AT526672B1

AT526672B1 - Ejector device for a fuel cell system

Info

Publication number: AT526672B1
Application number: ATA50182/2023A
Authority: AT
Inventors: Pöschl Dr Robert
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2024-06-15
Also published as: AT526672A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ejektorvorrichtung (100) für eine Anodengasrezirkulation in einem Brennstoffzellensystem, aufweisend einen Düsenabschnitt (10) mit einem Treibdüsenabschnitt (11) und einer Saugdüse (12) zum Zusammenführen eines primären Fluidstroms und eines sekundären Fluidstroms in der Anodengasrezirkulation. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Sperrelement (15) mit einer Sperrfläche (17), entlang eines Verstellweges (S) verstellbar gelagert, und wenigstens eine aus einer Mehrzahl von Treibdüsen (13) des Treibdüsenabschnittes (11) ist innerhalb des Verstellweges (S) in Überschneidung mit der Sperrfläche (17) des wenigstens einen Sperrelementes (15) angeordnet ist, für ein verstellbares Begrenzen des Gesamtströmungsquerschnittes des Treibdüsenabschnittes (11), wobei die Treibdüsen (13) auf einer Linie zueinander benachbart angeordnet sind, und das wenigstens eine Sperrelement (15) mittels einer Führung verschiebbar gelagert an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet ist, für eine lineare Verstellbewegung des Sperrelementes (15) in Bezug zu den Treibdüsen (13).The present invention relates to an ejector device (100) for anode gas recirculation in a fuel cell system, comprising a nozzle section (10) with a drive nozzle section (11) and a suction nozzle (12) for combining a primary fluid flow and a secondary fluid flow in the anode gas recirculation. According to the invention, at least one blocking element (15) with a blocking surface (17) is adjustably mounted along an adjustment path (S), and at least one of a plurality of drive nozzles (13) of the drive nozzle section (11) is arranged within the adjustment path (S) in overlap with the blocking surface (17) of the at least one blocking element (15) for an adjustable limitation of the total flow cross-section of the drive nozzle section (11), wherein the drive nozzles (13) are arranged adjacent to one another on a line, and the at least one blocking element (15) is arranged displaceably mounted on the nozzle section (10) by means of a guide for a linear adjustment movement of the blocking element (15) in relation to the drive nozzles (13).

Description

BeschreibungDescription

EJEKTORVORRICHTUNG FÜR EIN BRENNSTOFFZELLENSYSTEM EJECTOR DEVICE FOR A FUEL CELL SYSTEM

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ejektorvorrichtung zur Dosierung eines Brennstoffgases und eines Anodenabgases in einer Anodengasrezirkulation eines Brennstoffzellensystem. [0001] The present invention relates to an ejector device for metering a fuel gas and an anode exhaust gas in an anode gas recirculation of a fuel cell system.

[0002] Die Ejektorvorrichtung findet Anwendung in der Brennstoffzellentechnik, wobei zur Verbesserung der Effizienz unverbrauchtes Brennstoffgas aus einem Abgas der Brennstoffzellenanode in einer Anodengasrezirkulation mit neuem Brennstoffgas dosiert angereichert und der Anode erneut zugeführt wird. [0002] The ejector device is used in fuel cell technology, wherein, in order to improve efficiency, unused fuel gas from an exhaust gas of the fuel cell anode is dosed and enriched with new fuel gas in an anode gas recirculation and fed back to the anode.

[0003] Es sind Ejektoren oder Strahlpumpen bekannt, die einen Primärfluidstrom beschleunigen und einen Sekundärfluidstrom mittels eines Unterdrucks ansaugen, der aus einer Differenz der Strömungsgeschwindigkeiten zwischen dem beschleunigten Primärfluidstrom und dem Sekundärfluidstrom resultiert. Auf diese Weise können zwei Ströme in einer nachgelagerten Mischkammer durch eine Vorrichtung ohne bewegte Teile effektiv vermengt werden, und der rezirkulierende Sekundärmengenstrom auf ein höheres Druckniveau gehoben werden, um die Strömungsverluste innerhalb des Brennstoffstapels ein weiteres mal überwinden zu können. [0003] Ejectors or jet pumps are known which accelerate a primary fluid flow and suck in a secondary fluid flow by means of a negative pressure resulting from a difference in the flow speeds between the accelerated primary fluid flow and the secondary fluid flow. In this way, two flows can be effectively mixed in a downstream mixing chamber by a device without moving parts, and the recirculating secondary flow can be raised to a higher pressure level in order to be able to overcome the flow losses within the fuel stack once again.

[0004] Insbesondere wenn durch Auswahl geeigneter Parameter Strömungscharakteristiken im Bereich der Schallgeschwindigkeit erzielt werden, tritt ferner ein strömungsmechanisches Phänomen auf, durch welches die Effizienz der Pumpenfunktion eines Ejektors im Sinne einer Stahlpumpe deutlich gesteigert wird. Das heißt, lediglich bei Einstellung einer Schallgeschwindigkeit des Primärfluidstroms in der Treibdüse wird eine gute Effizienz des Ejektors in der Funktion als Umwälzpumpe zur Rezirkulation des Anodenabgases und frischen Brenngases erzielt. Eine Dimensionierung der Ejektorgeometrie, insbesondere der Treibdüse, wird demnach herkömmlicherweise so ausgelegt, dass das strömungscharakteristisch günstige Regime unter Schallgeschwindigkeit unter Strömungsraten im Volllastbetrieb sichergestellt ist. [0004] In particular, if flow characteristics in the range of the speed of sound are achieved by selecting suitable parameters, a fluid mechanics phenomenon also occurs, through which the efficiency of the pump function of an ejector in the sense of a steel pump is significantly increased. This means that only when a speed of sound is set for the primary fluid flow in the drive nozzle is a good efficiency of the ejector achieved in its function as a circulation pump for recirculating the anode exhaust gas and fresh fuel gas. The dimensioning of the ejector geometry, in particular of the drive nozzle, is therefore conventionally designed in such a way that the flow characteristically favorable regime at the speed of sound is ensured under flow rates in full load operation.

[0005] In Konsequenz führt diese Festlegung der Dimensionierung jedoch im Teillastbereich dazu, dass die Effizienz des Ejektors, insbesondere bei Betrieb mit geringer Last des Brennstoffzellensystems erheblich nachlässt. Denn eine axial verstellbare Düsennadel in der Treibdüse kann zwar in Reaktion auf eine Lastanforderung eine erforderliche Durchflussmenge von Brennstoffgas anpassen, und durch Verstellung eines Ringspaltes in der Düse auch einen begrenzten Einfluss auf die Austrittsgeschwindigkeit des Primärstroms erzielen. Bei geringen Strömungsrate ist jedoch auch eine kleinere Dimensionierung der Treibdüse, insbesondere ein kleinerer Durchmesser der Düsenöffnung erforderlich, um eine Beschleunigung der Austrittsgeschwindigkeiten des Primärfluidstroms im Bereich der Schallgeschwindigkeit zu erzielen. [0005] As a consequence, however, this determination of the dimensioning in the partial load range leads to a significant reduction in the efficiency of the ejector, particularly when operating with a low load of the fuel cell system. This is because an axially adjustable nozzle needle in the drive nozzle can adjust a required flow rate of fuel gas in response to a load requirement and can also have a limited influence on the exit speed of the primary flow by adjusting an annular gap in the nozzle. However, at low flow rates, a smaller dimensioning of the drive nozzle, in particular a smaller diameter of the nozzle opening, is also required in order to achieve an acceleration of the exit speeds of the primary fluid flow in the range of the speed of sound.

[0006] Neben den Parametern eines Zufuhrdrucks des Primärfluidstroms und einer Regelung der Durchflussmenge, käme grundlegend noch eine variabel verstellbare Dimensionierung des ausgangsseitigen Düsendurchmessers der Düsenöffnung, aus der das Primärfluid stromabwärts der Düsennadel aus der Düse austritt, in Betracht. Eine zylindrisch variable Mechanik, die in Bezug auf einen Düsenspalt um die axial verstellbare Düsennadel herum sehr präzise einstellbar sein muss und in einem strömungsrelevanten, sehr kleinen und ringförmigen Bauraum zu realisieren wäre, erscheint jedoch, zumindest im Rahmen wirtschaftlicher Gesichtspunkte, bislang in keiner zur Serienfertigung geeigneten und in Kontakt mit Wasserstoff langlebigen technischen Umsetzung lösbar zu sein. [0006] In addition to the parameters of a supply pressure of the primary fluid flow and a control of the flow rate, a variably adjustable dimensioning of the outlet-side nozzle diameter of the nozzle opening, from which the primary fluid exits the nozzle downstream of the nozzle needle, would also be considered. A cylindrically variable mechanism, which must be very precisely adjustable in relation to a nozzle gap around the axially adjustable nozzle needle and which would have to be implemented in a flow-relevant, very small and annular installation space, does not appear to have been solvable, at least from an economic point of view, in any technical implementation suitable for series production and durable in contact with hydrogen.

[0007] Mit Blick auf weitere Effekte im Brennstoffzellensystem wäre gerade im Teillastbereich eine hohe Pumpensaugleistung des Ejektors erforderlich, um eine Einschleppung von Feuchtigkeit in das Anodenabgas, die sich im dynamischen Teillastbetrieb noch verstärken kann, effektiv aus den Brennstoffzellen abzutransportieren. Demnach besteht Bedarf an neuartigen Ejektoren, die Abhilfe oder eine Verbesserung der Eigenschaften zu den genannten Problemen schaffen. [0007] With regard to further effects in the fuel cell system, a high pump suction power of the ejector would be required, especially in the partial load range, in order to effectively remove moisture from the fuel cells in the anode exhaust gas, which can become even more pronounced in dynamic partial load operation. Accordingly, there is a need for new types of ejectors that can remedy or improve the properties of the problems mentioned.

[0008] Weitere Ejektorvorrichtungen sind beispielsweise aus der KR 20120057996 A, der US 2020067112 A1 und XUE, H. et al. "Design and Investigation of multi-nozzle ejector for PEMFC [0008] Further ejector devices are known, for example, from KR 20120057996 A, US 2020067112 A1 and XUE, H. et al. "Design and Investigation of multi-nozzle ejector for PEMFC

hydrogen recirculation" International Journal of Hydrogen Energy [online], 21. Mai 2020 (21.05.2020). Bd. 45, Nr. 28, Seiten 14500-14516 bekannt. hydrogen recirculation" International Journal of Hydrogen Energy [online], 21 May 2020 (21.05.2020). Vol. 45, No. 28, pages 14500-14516.

[0009] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik für einen Ejektor in einer Anodengasrezirkulation zu schaffen, die über einen breiten Lastbereich einer Brennstoffzellenanwendung eine hohe Effizienz des Ejektors in der Funktion als Umwälzpumpe zur Rezirkulation des Anodenabgases und frischen Brenngases erzielt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau einer Treibdüse in einem Ejektor bereitzustellen, die bis in einen Betrieb der Brennstoffzellenanwendung bei geringer Teillast, d.h. bei einer geringen Strömungsrate des Primärfluidstrom, eine effiziente Strömungscharakteristik und einen hohen Wirkungsgrad als Strahlpumpe gewährleistet. [0009] It is an object of the invention to create a technology for an ejector in an anode gas recirculation which achieves a high efficiency of the ejector in the function as a circulation pump for recirculating the anode exhaust gas and fresh fuel gas over a wide load range of a fuel cell application. It is a further object of the invention to provide a structure of a drive nozzle in an ejector which ensures efficient flow characteristics and a high efficiency as a jet pump up to operation of the fuel cell application at low partial load, i.e. at a low flow rate of the primary fluid flow.

