AT520481B1

AT520481B1 - Injektionssystem für ein Brennstoffzellensystem zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum

Info

Publication number: AT520481B1
Application number: ATA50838/2017A
Authority: AT
Inventors: Dominic Leipold Bsc; Ing Dipl (Fh) Michael Reissig
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2020-03-15
Also published as: AT520481A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Injektionssystem (1) für ein Brennstoffzellensystem (2), aufweisend einen Injektor (3) zum Einspritzen von Brennstoff (4) in einen Brennraum (5) des Brennstoffzellensystems (2), eine Brennstoff-Dosierkammer (6) zum dosierten Zwischenspeichern des Brennstoffs (4) für den Injektor (3), und ein Einspritzventil (7) zum dosierten Einspritzen des Brennstoffs (4) in die Brennstoff- Dosierkammer (6), wobei die Brennstoff-Dosierkammer (6) in einem Positionierungskörper (8), zum Positionieren des Injektors (3) und des Einspritzventils (7) im Brennstoffzellensystem (2), ausgestaltet ist, wobei von der Brennstoff-Dosierkammer (6) innerhalb des Positionierungskörpers (8) ein Fluiddruck-Bestimmungskanal (14) in Richtung einer Außenseite des Positionierungskörpers (8) zum Bestimmen eines Fluiddrucks in der Brennstoff-Dosierkammer (6) abzweigt. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (2) mit dem Injektionssystem (1), ein Kraftfahrzeug (18) mit dem Brennstoffzellensystem (2) sowie ein Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum (5) unter Verwendung des erfindungsgemäßen Injektionssystems (1).

Description

Beschreibung

INJEKTIONSSYSTEM FÜR EIN BRENNSTOFFZELLENSYSTEM ZUM EINSPRITZEN VON BRENNSTOFF IN EINEN BRENNRAUM [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Injektionssystem für ein Brennstoffzellensystem, aufweisend einen Injektor zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum des Brennstoffzellensystems, eine Brennstoff-Dosierkammer zum dosierten Zwischenspeichern des Brennstoffs für den Injektor, und ein Einspritzventil zum dosierten Einspritzen des Brennstoffs in die Brennstoff-Dosierkammer. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.

[0002] Im Stand der Technik sind verschiedene Injektionssysteme bekannt. Injektionssysteme werden in der Regel verwendet, um Brennstoff bzw. ein Brennstoffgemisch in einen Brennraum einer Brennkammer einzuspritzen. Zum Einspritzen des Brennstoffs kann ein Injektor, beispielsweise in Form einer Einzelfluiddüse (single-fluid nozzle) verwendet werden, da über einen solchen Injektor der Brennstoff mit einem hohen Zerstäubungsgrad in den Brennraum eingespritzt werden kann. Darüber hinaus ist eine Einzelfluiddüse relativ kostengünstig. Die Verwendung einer Einzelfluiddüse erforderte bisher allerdings ein komplexes Druckregulierungssystem, um der Einzelfluiddüse auf sichere Weise eine definierte Brennstoffmenge zuführen zu können. Einzelfluiddüsen sind deshalb nicht zwangsläufig die bevorzugte Wahl.

[0003] Aus der DE 198 44 163 C1 geht ein Verfahren zum dosierenden, pulsartigen Pumpen fluider Medien unter hohem Druck hervor, wobei ein aus der gespeicherten kinetischen Energie eines elektromagnetisch angetriebenen Ankerelements einer Hubkolbenpumpe resultierender Druckstoß über einen Sperrkörper auf ein in einem mit einer Abspritzeinrichtung in Verbindung stehenden Druckraum eingeschlossenes Nutzfluid übertragen wird, so dass eine vorbestimmte Menge des Nutzfluids aus einer Abspritzeinheit befördert wird, wobei die gespeicherte kinetische Energie des Ankerelements schlagartig zunächst auf ein in einem dem Druckraum vorgeordneten Druckvorraum eingeschlossenes Arbeitsfluid einen Druckstoß induzierend übertragen wird, der sich im Arbeitsfluid ausbreitend auf den Sperrkörper und vom Sperrkörper auf das Nutzfluid übertragen wird. Eine solche Vorrichtung zum Zuführen der fluiden Medien zur Abspritzeinrichtung erfordert einen relativ komplexen Systemaufbau.

