特許 7585355 ガス状の媒体を供給および／または制御するための燃料電池システム用のフィードユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】ガス状の媒体を供給および／または制御するための燃料電池システム用のフィードユニット

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20241111BHJP

   H01M 8/04089 20160101ALI20241111BHJP

   F04F 5/16 20060101ALI20241111BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/04089

F04F5/16

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022574333

(86)(22)【出願日】2021-04-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-04

(86)【国際出願番号】 EP2021061071

(87)【国際公開番号】W WO2021249690

(87)【国際公開日】2021-12-16

【審査請求日】2022-12-01

(31)【優先権主張番号】102020207269.8

(32)【優先日】2020-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】リヒター，アルミン

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２５５４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－００６０００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０２２－５００８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６９２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭５７－０７９１５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６１－０５５３９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４－８／０６６８

Ｆ０４Ｆ ５／００－５／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス状の媒体を供給および／または制御するための燃料電池システム（３１）用のフィードユニット（１）であって、圧力下にあるガス状の媒体の推進ジェットによって駆動されるジェットポンプ（４）を有しており、前記フィードユニット（１）のアウトレットが燃料電池（３２）のアノードインレット（５）に流体接続されており、前記ジェットポンプ（４）が、吸入領域（７）、混合管（９）およびディフューザ領域（１１）を有していて、前記ジェットポンプ（４）が、前記ガス状の媒体によって前記ジェットポンプ（４）の縦軸線（５２）に対して平行に延在する流れ方向ＩＩＩで貫流され、前記ディフューザ領域（１１）が前記燃料電池（３２）の前記アノードインレット（５）に少なくとも間接的に流体接続している形式のものにおいて、
前記ジェットポンプ（４）がハウジング構造群（６）を有していて、前記ハウジング構造群（６）が構成部分としての基体（８）および混合管インサート（１７）を有しており、前記混合管インサート（１７）は、特に組み立て時に少なくとも２つの前記混合管インサート（１７）が前記基体（８）内に取り付け可能であるように、交換可能であり、
前記基体（８）と前記混合管インサート（１７）との間に加熱エレメント（２７）が配置されていることを特徴とする、ガス状の媒体を供給および／または制御するための燃料電池システム（３１）用のフィードユニット（１）。

【請求項2】

構成部分としての前記基体（８）および前記混合管インサート（１７）が共に、前記ジェットポンプ（４）内で少なくとも部分的に流れ領域としての前記吸入領域（７）、前記混合管（９）および前記ディフューザ領域（１１）を形成しており、前記混合管インサート（１７）が前記縦軸線（５２）を中心にして少なくともほぼ完全に回転対称的に延在することを特徴とする、請求項１記載のフィードユニット（１）。

【請求項3】

少なくとも２つの前記混合管インサート（１７）が様々な混合管半径（２５）および／または様々な混合管長さ（２６）を有しており、該混合管長さ（２６）が前記縦軸線（５２）に対して平行に延在していて、前記混合管半径（２５）が前記縦軸線（５２）に対して直交する方向に延在していることを特徴とする、請求項１または２記載のフィードユニット（１）。

【請求項4】

前記基体（８）がその内径に少なくとも１つの第１の段部（１３）を有していて、前記混合管インサート（１７）がその外径の領域にそれぞれ少なくとも１つの第２の段部（１４）を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のフィードユニット（１）。

【請求項5】

前記フィードユニット（１）が前記ジェットポンプ（４）の隣に調量弁（１０）を有しており、これによって前記フィードユニット（１）が組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置（３）として構成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィードユニット（１）。

【請求項6】

前記基体（８）および前記混合管インサート（１７）が異なる材料より成っていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィードユニット（１）。

【請求項7】

前記混合管インサート（１７）の表面粗さが、流路の領域内で前記基体（８）の表面粗さよりも低いことを特徴とする、請求項６記載のフィードユニット（１）。

【請求項8】

前記混合管インサート（１７）の熱容量が前記基体（８）の熱容量よりも小さい、および／または、前記混合管インサート（１７）の熱伝導率が前記基体（８）の熱伝導率よりも高いことを特徴とする、請求項６または７記載のフィードユニット（１）。