[0010] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Ejektorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. [0010] The above object is achieved by an ejector device having the features of claim 1. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings.

[0011] Die erfindungsgemäße Ejektorvorrichtung ist für eine Anodengasrezirkulation in einem Brennstoffzellensystem ausgelegt. Dazu weist die Ejektorvorrichtung einen Düsenabschnitt zum Zusammenführen eines primären Fluidstroms und eines sekundären Fluidstroms in der Anodengasrezirkulation auf. Der Düsenabschnitt umfasst einen Treibdüsenabschnitt zum Zuführen und Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit des primären Fluidstroms. Der Düsenabschnitt umfasst ferner einen Saugdüsenabschnitt mit einem Düsenspalt, der in einem radial äußeren Bereich des Düsenabschnitts, um den Treibdüsenabschnitt herum angeordnet ist, zum Ansaugen und Zuführen des sekundären Fluidstroms. [0011] The ejector device according to the invention is designed for anode gas recirculation in a fuel cell system. For this purpose, the ejector device has a nozzle section for combining a primary fluid flow and a secondary fluid flow in the anode gas recirculation. The nozzle section comprises a drive nozzle section for supplying and increasing a flow rate of the primary fluid flow. The nozzle section further comprises a suction nozzle section with a nozzle gap, which is arranged in a radially outer region of the nozzle section, around the drive nozzle section, for sucking in and supplying the secondary fluid flow.

[0012] Erfindungsgemäß weist der Treibdüsenabschnitt eine oder mehrere Treibdüsen auf, wobei alle Treibdüsen gemeinsam einen Gesamtöffnungsquerschnitt des Treibdüsenabschnitts bilden. Insbesondere weist der Treibdüsenabschnitt wenigstens ein Sperrelement mit einer Sperrfläche auf, das entlang eines Verstellweges verstellbar gelagert, an dem Düsenabschnitt angeordnet ist. Für ein verstellbares Begrenzen des Gesamtströmungsquerschnittes des Treibdüsenabschnittes mittels einer variablen UÜberschneidung der Sperrfläche mit einem Strömungsquerschnitt von wenigstens einer Treibdüse entlang des Verstellweges, ist wenigstens eine der Treibdüsen innerhalb des Verstellweges in Überschneidung mit der Sperrfläche des wenigstens einen Sperrelementes angeordnet. [0012] According to the invention, the drive nozzle section has one or more drive nozzles, with all drive nozzles together forming a total opening cross-section of the drive nozzle section. In particular, the drive nozzle section has at least one blocking element with a blocking surface, which is adjustably mounted along an adjustment path and is arranged on the nozzle section. For an adjustable limitation of the total flow cross-section of the drive nozzle section by means of a variable overlap of the blocking surface with a flow cross-section of at least one drive nozzle along the adjustment path, at least one of the drive nozzles is arranged within the adjustment path in overlap with the blocking surface of the at least one blocking element.

[0013] Die Erfindung sieht somit erstmals einen variabel durchströmbaren Aufbau von mehreren Treibdüsen in einem Ejektor vor. [0013] The invention thus provides for the first time a variable flow structure of several propulsion nozzles in an ejector.

[0014] Der erfindungsgemäße Aufbau stellt einen alternativen Lösungsweg zu der Anforderung an den technisch schwierig realisierbaren Ejektoraufbau mit einer variablen radialen Dimensionierung einer austrittsseitigen Düsenöffnung an einer mittels Düsennadel verstellbaren, herkömmlichen Treibdüse dar. Dabei legt der erfindungsgemäße Aufbau für die betreffende Anwendung einer Anodengasrezirkulation ein neues funktionales Prinzip zugrunde, welches die Funktion der gewünschte Varianz einer radialen Dimensionierung der Düsenöffnung, durch eine variable Summe aus einer einstellbaren Anzahl oder eines Anteils von einer oder mehreren durchströmbaren Düsenöffnungen ersetzt. [0014] The structure according to the invention represents an alternative solution to the requirement for the technically difficult to implement ejector structure with a variable radial dimensioning of an outlet-side nozzle opening on a conventional drive nozzle that can be adjusted by means of a nozzle needle. The structure according to the invention is based on a new functional principle for the relevant application of anode gas recirculation, which replaces the function of the desired variance of a radial dimensioning of the nozzle opening with a variable sum of an adjustable number or a proportion of one or more nozzle openings through which flow can take place.

[0015] Im Sinne der Erfindung wird eine Mehrzahl gleicher oder ggf. Auswahl verschiedener Treibdüsen bereitgestellt, die jeweils in Relation zu einer einzigen herkömmlichen, für einen Vollastbetrieb ausgelegten Treibdüse, kleiner dimensioniert sind. Durch Einstellung des Primärstroms durch z.B. eine Treibdüse oder wenige Treibdüsen aus der Mehrzahl von Treibdüsen oder ggf. durch eine kleinste Treibdüse aus der Auswahl von verschiedenen Treibdüsen, wird auch bei einer geringen Strömungsrate des Primärfluids, eine hohe Austrittsgeschwindigkeit aus einer entsprechend kleinen Düsenöffnung erzielt. [0015] In accordance with the invention, a plurality of identical or, if appropriate, a selection of different drive nozzles is provided, each of which is smaller in size than a single conventional drive nozzle designed for full-load operation. By adjusting the primary flow, for example, by one drive nozzle or a few drive nozzles from the plurality of drive nozzles or, if appropriate, by a smallest drive nozzle from the selection of different drive nozzles, a high exit speed from a correspondingly small nozzle opening is achieved even with a low flow rate of the primary fluid.

[0016] Diese Funktion wird trotz eines Ejektoraufbaus mit starrer radialer Dimensionierung der einzelnen Treibdüsen realisiert, womit der Aufbau eine robuste, langlebige Konstruktion aufweist und günstig herstellbar ist. [0016] This function is realized despite an ejector structure with rigid radial dimensioning of the individual drive nozzles, whereby the structure has a robust, durable construction and is inexpensive to manufacture.

[0017] Wie eingangs beschrieben wurde herkömmlicherweise eine Varianz der Strömungsraten durch eine axiale Verstellung der Düsennadel realisiert, wobei sich eine Ausweitung von Grenzen eines auszulegenden Strömungskennfeldes an den festen radialen Dimensionen der Strömungswege erschöpftte. [0017] As described above, a variance of the flow rates was conventionally realized by an axial adjustment of the nozzle needle, whereby an extension of the limits of a flow characteristic map to be designed was limited to the fixed radial dimensions of the flow paths.

[0018] In Abkehr von diesem Prinzip, sieht ferner die Erfindung durch den neuen Aufbau erstmals den Wegfall der nach herkömmlicher Technik erforderlichen, axial beweglichen Strömungsmengeneinstellung mittels einer Düsennadel vor. Dadurch wird das Problem einer gegenseitigen Beeinflussung zwischen einer mittels der Düsennadel eingestellten Strömungsrate einerseits, und einer von dem Durchmesser der Düsenöffnung abhängigen Strömungsgeschwindigkeit des Primärfluids andererseits, im Bereich der konstruktiven Schnittstelle des herkömmlichen Ringspaltes zwischen Düsennadel und Düse, durch Wegfall desselben funktional entkoppelt. [0018] In a departure from this principle, the invention also provides for the first time, through the new structure, the elimination of the axially movable flow rate adjustment by means of a nozzle needle, which is required according to conventional technology. As a result, the problem of mutual influence between a flow rate adjusted by means of the nozzle needle on the one hand and a flow speed of the primary fluid dependent on the diameter of the nozzle opening on the other hand, in the area of the structural interface of the conventional annular gap between the nozzle needle and the nozzle, is functionally decoupled by eliminating the latter.

[0019] Die erläuterten, erfindungsgemäßen Merkmale tragen effektiv zu der Zielsetzung bei, einen strömungseffizienten Ejektor bei geringer Strömungsrate oder geringem Lastbetrieb zu schaffen. Dabei setzen die Merkmale am wirksamsten an den geringsten Strömungsquerschnitten entlang der Strömungswege des Ejektors an, d.h. am Strömungsquerschnitt der Treibdüse, zur Erzielung einer Überschall-Geschwindigkeit im Primärstrom. [0019] The described features of the invention effectively contribute to the objective of creating a flow-efficient ejector at low flow rates or low load operation. The features are most effective at the smallest flow cross-sections along the flow paths of the ejector, i.e. at the flow cross-section of the propellant nozzle, to achieve a supersonic speed in the primary flow.

[0020] In diesem Zusammenhang bestehen zudem weitere Vorteile der Erfindung darin, dass im Teillastbetrieb nicht nur eine effizientere Pumpenleistung, sondern auch eine effizientere Durchmischung der Fluidströme in der Anodengasrezirkulation vor Einleitung in einen Brennstoffzellenstapel erreicht wird. Das führt zu einer gleichmäßigeren elektrochemischen Umsetzung über alle katalytischen Flächen der Brennstoffzellen, zu einem schonenderen Betrieb, der eine längere Lebensdauer begünstigt, sowie zu einer gesteigerten Effizienz des Brennstoffgasverbrauchs. [0020] In this context, further advantages of the invention are that in partial load operation not only a more efficient pump performance is achieved, but also a more efficient mixing of the fluid flows in the anode gas recirculation before introduction into a fuel cell stack. This leads to a more uniform electrochemical conversion across all catalytic surfaces of the fuel cells, to a more gentle operation, which promotes a longer service life, and to an increased efficiency of the fuel gas consumption.

[0021] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können alle Treibdüsen innerhalb des Verstellweges in Uberschneidung mit der Sperrfläche von einem und demselben Sperrelement angeordnet sein, für ein verstellbares Begrenzen oder Verschließen des Gesamtströmungsquerschnittes des Treibdüsenabschnittes mittels variabler Überschneidung der Sperrfläche mit den Strömungsquerschnitten aller Treibdüsen entlang des Verstellweges. Dadurch wird ein Verstellbereich erheblich erweitert, von einer maximalen Durchströmung aller Treibdüsen bis hin zu einer Sperrung an allen Treibdüsen. [0021] According to an advantageous aspect of the invention, all the drive nozzles within the adjustment path can be arranged in overlap with the blocking surface of one and the same blocking element, for adjustable limitation or closure of the total flow cross-section of the drive nozzle section by means of variable overlap of the blocking surface with the flow cross-sections of all the drive nozzles along the adjustment path. This significantly expands the adjustment range, from a maximum flow through all the drive nozzles to a blocking at all the drive nozzles.

[0022] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann zu einer Seite der Sperrfläche eine stufenförmige Kontur an dem wenigstens einen Sperrelement ausgebildet sein, wobei ein Abstand zwischen benachbarten Stufen der stufenförmigen Kontur im Wesentlichen einem Abstand zwischen benachbart angeordneten Treibdüsen entspricht, für ein stufenweises Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen. Dadurch wird beispielsweise eine Freigabe oder Sperrung einer Durchströmung einzelner Treibdüsen zur sequentiellen Verstellung einer ganzzahligen Anzahl von einzelnen Strömungsquerschnitten in der Summe des Gesamtströmungsquerschnitts erzielt. [0022] According to an advantageous aspect of the invention, a step-shaped contour can be formed on the at least one blocking element on one side of the blocking surface, wherein a distance between adjacent steps of the step-shaped contour essentially corresponds to a distance between adjacently arranged drive nozzles, for a step-by-step limitation or closure of flow cross-sections of the drive nozzles. This allows, for example, a flow through individual drive nozzles to be released or blocked for the sequential adjustment of an integer number of individual flow cross-sections in the sum of the total flow cross-section.