[0004] Injektionssysteme für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zum Einspritzen eines Fluides in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors sind beispielsweise aus der WO 2013117311 A1, der EP 2427650 A1, der EP 2522846 A2, der DE 102010039046 A1 und der EP 1431564 A2 bekannt. Diese weisen jeweils einen Injektor, eine Dosierkammer und ein Einspritzventil auf.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Injektionssystem, ein Brennstoffzellensystem, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchen bzw. in welchem Brennstoff auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise in einen Brennraum eingespritzt werden kann.

[0006] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Injektionssystem gemäß Anspruch 1, das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 11, das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 12 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Injektionssystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

[0007] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Injektionssystem für

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AT 520 481 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt. Das Injektionssystem weist einen Injektor zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum des Brennstoffzellensystems, eine Brennstoff-Dosierkammer zum dosierten Zwischenspeichern des Brennstoffs für den Injektor, und ein Einspritzventil zum dosierten Einspritzen des Brennstoffs in die Brennstoff-Dosierkammer, auf. Die Brennstoff-Dosierkammer ist in einem Positionierungskörper, zum Positionieren des Injektors und des Einspritzventils im Brennstoffzellensystem, ausgestaltet.

[0008] Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Positionierungskörpers können das Einspritzventil und der Injektor auf einfache Weise im Brennstoffzellensystem, insbesondere relativ zueinander und/oder relativ zum Brennraum, positioniert werden. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung kann zunächst Brennstoff bzw. ein Brennstoffgemisch durch das Einspritzventil in die Brennstoff-Dosierkammer im Positionierungskörper eingespritzt werden. Dadurch kann zunächst die gewünschte bzw. eine definierte Menge an Brennstoff für den Injektor bereitgestellt werden. Sobald sich der Brennstoff in der Brennstoff-Dosierkammer befindet, kann dieser durch den Injektor in den Brennraum eingespritzt werden. Auf einen komplexen Zuführund/oder Dosiermechanismus zum Bereitstellen der gewünschten Menge Brennstoff am Injektor kann dadurch verzichtet werden. Das vorliegende Injektionssystem kann dadurch entsprechend kostengünstig bereitgestellt werden.

[0009] Bei einem erfindungsgemäßen Injektionssystem ist es außerdem besonders einfach, ein fehlerhaftes Einspritzventil und/oder einen fehlerhaften Injektor auszutauschen.

[0010] Durch das direkte Einspritzen des Brennstoffs in die Brennstoff-Dosierkammer ist es ferner auf einfache Weise möglich, den gewünschten Brennstoffdruck am Injektor bereitzustellen. Hierfür ist lediglich ein entsprechend definierter Einspritzvorgang durch die Einspritzdüse erforderlich.

[0011] Unter dem Brennstoffzellensystem ist vorliegend insbesondere ein SOFC-System zu verstehen. Das Injektionssystem ist demnach zum Einspritzen eines Brennstoffs in einen Brennraum eines SOFC-Systems ausgestaltet. Die jeweiligen Funktionskomponenten des Injektionssystems sind dafür ausreichend hitzebeständig ausgestaltet. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht es auch, dass beispielsweise ein hitzeempfindlicher Injektor in einem kühleren oder weniger heißen bzw. warmen Bereich positionierbar ist.

[0012] Unter der Brennstoff-Dosierkammer ist vorzugsweise eine zumindest im Wesentlichen abgeschlossene Kammer innerhalb des Positionierungskörpers zu verstehen. Die BrennstoffDosierkammer kann als Zwischenspeicher oder als Zwischenspeicherkammer verstanden werden. Der Positionierungskörper kann als Haltekörper, Lagerkörper oder Befestigungskörper zum Halten, Lagern oder Befestigen des Einspritzventils sowie des Injektors innerhalb des Brennstoffzellensystems verstanden werden. D.h., ohne den Positionierungskörper könnten weder das Einspritzventil noch der Injektor auf die erfindungsgemäße Weise an der gewünschten Position im Brennstoffzellensystem positioniert werden.

[0013] Unter dem Brennraum ist ein Volumen innerhalb einer Brennkammer zu verstehen, in welchem der Brennstoff verbrannt wird bzw. verbrannt werden kann. Die Brennkammer ist entsprechend als Teil des Positionierungskörpers ausgestaltet.