【請求項9】

前記ガス状の媒体が水素であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のフィードユニット（１）。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項記載のフィードユニット（１）の使用法において、燃料電池システム（３１）内で使用する、フィードユニット（１）の使用法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス状の媒体、特に水素を供給および／または制御するための燃料電池システム用のフィードユニット、特に燃料電池駆動装置を有する車両に使用するために設けられるフィードユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

車両分野において、液体状の燃料の他に、将来的にガス状の燃料もますます重要になっている。特に燃料電池駆動装置を有する車両では水素ガス流を制御する必要がある。この場合、ガス流はもはや、液体状の燃料を噴射する場合のように断続的に制御されるのではなく、ガスは少なくとも１つのタンク、特に高圧タンクから取り出され、中圧管路システムの流入管路を介してエジェクタユニットにガイドされる。このエジェクタユニットは、低圧管路システムの接続管路を介してガスを燃料電池に導く。

【0003】

特許文献１から、ガス状の媒体、特に水素を供給および／または制御するための燃料電池システム用のフィードユニットが公知である。この場合、フィードユニットは、圧力下にあるガス状の媒体の推進ジェットによって駆動される少なくとも１つのジェットポンプを有しており、フィードユニットのアウトレットは燃料電池のアノードインレットに流体接続されている。ジェットポンプの基体内にノズルが配置されており、ジェットポンプの基体は、吸入領域、混合管およびディフューザ領域を有していて、ガス状の媒体によって、ジェットポンプの縦軸線に対して平行に延在する流れ方向で貫流される。

【0004】

特許文献１により公知のフィードユニットはある程度の欠点を有し得る。

【0005】

様々に変化する燃料電池の大きさおよび燃料電池出力に基づく様々な顧客要求によって、例えば混合管半径および／または混合管長さ等の特に混合管の領域内に、また吸入領域および／またはディフューザ領域の隣接する流れ領域内でも、内側の流れの輪郭の幾何学的な形態に関して様々な大きさのジェットポンプが必要となり得る。これらの様々な特殊な顧客要求は、個別の部分平面に関連して、特にフィードユニットの基体、またフィードユニット全体に至る構造群平面に関連して高いバリエーション多様性を生ぜしめる。これによって、高価なロジスティックコスト、製造コスト、高価な装備コスト、付加価値連鎖の始まりにおける少ないバリエーション形成並びに少量の装入量によるコスト的な欠点が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】独国特許公開第１０２０１８２１３３１３号明細書

【発明の概要】

【0007】

本発明によれば、ガス状の媒体、特に水素を供給および／または制御するための燃料電池システム用のフィードユニットであって、圧力下にあるガス状の媒体の推進ジェットによって駆動されるジェットポンプを有しており、フィードユニットのアウトレットが燃料電池のアノードインレットに流体接続されており、ジェットポンプが、吸入領域、混合管およびディフューザ領域を有していて、ガス状の媒体によってジェットポンプの縦軸線に対して平行に延在する流れ方向ＩＩＩで貫流され、ディフューザ領域が燃料電池のアノードインレットに少なくとも間接的に流体接続している。