[0023] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann zu einer Seite der Sperrfläche eine Kontur mit gradueller Steigung an dem wenigstens einen Sperrelement ausgebildet sein, für ein graduelles Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen. Somit wird eine kontinuierliche Verstellung des Gesamtströmungsquerschnitts über alle einzelnen Strömungsquerschnitte erzielt. [0023] According to an advantageous aspect of the invention, a contour with a gradual gradient can be formed on one side of the blocking surface on the at least one blocking element for gradually limiting or closing flow cross-sections of the propulsion nozzles. This achieves a continuous adjustment of the total flow cross-section across all individual flow cross-sections.

[0024] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Sperrelement stromaufwärts von den Treibdüsen an dem Düsenabschnitt angeordnet und mit der Sperrfläche in einem Gleitkontakt mit Enden der Treibdüsen gelagert sein, für ein einlassseitiges Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen. [0024] According to an advantageous aspect of the invention, the at least one blocking element can be arranged upstream of the drive nozzles on the nozzle section and can be mounted with the blocking surface in sliding contact with ends of the drive nozzles, for limiting or closing flow cross sections of the drive nozzles on the inlet side.

[0025] Gemäß einem alternativen, vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Sperrelement stromabwärts von den Treibdüsen an dem Düsenabschnitt angeordnet und mit der Sperrfläche in einem Gleitkontakt mit Enden der Treibdüsen gelagert sein, für ein auslassseitiges Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen. [0025] According to an alternative, advantageous aspect of the invention, the at least one blocking element can be arranged downstream of the drive nozzles on the nozzle section and can be mounted with the blocking surface in sliding contact with ends of the drive nozzles, for limiting or closing flow cross sections of the drive nozzles on the outlet side.

[0026] Gemäß der Erfindung sind die Treibdüsen auf einer Linie zueinander benachbart angeordnet sein, und das wenigstens eine Sperrelement mittels einer Führung verschiebbar gelagert an dem Düsenabschnitt angeordnet, für eine lineare Verstellbewegung des Sperrelementes in Bezug zu den Treibdüsen. [0026] According to the invention, the drive nozzles are arranged adjacent to one another in a line, and the at least one blocking element is arranged on the nozzle section so as to be displaceable by means of a guide, for a linear adjustment movement of the blocking element in relation to the drive nozzles.

[0027] Gemäß einem darauf aufbauenden, vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann der Verstellweg in einem Winkel, insbesondere quer zu der Linie der benachbarten Treibdüsen verlaufend, ausgebildet sein. Somit kann eine besonders gleichmäßige Einstellung über die einzelnen Düsen erfolgen. [0027] According to an advantageous aspect of the invention based on this, the adjustment path can be designed at an angle, in particular running transversely to the line of the adjacent drive nozzles. This allows a particularly uniform adjustment across the individual nozzles.

[0028] Grundsätzlich kann das wenigstens eine Sperrelement mittels eines Drehpunktes verschwenkbar gelagert an dem Düsenabschnitt angeordnet sein, für eine verschwenkende Verstellbewegung des Sperrelementes in Bezug zu den Treibdüsen. [0028] In principle, the at least one blocking element can be arranged on the nozzle section so as to be pivotable by means of a pivot point, for a pivoting adjustment movement of the blocking element in relation to the drive nozzles.

[0029] Grundsätzlich können die Treibdüsen konzentrisch zueinander angeordnet sein, und das wenigstens eine Sperrelement mittels eines konzentrischen Drehpunktes drehbar gelagert an dem Düsenabschnitt angeordnet sein, für eine drehende Verstellbewegung des Sperrelementes in Bezug zu den Treibdüsen. [0029] In principle, the drive nozzles can be arranged concentrically to one another, and the at least one blocking element can be arranged rotatably mounted on the nozzle section by means of a concentric pivot point, for a rotating adjustment movement of the blocking element in relation to the drive nozzles.

[0030] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Sperrelement mit einem Stellglied gekoppelt sein, für ein Einstellen des wenigstens einen Sperrelementes entlang des Verstellweges. [0030] According to an advantageous aspect of the invention, the at least one locking element can be coupled to an actuator for adjusting the at least one locking element along the adjustment path.

[0031] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können die Treibdüsen unterschiedliche Strömungsquerschnitte, insbesondere in einer Reihenfolge von benachbart angeordneten Treibdüsen zunehmende Strömungsquerschnitte, aufweisen. Somit ist eine weitere individuelle Abstimmung auf Lastbereiche und deren Strömungsraten des Primärfluides auf unterschiedliche Anwendungen und Spezifikationen möglich. [0031] According to an advantageous aspect of the invention, the drive nozzles can have different flow cross-sections, in particular flow cross-sections that increase in a sequence of adjacently arranged drive nozzles. This enables further individual adjustment to load ranges and their flow rates of the primary fluid to different applications and specifications.

[0032] Die oben beschriebene Ausbildung und Anordnung der Anordnung der Abschnitte der Ejektorvorrichtung kann vorteilhaft zwar ohne eine weitere Veränderung einer Mischkammergeometrie auskommen, es kann allerdings auch von Vorteil sein, wenn ein Mischabschnitt vorgesehen ist, in den der Düsenabschnitt einmündet, zum Mischen des zugeführten primären Fluidstroms und des zugeführten sekundären Fluidstroms. [0032] The above-described design and arrangement of the arrangement of the sections of the ejector device can advantageously be achieved without a further change in the geometry of the mixing chamber, but it can also be advantageous if a mixing section is provided into which the nozzle section opens, for mixing the supplied primary fluid flow and the supplied secondary fluid flow.

[0033] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann ein solcher Mischabschnitt ferner aufweisen: eine Mischkammer mit einem verringerten Strömungsquerschnitt innerhalb des Mischabschnitts, zum Impulsaustausch zwischen dem primären Fluidstrom und dem sekundären Fluidstrom, einen Diffusorabschnitt mit einem zunehmenden Strömungsquerschnitt, zur Diffusion des primären Fluidstroms und des sekundären Fluidstroms durch Verringerung von deren Strömungsgeschwindigkeiten, und / oder einen Vereinigungsabschnitt mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt, zum Vereinen des primären Fluidstroms und des sekundären Fluidstroms bei im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeiten. [0033] According to an advantageous aspect of the invention, such a mixing section can further comprise: a mixing chamber with a reduced flow cross-section within the mixing section, for the exchange of momentum between the primary fluid flow and the secondary fluid flow, a diffuser section with an increasing flow cross-section, for the diffusion of the primary fluid flow and the secondary fluid flow by reducing their flow velocities, and/or a combining section with a substantially constant flow cross-section, for combining the primary fluid flow and the secondary fluid flow at substantially constant flow velocities.

[0034] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann in dem Mischabschnitt ein schlauchförmiges, strömungsführendes Membranelement angeordnet sein, das in der Mischkammer eine flexible Umfangsfläche mit einem variablen Durchmesser bildet. Als weiterer effektiver Parameter einer variablen Ejektorgeometrie zur Erweiterung eines effizienten Betriebsbereichs mit Wirkung auf den Sekundärfluidstrom, erweist sich prinzipiell eine Verstellmöglichkeit eines Strömungsdurchmessers in dem nachgelagerten Mischhabschnitt, insbesondere an dessen kleinstem Strömungsquerschnitt in der Mischkammer. [0034] According to an advantageous aspect of the invention, a tubular, flow-guiding membrane element can be arranged in the mixing section, which forms a flexible peripheral surface with a variable diameter in the mixing chamber. Another effective parameter of a variable ejector geometry for expanding an efficient operating range with an effect on the secondary fluid flow is, in principle, the possibility of adjusting a flow diameter in the downstream mixing section, in particular at its smallest flow cross section in the mixing chamber.

[0035] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann um das strömungsführende Membranelement herum ein ringförmiges, elastisches Element angeordnet sein, mittels dem das strömungsführende Membranelement flexibel gelagert an dem Mischabschnitts angeordnet ist. [0035] According to an advantageous aspect of the invention, an annular, elastic element can be arranged around the flow-guiding membrane element, by means of which the flow-guiding membrane element is flexibly mounted on the mixing section.

[0036] Gemäß einem weitergehenden, vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann auch der Mischabschnitt mittels wenigstens eines strömungsführenden Elementes des Mischabschnittes, das wenigstens in einem Bereich der Mischkammer quer zur Strömungsrichtung verstellbar gelagert angeordnet ist, wenigstens ein kleinster Strömungsquerschnitt in der Mischkammer in wenigstens [0036] According to a further, advantageous aspect of the invention, the mixing section can also be arranged by means of at least one flow-guiding element of the mixing section, which is arranged so as to be adjustable transverse to the flow direction at least in one region of the mixing chamber, at least a smallest flow cross-section in the mixing chamber in at least

einer radialen Abmessung variabel eingerichtet sein. a radial dimension can be set up variably.

[0037] Gemäß einem darauf aufbauenden, vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann zumindest in Strömungsrichtung abschnittsweise, ein Profil des Mischabschnitts in zwei strömungsführende Elemente aufgeteilt sein, die zumindest an einer Lagerstelle durch eine lineare Führung und/oder durch eine zentrische Führung quer zur Strömungsrichtung verschiebbar gelagert sind. Diese Ausführungsform stellt eine Variante dar, bei der integrale Bestandteile eines Strömungskanals des Ejektors selbst im Sinne von zwei beweglichen Hälften eines geteilten Kanalprofils die Funktionalität der strömungsführenden Elemente einnehmen. [0037] According to an advantageous aspect of the invention based on this, a profile of the mixing section can be divided into two flow-guiding elements, at least in sections in the flow direction, which are mounted at least at one bearing point by a linear guide and/or by a centric guide so that they can be moved transversely to the flow direction. This embodiment represents a variant in which integral components of a flow channel of the ejector itself in the sense of two movable halves of a divided channel profile take on the functionality of the flow-guiding elements.

[0038] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine strömungsführende Element des Mischabschnitts mittels wenigstens eines elastischen Elements in der Mischkammer, dem Diffusorabschnitt und/oder in dem Vereinigungsabschnitt flexibel gelagert ist an dem Mischabschnitts angeordnet sein. Analog zu dem ringförmigen elastischen Element für das schlauchförmige Membranelement, wird so eine radiale Verstellung mittels elastischer Rückstellkraft bereitgestellt, die sich in Reaktion auf eine sekundärseitige sowie primärseitige Strömungsrate oder Fluiddruck selbst reguliert. [0038] According to an advantageous aspect of the invention, the at least one flow-guiding element of the mixing section can be arranged on the mixing section by means of at least one elastic element flexibly mounted in the mixing chamber, the diffuser section and/or in the merging section. Analogous to the annular elastic element for the tubular membrane element, a radial adjustment is thus provided by means of an elastic restoring force, which regulates itself in response to a secondary-side and primary-side flow rate or fluid pressure.