[0014] Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Injektionssystem das Einspritzventil an einem ersten Positionierungsabschnitt des Positionierungskörpers befestigt ist und der Injektor an einem zweiten Positionierungsabschnitt des Positionierungskörpers befestigt ist. Dadurch können das Einspritzventil und der Injektor auf einfache Weise in einer gewünschten Position im Brennstoffzellensystem positioniert, gelagert oder fixiert werden. Insbesondere können der Einspritzkörper und der Injektor dadurch einfach relativ zueinander positioniert werden. So können beispielsweise zunächst der Injektor am zweiten Positionierungsabschnitt befestigt, der Positionierungskörper anschließend im Brennstoffzellensystem in der gewünschten Position angeordnet, und danach das Einspritzventil am ersten Positionierungsabschnitt befestigt werden. Durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Positionierungskörper können das Einspritzventil sowie der Injektor darüber hinaus besonders einfach

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AT 520 481 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt und stabil relativ zum Brennraum positioniert werden.

[0015] Ferner ist es möglich, dass bei einem Injektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung das Einspritzventil, die Brennstoff-Dosierkammer und der Injektor zumindest abschnittsweise fluchtend zueinander angeordnet sind. Insbesondere verlaufen dabei eine Einspritzrichtung des Einspritzventils und eine Injektionsrichtung des Injektors vorzugsweise in die gleiche Richtung. Besonders bevorzugt sind die Einspritzrichtung des Einspritzventils und die Injektionsrichtung des Injektors koaxial zueinander ausgerichtet. Die Brennstoff-Dosierkammer ist zumindest abschnittsweise in einer Flucht zwischen der Einspritzrichtung und der Injektionsrichtung ausgestaltet. Dadurch kann das Injektionssystem besonders kompakt und entsprechend platzsparend zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus können dadurch dynamische Kräfte im Injektionssystem und somit auch im Brennstoffzellensystem gering gehalten werden. D.h., das Injektionssystem kann mit einer hohen dynamischen Stabilität zur Verfügung gestellt werden.

[0016] Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Injektionssystem möglich, dass sich der Brennraum zumindest abschnittsweise in einem Gehäuseabschnitt des Brennstoffzellensystems befindet und der Positionierungskörper wenigstens einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Positionierungskörpers am Gehäuseabschnitt und dadurch zum Bilden einer Brennkammer, in welcher sich der Brennraum befindet, aufweist. Durch den Befestigungsabschnitt und die entsprechende Ausgestaltung des Positionierungskörpers können die Einspritzdüse und der Injektor auf besonders einfache Weise ortsstabil am und im Brennraum positioniert werden. Dadurch kann der Brennstoff entsprechend zuverlässig in den Brennraum eingespritzt werden. Außerdem kann dadurch, dass der Positionierungskörper vorzugsweise einen Teil der Brennkammer bildet, das zugehörige Gesamtsystem besonders kompakt, materialsparend, und mithin entsprechend gewichtssparend bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere für die Verwendung im mobilen Einsatz von Vorteil.

[0017] Zudem ist es bei einem Injektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass der wenigstens eine Befestigungsabschnitt wenigstens eine Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Befestigungsmittels aufweist. Dadurch kann der Positionierungskörper einfach am Gehäuseabschnitt befestigt werden. Der Positionierungskörper weist vorzugsweise wenigstens zwei Durchgangsöffnungen auf, durch welche der Positionierungskörper mittels Schraubenkörpern am Gehäuseabschnitt befestigt werden kann. Diese Befestigungsmöglichkeit kann besonders kostengünstig zur Verfügung gestellt werden.

[0018] Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Injektionssystem der Positionierungskörper einstückig oder im Wesentlichen einstückig ausgestaltet ist. Dadurch kann das Injektionssystem besonders stabil, kostengünstig und mit einem geringen Komplexitätsgrad zur Verfügung gestellt werden. Durch den einstückigen, insbesondere monolithischen Aufbau des Positionierungskörpers kann außerdem eine robuste und entsprechend sichere Betriebsweise des Injektionssystems begünstigt werden.