【発明の効果】

【0008】

請求項１に関連して、フィードユニットの本発明による形態は、ジェットポンプがハウジング構造群を有していて、このハウジング構造群が構成部分としての基体および混合管インサートを有しており、混合管インサートは、特に組み立て時に少なくとも２つの混合管インサートが基体内に取り付け可能であるように、交換可能である、という利点を提供する。このような形式で、ジェットポンプの内側の流れの輪郭の幾何学的な形状に関する様々な顧客要求において、分散が混合管インサートによって描かれることが可能であり、これに対して基体は一定である、という利点が得られる。この場合、組み立て時に、流れの幾何学形状に関するそれぞれ必要とされる要求を表すそれぞれ１つの混合管インサートが基体内に取り付けられる。基体は、その幾何学的な形態に関して顧客の要求に関係なく、一定である。したがって、ジェットポンプの内側の流れの輪郭の様々な顧客要求および／または幾何学的形態のために、ジェットポンプの同一の基体を使用することができる。このような形式で、個別の部分平面、特にフィードユニットの基体、またフィードユニット全体に至る構造群平面に関するバリエーション多様性は低減される。これによって、ロジスティック費用および／または製造費用が削減され、それによりロジスティックコストおよび／または製造コストが削減され得る、という利点が得られる。さらに、基体の装入量が増大されるので、装備コストが低減され得る。この場合、フィードユニット全体のコストは低減され、これに対してさらにそれぞれのフィードユニットの製造時間および／または生産時間は短縮され得る。

【0009】

従属請求項は本発明の好適な発展形態に関するものである。

【0010】

フィードユニットの好適な実施形態によれば、構成部分としての基体および混合管インサートが共に、ジェットポンプ内で少なくとも部分的に流れ領域としての吸入領域、混合管およびディフューザ領域を形成している。このような形式で、ジェットポンプの内側の流れの輪郭の少なくともほぼ一部が基体と混合管インサートとによって形成され、これにより、製造コストは削減され得る。何故ならば、流れの輪郭の幾何学形状は、これら２つの構成部分内にだけ、１つの製造プロセスによって形成されればよいからである。本発明による混合管インサートの成形は、この構成部分のための製造コストが著しく低減され得るという利点を提供する。何故ならば、この構成部分は例えば施削加工法等の安価な方法を用いて製造され得るからである。このような形式で、フィード装置全体のコストは低減され得る。

【0011】

フィードユニットの特に好適な発展形態によれば、少なくとも２つの混合管インサートが様々な混合管半径および／または様々な混合管長さを有しており、この場合、混合管長さが縦軸線に対して平行に延在していて、混合管半径が縦軸線に対して直交する方向に延在している。このような形式で、フィードユニットの製造バリエーションが少なくともほぼ完全に構成部分としての混合管インサートにシフトされ、これによって、フィードユニットを製造するための製造コストおよび／またはロジスティックコストが削減され得る、という利点が得られる。様々な混合管半径および／または様々な混合管長さを有する様々な混合管インサートを取り付けることができることによって、それぞれの顧客要求に適合する多数の流れの輪郭をジェットポンプおよびフィードユニットに形成することができる。この場合、必要な体積流量、圧力、燃料電池の理想的な作動点、燃料電池システム内に取り付けられたジェットポンプの数、温度、車両全体および／または燃料電池の出力等のファクターが、必要とされる混合管半径および必要とされる混合管長さに影響を与える。この場合、フィードユニットおよび／またはジェットポンプに関する様々な顧客要求は、組み立て時にそれぞれ適合する混合管インサートを取り付け、これに対してジェットポンプの標準的な基体はそのまま維持され得るように、実現され得る。したがって、ジェットポンプの効率は改善され、これに対して、総コスト、特にジェットポンプおよびフィードユニットの製造コストは低減され得る。

【0012】

フィードユニットの好適な実施形態によれば、基体がその内径に少なくとも１つの第１の段部を有していて、混合管インサートがその外径の領域にそれぞれ少なくとも１つの第２の段部を有している。このような形式で、それぞれ必要とされる混合管インサートが縦軸線の方向で基体内に押し込まれることによって、迅速かつ安価な組み立てが実現され得る。この場合、混合管インサートは、縦軸線に対して直交する方向で、その外径が基体の内径と少なくとも間接的に当接するように、固定される。縦軸線の方向で、混合管インサートは一方向で第２の段部によって固定されており、第２の段部は基体の第１の段部に当接する。さらに、混合管インサートは、混合管インサートの外径を小さくし、それによってより簡単な組み立てを可能にするために、組み立て前に冷却されてよい。

