AT526672A4 - Ejektorvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

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).

Description

Ejektorvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ejektorvorrichtung zur Dosierung eines Brennstoffgases und eines Anodenabgases in einer Anodengasrezirkulation eines Brenn-

stoffzellensystem.

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 do-

siert angereichert und der Anode erneut zugeführt wird.

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 Brenn-

stoffstapels ein weiteres mal überwinden zu können.

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 Schallgeschwin-

digkeit unter Strömungsraten im Volllastbetrieb sichergestellt ist.

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

fluidstroms im Bereich der Schallgeschwindigkeit zu erzielen.

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 Um-

setzung lösbar zu sein.

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.

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 Strömungscharak-

teristik und einen hohen Wirkungsgrad als Strahlpumpe gewährleistet.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Ejektorvorrichtung mit den Merk-

malen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich

aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

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 sekun-

dären Fluidstroms.

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 Überschneidung 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 Sper-

relementes angeordnet.

Die Erfindung sieht somit erstmals einen variabel durchströmbaren Aufbau von meh-

reren Treibdüsen in einem Ejektor vor.

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 radia-

len Dimensionierung der Düsenöffnung, durch eine variable Summe aus einer

senöffnungen ersetzt.

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 Düsenöff-

nung erzielt.

Diese Funktion wird trotz eines Ejektoraufbaus mit starrer radialer Dimensionierung der einzelnen Treibdüsen realisiert, womit der Aufbau eine robuste, langlebige Kon-

struktion aufweist und günstig herstellbar ist.

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 erschöpfte.

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.

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 Primär-

strom.

gesteigerten Effizienz des Brennstoffgasverbrauchs.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können alle Treibdüsen innerhalb des Verstellweges in Überschneidung 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 Treibdü-

sen.

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 Gesamtströmungs-

querschnitts erzielt.

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 Gesamtströmungs-

querschnitts über alle einzelnen Strömungsquerschnitte erzielt.

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

düsen.

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 Strömungsquer-

schnitten der Treibdüsen.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können die Treibdüsen auf einer Linie zueinander benachbart angeordnet sein, und das wenigstens eine Sperrelement mittels einer Führung verschiebbar gelagert an dem Düsenabschnitt angeordnet sein,

für eine lineare Verstellbewegung des Sperrelementes in Bezug zu den Treibdüsen.

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.

Gemäß einem alternativen, vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Sperrelement mittels eines Drehpunktes verschwenkbar gelagert an dem Düsenabschnitt angeordnet sein, für eine verschwenkende Verstellbewegung des Sperrele-

mentes in Bezug zu den Treibdüsen.

Gemäß einem alternativen, vorteilhaften Aspekt der Erfindung 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.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Sperrelement mit einem Stellglied gekoppelt sein, für ein Einstellen des wenigstens einen Sper-

relementes entlang des Verstellweges (S).

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können die Treibdüsen unterschiedliche Strömungsquerschnitte, insbesondere in einer Reihenfolge von benachbart an-

geordneten Treibdüsen zunehmende Strömungsquerschnitte, aufweisen. Somit ist

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Primärfluides auf unterschiedliche Anwendungen und Spezifikationen möglich.

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.

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.

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 Sträömungsdurchmessers in dem nachgelagerten Mischhabschnitt, insbesondere an dessen kleinstem Strömungsquerschnitt in

der Mischkammer.

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 Mischab-

schnitts angeordnet ist.

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 Strö-

mungsquerschnitt in der Mischkammer in wenigstens einer radialen Abmessung vari-

abel eingerichtet sein.

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 strömungs-

führenden Elemente einnehmen.

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.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine strömungsführende Element des Mischabschnitts zur Innenseite eine den Strömungsquerschnitt umschließende Dichtung aufweisen. Somit kann wiederum eine Integrität einer Innenfläche des strömungsführenden Elementes hergestellt oder im Bereich von des-

sen Lagerung verbessert werden.

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.

zuleiten.

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 umschließenden 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.

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 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 Auf-

hängung, elastische Lagerung oder eine elastische Anlenkung als Teil einer teils

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elastischen und teils geführten Lagerung. Die zueinander beweglich gelagerten Ele-

mente 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.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, Ausfüh-

rungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

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;

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;

Fig. 2B einen schematischen Querschnitt in der z-y Ebene durch einen Düsenabschnitt eines Ejektors mit einem linearen Sperrelement gemäß einer ande-

ren Ausführungsform der Erfindung;

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;

Fig. 4 einen schematischer Längsschnitt in der x-y Ebene durch den Ejektor aus Fig. 3, der eine Krafteinwirkung auf das strömungsführende Membranele-

ment zeigt;

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 va-

riabel verstellbar ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

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;

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 Ausführungs-

form der Erfindung; und

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.