[0019] Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der Positionierungskörper eine größere Masse, insbesondere eine mehr als doppelt so große Masse, als der Injektor und/oder das Einspritzventil aufweist. Damit kann gewährleistet werden, dass das Einspritzventil sowie der Injektor sicher und stabil im Positionierungskörper sitzen, wenn das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist. Dadurch kann außerdem eine entsprechend zuverlässige Betriebsweise des Brennstoffzellensystems gewährleistet werden. Durch eine solche massive Bauweise des Positionierungskörpers kann dieser zudem, wie bereits vorstehend erwähnt, als Verschlusskörper zum wenigstens teilweisen Umschließen oder Abdecken des Brennraums ausgestaltet sein. Demnach kann auf ein separates Verschlussbzw. Abdeckelement zum Verschließen oder Bedecken des Brennraums verzichtet werden. Somit kann der Komplexitätsgrad entsprechend niedrig gehalten werden. Die Masse des Positionierungskörpers ist dabei vorzugsweise größer als die Masse des Injektors und des Einspritzventils zusammen.

[0020] Bei einem erfindungsgemäßen Injektionssystem ist es weiterhin vorgesehen, dass von

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AT 520 481 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt der Brennstoff-Dosierkammer innerhalb des Positionierungskörpers ein Fluiddruck-Bestimmungskanal in Richtung einer Außenseite des Positionierungskörpers zum Bestimmen eines Fluiddrucks in der Brennstoff-Dosierkammer abzweigt. Dies ist insbesondere aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen massiven Bauweise des Positionierungskörpers möglich. Unter Verwendung des Fluiddruck-Bestimmungskanals kann der Fluiddruck in der BrennstoffDosierkammer besonders leicht ermittelt bzw. bestimmt werden. Bei herkömmlichen Injektionssystemen war dies nicht möglich, da ein entsprechender Positionierungsabschnitt entweder nicht einstückig ausgestaltet war bzw. nicht einstückig ausgestaltet sein konnte, oder weil schlicht nicht ausreichend Platz für den erfindungsgemäßen Fluiddruck-Bestimmungskanal war. Der Fluiddruck-Bestimmungskanal verläuft vorzugsweise von der Brennstoff-Dosierkammer bis zur Außenseite des Positionierungskörpers, wobei außerhalb des Positionierungskörpers eine Druckmessvorrichtung zum Bestimmen bzw. Messen des Fluiddrucks in der Brennstoff-Dosierkammer angeordnet ist. So kann über die Druckmessvorrichtung außerhalb des Positionierungskörpers auf einfache Weise der Fluiddruck bzw. Brennstoffdruck innerhalb der BrennstoffDosierkammer ermittelt werden.

[0021] Bei einem erfindungsgemäßen Injektionssystem ist es weiterhin möglich, dass der Injektor eine Einzelfluiddüse aufweist oder als Einzelfluiddüse ausgestaltet ist. Genauer gesagt weist der Injektor bevorzugt eine Einzelfluid-Atomisierungsdüse auf, welche den Brennstoff besonders fein zerstäubt in den Brennraum einspritzen kann. Eine solche Einzelfluiddüse ist kostengünstig und platzsparend bereitstellbar. Dabei ist es aus vorgenannten Gründen erst aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus hinsichtlich der Vorlagerung der Brennstoff-Dosierkammer und des Einspritzventils stromaufwärts der Einzelfluiddüse möglich bzw. sinnvoll, eine entsprechend einfach aufgebaute Einzelfluiddüse zu verwenden.

[0022] Zudem kann es von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Injektionssystem der Positionierungskörper einen konusförmigen und/oder sich verjüngenden Stirnabschnitt aufweist. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann der Positionierungskörper als Verschlusskörper bzw. Deckel einer Brennkammer dienen. Mit dem konusförmigen und/oder sich verjüngenden Stirnabschnitt kann der Positionierungskörper besonders einfach und sicher in eine Öffnung der Brennkammer gesetzt werden, um diese zu verschließen. Zusätzlich oder alternativ kann der Stirnabschnitt auch einen Gewindeabschnitt aufweisen, durch welchen der Positionierungskörper in eine komplementär ausgestaltete Öffnung der Brennkammer eingedreht werden kann. Auch dadurch kann ein einfacher und sicherer Verschlussmechanismus zum Verschließen der Brennkammer mittels des Positionierungskörpers bereitgestellt werden.