【0013】

フィードユニットの特に好適な実施形態によれば、フィードユニットはジェットポンプの隣に調量弁を有しており、これによってフィードユニットが組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置として構成されている。このような形式で、一方では、調量弁とジェットポンプとの間のできるだけ短い流路接続部が実現され得るという利点が得られる。何故ならば、これら２つの構成部材は、１つの共通の基体内に空間的に直に互いに隣り合って位置していて、かつ／またはこれら２つの構成部材間の流路接続部は流れの変向を少なくともほぼ有していないからである。この場合、ガス状の媒体と流路との間の摩擦損失は低減され、それによってフィード装置の効率は改善され得る。他方では、調量弁とジェットポンプとが基体の内側および／または基体に接して配置されている、組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置としてのフィードユニットの好適な実施形態によって、これら２つの構成部材の表面は縮小され、それによってフィードユニットの改善された冷間始動能力が得られる。この場合、構成部材としての調量弁およびジェットポンプは、車両の停止時に低い温度でゆっくりと冷却される。しかも、組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置として構成された構成部材としての調量弁およびジェットポンプの比較的素早い加熱が可能である。このような形式で、例えばシステム内または構成部材内におけるアイスブリッジが減少されることによって、フィードユニットの故障の確率は低下され、フィードユニットの耐用年数は高められ得る。

【0014】

特に好適な発展形態によれば、基体と混合管インサートとの間に加熱エレメントが配置されている。このような形式で、０℃を下回る低い温度での車両全体および／または燃料電池システムの長い停止時間において、内側の流れの輪郭の範囲内でガス状の媒体内に場合によっては存在する水が氷および／またはアイスブリッジを形成し得ることによって、ジェットポンプおよび／またはフィードユニット全体の改善された冷間始動手順が得られる。この場合、角の尖ったアイスブリッジが表面に損傷を与えることによって、ジェットポンプの流れにとって重要な表面および／またはジェットポンプの後続のその他の構成部材が損傷を被ることがある。加熱エレメントによって、アイスブリッジは、冷間始動手順中に溶解し、それによりフィードユニットおよび燃料電池システム全体が運転開始される前に除去され得る。このような形式で、例えばシステム内または構成部分内でアイスブリッジが減少されることによって、フィードユニットの故障確率は低下され、フィードユニットの耐用年数は高められ得る。

【0015】

フィードユニットの好適な実施形態によれば、基体と混合管インサートとが異なる材料より成っている。このような形式で、基体の材料は、圧縮強さまたは耐食性への要求を満たすように選択され、これに対して、混合管インサートの材料は、これが素早くかつ安価に加工可能であるように選択されるという利点が得られる。このような形式で、基体および混合管インサートに対する様々な要求を様々な材料選択によって可能な限り最良に満たすことができることによって、ジェットポンプおよびフィードユニットのコストは低減され得る。さらにこれによって、ジェットポンプの耐用年数は高められ、かつ／またはフィードユニットの全重量は低減され得る。

【0016】

好適な発展形態によれば、混合管インサートが、流路の領域内で高い表面品質および／または低い表面粗さを有している。このような形式で、ガス状の媒体とジェットポンプおよび／またはフィードユニットの内側の流れの輪郭との間の摩擦損失は低減され得るという利点が得られる。これによってフィードユニットの効率は改善され得る。

【0017】

フィードユニットの特に好適な実施形態によれば、混合管インサートが少なくとも部分的に、小さい熱容量および／または高い熱伝導率を有する材料より製造されている。このような形式で、冷間始動手順において混合管インサートだけが適切に加熱され、これに対して、基体は一緒に完全に加熱される必要はない。このような形式で、ヒータ出力を低下させることができる。何故ならば、混合管インサートは基体よりも早く加熱され、それによりフィードユニットの運転コストは特に冷間始動手順において低減され得るからである。

【0018】

本発明は、ここに記載した実施例および前記実施例において強調された態様だけに限定されるものではない。むしろ、請求項に記載した範囲内で、当業者の取り扱いの枠内にある多くの変化形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】ジェットポンプおよび調量弁を備えたフィードユニットの概略的な断面図である。