[0039] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine strömungsführende Element des Mischabschnitts zur Innenseite eine den Strömungsquerschnitt umschlieBende Dichtung aufweisen. Somit kann wiederum eine Integrität einer Innenfläche des strömungsführenden Elementes hergestellt oder im Bereich von dessen Lagerung verbessert werden. [0039] According to an advantageous aspect of the invention, the at least one flow-guiding element of the mixing section can have a seal enclosing the flow cross-section on the inside. In this way, an integrity of an inner surface of the flow-guiding element can be created or improved in the region of its bearing.

[0040] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann sich eine Verstellung des strömungsführenden Membranelementes und/oder des wenigstens einen strömungsführenden Elementes des Mischabschnitts mittels eines Gleichgewichts zwischen einer vordefinierten elastischen Rückstellkraft und einem Gesamtdruck aus dem primären Fluidstrom und dem sekundären Fluidstrom, die durch den Mischabschnitt strömen, selbst regulieren. [0040] According to an advantageous aspect of the invention, an adjustment of the flow-guiding membrane element and/or of the at least one flow-guiding element of the mixing section can regulate itself by means of a balance between a predefined elastic restoring force and a total pressure from the primary fluid flow and the secondary fluid flow flowing through the mixing section.

[0041] Gemäß einem alternativen vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann eine Verstellung des strömungsführenden Membranelementes und/oder des wenigstens einen strömungsführenden Elements des Mischabschnitts mittels eines gekoppelten Stellglieds ansteuerbar sein. Ein Stellglied ermöglicht einen aktiven Eingriff einer Steuerung, um z.B. Maßnahmen einer Vorsteuerung oder eine Anderung zwischen Betriebsmodi einzuleiten. [0041] According to an alternative advantageous aspect of the invention, an adjustment of the flow-guiding membrane element and/or of the at least one flow-guiding element of the mixing section can be controlled by means of a coupled actuator. An actuator enables an active intervention of a control system in order to initiate, for example, pre-control measures or a change between operating modes.

[0042] Unter dem Begriff „strömungsführendes Membranelement“ oder „strömungsführendes Element“ definiert die vorliegende Offenbarung verschiedene Teile einer einen Fluidstrom umschließenden Struktur des Ejektors mit einer Fläche, insbesondere einer Innenfläche, die direkt oder indirekt z.B. mittelbar über eine dazwischen liegende Dichtungsschicht, zu der Fluidströmung exponiert sind und eine Richtung oder Umleitung des Fluidstroms durch die Form oder Ausrichtung der Fläche festlegen oder gezielt beeinflussen. Ferner umfasst die Definition von strömungsführenden Elementen nicht nur Elemente, die separat zu der den Fluidstrom umschlieBenden Struktur des Ejektors ausgebildet und an oder dieser angeordnet und gelagert sind, sondern ebenso Elemente, die selbst integraler Bestanteil der den Fluidstrom umschließenden Struktur des Ejektors sind, wie z.B. Teilstücke einer Kanalwand eines Strömungskanals. [0042] The term “flow-guiding membrane element” or “flow-guiding element” is used in the present disclosure to define various parts of a structure of the ejector that encloses a fluid flow and has a surface, in particular an inner surface, that is directly or indirectly exposed to the fluid flow, e.g. indirectly via a sealing layer lying between them, and that determine or specifically influence a direction or redirection of the fluid flow through the shape or orientation of the surface. Furthermore, the definition of flow-guiding elements includes not only elements that are formed separately from the structure of the ejector that encloses the fluid flow and are arranged and mounted on or in this structure, but also elements that are themselves an integral part of the structure of the ejector that encloses the fluid flow, such as sections of a channel wall of a flow channel.

[0043] Unter dem Wortlaut „quer zur Strömungsrichtung verstellbar gelagert“ definiert die vorliegende Offenbarung eine Beweglichkeit von strömungsführenden Elementen, die sowohl in einer senkrechten Ebene zum Fluidstrom, z.B. eine diametrale oder frontale Bewegung aufeinander zu, eine zangenartige Bewegung mit einem Schwenkverlauf, eine Bewegung im Sinne einer verstellbaren Verschlussblende, oder ein radiales gleichmäßiges Dehnungsverhalten eines flexiblen Umfangs in einer senkrecht zum Fluidstrom gerichteten Ebene, als auch eine Beweglichkeit in einer Ebene, die lediglich in Bezug auf eine Achse senkrecht zum Fluidstrom ausgerichtet ist. Ferner umfasst die Definition Schwenk- oder Kippbewegungen sowie elastische Verformungen, deren Rotationsachse oder zentrale Achse eines Biegeradius der Verformung senkrecht zum Fluidstrom ausgerichtet ist. Als „verstellbar gelagert“ sind Lagerungen zwischen zwei Elementen zu verstehen, die eine Beweglichkeit lediglich eines Elements zu einem benachbarten ortsfesten [0043] Under the wording “mounted adjustably transverse to the flow direction”, the present disclosure defines a mobility of flow-guiding elements that allows both in a plane perpendicular to the fluid flow, e.g. a diametrical or frontal movement towards each other, a pincer-like movement with a swiveling course, a movement in the sense of an adjustable shutter, or a radial uniform expansion behavior of a flexible circumference in a plane directed perpendicular to the fluid flow, and a mobility in a plane that is only aligned with respect to an axis perpendicular to the fluid flow. Furthermore, the definition includes swiveling or tilting movements as well as elastic deformations whose axis of rotation or central axis of a bending radius of the deformation is aligned perpendicular to the fluid flow. “Adjustably mounted” is to be understood as bearings between two elements that allow mobility of only one element in relation to an adjacent stationary element.

Element, oder eine Beweglichkeit beider oder aller benachbarten Elemente gewähren, wie z.B. lineare oder gekrümmte Führungen, Aufhängungen mit einem oder mehreren Freiheitsgraden der Beweglichkeit, eine elastische Aufhängung, elastische Lagerung oder eine elastische Anlenkung als Teil einer teils elastischen und teils geführten Lagerung. Die zueinander beweglich gelagerten Elemente umfassen eine Beweglichkeit eines Elementes in sich, z.B. zwischen separaten Segmenten eines gegliederten Elementes oder zwischen kontinuierlich fortlaufenden Segmenten eines flexiblen Elementes wie z.B. Windungen einer spiralförmigen Feder. Element, or allow mobility of both or all adjacent elements, such as linear or curved guides, suspensions with one or more degrees of freedom of mobility, an elastic suspension, elastic bearing or an elastic linkage as part of a partially elastic and partially guided bearing. The elements that are movably mounted relative to one another include mobility of an element within itself, e.g. between separate segments of an articulated element or between continuously running segments of a flexible element such as coils of a spiral spring.

[0044] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch: [0044] Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. They show schematically:

[0045] Fig. 1 zwei schematische Längsschnitte in einer x-y Ebene und einer x-z Ebene durch in Strömungsrichtung zugeordnete Abschnitte eines Ejektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; [0045] Fig. 1 shows two schematic longitudinal sections in an x-y plane and an x-z plane through sections of an ejector according to an embodiment of the invention, which are assigned in the flow direction;

[0046] Fig. 2A einen schematischen Querschnitt in einer z-y Ebene durch einen Düsenabschnitt eines Ejektors mit einem stufenförmigen Sperrelement gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; [0046] Fig. 2A is a schematic cross-section in a z-y plane through a nozzle section of an ejector with a step-shaped blocking element according to another embodiment of the invention;

[0047] Fig. 2B einen schematischen Querschnitt in der z-y Ebene durch einen Düsenabschnitt eines Ejektors mit einem linearen Sperrelement gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; [0047] Fig. 2B is a schematic cross-section in the z-y plane through a nozzle section of an ejector with a linear blocking element according to another embodiment of the invention;

[0048] Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt in der x-y Ebene zur Darstellung des Ejektors mit einem schlauchförmigen, strömungsführenden Membranelementen, dessen Strömungsquerschnitt in der Mischkammer des Mischabschnitts flexibel verstellbar ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; [0048] Fig. 3 is a schematic longitudinal section in the x-y plane to illustrate the ejector with a tubular, flow-guiding membrane element, the flow cross-section of which is flexibly adjustable in the mixing chamber of the mixing section, according to a further embodiment of the invention;

[0049] Fig. 4 einen schematischer Längsschnitt in der x-y Ebene durch den Ejektor aus Fig. 3, der eine Krafteinwirkung auf das strömungsführende Membranelement zeigt; [0049] Fig. 4 is a schematic longitudinal section in the x-y plane through the ejector of Fig. 3, showing a force acting on the flow-guiding membrane element;

[0050] Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt in der x-y Ebene zur Darstellung eines Profils des Mischabschnitts des Ejektors mit einem repräsentativen strömungsführenden Elementen, das über die gesamte Länge des Ejektors variabel verstellbar ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; [0050] Fig. 5 is a schematic longitudinal section in the x-y plane showing a profile of the mixing section of the ejector with a representative flow-guiding element which is variably adjustable over the entire length of the ejector, according to a further embodiment of the invention;

[0051] Fig. 6 einen schematischen Querschnitt in der z-y Ebene des Mischabschnittes des Ejektors aus Fig. 5 mit zwei strömungsführenden Elementen, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; [0051] Fig. 6 is a schematic cross-section in the z-y plane of the mixing section of the ejector of Fig. 5 with two flow-guiding elements, according to a further embodiment of the invention;

[0052] Fig. 7 einen schematischen Querschnitt in der z-y Ebene eines Mischabschnittes und von Strömungsquerschnitten, die sich aus einer Verstellung der strömungsführenden Elemente resultieren, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und [0052] Fig. 7 is a schematic cross-section in the z-y plane of a mixing section and of flow cross-sections resulting from an adjustment of the flow-guiding elements, according to a further embodiment of the invention; and

[0053] Fig. 8 einen schematischen Querschnitt in der z-y Ebene eines Mischabschnittes und von Strömungsquerschnitten, die sich aus einer Verstellung von alternativ geformten strömungsführenden Elemente resultieren, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. [0053] Fig. 8 is a schematic cross-section in the z-y plane of a mixing section and of flow cross-sections resulting from an adjustment of alternatively shaped flow-guiding elements, according to a further embodiment of the invention.

[0054] Fig. 1 zeigt oben schematisch einen entlang der Mittelachse halbierten Längsschnitt einer Kontur einer Ejektorvorrichtung 100 in einer x-y Ebene und unten, in einer senkrechten Ansicht hierzu, den vollen Längsschnitt der Kontur der Ejektorvorrichtung 100 in einer x-z Ebene. Die Ejektorvorrichtung 100 dient einerseits zur Dosierung und Eindüsung von frischem Brennstoffgas in einer Anodengasrezirkulation als auch als Strahlpumpe zur Umwälzung des Gasvolumens in der Anodengasrezirkulation. Die Kontur lässt sich in x-Richtung sowie funktional übergeordnet in zwei Abschnitte, d.h. einen Düsenabschnitt 10 und einen Mischabschnitt 20, unterteilen. Ferner lässt sich die Kontur des Mischabschnitts 20 in der x-Richtung sowie funktional in weitere Unterabschnitte, d.h. eine Mischkammer 21, einen Diffusorabschnitt 22 und einen Vereinigungsabschnitt 23 unterteilen, deren radiale Abmessungen des Querschnitts in der y-Richtung variieren, [0054] Fig. 1 schematically shows a longitudinal section of a contour of an ejector device 100 in an x-y plane, halved along the central axis, at the top, and the full longitudinal section of the contour of the ejector device 100 in an x-z plane at the bottom, in a perpendicular view. The ejector device 100 serves both for metering and injecting fresh fuel gas in an anode gas recirculation and as a jet pump for circulating the gas volume in the anode gas recirculation. The contour can be divided in the x-direction and functionally into two sections, i.e. a nozzle section 10 and a mixing section 20. Furthermore, the contour of the mixing section 20 can be divided in the x-direction and functionally into further subsections, i.e. a mixing chamber 21, a diffuser section 22 and a merging section 23, the radial dimensions of the cross section of which vary in the y-direction,

wie später weiter erläutert wird. as will be explained further later.