[0023] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit einem wie vorstehend im Detail beschriebenen Injektionssystem zur Verfügung gestellt. Das Brennstoffzellensystem weist eine Brennkammer auf, in welcher sich der Brennraum befindet, wobei der Positionierungskörper zumindest teilweise einen Innenwandabschnitt des Brennraums bildet. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Injektionssystem beschrieben worden sind. Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise als ein SOFC-System ausgestaltet. Das Injektionssystem im Brennstoffzellensystem ist bevorzugt als Injektionssystem zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum bzw. eine Brennkammer eines Startbrenners und/oder eines Abgasbrenners des Brennstoffzellensystems ausgestaltet.

[0024] Im Brennraum ist vorzugsweise ein Heizmittel angeordnet, welches insbesondere als elektrisches Heizmittel, beispielsweise als Widerstandsheizmittel, ausgestaltet ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann der Brennstoff durch das Einspritzventil in weiterer Folge direkt auf das Heizmittel gespritzt und dadurch besonders effizient erhitzt, verdampft und entzündet werden.

[0025] Im Rahmen eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung elektrischer Energie und wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs unter zumindest teilweiser Verwendung der elektrischen Energie, die durch das Brennstoffzellensystem bereit

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AT 520 481 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt gestellt wird, zur Verfügung gestellt. Unter dem Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein PKW oder ein LKW zu verstehen.

[0026] Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum eines Brennstoffzellensystems mit einem wie vorstehend im Detail beschriebenen Injektionssystem zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

[0027] - Einspritzen einer vordefinierten Menge an Brennstoff in die Brennstoff-Dosierkammer durch das Einspritzventil, und [0028] - Einspritzen der vordefinierten Menge an Brennstoff aus der Brennstoff-Dosierkammer in den Brennraum durch den Injektor.

[0029] Durch diese Einspritzreihenfolge im erfindungsgemäßen Injektionssystem kann der Brennstoff, wie vorstehend bereits beschrieben, unter Verwendung eines kostengünstigen Injektors auf sichere und einfache Weise korrekt dosiert sowie fein zerstäubt in den Brennraum eingespritzt werden. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Verfahren damit die gleichen Vorteile auf, wie sie vorstehend mit Bezug auf das Injektionssystem beschrieben worden sind. Unter dem Einspritzen einer vordefinierten Menge kann ein dosiertes Einspritzen des Brennstoffs in die Brennstoff-Dosierkammer verstanden werden. Im Brennraum kann ein Heizmittel vorgesehen sein, auf welches die vordefinierte Menge an Brennstoff insbesondere unmittelbar aufgespritzt wird.

[0030] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.

[0031] Es zeigen jeweils schematisch:

[0032] Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht zum Erläutern eines Injektionssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und [0033] Figur 2 ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem sowie dem in Fig. 1 dargestellten Injektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.

[0034] Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 und 2 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0035] In Fig. 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Injektionssystem 1 für ein Brennstoffzellensystem 2 dargestellt. Das Injektionssystem 1 weist einen Injektor 3 zum Einspritzen von Brennstoff 4 in einen Brennraum 5 des Brennstoffzellensystems 2 auf. Das Injektionssystem 1 weist ferner eine Brennstoff-Dosierkammer 6 zum dosierten Zwischenspeichern des Brennstoffs 4 für den Injektor 3 auf. Außerdem weist das Injektionssystem ein Einspritzventil 7 zum dosierten Einspritzen des Brennstoffs 4 in die Brennstoff-Dosierkammer 6 auf. Die BrennstoffDosierkammer 6 ist in einem Positionierungskörper 8 ausgestaltet, der zum Positionieren des Injektors 3 und des Einspritzventils 7 im Brennstoffzellensystem 2 anordenbar ist. Das heißt, an einem im Brennstoffzellensystem 2 positionierten Positionierungskörper 8 können das Einspritzventil 7 sowie der Injektor 3 positioniert bzw. befestigt werden, sodass diese Bauteile grundsätzlich nur durch den Positionierungskörper 8 in ihrer Position im Brennstoffzellensystem 2 gehalten werden könnten.

[0036] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Einspritzventil 7 an einem ersten Positionierungsabschnitt 16 des Positionierungskörpers 8 an diesem befestigt und der Injektor 3 ist an einem zweiten Positionierungsabschnitt 17 des Positionierungskörpers 8 an diesem befestigt.