【図2】図１においてＸで示された、ハウジング構造群を備えたフィードユニットのジェットポンプの部分の拡大図である。

【図3】構造部分としての基体、混合管インサート、加熱エレメントおよびシールエレメントを備えたハウジング構造群の、図２においてＸＩで示された部分を示す図である。

【図4】燃料電池およびフィードユニットを備えた本発明による燃料電池装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明を、図面を用いて以下に詳しく説明する。

【0021】

図１による図は、フィードユニット１の概略的な断面図を示し、フィードユニット１は組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置３を有している。組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置３は、調量弁１０およびジェットポンプ４を有しており、この場合、調量弁１０は、例えばねじ締結によってジェットポンプ４、特にジェットポンプ４の基体８に接続されている。

【0022】

ジェットポンプ４は、第１のインレット２８、第２のインレット３６ａ、吸入領域７、混合管９およびディフューザ領域１１を有している。調量弁１０は、第２の他のインレット３６ｂおよびノズル１２を有している。調量弁１０は、特に縦軸線５２の方向でジェットポンプ４、特にジェットポンプ４の基体８の開口内に押し込まれている。

【0023】

さらに図１には、組み合わせ型の弁／ジェットポンプ装置３が供給しようとする媒体によって流れ方向ＩＩＩで貫流されることが示されている。弁／ジェットポンプ装置３の貫流される領域の大部分が少なくとも概ね管状に構成されていて、特にＨ_２ＯおよびＮ_２の成分を含むＨ_２であるガス状の媒体を、フィードユニット１内で供給および／または誘導するために用いられる。ガス状の媒体は、基体８の内部で中央の流れ領域１９を、縦軸線５２に対して平行に流れ方向ＩＩＩで貫流し、この場合、中央の流れ領域１９は、吸入領域７内のノズル１２の開口の領域から始まって、混合管９を通ってディフューザ領域１１内まで、例えばこのディフューザ領域１１を超えて延在していて、特にフィードユニット１の貫流横断面の少なくともほぼ一定の直径を有する領域内まで達している。この場合、弁／ジェットポンプ装置３に、一方では第１のインレット２８を介して再循環が供給され、この再循環は、特に、燃料電池３２のアノード領域３８（図４参照）、特にスタックからの未消費のＨ_２であるが、再循環は水および窒素を有していてもよい。再循環は、第１の流路ＩＶを通って弁／ジェットポンプ装置３内に流入する。他方では、第２の流路Ｖで第２のインレット３６を通って弁／ジェットポンプ装置３の外から、ガス状の燃料媒体、特にＨ_２が弁／ジェットポンプ装置３の開口および／または基体８および／または調量弁１０内に流入し、この場合、燃料媒体は、タンク３４から到来してよく、特に５ｂａｒよりも大きい高圧下にある。第２のインレット３６ａ、ｂは、基体８および／または調量弁１０の構成部分を通って延在している。燃料媒体は、調量弁１０からアクチュエータおよび完全に閉鎖可能な弁部材によって、特に断続的にノズル１２を通って吸入領域７および／または混合管９内に放出される。ノズル１２を通って流入する燃料媒体として用いられるＨ_２は、第１のインレット２８からフィードユニット１内に流入する再循環媒体に対する圧力差および／または速度差を有しており、この場合、燃料媒体は、特に少なくとも５ｂａｒのより高い圧力を有している。いわゆるジェットポンプ効果が発生すると、再循環媒体がより小さい圧力で、例えばフィードユニット１に前置接続された側路形圧縮機を使用することによって、フィードユニット１の中央の流れ領域１９内に供給される。この場合、燃料媒体は、前記圧力差および特に音速にほぼ近い高い速度で、ノズル１２を通って吸入領域７および／または混合管９の中央の流れ領域１９内に流入する。この場合、ノズル１２は、貫流横断面の形の内側の切欠を有しており、この切欠を通してガス状の媒体が、特に調量弁１０から到来して吸入領域７および／または混合管９内に流入するように流れることが可能である。燃料媒体は、既に吸入領域７および／または混合管９の中央の流れ領域１９内に存在している再循環媒体にぶつかる。燃料媒体と再循環媒体との間の高い速度差および／または圧力差に基づいて、媒体間で内部摩擦および乱流が発生する。この際に、速い燃料媒体と概ね遅い再循環媒体との間の境界層内でせん断応力が発生する。この応力は、パルス伝達を生ぜしめ、この際に、再循環媒体は加速され、引き裂かれる。パルス受信の原理に従って混合が行われる。この場合、再循環媒体は流れ方向ＩＩＩで加速され、再循環媒体に圧力低下が発生し、これによって吸入作用が生じ、それにより、さらなる再循環媒体が第１のインレット２８の領域から後供給される。この作用は、ジェットポンプ作用と呼ばれてよい。調量弁１０により燃料媒体の配量を制御することによって、再循環媒体の供給率が調整され、運転状態および運転要求に応じて燃料電池システム３１（図１には示されていない）全体のそれぞれの必要に合わせられる。調量弁１０が閉じた状態にある、フィードユニット１の運転状態の一例において、燃料媒体が第２のインレット３６からジェットポンプ４の中央の流れ領域１９内に後から流入することは阻止されるので、燃料媒体は流れ方向ＩＩＩで再循環媒体に向かって吸入領域７および／または混合管９内にそれ以上流入することはなく、それによりジェットポンプ作用は中断される。

