free end, with which it surrounds the drive nozzle 1 on the outer circumference in a ring shape for centering. The ring 14 is connected in one piece to the end region 13 of the mixing channel 9 via several, preferably three axially extending struts 17, 18, 19. The struts 17, 18, 19 are arranged in such a way that the inflow of the recirculation gas flow at the feed channel 8 into the suction chamber 7 is not disturbed ( 7 and 8 ). The recirculation gas flow can flow undisturbed from the feed channel 8 between the struts 18, 19 into the intake chamber 7 to the end region 13 of the mixing channel 9.

Am freien Ende des Ansatzes 14 bildet der Ring 15 an seiner axialen Stirnfläche eine plane axial ausgerichtete Ringfläche 16 mit der er an einer korrespondierenden axial ausgerichteten Ringfläche 30 an der Außenkontur der Treibdüse 1 zur Zentrierung angelegt ist. Zugleich liegt der Ring 15 mit einer am Innendurchmesser desselben gebildeten radial ausgerichteten Ringfläche 29 an einer korrespondierenden radial ausgerichteten Ringfläche 31 an der Außenkontur der Treibdüse 1 zur Zentrierung an. Am Außenumfang der Treibdüse 1 können die korrespondierend axial ausgerichtete Ringfläche 30 und korrespondierend radial ausgerichtete Ringfläche 31 an der auf einfache Weise durch einen ringförmig umlaufenden Absatz, wie dargestellt, gebildet sein.At the free end of the extension 14, the ring 15 forms a flat, axially aligned ring surface 16 on its axial end face, with which it is placed on a corresponding, axially aligned ring surface 30 on the outer contour of the drive nozzle 1 for centering. At the same time, the ring 15, with a radially aligned ring surface 29 formed on the inner diameter thereof, is placed on a corresponding, radially aligned ring surface 31 on the outer contour of the drive nozzle 1 for centering. On the outer circumference of the drive nozzle 1, the corresponding axially aligned ring surface 30 and corresponding radially aligned ring surface 31 can be formed in a simple manner by an annular, circumferential shoulder, as shown.

Die erfindungsgemäße genaue zueinander zentrierte Ausrichtung der Treibdüse 1 und des Mischrohrs 2 bzw. des Mischkanals 9 gewährleistet eine konzentrische und winkelmäßig definierte Einströmung des Treibgasstroms aus der Treibdüsenöffnung 6 der Treibdüse 1 in den Mischkanal 9 des Mischrohrs 2. Die Treibgasströmung tritt aus der der Treibdüse 1 so in das Mischrohr 2 bzw. den Mischkanal 9 ein, dass eine möglichst geringe Beeinflussung durch die Wandung des Mischkanals 9 auftritt. Hierdurch werden Verwirbelungen vermieden, die den effektiv wirksamen Durchmesser des Mischkanals 9 verringern. Auf diese Weise wird die Funktion des Ejektors im Betrieb sichergestellt und Betriebsstörungen, insbesondere durch eine Strömungsablösung im Mischkanal 9 mit einer Beeinträchtigung der Saugeffizienz und der Einstellung der erforderlichen Massenströme, sicher vermieden.The precise, centered alignment of the propellant nozzle 1 and the mixing tube 2 or the mixing channel 9 according to the invention ensures a concentric and angularly defined inflow of the propellant gas flow from the propellant nozzle opening 6 of the propellant nozzle 1 into the mixing channel 9 of the mixing tube 2. The propellant gas flow enters the mixing tube 2 or the mixing channel 9 from the propellant nozzle 1 in such a way that the wall of the mixing channel 9 has as little influence as possible. This avoids turbulence that reduces the effective diameter of the mixing channel 9. In this way, the function of the ejector during operation is ensured and operational disruptions, in particular due to flow separation in the mixing channel 9 with an impairment of the suction efficiency and the setting of the required mass flows, are reliably avoided.