[0055] Der Düsenabschnitt 10 umfasst in einem radial zentralen Bereich einen Treibdüsenabschnitt 11 mit mehreren Treibdüsen 13, die parallel in einer Reihe in z-Richtung angeordnet sind, und deren Strömungsquerschnitte in Summe einen Gesamtströmungsquerschnitt des Treibdüsenabschnittes 11 bilden. [0055] The nozzle section 10 comprises, in a radially central region, a drive nozzle section 11 with a plurality of drive nozzles 13 which are arranged parallel in a row in the z-direction and whose flow cross sections in sum form a total flow cross section of the drive nozzle section 11.

[0056] Aufgrund eines geringeren Strömungsquerschnitts der Treibdüsen 13 als in einem eingangsseitigen Teil des Treibdüsenabschnittes 11, wird ein eingeleiteter Primärfluidstrom beschleunigt, wobei zur Erlangung eines strömungsmechanischen Phänomens für eine größtmögliche Effizienz der Ejektorvorrichtung 100, der Primärfluidstrom beim jeweiligen Austritt aus den Treibdüsen 13 eine Strömungsgeschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit erreicht. Dabei sind die Strömungsquerschnitte und, ggf. im Durchmesser kleineren, endseitigen Düsenöffnungen der Treibdüsen 13 derart gewählt und aufeinander abgestimmt, dass sie jeweils für sich in einem vollständig geöffneten Zustand und bei einer Strömungsrate in Abhängigkeit eines betriebsüblichen Zufuhrdruckbereichs eine Beschleunigung zum Austritt auf eine Strömungsgeschwindigkeit des Primärfluids oberhalb der Schallgeschwindigkeit erzielen. [0056] Due to a smaller flow cross-section of the drive nozzles 13 than in an inlet-side part of the drive nozzle section 11, an introduced primary fluid flow is accelerated, whereby in order to achieve a fluid mechanical phenomenon for the greatest possible efficiency of the ejector device 100, the primary fluid flow reaches a flow velocity above the speed of sound when exiting the drive nozzles 13. The flow cross-sections and, possibly smaller in diameter, end-side nozzle openings of the drive nozzles 13 are selected and coordinated with one another in such a way that they each achieve an acceleration to the exit to a flow velocity of the primary fluid above the speed of sound in a fully open state and at a flow rate depending on a standard operating supply pressure range.

[0057] Die eine Gesamtströmungsrate des Brennstoffgases oder Primärfluidstroms durch einen Gesamtströmungsquerschnitt aller Treibdüsen 13 des Treibdüsenabschnittes 11 sowie indirekt auch eine Beschleunigung in Abhängigkeit des Strömungsquerschnittes, lässt sich durch eine variable Verstellung eines Sperrelementes 15 einstellen, das quer zur Strömungsrichtung entlang eines Verstellweges S verschoben wird. Mit einer den Treibdüsen 13 zugewandten Sperrfläche 17 überdeckt das Sperrelement 15 die Strömungsquerschnitte der Treibdüsen 13, wobei eine teilweise oder vollständige Uberschneidung der Strömungsquerschnitte und der Sperrfläche 17, und somit ein Durchfluss durch die einzelnen Treibdüsen 13 bei einer Verstellung des Sperrelementes 15 entlang eines Verstellweges S variabel begrenzt oder gesperrt wird. [0057] The total flow rate of the fuel gas or primary fluid flow through a total flow cross-section of all the drive nozzles 13 of the drive nozzle section 11 and indirectly also an acceleration depending on the flow cross-section can be set by a variable adjustment of a blocking element 15, which is moved transversely to the flow direction along an adjustment path S. With a blocking surface 17 facing the drive nozzles 13, the blocking element 15 covers the flow cross-sections of the drive nozzles 13, whereby a partial or complete overlap of the flow cross-sections and the blocking surface 17, and thus a flow through the individual drive nozzles 13, is variably limited or blocked when the blocking element 15 is adjusted along an adjustment path S.

[0058] Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung verläuft der Verstellweg S entlang der Reihe der parallel angeordneten Treibdüsen 13, d.h. in z-Richtung der Darstellung, sodass diese in Reihenfolge nacheinander in Überschneidung mit der Sperrfläche 17 gelangen und begrenzt oder gesperrt werden. [0058] In the embodiment shown in Fig. 1, the adjustment path S runs along the row of the drive nozzles 13 arranged in parallel, i.e. in the z-direction of the illustration, so that they overlap with the blocking surface 17 one after the other and are limited or blocked.

[0059] Die Figuren 2A und 2B zeigen in einer z-y Ebene andere Ausführungsformen, bei denen das Sperrelement 15 mittels einer Führung linear verstellbar an dem Treibdüsenabschnitt 11 des Düsenabschnitts 10 geführt ist, wobei der Verstellweg S quer zu der Reihe der parallel angeordneten Treibdüsen 13, d.h. in y-Richtung der Darstellung ausgerichtet ist. Somit gelangen an einer Position des Verstellweges S, je nach Ausgestaltung des Sperrelementes 15, mehrere Treibdüsen zeitgleich und ggf. in unterschiedlichem Maße in Uberschneidung mit der Sperrfläche 17. Dabei unterscheiden sich die dargestellten Ausführungsformen durch eine Kontur 16 an einer Seite oder Außenkante der zu den Treibdüsen 13 gewandten Sperrfläche 17. [0059] Figures 2A and 2B show other embodiments in a z-y plane, in which the blocking element 15 is guided by means of a guide in a linearly adjustable manner on the drive nozzle section 11 of the nozzle section 10, wherein the adjustment path S is aligned transversely to the row of parallel drive nozzles 13, i.e. in the y direction of the illustration. Thus, at a position of the adjustment path S, depending on the design of the blocking element 15, several drive nozzles overlap with the blocking surface 17 at the same time and possibly to different degrees. The embodiments shown differ in that they have a contour 16 on one side or outer edge of the blocking surface 17 facing the drive nozzles 13.

[0060] An der in Fig. 2A gezeigten Ausführungsform ist eine im Wesentlichen stufenförmige Kontur 16A ausgebildet, deren Abstände zwischen den Stufen den Abständen zwischen den benachbarten Treibdüsen 13 entspricht. Somit ist eine stufenweise modulierte Überschneidung oder strömungsoptimierte Ausrichtung von Überschneidungen des Sperrelementes 15 und den Treibdüsen 13 entlang des Verstellweges S realisierbar. [0060] In the embodiment shown in Fig. 2A, a substantially step-shaped contour 16A is formed, the distances between the steps of which correspond to the distances between the adjacent drive nozzles 13. Thus, a step-by-step modulated overlap or flow-optimized alignment of overlaps of the blocking element 15 and the drive nozzles 13 along the adjustment path S can be realized.

[0061] An der in Fig. 2B gezeigten Ausführungsform ist eine im Wesentlichen linear ansteigende Kontur 16B ausgebildet, durch die je nach Steigung eine kontinuierliche Begrenzung allen oder an aufeinanderfolgenden Strömungsquerschnitten der benachbarten Treibdüsen 13 entlang des Verstellweges S bewirkt. [0061] In the embodiment shown in Fig. 2B, a substantially linearly rising contour 16B is formed, which, depending on the slope, brings about a continuous limitation of all or successive flow cross sections of the adjacent drive nozzles 13 along the adjustment path S.

[0062] Wie in den Figuren 3 und 4 in der x-y Ebene gezeigt ist, umfasst der Düsenabschnitt 10 ferner in einem radial äußeren Bereich eine Saugdüse 12 mit einem ringförmigen Düsenspalt 14, der einen abnehmenden Strömungsquerschnitt, um die freien Enden der Treibdüsen 13 des Treibdüsenabschnitts 11 herum angeordnet, aufweist. [0062] As shown in Figures 3 and 4 in the x-y plane, the nozzle section 10 further comprises in a radially outer region a suction nozzle 12 with an annular nozzle gap 14 having a decreasing flow cross-section arranged around the free ends of the drive nozzles 13 of the drive nozzle section 11.

[0063] Durch einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des [0063] Due to a speed difference between the flow velocity of the

beschleunigten Primärfluidstroms aus dem Treibdüsenabschnitt 11 und einer Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere eingangsseitigen Rezirkulationsgeschwindigkeit des Sekundärfluidstroms, entsteht ein Unterdruckfeld, das zu einem Ansaugen des rezirkulierenden Anodenabgases, d.h. des Sekundärfluidstroms durch den ringförmigen Düsenspalt 14 der Saugdüse 12 führt. accelerated primary fluid flow from the drive nozzle section 11 and a flow velocity, in particular the inlet-side recirculation velocity of the secondary fluid flow, a negative pressure field is created which leads to a suction of the recirculating anode exhaust gas, i.e. the secondary fluid flow, through the annular nozzle gap 14 of the suction nozzle 12.

[0064] Eine erforderliche Differenz oder Überschuss der Strömungsraten zwischen dem Primärfluidstrom und dem Sekundärfluidstrom in dem Düsenabschnitt 10 bestimmt dabei die Dosierung von zugeführtem frischem Brennstoffgas in dem Anodenabgas. Eine Differenz der Strömungsgeschwindigkeiten zwischen dem Primärfluidstrom und dem Sekundärfluidstrom in dem Düsenabschnitt 10 bestimmt eine Pumpenleistung nach dem Strahlpumpenprinzip zur Umwälzung des rezirkulierenden Anodenabgases, wobei eine Effizienz des Ejektors basierend auf einem strömungsmechanischen Phänomen maßgeblich davon abhängt, ob die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Treibdüse 11 austretenden Primärfluidstroms mindestens Schallgeschwindigkeit erreicht. [0064] A required difference or excess of the flow rates between the primary fluid flow and the secondary fluid flow in the nozzle section 10 determines the dosage of fresh fuel gas supplied in the anode exhaust gas. A difference in the flow velocities between the primary fluid flow and the secondary fluid flow in the nozzle section 10 determines a pump output according to the jet pump principle for circulating the recirculating anode exhaust gas, wherein an efficiency of the ejector based on a fluid mechanical phenomenon depends significantly on whether the flow velocity of the primary fluid flow emerging from the drive nozzle 11 reaches at least the speed of sound.