【0024】

混合管９を通過した後で、特に再循環媒体と燃料媒体とから成る混合された、供給しようとする媒体は、流れ方向ＩＩＩでディフューザ領域１１内に流入し、この際に、ディフューザ領域１１内で流れ速度の低下が生じ得る。ディフューザ領域１１から、媒体はさらに例えば燃料電池３２のアノード領域３８内に流入する。

【0025】

さらに、図１に示したフィードユニット１はジェットポンプ作用および供給効果を追加的に改善し、かつ／または冷間始動過程および／または製造費用および組み立て費用をさらに改善する技術的特徴を有している。この場合、ディフューザ領域１１の内側の貫流横断面の領域の部分は、特に流れ方向ＩＩＩで拡大して円錐形に延在している。ディフューザ領域１１の部分がこのように成形されていることによって、運動エネルギが圧力エネルギに変換され、それによってフィードユニット１の可能な供給量がさらに高められ、したがって、より多くの供給しようとする媒体、特にＨ_２が燃料電池３２に供給され、それによって燃料電池システム３１全体の効率が高められ得る、という有利な効果が得られる。

【0026】

本発明によれば、吸入領域７内および／または混合管９内への燃料媒体の精確な調量および改善された調量機能を可能にするために、調量弁１０は、比例弁１０として構成されていてよい。フィードユニット１の流れの幾何学形状および効率をさらに改善するために、ノズル１２および混合管９は回転対称的に構成されており、ノズル１２はジェットポンプ４の混合管９に対して同軸的に延在している。