Im Mischrohr 2 verläuft der Mischkanal 9 entlang der Mittelachse 4 mit konstantem Innendurchmesser (1, 4 und 5). Der Mischkanal 9 mündet in einen sich in Strömungsrichtung anschließenden Diffusor-Abschnitt 21 des Mischrohrs 2. Im Diffusor-Abschnitt 21 wird durch den sich in Strömungsrichtung kontinuierlich erweiterndem Innendurchmesser der Druck des mit dem Rezirkulationsgas vermischten Treibgasstroms wieder erhöht, um diesen den Brennstoffzellen zuzuführen.In the mixing tube 2, the mixing channel 9 runs along the central axis 4 with a constant inner diameter ( 1 , 4 and 5 ). The mixing channel 9 opens into a diffuser section 21 of the mixing tube 2 which adjoins it in the direction of flow. In the diffuser section 21, the pressure of the propellant gas stream mixed with the recirculation gas is increased again by the inner diameter which continuously expands in the direction of flow in order to supply it to the fuel cells.

Als Werkstoff für insbesondere das Gehäuse 3 und das Mischrohr 2 ist vorzugsweise Kunststoff vorgesehen. Das Gehäuse 3 und das Mischrohr 2 sind dabei jeweils konstruktiv einfach, insbesondere ohne einen Hinterschnitt, als Spritzgussbauteil ausgeführt und so mit einem Spritzgusswerkzeug einfach herstellbar und aus diesem leicht entformbar. Demnach können das Gehäuse 3 und das Mischrohr 2 besonders einfach und kostengünstig durch Spritzgießen hergestellt werden.Plastic is preferably provided as the material for the housing 3 and the mixing tube 2 in particular. The housing 3 and the mixing tube 2 are each designed to be simple in construction, in particular without an undercut, as an injection-molded component and can thus be easily manufactured using an injection molding tool and easily removed from the mold. The housing 3 and the mixing tube 2 can therefore be manufactured particularly easily and inexpensively by injection molding.

Das Mischrohr 2 ist am Flansch 5 mit einer axialen Dichtung 22 versehen, beispielsweise einem Dichtring, der in eine axiale Ringnut 23 am Flansch 5 aufgenommen ist (1 bis 6). Die Dichtung 22 liegt an einer an der axialen Stirnseite des dem Mischrohr 2 zugewandten Endes des Gehäuses 3 gebildeten axialen Dichtfläche 24 an. Dadurch ist eine sichere gasdichte Abdichtung des Anschlusses des Mischrohrs 2 an das Gehäuse 3, insbesondere in Kombination mit einer axialen Schraubenverbindung erreichbar.The mixing tube 2 is provided on the flange 5 with an axial seal 22, for example a sealing ring, which is received in an axial annular groove 23 on the flange 5 ( 1 to 6 ). The seal 22 rests against an axial sealing surface 24 formed on the axial end face of the end of the housing 3 facing the mixing tube 2. This makes it possible to achieve a secure gas-tight seal between the connection of the mixing tube 2 and the housing 3, particularly in combination with an axial screw connection.

Zur variablen Einstellung des Treibstroms an der Treibdüsenöffnung 6 ist eine in der Treibdüse 1 und der Treibdüsenöffnung 6 axial verschiebbar geführte Düsennadel 25 vorgesehen (1 und 5). Mit der konischen Spitze der Düsennadel 25 kann der Öffnungsquerschnitt der Treibdüsenöffnung 6 und somit der Durchfluss an dieser variabel eingestellt werden.For variable adjustment of the drive current at the drive nozzle opening 6, a nozzle needle 25 is provided which is axially displaceable in the drive nozzle 1 and the drive nozzle opening 6 ( 1 and 5 ). The conical tip of the nozzle needle 25 can be used to variably adjust the opening cross-section of the drive nozzle opening 6 and thus the flow rate thereat.