[0065] Wie in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt ist, mündet der Düsenabschnitt 10 stromabwärts in den Mischabschnitt 20 ein. An den Düsenabschnitt 10 schließt sich zunächst in Form eines kurzen, annähernd zylindrischen Abschnitts eine Mischkammer 21 des Mischabschnittes 20 an, welche in der y-Richtung der Darstellung den geringsten Strömungsquerschnitt D21 in dem Mischabschnitt 20 aufweist, wodurch ein Impulsaustausch zwischen dem zentral austretenden Primärstrom und dem umgebenden Sekundärstrom intensiviert wird. Danach folgt ein Diffusorabschnitt 22 des Mischabschnitts 20, der in der dargestellten Ausführungsform einen in y-Richtung gleichförmig zunehmenden Strömungsquerschnitt aufweist. Aufgrund des zunehmenden Strömungsquerschnitts wird die Strömungsgeschwindigkeit des gemeinsamen Gasvolumens beider Fluidströme expandiert, was zu unterschiedlichen Verzögerungen der individuellen Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Fluidströme führt und infolgedessen zu einer Umwandlung der unterschiedlich hohen kinetischen Energien in gemeinsame Druckenergie oder strömungsdynamischen Durchmischung der Fluide zwischen dem Primärfluidstrom und dem Sekundärfluidstrom führt. [0065] As shown in Fig. 3 and Fig. 4, the nozzle section 10 opens into the mixing section 20 downstream. The nozzle section 10 is initially followed by a mixing chamber 21 of the mixing section 20 in the form of a short, approximately cylindrical section, which has the smallest flow cross-section D21 in the mixing section 20 in the y-direction of the illustration, whereby an exchange of momentum between the centrally exiting primary flow and the surrounding secondary flow is intensified. This is followed by a diffuser section 22 of the mixing section 20, which in the embodiment shown has a flow cross-section that increases uniformly in the y-direction. Due to the increasing flow cross-section, the flow velocity of the common gas volume of both fluid streams is expanded, which leads to different decelerations of the individual flow velocities of the two fluid streams and, as a result, to a conversion of the different levels of kinetic energy into common pressure energy or flow-dynamic mixing of the fluids between the primary fluid stream and the secondary fluid stream.

[0066] An den Diffusorabschnitt 22 des Mischabschnittes 20 schließt sich in Strömungsrichtung ein Vereinigungsabschnitt 23 an, der mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt D23 ausgestaltet ist. In dem Vereinigungsabschnitt 23 schreitet eine in dem Diffusorabschnitt 22 eingeleitete Vergleichmäßigung der Strömung und Durchmischung fort, während die beiden Fluidströme in einem gemeinsamen Gasvolumen zum Austritt in die Anodenabgasrezirkulation vereint werden. Der Vereinigungsabschnitt 23 bildet somit einen ausgangsseitigen Teilabschnitt der Ejektorvorrichtung 100 mit moderaten Strömungsgeschwindigkeiten, um eine nicht weiter dargestellte Umlenkung zu Eintritt in den Brennstoffstapel in verlustarmer Weise zu ermöglichen. [0066] The diffuser section 22 of the mixing section 20 is followed in the direction of flow by a merging section 23 which is designed with a substantially constant flow cross-section D23. In the merging section 23, a homogenization of the flow and mixing initiated in the diffuser section 22 continues, while the two fluid flows are combined in a common gas volume for exit into the anode exhaust gas recirculation. The merging section 23 thus forms an outlet-side section of the ejector device 100 with moderate flow velocities in order to enable a deflection (not shown further) to enter the fuel stack in a low-loss manner.

[0067] Fig. 3 zeigt ebenfalls die längs der Strömungsrichtung angeschnittene Kontur der Ejektorvorrichtung 100 in Bezug auf eine Ausführungsform, bei der innerhalb der Mischkammer 21 ein schlauchförmiges, strömungsführendes Membranelement 24 mit einer flexiblen Kontur vorgesehen ist. Das schlauchförmige strömungsführende Membranelement 24 stellt zusätzlich zu dem verstellbaren Treibdüsenabschnitt 11 auch eine radiale Verstellung des kleinsten Strömungsquerschnitts D21 des Mischabschnittes 20 bereit. Dadurch wird der Teillastbetrieb begünstigt, indem man für kleine Mengenströme das Geschwindigkeitsniveau in der Mischkammer 21 erhöht, und auch den Sekundärmassenstrom näher an den Primärmassenstrom aus der Treibdüse 13 bringt, um eine Energieübertragung zu begünstigen. [0067] Fig. 3 also shows the contour of the ejector device 100 cut along the flow direction in relation to an embodiment in which a tubular, flow-guiding membrane element 24 with a flexible contour is provided within the mixing chamber 21. In addition to the adjustable drive nozzle section 11, the tubular flow-guiding membrane element 24 also provides a radial adjustment of the smallest flow cross-section D21 of the mixing section 20. This promotes partial load operation by increasing the speed level in the mixing chamber 21 for small mass flows and also bringing the secondary mass flow closer to the primary mass flow from the drive nozzle 13 in order to promote energy transfer.

[0068] Hierzu ist das Membranelement 24 mit einem nicht näher dargestellten ringförmigen, elastischen Element umgeben oder einem umgreifenden Stellglied gekoppelt. [0068] For this purpose, the membrane element 24 is surrounded by an annular, elastic element (not shown in detail) or coupled to an encompassing actuator.

[0069] In Fig. 4 ist ein Kräftegleichgewicht dargestellt, das bei der genannten Ausführungsform auftritt, wenn das schlauchförmige Membranelement 24 mit einem elastisch dehnbaren oder elastisch kompressiblen, ringförmigen Element zur Einstellung des Strömungsquerschnittes umgeben ist. Dabei stehen sich eine radial nach außen gerichtete Ausbreitungskraft Fp eines Förderdrucks [0069] Fig. 4 shows a force balance that occurs in the embodiment mentioned when the tubular membrane element 24 is surrounded by an elastically stretchable or elastically compressible, annular element for adjusting the flow cross-section. In this case, a radially outwardly directed spreading force Fp of a delivery pressure

des Fluidstromes und eine radial nach innen gerichtete, Rückstellkraft Fr eines entsprechend gewählten, elastischen Materials entgegen. Die bewusste Veränderung des Kräftegleichgewichtes sorgt für eine kontrollierte Einstellung des Strömungsquerschnittes in Abhängigkeit der äußeren Rückstellkraft, wie z.B. ein Steuerdruck oder eine Verformungskraft. Dieserart ist auch eine selbstregulierende Ausführung realisierbar, wobei im Vollastbetrieb hohe Mengenströme unter höheren Mediendrücken betrieben werden, die eine Aufweitung des schlauchförmigen Membranelementes 24 gegen eine voreingestellte Rückstellkraft einer elastischen Hülle oder gegen ein äußeres konstantes Luftpolster bewirken. of the fluid flow and a radially inwardly directed restoring force Fr of an appropriately selected elastic material. The deliberate change in the balance of forces ensures a controlled adjustment of the flow cross-section depending on the external restoring force, such as a control pressure or a deformation force. In this way, a self-regulating design can also be implemented, whereby in full-load operation high flow rates are operated under higher media pressures, which cause the tubular membrane element 24 to expand against a preset restoring force of an elastic casing or against an external constant air cushion.

[0070] Fig. 5 zeigt im Längsschnitt eine alternative Ausführungsform, welche eine gemeinsame Verstellung aller Strömungsquerschnitte des Mischabschnittes 20 einschließlich D241 und D23, d.h. in einer radialen Abmessung über die gesamte Länge einer Innenkontur der Ejektorvorrichtung 100 gleichermaßen, bereitstellt. Diese erfolgt über wenigstens zwei als Hälften eines Injektorkörpers ausgebildeten, strömungsführenden Elementen 24A und 24B, 24C und 24D, oder 24E und 24F, die in der einen variablen radialen Abmessung linear zueinander verstellbar sind, wie im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren 6 bis 8 erläutert wird. [0070] Fig. 5 shows an alternative embodiment in longitudinal section, which provides a common adjustment of all flow cross sections of the mixing section 20 including D241 and D23, i.e. in a radial dimension over the entire length of an inner contour of the ejector device 100. This is done via at least two flow-guiding elements 24A and 24B, 24C and 24D, or 24E and 24F, designed as halves of an injector body, which are linearly adjustable to one another in the one variable radial dimension, as explained in connection with the following figures 6 to 8.

[0071] Fig. 6 zeigt ein Profil des Mischabschnitts 20, das im Diffusorabschnitt 22 oder auch im Vereinigungsabschnitt 23 angeordnet sein kann. Dabei ist das Profil eines Strömungskanals in zwei Hälften, d.h. als zwei strömungsführenden Elemente 24A, 24B aufgeteilt, die durch Führungen 26, 27 zueinander verschiebbar gelagert sind. Zu illustrativen Zwecken möglicher Varianten von Führungen 26, 27 wurde dabei an den beiden Lagerstellen eine lineare Führung 26 einerseits und eine zentrische oder gekrümmte Lagerung 27 gewählt. Als Teil der Führungen 26, 27 ist ein elastisches Element 25 wie, z.B. eine Zugfeder oder eine mittels eines Führungsstifts beaufschlagte Druckfeder eingesetzt, deren Rückstellkraft einer strömungsbedingten Aufweitung des Strömungsquerschnitts entgegenwirkt. [0071] Fig. 6 shows a profile of the mixing section 20, which can be arranged in the diffuser section 22 or in the merging section 23. The profile of a flow channel is divided into two halves, i.e. as two flow-guiding elements 24A, 24B, which are mounted so that they can move relative to one another by guides 26, 27. For illustrative purposes of possible variants of guides 26, 27, a linear guide 26 on the one hand and a centric or curved bearing 27 were selected at the two bearing points. An elastic element 25, such as a tension spring or a compression spring acted upon by a guide pin, is used as part of the guides 26, 27, the restoring force of which counteracts a flow-related expansion of the flow cross-section.

[0072] Allerdings kann gemäß einer alternativen Ausführungsform zur Verstellung eines Strömungsquerschnitts sowohl mit dem Sperrelement 15, mit dem Membranelement 24 als auch insbesondere vorzugsweise im Bereich der Mischkammer 21 des Mischabschnitts 20 anstelle eines elastischen Elementes 25 ebenso ein Stellglied, wie ein elektromagnetisches Stellglied, ein Bimetall-Element, ein hygrophobisches-Element, ein Piezoelement oder dergleichen verwendet werden, um zwischen verschiedenen Zuständen der linearen Verstellung in einer radialen Abmessung aktiv umzuschalten. [0072] However, according to an alternative embodiment, for adjusting a flow cross-section both with the blocking element 15, with the membrane element 24 and in particular preferably in the region of the mixing chamber 21 of the mixing section 20, an actuator such as an electromagnetic actuator, a bimetallic element, a hygrophobic element, a piezo element or the like can be used instead of an elastic element 25 in order to actively switch between different states of the linear adjustment in a radial dimension.

[0073] Fig. 7 zeigt ein ähnliches Profil eines Strömungskanals des Mischabschnitts 20 aus Fig. 6, dessen Innenflächen der strömungsführenden Elemente 24C, 24D so gewählt sind, dass sich in einem Teillastbetrieb des Brennstoffzellensystems eine kreisrunde Kontur des Strömungsquerschnitts D21 in der Mischkammer 21 oder des Strömungsquerschnitts D23 in dem Vereinigungsabschnitt 23 ergibt. Nach einer Verstellung der strömungsführenden Elemente 24C, 24D im Vollastbetrieb des Brennstoffzellensystems ergibt sich die Kontur eines Langlochs. [0073] Fig. 7 shows a similar profile of a flow channel of the mixing section 20 from Fig. 6, the inner surfaces of the flow-guiding elements 24C, 24D of which are selected such that in partial load operation of the fuel cell system a circular contour of the flow cross section D21 in the mixing chamber 21 or of the flow cross section D23 in the merging section 23 results. After an adjustment of the flow-guiding elements 24C, 24D in full load operation of the fuel cell system, the contour of an elongated hole results.