【0027】

図２は、ハウジング構造群６を備えた、フィードユニット１のジェットポンプ４の、図１においてＸで示した部分の拡大図を示す。ハウジング構造群６は、構造部分としての基体８および混合管インサート１７を有している。ジェットポンプ４はノズル１２を有しており、ノズル１２はその内側に、縦軸線５２を中心にして回転対称的に内側の流れ開口２０を有している。流れ開口２０は、中央の流れ領域１９および／または吸入領域７を第２のインレット３６に接続し、この流れ開口２０を通って燃料媒体が流れ得る。ジェットポンプ４はハウジング構造群６を有している。ハウジング構造群６は、構成部分としての基体８および混合管インサート１７を有しており、混合管インサート１７は、特に組み立て時に、少なくとも２つの混合管インサート１７が基体８内に取り付け可能であるように、交換可能である。このような形式で、フィードユニット１およびひいてはジェットポンプ４は、混合管インサート１７だけを交換し、基体８は特にモジュール原理の枠内で様々な顧客要求のために使用され得るように、様々な顧客要求および／または仕様書要求に合わせられる。この場合、構造部分としての基体８および混合管インサート１７は共に少なくとも部分的に、ジェットポンプ４の内部の流れ領域としての吸入領域７、混合管９およびディフューザ領域１１を形成し、この場合、混合管インサート１７は、縦軸線５２を中心として少なくともほぼ完全に回転対称的に延在している。さらに、少なくとも２つの混合管インサート１７は、様々な混合管半径２５および／または様々な混合管長さ２６を有しており、混合管長さ２６は縦軸線５２に対して平行に延在していて、混合管半径２５は縦軸線５２に対して直交する方向に延在している。この場合、混合管半径２５は、縦軸線５２とそれぞれの混合管インサート１７の内側に位置する壁部３５との間に形成される。

【0028】

さらに図２に示されているように、基体８はその内径に少なくとも１つの第１の段部１３を有していて、混合管インサート１７はその外径領域にそれぞれ少なくとも１つの第２の段部１４を有している。混合管インサート１７は、この模範的な実施例では２つの第１の段部１３を有している。この場合、少なくとも１つの第１の段部１３が縦軸線５２の方向で第２の段部に当接している。このような形式で、混合管インサート１７は、組み立て時に、混合管インサート１７の第１の段部１３が基体８の第２の段部１４に当接するまで縦軸線５２の方向で基体８内に押し込まれ、それによって、構造部分としての基体８と混合管インサート１７とが特に縦軸線５２の方向で互いに正確に整列され、内側の流れの輪郭が要求通りに形成されることが保証され得る。追加的にジェットポンプ４の本発明による実施態様を改善する手段は、少なくとも１つのシールエレメント１５をジェットポンプ４の構成部分の段部１３，１４の間に配置することである。

【0029】

特にジェットポンプ４の再循環能力に関する顧客側の様々な要求に基づいて、ジェットポンプ４の中央の流れ領域１９の範囲内に個別の最適な内側幾何学形状の大きい分散を発生させることができる。多くの場合、最適な幾何学形状の設計は、混合管９および／または直に隣接する流れ範囲である吸入領域７および／またはディフューザ領域１１の範囲内だけが決定的に異なっている。したがって、フィードユニット１のモジュール式の構造が提案されており、このモジュール式の構造において、流れの幾何学形状の領域内の分散は構造部分としての混合管インサート１７内へずらされ、ジェットポンプ４の基体８は一定に設計されている。これによって、同一部分の数が増やされ、ひいてはコスト、特に分散コストが低減され得る。これにより、フィードユニット１は、例えば顧客に応じた混合管インサート１７を備えた「プラットホーム」ハウジング構造群を有する。

【0030】

さらに図２に示されているように、中央の流れ領域１９内にフィードユニット１の外側から第１のインレット２８を通ってガス状の再循環媒体、特にＨ_２が流入し、この場合、ガス状の再循環媒体は例えば燃料電池スタックから供給される。このガス状の再循環媒体は、流れ方向ＩＩＩでノズル１２と基体８との間を通って吸入領域７および／または混合管９内に流入する。