Die Düsennadel 25 ist durch einen koaxial angeordneten Aktor 26 betätigbar, der vorzugsweise elektromechanisch ausgebildet und an der Stirnseite des vom Mischrohr 2 abgewandten axialen Endes des Gehäuses 3 befestigt ist. Dabei ist der Aktor 26 teilweise in das Gehäuse 3 aufgenommen. Auf diese Weise dient das Gehäuse 3 zugleich als Aktoraufnahme. Der Aktor 26 und die Düsennadel 25 sind vorzugsweise als vormontierte Baueinheit ausgeführt und in einem Arbeitsschritt am Gehäuse 3 montierbar.The nozzle needle 25 can be actuated by a coaxially arranged actuator 26, which is preferably electromechanical and is attached to the front side of the axial end of the housing 3 facing away from the mixing tube 2. The actuator 26 is partially accommodated in the housing 3. In this way, the housing 3 also serves as an actuator receptacle. The actuator 26 and the nozzle needle 25 are preferably designed as a pre-assembled unit and can be mounted on the housing 3 in one work step.

Demnach wird ein einfach und kompakt aufgebauter und einfach herstellbarer variabler Ejektor für eine Brennstoffzellengasrezirkulation realisiert. In 10 ist der Ejektor mit dem Aktor 26, dem Gehäuse 3 und dem Mischrohr 3 mit dem Austritt am Ende des Diffusor-Abschnitts 21 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Über ein Druckregelventil 27, das über eine Ventilaufnahme 28 am Gehäuse 3 befestigt ist, kann der Druck des Treibstroms im Zuführkanal 20 eingestellt werden.Accordingly, a simple and compact and easy to manufacture variable ejector for fuel cell gas recirculation is realized. In 10 the ejector with the actuator 26, the housing 3 and the mixing tube 3 with the outlet at the end of the diffuser section 21 is shown in a perspective view. The pressure of the drive stream in the feed channel 20 can be adjusted via a pressure control valve 27, which is attached to the housing 3 via a valve holder 28.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11: Treibdüsepropulsion nozzle
22: Mischrohrmixing tube
33: GehäuseHousing
44: Mittelachsecentral axis
55: Befestigungsabschnitt, Flanschmounting section, flange
66: Treibdüsenöffnungjet opening
77: Ansaugraumintake chamber
88: Zuführkanalfeed channel
99: Mischkanalmixing channel
1010: Ringflächering surface
1111: AbsatzParagraph
1212: Vorsprungprojection
1313: Endbereichend area
1414: AnsatzApproach
1515: Ringring
1616: Ringflächering surface
1717: Strebestrut
1818: Strebestrut
1919: Strebestrut
2020: Zuführkanalfeed channel
2121: Diffusor-Abschnittdiffuser section
2222: Dichtungseal
2323: Ringnutring groove
2424: Dichtflächesealing surface
2525: Düsennadelnozzle needle
2626: Aktoractuator
2727: Druckregelventilpressure control valve
2828: Ventilaufnahmevalve seat
2929: Ringflächering surface
3030: Ringflächering surface
3131: Ringflächering surface
DD: Innendurchmesserinner diameter

Claims

Ejector for a fuel cell gas recirculation, with a drive nozzle (1) for introducing a Drive stream into a mixing tube (2) for mixing the drive stream with a recirculated fuel cell gas stream, and with a housing (3) which at least partially encloses the drive nozzle (1), wherein the mixing tube (2) is aligned directly on the drive nozzle (1) centered in relation to a common central axis (4), engages in the housing (3) with an axially projecting extension (14) and engages at least partially on the outer circumference of the drive nozzle (1) for centering, characterized in that the extension (14) with a coaxially arranged ring (15) surrounds the drive nozzle (1) in a ring shape on the outer circumference for centering, and the ring (15) is connected to a plurality of axially extending struts (17, 18, 19) with a central end region (13) of the mixing tube (2) which projects freely into the housing (3) coaxially to the drive nozzle (1).

ejector after claim 1 , characterized in that the ring (15) is arranged on the axial end face with an axially aligned ring surface (16) on a corresponding axially aligned ring surface (30) on the drive nozzle (1) and with a radially aligned ring surface (29) on a corresponding radially aligned ring surface (31) on the drive nozzle (1), each for centering purposes.

Ejector according to one of the Claims 1 until 2 , characterized in that plastic is provided as the material for the housing (3) and the mixing tube (2) and the housing (3) and the mixing tube (2) are designed as injection-molded components.