[0037] Das Einspritzventil 7, die Brennstoff-Dosierkammer 6 und der Injektor 3 sind abschnittsweise fluchtend zueinander angeordnet. Das Einspritzventil 7 und der Injektor 3 weisen somit die gleiche Einspritzrichtung auf. Der Brennraum 5 befindet sich im Wesentlichen in einem Gehäuseabschnitt 11 des Brennstoffzellensystems 2 und der Positionierungskörper 8 weist zwei Befestigungsabschnitte 9, 10 zum Befestigen des Positionierungskörpers 8 am Gehäuse

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AT 520 481 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt abschnitt 11 und dadurch zum Bilden einer Brennkammer 13, in welcher sich der Brennraum 5 befindet, auf.

[0038] Die beiden Befestigungsabschnitte 9, 10 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Befestigungsmittels auf. Hierüber kann der Positionierungskörper 8 mit dem Gehäuseabschnitt 11 verschraubt werden.

[0039] Der Injektor 3 weist ferner eine Abdeckung 12 auf, welche sich in die Brennstoff-Dosierkammer 6 erstreckt bzw. innerhalb dieser angeordnet ist. Die Abdeckung 12 ist insbesondere als Drahtgeflecht ausgebildet, welches den Injektor 3 vor Verschmutzungen oder Fremdkörpern schützt.

[0040] Der Positionierungskörper 8 ist einstückig ausgestaltet. Außerdem weist der Positionierungskörper 8 eine größere Masse als der Injektor 3 und/oder das Einspritzventil 7 auf. Der Positionierungskörper 8 ist darüber hinaus als Verschlusskörper in Form eines Deckels zum wenigstens teilweisen Umschließen bzw. Verschließen des Brennraums 5 ausgestaltet. Somit bildet der Positionierungskörper 8 zumindest einen Teil eines Innenwandabschnitts 15 des Brennraums 5.

[0041] Wie ferner in Fig. 1 dargestellt, zweigt von der Brennstoff-Dosierkammer 6 innerhalb des Positionierungskörpers 8 ein Fluiddruck-Bestimmungskanal 14 in Richtung einer Außenseite des Positionierungskörpers 8 zum Bestimmen eines Fluiddrucks in der Brennstoff-Dosierkammer 6 ab. Der Fluiddruck kann unter Nutzung des Fluiddruck-Bestimmungskanals 14 mit einer Druckmessvorrichtung 21 ermittelt werden.

[0042] Der Injektor 3 ist als Einzelfluiddüse ausgestaltet. Der Positionierungskörper 8 weist einen konusförmigen bzw. sich in Richtung des Brennraums 5 verjüngenden Stirnabschnitt 20 auf.

[0043] In Fig. 2 ist ein Kraftfahrzeug 18 mit einem Brennstoffzellensystem 2 zur Bereitstellung elektrischer Energie und wenigstens einem Elektromotor 19 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 18 unter zumindest teilweiser Verwendung der elektrischen Energie, die durch das Brennstoffzellensystem 2 bereitgestellt wird, dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 2 gemäß Fig. 2 weist ein wie zu Fig. 1 beschriebenes Injektionssystem zum Einspritzen von Brennstoff 4 in einen Brennraum 5 eines Startbrenners und/oder eines Abgasbrenners des Brennstoffzellensystems 2 auf.

[0044] Mit erneutem Bezug auf Fig. 1 wird anschließend ein Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff 4 in einen Brennraum 5 eines Brennstoffzellensystems 2 mit dem dort dargestellten Injektionssystem 1 erläutert. In einem ersten Schritt S1 wird durch das Einspritzventil 7 zunächst eine vordefinierte Menge an Brennstoff 4 in die Brennstoff-Dosierkammer 6 eingespritzt. Hierbei kann der Druck in der Brennstoff-Dosierkammer 6 über den Fluiddruck-Bestimmungskanal und die Druckmessvorrichtung 21 ermittelt und dadurch ggf. entsprechend angepasst werden. Die sich nun in der Brennstoff-Dosierkammer 6 befindliche Brennstoffmenge wird in einem anschließenden Schritt S2 durch den Injektor 3 dosiert in den Brennraum 5 eingespritzt. Im Brennraum kann weiter ein Heizmittel (nicht dargestellt) angeordnet sein, auf welchen der Brennstoff in weiterer Folge in einem weiteren Schritt S3 gesprüht wird, um diesen zu erhitzen, zu verdampfen und/oder zu entzünden.