【0031】

図３には、構成部分としての基体８、混合管インサート１７、加熱エレメント２７および少なくとも１つのシールエレメント１５を備えた混合管９の領域内の、図２においてＸＩで示されたハウジング構造群６の部分が示されている。加熱エレメント２７は基体８と混合管１７との間に位置していてよい。この場合、基体８が第１の段部１３を有していて、混合管インサート１７が第２の段部１４を有しており、加熱エレメント２７は図示の模範的な実施例では、縦軸線５２の方向で第１の段部１３と第２の段部１４との間に位置していることが示されている。加熱エレメント２７は、縦軸線５２を中心にして少なくとも概ね回転対称的および／またはスリーブ状に周回するように延在していてよい。加熱エレメント２７によって、例えば冷間始動時に特にジェットポンプ４のフィードユニット１内で氷が形成される危険性は阻止され得る。何故ならば、加熱エレメント２７に、例えば電気式の加熱エレメント２７においては電気エネルギの形のエネルギが供給されることによって、氷は解かされるからである。しかも、冷間始動時に、そうでなければ冷たい混合管内で水が再凍結することは阻止され得る。加熱エレメント２７の接触接続は、例えば基体８内の孔を通して実現され得る。この場合、図３に示された模範的な実施例では、例えばＯリング１５として構成され得る、回転軸線５２回りを環状に巡るそれぞれ別個のシールエレメント１５が、加熱エレメント２７を、ジェットポンプ４の中央の流れ領域１９から供給されるガス状の媒体および／またはその他の液体に対してカプセル状に閉じ込めることが示されており、その結果、例えば電気構成部分の損傷は避けられ得る。

【0032】

さらに、基体８および混合管インサート１７が様々な材料より成っていれば好適である。この場合、好適な形式で、混合管インサート１７は少なくとも部分的に、特に基体８の材料と比較して小さい熱容量および／または高い熱伝導率を有している材料から製造されている。このような形式で、加熱エレメント２７によって混合管インサート１７の迅速な加熱が得られ、これに対して基体８はわずかに加熱されるだけである。これによって、基体８を不必要に加熱するエネルギは低減される。何故ならば、混合管インサートの表面の領域内のアイスブリッジだけが除去されるべきだからである。さらに、混合管インサート１７が、流路の範囲内に特に基体８と比較して高い表面品質および／または低い表面粗さを有していれば、さらに好適である。流れの輪郭にとって、高い表面品質および／または低い表面粗さ、ガス状の媒体とフィードユニット１との間のより小さい摩擦損失が重要であるが、この場合、流れの輪郭は、少なくともほぼ混合管インサート１７の領域内だけに存在する。これによって、フィードユニット１の製造コストは低減され、これに対してフィードユニット１の効率は高められ得る。

【0033】

図４には、燃料電池システム３１、特にアノード循環路の模範的な実施例が示されている。この場合、フィードユニット１は接続管路２９を介して、アノード領域３８およびカソード領域４０を有する燃料電池３２と接続されていることが示されている。さらに、再循環管路２３が設けられており、この再循環管路２３は、燃料電池３２のアノード領域３８を第１のインレット２８、ひいては特にフィードユニット１の吸入領域７に接続する。再循環管路２３によって、燃料電池３２の運転時にアノード領域３８内で利用できない第１のガス状の媒体が、第１のインレット２８に戻される。この第１のガス状の媒体は、特に前記再循環媒体である。

【0034】

さらに図４に示されているように、タンク３４内に溜められた第２のガス状の媒体は流入管路２１を介して、フィードユニット１および／またはジェットポンプ４の特に第２のインレット３６として構成された流入領域に供給される。この第２のガス状の媒体は特に燃料媒体である。

【符号の説明】

【0035】

１ フィードユニット
３ 弁／ジェットポンプ装置
４ ジェットポンプ
５ アノードインレット
６ ハウジング構造群
７ 吸入領域
８ 基体
９ 混合管
１０ 調量弁、比例弁
１１ ディフューザ領域
１２ ノズル
１３ 第１の段部
１４ 第２の段部
１５ シールエレメント、Ｏリング
１７ 混合管インサート
１９ 中央の流れ領域
２０ 流れ開口
２１ 流入管路
２３ 再循環管路
２５ 混合管半径
２６ 混合管長さ
２７ 加熱エレメント
２８ 第１のインレット
２９ 接続管路
３１ 燃料電池システム
３２ 燃料電池
３６ 第２のインレット
３６ａ 第２のインレット
３６ｂ その他のインレット
３８ アノード領域
４０ カソード領域
５２ 縦軸線、回転軸線
ＩＩＩ 流れ方向
ＩＶ 第１の流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】