[0074] Fig. 8 zeigt ein entsprechendes Profil des Strömungskanals des Mischabschnitts 20, dessen Innenflächen der strömungsführenden Elemente 24E, 24F alternativ als Kreisbögen mit gröBerem Radius gewählt sind. Dabei ergibt sich sowohl im Teillastbetrieb als auch nach einer Verstellung der strömungsführenden Elemente 24E, 24F im Vollastbetrieb des Brennstoffzellensystems eine zur Trennungsachse symmetrische Kontur des Strömungsquerschnitts D21 in der Mischkammer 21 oder des Strömungsquerschnitts D23 in dem Vereinigungsabschnitt 23, die im Vergleich zur Formgebung aus Fig. 7 ähnlicher einem Kreisquerschnitt kommt und damit eine größere Durchlassfläche bei ähnlich kompakten Außenabmessungen oder geringerem Verstellweg zulässt. [0074] Fig. 8 shows a corresponding profile of the flow channel of the mixing section 20, the inner surfaces of the flow-guiding elements 24E, 24F of which are alternatively selected as circular arcs with a larger radius. This results in a contour of the flow cross-section D21 in the mixing chamber 21 or the flow cross-section D23 in the merging section 23 that is symmetrical to the separation axis both in partial load operation and after an adjustment of the flow-guiding elements 24E, 24F in full load operation of the fuel cell system, which is more similar to a circular cross-section compared to the shape in Fig. 7 and thus allows a larger passage area with similarly compact external dimensions or a smaller adjustment path.

[0075] Eine radiale Verstellung der strömungsführenden Elemente 24A-F kann in einer beliebigen Richtung in der dargestellten Querschnittsebene, vorzugsweise wie in Fig. 8 dargestellt, in einer Richtung senkrecht in Bezug zu der Reihenanordnung der Treibdüsen 13, d.h. in Bezug zu der Konfiguration in den Figuren 2A und 2B in der y-Richtung erfolgen. [0075] A radial adjustment of the flow-guiding elements 24A-F can take place in any direction in the cross-sectional plane shown, preferably as shown in Fig. 8, in a direction perpendicular with respect to the row arrangement of the drive nozzles 13, i.e. with respect to the configuration in Figures 2A and 2B in the y-direction.

[0076] Fig. 7 und Fig 8 sind auch mit einer einzelnen Treibdüse 13 ausführbar, mit dem einge-[0076] Fig. 7 and Fig. 8 can also be designed with a single drive nozzle 13, with the

schränkten Vorteil einer geringeren Mischkammerdimension im Teillastbetrieb. limited advantage of a smaller mixing chamber dimension in partial load operation.

[0077] In einer alternativen, nicht weiter dargestellten Ausführungsform können zu den Figuren 1 bis 4 abweichende Anordnungen der Treibdüsen 13 und einer Form sowie Lagerung des Sperrelementes 15 ausgestaltet sein. [0077] In an alternative embodiment not shown in detail, different arrangements of the drive nozzles 13 and a shape and mounting of the blocking element 15 can be designed compared to Figures 1 to 4.

[0078] Beispielsweise kann das Sperrelement 15 über einen Lagerung an einem Drehpunkt an dem Treibdüsenabschnitt oder dem Düsenabschnitt 10 schwenkbar befestigt sein, wodurch der Verstellweg S einen Kreisbogen beschreibt. Ferner können alternativ die Treibdüsen in mehreren Reihen und über- und untereinander sowie nebeneinander, versetzt, oder einer sonstigen beliebigen zweidimensionalen Anordnungen in Bezug zu einer Ebene der Sperrfläche 17 benachbart angeordnet sein. [0078] For example, the blocking element 15 can be pivotally attached to the drive nozzle section or the nozzle section 10 via a bearing at a pivot point, whereby the adjustment path S describes a circular arc. Furthermore, the drive nozzles can alternatively be arranged in several rows and above and below each other as well as next to each other, offset, or in any other two-dimensional arrangement in relation to a plane of the blocking surface 17.

[0079] Alternativ können eine Anordnung der Treibdüsen 13 sowie ein Drehpunkt zur Lagerung des Sperrelementes und dessen Verstellweg S konzentrisch zueinander ausgerichtet sein, ähnlich einer Konfiguration eines Revolvers. [0079] Alternatively, an arrangement of the drive nozzles 13 as well as a pivot point for supporting the locking element and its adjustment path S can be aligned concentrically to each other, similar to a configuration of a revolver.

[0080] Alternativ können die Treibdüsen eine Auswahl verschiedener, insbesondere in einer benachbarten Reihenfolge zunehmender Strömungsquerschnitte aufweisen. [0080] Alternatively, the propulsion nozzles may have a selection of different flow cross-sections, in particular increasing in a neighboring sequence.

[0081] Zudem können alternativ mehrere, insbesondere gemeinsam gekoppelte Sperrelemente 15 für die Mehrzahl von Treibdüsen 13 entlang eines gemeinsamen oder eines jeweiligen Verstellweges S bewegt werden. Zudem kann die Sperrfläche 17 des Sperrelementes 15 Öffnungen im Sinne einer Lochblende aufweisen, deren Durchmesser auf eine Freigabe oder Begrenzung von gleichen oder verschiedenen Strömungsquerschnitten der Treibdüsen 13 abgestimmt sind. [0081] In addition, alternatively, several, in particular jointly coupled, blocking elements 15 for the plurality of drive nozzles 13 can be moved along a common or a respective adjustment path S. In addition, the blocking surface 17 of the blocking element 15 can have openings in the sense of a perforated diaphragm, the diameter of which is adapted to release or limit identical or different flow cross sections of the drive nozzles 13.

[0082] Ergänzend wird angemerkt, dass sich der ringförmige Strömungsquerschnitt der dargestellten Saugdüse 12 verjüngt, wodurch die Strömungscharakteristik der Ejektorvorrichtung 100 begünstigt wird. Diese Ausgestaltung ist jedoch prinzipiell für das Funktionsprinzip einer Strahlpumpe nicht zwingend notwendig, sodass in einer alternativen Ausführungsform auch ein abnehmender Strömungsquerschnitt im Bereich der Saugdüse 12 und ein zunehmender Strömungsquerschnitt im Bereich des Diffusorabschnitts 22 unter Kompromissen der resultierende Strömungscharakteristik entfallen kann. [0082] It should also be noted that the annular flow cross-section of the suction nozzle 12 shown tapers, which favors the flow characteristics of the ejector device 100. However, this design is not absolutely necessary for the functional principle of a jet pump, so that in an alternative embodiment, a decreasing flow cross-section in the area of the suction nozzle 12 and an increasing flow cross-section in the area of the diffuser section 22 can be omitted with compromises in the resulting flow characteristics.

[0083] Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. [0083] The above explanations of the embodiments describe the present invention exclusively by way of examples.

BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS

10 Düsenabschnitt 10 Nozzle section

11 Treibdüsenabschnitt 11 Driving nozzle section

12 Saugdüse 12 Suction nozzle

13 Treibdüsen 13 propulsion nozzles

14 Düsenspalt 14 Nozzle gap

15 Sperrelement 15 Locking element

16 Kontur des Sperrelementes 16 Contour of the locking element

17 Sperrfläche des Sperrelementes 17 Locking surface of the locking element

20 Mischabschnitt 20 Mixing section

21 Mischkammer 21 Mixing chamber

22 Diffusorabschnitt 22 Diffuser section

23 Vereinigungsabschnitt 23 Unification Section

24 strömungsführendes Membranelement 24 flow-guiding membrane element

24A strömungsführendes Element des Mischabschnitts 24B strömungsführendes Element des Mischabschnitts 24C strömungsführendes Element des Mischabschnitts 24D strömungsführendes Element des Mischabschnitts 24E strömungsführendes Element des Mischabschnitts 24F strömungsführendes Element des Mischabschnitts 25 elastisches Element 24A flow-guiding element of the mixing section 24B flow-guiding element of the mixing section 24C flow-guiding element of the mixing section 24D flow-guiding element of the mixing section 24E flow-guiding element of the mixing section 24F flow-guiding element of the mixing section 25 elastic element

26 lineare Führung 26 linear guide

27 zentrisch gekrümmte Führung 27 centrically curved guide

100 Ejektorvorrichtung 100 Ejector device

D21 Strömungsquerschnitt in der Mischkammer D21 Flow cross section in the mixing chamber

D23 Strömungsquerschnitt im Vereinigungsabschnitt D23 Flow cross section in the merging section

S Verstellweg des Sperrelementes S Adjustment range of the locking element

Claims

Patentansprüche Patent claims

1. Ejektorvorrichtung (100) für eine Anodengasrezirkulation in einem Brennstoffzellensystem, aufweisend: 1. Ejector device (100) for anode gas recirculation in a fuel cell system, comprising:

einen Düsenabschnitt (10) zum Zusammenführen eines primären Fluidstroms und eines sekundären Fluidstroms in der Anodengasrezirkulation, mit: a nozzle section (10) for merging a primary fluid stream and a secondary fluid stream in the anode gas recirculation, comprising:

einem Treibdüsenabschnitt (11) zum Zuführen und Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit des primären Fluidstroms, und a drive nozzle section (11) for supplying and increasing a flow velocity of the primary fluid stream, and

einem Saugdüsenabschnitt (12) mit einem Düsenspalt (14), der in einem- äußeren Bereich des Düsenabschnitts (10), um den Treibdüsenabschnitt (11) herum angeordnet ist, zum Ansaugen und Zuführen des sekundären Fluidstroms; wobei a suction nozzle section (12) with a nozzle gap (14) arranged in an outer region of the nozzle section (10) around the drive nozzle section (11) for sucking in and supplying the secondary fluid flow; wherein

der Treibdüsenabschnitt (11) mehrere Treibdüsen (13) aufweist, wobei alle Treibdüsen (13) gemeinsam einen Gesamtöffnungsquerschnitt des Treibdüsenabschnitts (11) bilden; the drive nozzle section (11) has a plurality of drive nozzles (13), wherein all drive nozzles (13) together form a total opening cross-section of the drive nozzle section (11);

wenigstens ein Sperrelement (15) mit einer Sperrfläche (17), entlang eines Verstellweges (S) verstellbar gelagert, an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet ist; wobei at least one blocking element (15) with a blocking surface (17), adjustably mounted along an adjustment path (S), is arranged on the nozzle section (10); wherein

wenigstens eine der Treibdüsen (13), innerhalb des Verstellweges (S) in Überschneidung mit der Sperrfläche (17) des wenigstens einen Sperrelementes (15) angeordnet ist, für ein verstellbares Begrenzen des Gesamtströmungsquerschnittes des Treibdüsenabschnittes (11) mittels variabler Überschneidung der Sperrfläche (17) mit einem Strömungsquerschnitt der wenigstens einen Treibdüse (13) entlang des Verstellweges (S), at least one of the drive nozzles (13) is arranged within the adjustment path (S) in overlap with the blocking surface (17) of the at least one blocking element (15), for adjustable limitation of the total flow cross-section of the drive nozzle section (11) by means of variable overlap of the blocking surface (17) with a flow cross-section of the at least one drive nozzle (13) along the adjustment path (S),

dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that

die Treibdüsen (13) auf einer Linie zueinander benachbart angeordnet sind und das wenigstens eine Sperrelement (15) mittels einer Führung verschiebbar gelagert an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet ist, für eine lineare Verstellbewegung des Sperrelementes (15) in Bezug zu den Treibdüsen (13). the drive nozzles (13) are arranged adjacent to one another in a line and the at least one blocking element (15) is mounted on the nozzle section (10) so as to be displaceable by means of a guide, for a linear adjustment movement of the blocking element (15) in relation to the drive nozzles (13).

2. Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei alle Treibdüsen (13) innerhalb des Verstellweges (S) in Überschneidung mit der Sperrfläche (17) von einem und demselben Sperrelement (15) angeordnet sind, für ein verstellbares Begrenzen oder Verschließen des Gesamtströmungsquerschnittes des Treibdüsenabschnittes (11) mittels variabler Überschneidung der Sperrfläche (17) mit den Strömungsquerschnitten aller Treibdüsen (13) entlang des Verstellweges (S). 2. Ejector device (100) according to claim 1, wherein all drive nozzles (13) within the adjustment path (S) are arranged in overlap with the blocking surface (17) of one and the same blocking element (15), for an adjustable limitation or closure of the total flow cross-section of the drive nozzle section (11) by means of variable overlap of the blocking surface (17) with the flow cross-sections of all drive nozzles (13) along the adjustment path (S).

3. Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zu einer Seite der Sperrfläche (17) eine stufenförmige Kontur (16A) an dem wenigstens einen Sperrelement (15) ausgebildet ist, wobei ein Abstand zwischen benachbarten Stufen der stufenförmigen Kontur (16A) im Wesentlichen einem Abstand zwischen benachbart angeordneten Treibdüsen (13) entspricht, für ein stufenweises Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen (13). 3. Ejector device (100) according to claim 1 or 2, wherein a step-shaped contour (16A) is formed on the at least one blocking element (15) on one side of the blocking surface (17), wherein a distance between adjacent steps of the step-shaped contour (16A) substantially corresponds to a distance between adjacently arranged drive nozzles (13), for a step-by-step limitation or closure of flow cross sections of the drive nozzles (13).

4. Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zu einer Seite der Sperrfläche (17) eine Kontur (16B) mit gradueller Steigung an dem wenigstens einen Sperrelement (15) ausgebildet ist, für ein graduelles Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen (13). 4. Ejector device (100) according to claim 1 or 2, wherein a contour (16B) with a gradual slope is formed on the at least one blocking element (15) on one side of the blocking surface (17), for a gradual limitation or closure of flow cross sections of the drive nozzles (13).

5. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das wenigstens eine Sperrelement (15) stromaufwärts von den Treibdüsen (13) an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet und mit der Sperrfläche (17) in einem Gleitkontakt mit Enden der Treibdüsen (13) gelagert ist, für ein einlassseitiges Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen (13). 5. Ejector device (100) according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one blocking element (15) is arranged upstream of the drive nozzles (13) on the nozzle section (10) and is mounted with the blocking surface (17) in sliding contact with ends of the drive nozzles (13), for limiting or closing flow cross sections of the drive nozzles (13) on the inlet side.

6. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das wenigstens eine Sperrelement (15) stromabwärts von den Treibdüsen (13) an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet und mit der Sperrfläche (17) in einem Gleitkontakt mit Enden der Treibdüsen gelagert ist, für ein auslassseitiges Begrenzen oder Verschließen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen (13). 6. Ejector device (100) according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one blocking element (15) is arranged downstream of the drive nozzles (13) on the nozzle section (10) and is mounted with the blocking surface (17) in sliding contact with ends of the drive nozzles, for limiting or closing flow cross sections of the drive nozzles (13) on the outlet side.

10. 10.

11. 11.

12. 12.

13. 13.

14. 15. 16. 14. 15. 16.

17. 17.

18. 18.

Österreichisches AT 526 672 B1 2024-06-15 Austrian AT 526 672 B1 2024-06-15

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verstellweg (S) in einem Winkel, insbesondere quer zu der Linie der benachbarten Treibdüsen (13) verlaufend, ausgebildet ist. Ejector device (100) according to one of claims 1 to 6, wherein the adjustment path (S) is formed at an angle, in particular running transversely to the line of the adjacent drive nozzles (13).

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das wenigstens eine Sperrelement (15) mit einem Stellglied gekoppelt ist, für ein Einstellen des wenigstens einen Sperrelementes (15) entlang des Verstellweges (S). Ejector device (100) according to one of claims 1 to 7, wherein the at least one locking element (15) is coupled to an actuator for adjusting the at least one locking element (15) along the adjustment path (S).

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Treibdüsen (13) unterschiedliche Strömungsquerschnitte, insbesondere in einer Reihenfolge von benachbart angeordneten Treibdüsen (13) zunehmende Strömungsquerschnitte aufweisen. Ejector device (100) according to one of claims 1 to 8, wherein the drive nozzles (13) have different flow cross-sections, in particular increasing flow cross-sections in a sequence of adjacently arranged drive nozzles (13).

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischabschnitt (20) vorgesehen ist, in den der Düsenabschnitt (10) einmündet, zum Mischen des zugeführten primären Fluidstroms und des zugeführten sekundären Fluidstroms. Ejector device (100) according to one of claims 1 to 9, characterized in that a mixing section (20) is provided, into which the nozzle section (10) opens, for mixing the supplied primary fluid flow and the supplied secondary fluid flow.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei der Mischabschnitt (20) ferner aufweist: Ejector device (100) according to claim 10, wherein the mixing section (20) further comprises:

eine Mischkammer (21) mit einem verringerten Strömungsquerschnitt (D241) innerhalb des Mischabschnitts (20), zum Impulsaustausch zwischen dem primären Fluidstrom und dem sekundären Fluidstrom, a mixing chamber (21) with a reduced flow cross-section (D241) within the mixing section (20), for the exchange of momentum between the primary fluid flow and the secondary fluid flow,

einen Diffusorabschnitt (22) mit einem zunehmenden Strömungsquerschnitt, zur Diffusion des primären Fluidstroms und des sekundären Fluidstroms durch Verringerung von deren Strömungsgeschwindigkeiten, und / oder a diffuser section (22) with an increasing flow cross-section, for diffusing the primary fluid flow and the secondary fluid flow by reducing their flow velocities, and/or

einen Vereinigungsabschnitt (23) mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt (D23), zum Vereinen des primären Fluidstroms und des sekundären Fluidstroms bei im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsgeschwindigkeiten. a merging section (23) having a substantially constant flow cross-section (D23) for merging the primary fluid flow and the secondary fluid flow at substantially constant flow velocities.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei in dem Mischabschnitt (20) ein schlauchförmiges, strömungsführendes Membranelement (24) angeordnet ist, das in der Mischkammer (21) eine flexible Umfangsfläche mit einem variablen Durchmesser bildet. Ejector device (100) according to claim 11, wherein a tubular, flow-guiding membrane element (24) is arranged in the mixing section (20), which forms a flexible peripheral surface with a variable diameter in the mixing chamber (21).

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 12, wobei um das strömungsführende Membranelement (24) herum ein ringförmiges, elastisches Element angeordnet ist, mittels dem das strömungsführende Membranelement (24) flexibel gelagert an dem Mischabschnitts (20) angeordnet ist. Ejector device (100) according to claim 12, wherein an annular, elastic element is arranged around the flow-guiding membrane element (24), by means of which the flow-guiding membrane element (24) is arranged in a flexibly mounted manner on the mixing section (20).

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei der Mischabschnitt (20) mittels wenigstens eines strömungsführenden Elementes (24A,B; 24C,D; 24E,F) des Mischabschnitts (20), das wenigstens in einem Bereich der Mischkammer (21) quer zur Strömungsrichtung verstellbar gelagert angeordnet ist, wenigstens ein kleinster Strömungsquerschnitt (D2+4) in der Mischkammer (21) in wenigstens einer radialen Abmessung variabel eingerichtet ist. Ejector device (100) according to claim 11, wherein the mixing section (20) is arranged to be variable in at least one radial dimension by means of at least one flow-guiding element (24A,B; 24C,D; 24E,F) of the mixing section (20), which is arranged so as to be adjustably mounted transversely to the flow direction at least in one region of the mixing chamber (21), at least one smallest flow cross-section (D2+4) in the mixing chamber (21).

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei, zumindest in Strömungsrichtung abschnittsweise, ein Profil des Mischabschnitts (20) in zwei strömungsführende Elemente (24A,B; 24C,D; 24E,F) aufgeteilt ist, die zumindest an einer Lagerstelle durch eine lineare Führung (26) und/oder durch eine zentrische Führung (27) quer zur Strömungsrichtung verschiebbar gelagert sind. Ejector device (100) according to claim 14, wherein, at least in sections in the flow direction, a profile of the mixing section (20) is divided into two flow-guiding elements (24A,B; 24C,D; 24E,F) which are mounted displaceably transversely to the flow direction at least at one bearing point by a linear guide (26) and/or by a centric guide (27).

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei das wenigstens eine strömungsführende Element (24A,B; 24C,D; 24E,F) des Mischabschnitts (20) mittels wenigstens eines elastischen Elements (25) in der Mischkammer (21), in dem Diffusorabschnitt (22) und/oder in dem Vereinigungsabschnitt (23) flexibel gelagert an dem Mischabschnitts (20) angeordnet ist. Ejector device (100) according to claim 14 or 15, wherein the at least one flow-guiding element (24A,B; 24C,D; 24E,F) of the mixing section (20) is arranged on the mixing section (20) in a flexibly mounted manner by means of at least one elastic element (25) in the mixing chamber (21), in the diffuser section (22) and/or in the merging section (23).

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das wenigstens eine strömungsführende Element (24A,B; 24C,D; 24E,F) des Mischabschnitts (20) zur Innenseite eine den Strömungsquerschnitt (D21, D23) umschließende Dichtung aufweist. Ejector device (100) according to one of claims 14 to 16, wherein the at least one flow-guiding element (24A,B; 24C,D; 24E,F) of the mixing section (20) has a seal enclosing the flow cross-section (D21, D23) towards the inside.

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 oder 16, wobei sich eine Verstellung des strömungsführenden Membranelementes (24) und/oder des wenigstens einen strö-Ejector device (100) according to one of claims 13 or 16, wherein an adjustment of the flow-guiding membrane element (24) and/or of the at least one flow

mungsführenden Elementes (24A,B; 24C,D; 24E,F) des Mischabschnitts (20) mittels eines Gleichgewichts zwischen einer vordefinierten elastischen Rückstellkraft des elastischen Elementes (25) und einem Gesamtdruck aus dem primären Fluidstrom und dem sekundären Fluidstrom, die durch den Mischabschnitt (20) strömen, selbst reguliert. The pressure of the fluid-conducting element (24A,B; 24C,D; 24E,F) of the mixing section (20) is self-regulated by means of a balance between a predefined elastic restoring force of the elastic element (25) and a total pressure of the primary fluid flow and the secondary fluid flow flowing through the mixing section (20).

19. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 oder 15, wobei eine Verstellung des strömungsführenden Membranelementes (24) und/oder des wenigstens einen strömungsführenden Elements (24, 24A,B; 24C,D; 24E,F) des Mischabschnitts (20) mittels eines gekoppelten Stellglieds ansteuerbar ist. 19. Ejector device (100) according to one of claims 12 or 15, wherein an adjustment of the flow-guiding membrane element (24) and/or of the at least one flow-guiding element (24, 24A,B; 24C,D; 24E,F) of the mixing section (20) can be controlled by means of a coupled actuator.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen 8 sheets of drawings