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 senktrechten 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, wie später weiter erläutert wird.

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 Gesamtströ-

mungsquerschnitt des Treibdüsenabschnittes 11 bilden.

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 Phäno-

mens für eine größtmögliche Effizienz der Ejektorvorrichtung 100, der Primärfluidstrom

schwindigkeit des Primärfluids oberhalb der Schallgeschwindigkeit erzielen.

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 Treibdüsen13 zugewandten Sperrfläche 17 überdeckt das Sperrelement 15 die Strömungsquerschnitte der Treibdüsen 13, wobei eine teilweise oder vollständige Überschneidung der Strömungsquerschnitte und der Sperrfläche 17, und somit ein Durchfluss durch die einzelnen Treibdüsen 13 bei einer Verstellung des Sperrelemen-

tes 15 entlang eines Verstellweges S variabel begrenzt oder gesperrt wird.

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.

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 Überschneidung 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.

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 mo-

dulierte Überschneidung oder strömungsoptimierte Ausrichtung von Überschneidun-

gen des Sperrelementes 15 und den Treibdüsen 13 entlang des Verstellweges S rea-

lisierbar.

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 benach-

barten Treibdüsen 13 entlang des Verstellweges S bewirkt.

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.

Durch einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des 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 ring-

förmigen Düsenspalt 14 der Saugdüse 12 führt.

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 Treib-

düse 11 austretenden Primärfluidstroms mindestens Schallgeschwindigkeit erreicht.

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 Mischab-

schnittes 20 an, welche in der y-Richtung der Darstellung den geringsten

dem Primärfluidstrom und dem Sekundärfluidstrom führt.

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.

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.

Hierzu ist das Membranelement 24 mit einem nicht näher dargestellten ringförmigen,

elastischen Element umgeben oder einem umgreifenden Stellglied gekoppelt.

ner elastischen Hülle oder gegen ein äußeres konstantes Luftpolster bewirken.

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt eine alternative Ausführungsform, welche eine gemeinsame Verstellung aller Strömungsquerschnitte des Mischabschnittes 20 einschließlich Dz21 und Ds, 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.

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.

Zuständen der linearen Verstellung in einer radialen Abmessung aktiv umzuschalten.

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 Brennstoffzellensys-

tems ergibt sich die Kontur eines Langlochs.

Fig. 8 zeigt ein entsprechendes Profil des Strömungskanals des Mischabschnitts 20, dessen Innenflächen der strömungsführenden Elemente 24E, 24F alternativ als Kreisbögen mit größerem 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 Dz3 in dem Vereinigungsabschnitt 23, die im Vergleich zur Formgebung aus Fig. 7 ähnlicher einem Kreisquerschnitt kommt und damit eine größere Durchlassflä-

che bei ähnlich kompakten Außenabmessungen oder geringerem Verstellweg zulässt.

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-Rich-

tung erfolgen.

Fig. 7 und Fig 8 sind auch mit einer einzelnen Treibdüse 13 ausführbar, mit dem ein-

geschränkten Vorteil einer geringeren Mischkammerdimension im Teillastbetrieb.

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In einer alternativen, nicht weiter dargestellten Ausführungsform können zu den Figu-

ren 1 bis 4 abweichende Anordnungen der Treibdüsen 13 und einer Form sowie La-

gerung des Sperrelementes 15 ausgestaltet sein.

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.

Alternativ können eine Anordnung der Treibdüsen 13 sowie ein Drehpunkt zur Lagerung des Sperrelementes und dessen Verstellweg S konzentrisch zueinander ausge-

richtet sein, ähnlich einer Konfiguration eines Revolvers.

Alternativ können die Treibdüsen eine Auswahl verschiedener, insbesondere in einer

benachbarten Reihenfolge zunehmender Strömungsquerschnitte aufweisen.

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 Strömungsquer-

schnitten der Treibdüsen 13 abgestimmt sind.

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.

Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorlie-

gende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen

Bezugszeichenliste

10 Düsenabschnitt

11 Treibdüsenabschnitt

12 Saugdüse

13 Treibdüsen

14 Düsenspalt

15 Sperrelement

16 Kontur des Sperrelementes

17 Sperrfläche des Sperrelementes

20 Mischabschnitt

21 Mischkammer

22 Diffusorabschnitt

23 Vereinigungsabschnitt

24 strömungsführendes Membranelement

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

26 lineare Führung

27 zentrisch gekrümmte Führung

100 Ejektorvorrichtung

D21 Strömungsquerschnitt in der Mischkammer

Dz23 Strömungsquerschnitt im Vereinigungsabschnitt

Ss Verstellweg des Sperrelementes

Claims (23)

Patentansprüche

1. Ejektorvorrichtung (100) für eine Anodengasrezirkulation in einem Brennstoffzel-

lensystem, aufweisend:

einen Düsenabschnitt (10) zum Zusammenführen eines primären Fluidstroms

und eines sekundären Fluidstroms in der Anodengasrezirkulation, mit:

einem Treibdüsenabschnitt (11) zum Zuführen und Erhöhen einer Strö-

mungsgeschwindigkeit des primären Fluidstroms, und

einem Saugdüsenabschnitt (12) mit einem Düsenspalt (14), der in einemäußeren Bereich des Düsenabschnitts (10), um den Treibdüsenabschnitt (11) herum angeordnet ist, zum Ansaugen und Zuführen des sekundären

Fluidstroms; dadurch gekennzeichnet, dass

der Treibdüsenabschnitt (11) eine oder mehrere Treibdüsen (13) aufweist, wobei alle Treibdüsen (13) gemeinsam einen Gesamtöffnungsquerschnitt des Treibdü-

senabschnitts (11) bilden;

wenigstens ein Sperrelement (15) mit einer Sperrfläche (17), entlang eines Verstellweges (S) verstellbar gelagert, an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet ist;

wobei

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 Treib-

düse (13) entlang des Verstellweges (S).

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 Verstell-

weges (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).

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 Verschlie-

ßen von Strömungsquerschnitten der Treibdüsen (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).

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).

7. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 Sper-

relementes (15) in Bezug zu den Treibdüsen (13).

8. Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei der Verstellweg (S) in einem Winkel, insbesondere quer zu der Linie der benachbarten Treibdüsen (13) ver-

laufend, ausgebildet ist.

9. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das wenigs-

tens eine Sperrelement (15) mittels eines Drehpunktes verschwenkbar gelagert

an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet ist, für eine verschwenkende Verstell-

bewegung des Sperrelementes (15) in Bezug zu den Treibdüsen (13).

10. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Treibdüsen (13) konzentrisch zueinander angeordnet sind, und das wenigstens ein Sperrelement (15) mittels eines konzentrischen Drehpunktes drehbar gelagert an dem Düsenabschnitt (10) angeordnet ist, für eine drehende Verstellbewegung des

Sperrelementes (15) in Bezug zu den Treibdüsen (13).

11. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das wenigstens eine Sperrelement (15) mit einem Stellglied gekoppelt ist, für ein Einstellen

des wenigstens einen Sperrelementes (15) entlang des Verstellweges (S).

12. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Treibdüsen (13) unterschiedliche Strömungsquerschnitte, insbesondere in einer Reihenfolge von benachbart angeordneten Treibdüsen (13) zunehmende Strömungs-

querschnitte aufweisen.

13. Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischabschnitt (20) vorgesehen ist, in den der Düsenabschnitt (10) einmündet, zum Mischen des zugeführten primären Fluidstroms und des zu-

geführten sekundären Fluidstroms.

14. Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei der Mischabschnitt (20) ferner

aufweist:

eine Mischkammer (21) mit einem verringerten Strömungsquerschnitt (D21) innerhalb des Mischabschnitts (20), zum Impulsaustausch zwischen dem primären

Fluidstrom und dem sekundären Fluidstrom,

einen Diffusorabschnitt (22) mit einem zunehmenden Strömungsquerschnitt, zur Diffusion des primären Fluidstroms und des sekundären Fluidstroms durch Ver-

ringerung von deren Strömungsgeschwindigkeiten, und / oder

15.

16.

17.

18.

19.

20.

22

einen Vereinigungsabschnitt (23) mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt (D23), zum Vereinen des primären Fluidstroms und des sekundären Fluidstroms bei im Wesentlichen gleichbleibenden Strömungsge-

schwindigkeiten.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 14, 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.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 15, 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.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 14, 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 (D21) in der Mischkammer (21) in wenigstens ei-

ner radialen Abmessung variabel eingerichtet ist.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 17, 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.

Ejektorvorrichtung (100) nach Anspruch 17 oder 18, 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.

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das we-

nigstens eine strömungsführende Element (24A,B; 24C,D; 24E,F) des

21.

22.

23

Mischabschnitts (20) zur Innenseite eine den Strömungsquerschnitt (D21, D23)

umschließende Dichtung aufweist.

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 16 oder 19, wobei sich eine Verstellung des strömungsführenden Membranelementes (24) und/oder des wenigstens einen strömungsführenden 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.

Ejektorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 15 oder 18, 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.