[0045] Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden.

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BEZUGSZEICHENLISTE

Injektionssystem

Brennstoffzellensystem

Injektor

Brennstoff

Brennraum

Brennstoff-Dosierkammer

Einspritzventil

Positionierungskörper

Befestigungsabschnitt

Gehäuseabschnitt

Abdeckung

Brennkammer

Fluiddruck-Bestimmungskanal

Innenwandabschnitt erster Positionierungsabschnitt zweiter Positionierungsabschnitt

Kraftfahrzeug

Elektromotor

Stirnseite

Druckmessvorrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Injektionssystem (1) für ein Brennstoffzellensystem (2), aufweisend einen Injektor (3) zum Einspritzen von Brennstoff (4) in einen Brennraum (5) des Brennstoffzellensystems (2), eine Brennstoff-Dosierkammer (6) zum dosierten Zwischenspeichern des Brennstoffs (4) für den Injektor (3), und ein Einspritzventil (7) zum dosierten Einspritzen des Brennstoffs (4) in die Brennstoff-Dosierkammer (6), wobei die Brennstoff-Dosierkammer (6) in einem Positionierungskörper (8), zum Positionieren des Injektors (3) und des Einspritzventils (7) im Brennstoffzellensystem (2), ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass von der Brennstoff-Dosierkammer (6) innerhalb des Positionierungskörpers (8) ein Fluiddruck-Bestimmungskanal (14) in Richtung einer Außenseite des Positionierungskörpers (8) zum Bestimmen eines Fluiddrucks in der Brennstoff-Dosierkammer (6) abzweigt.
2. Injektionssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (7) an einem ersten Positionierungsabschnitt (16) des Positionierungskörpers (8) befestigt ist und der Injektor (3) an einem zweiten Positionierungsabschnitt (17) des Positionierungskörpers (8) befestigt ist.
3. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (7), die Brennstoff-Dosierkammer (6) und der Injektor (3) zumindest abschnittsweise fluchtend zueinander angeordnet sind.
4. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Brennraum (5) zumindest abschnittsweise in einem Gehäuseabschnitt (11) des Brennstoffzellensystems (2) befindet und der Positionierungskörper (8) wenigstens einen Befestigungsabschnitt (9, 10) zum Befestigen des Positionierungskörpers (8) am Gehäuseabschnitt (11) und dadurch zum Bilden einer Brennkammer (13), in welcher sich der Brennraum (5) befindet, aufweist.
5. Injektionssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Befestigungsabschnitt (9, 10) wenigstens eine Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Befestigungsmittels aufweist.
6. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungskörper (8) einstückig oder im Wesentlichen einstückig ausgestaltet ist.
7. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungskörper (8) eine größere Masse, insbesondere eine mehr als doppelt so große Masse, als der Injektor (3) und/oder das Einspritzventil (7) aufweist.
8. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungskörper (8) als Verschlusskörper zum wenigstens teilweisen Umschließen des Brennraums (5) ausgestaltet ist.
9. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (3) eine Einzelfluiddüse aufweist oder als Einzelfluiddüse ausgestaltet ist.
10. Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungskörper (8) einen konusförmigen und/oder sich verjüngenden Stirnabschnitt (20) aufweist.

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11. Brennstoffzellensystem (2) mit einem Injektionssystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Brennkammer (13), in welcher sich der Brennraum (5) befindet, wobei der Positionierungskörper (8) zumindest teilweise einen Innenwandabschnitt (15) des Brennraums (5) bildet.
12. Kraftfahrzeug (18) mit einem Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 11 zur Bereitstellung elektrischer Energie und wenigstens einem Elektromotor (19) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (18) unter zumindest teilweiser Verwendung der elektrischen Energie, die durch das Brennstoffzellensystem (2) bereitgestellt wird.
13. Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff (4) in einen Brennraum (5) eines Brennstoffzellensystems (2) mit einem Injektionssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend die Schritte:

- Einspritzen einer vordefinierten Menge an Brennstoff (4) in die Brennstoff-Dosierkammer (6) durch das Einspritzventil (7), und

- Einspritzen der vordefinierten Menge an Brennstoff (4) aus der Brennstoff-Dosierkammer (6) in den Brennraum (5) durch den Injektor (3).