DE102017216806A1

DE102017216806A1 - Förderaggregat für ein Brennstoffzellensystem zum Fördern und Steuern von einem gasförmigen Medium

Info

Publication number: DE102017216806A1
Application number: DE102017216806.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Wessner; Martin Katz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Förderaggregat (8) für ein Brennstoffzellensystem (31), wobei das Förderaggregat (8) eine Gehäuse-Baugruppe (6) aufweist, in dem eine Düse (12) und eine Düsen-Nadel (2) angeordnet sind und wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) in einer axialen Richtung (42) verstellbar sind.Erfindungsgemäß ist in der Gehäuse-Baugruppe (6) ein thermisch aktiviertes Schaltelement (3) angeordnet, wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) eine Längsachse (52) aufweisen, wobei die Längsachse (52) die Bewegungsrichtung der Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) darstellt und somit in axialer Richtung (42) verläuft und wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) in Richtung der Längsachse (52) durch das Schaltelement (3) verstellbar sind.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellensystem zum Fördern und Steuern von von einem gasförmigen Medium, insbesondere H₂, der im folgenden als H₂ bezeichnet wird, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle.
Aus der US 8,999,593 B2 ist ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium gefördert wird und wobei das Förderaggregat eine Gehäuse-Baugruppe aufweist, in dem eine Düse und eine Düsen-Nadel angeordnet sind. Dabei kann mittels des Förderaggregats ein Medium, insbesondere ein Treibmedium durch die Düse abgelassen werden, welches sich dann mit einem Rezirkulationsmedium vermischt. Dabei ist die Düse und/oder die Düsen-Nadel verstellbar in Richtung einer Symetrieachse, insbesondere mittelbar über ein Ansteuern mittels Druck, insbesondere Druckluft ausgeführt.
Das aus der US 8,999,593 B2 bekannte Förderaggregat kann gewisse Nachteile aufweisen.
Insbesondere beim Einsatz einer Druckluftansteuerung mit Membranen, kann sich eine genaue Regelung und ein exaktes Verstellen der Düsen-Nadel und/oder der Düse als schwierig darstellen, da zum einen das Druckniveau auf beiden Seiten der jeweiligen Membran variieren kann und äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Dadurch kann sich eine exakte Verstellung der Düsen-Nadel zum Gehäuse und/oder der Düse zum Gehäuse und/oder der Düsen-Nadel und der Düse zueinander als schwierig zu regulieren erweisen, insbesondere mittels Druckluft. Zum anderen kann beim Einsatz einer Druckluftansteuerung mit Membranen ein Überschwingen der Regelung erfolgen, da die jeweilige Membran, inbesondere aufgrund Ihrer elastischen Verformbarkeit und die Druckbeaufschlagung auf beiden Seiten, durch die Druckluftansteuerung in Schwingung versetzt wird, insbesondere in Richtung einer Längsachse, was zu einem Nachschwingen der Düsen-Nadel und/oder der Düse in Richtung der Längsachse führt und zu einer ungenauen Regelung und Verstellung führt und sogar die Bauteile Düse und Düsen-Nadel schädigt, insbesondere aufgrund eines Kontaktes der Bauteile miteinander und/oder mit umliegenden Bauteilen aufgrund des Nachschwingens.
Des Weiteren weist die US 8,999,593 B2 den Nachteil auf, dass sich keine Rückschlüsse auf die Temperatur des zu fördernden Mediums insbesondere im Förderaggregat ziehen, wobei die Temperatur des Mediums Rückschlüsse über den Betriebszustand des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzellensystem zu erhalten.
Offenbarung der Erfindung
Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Förderaggregat für Brennstoffzellensysteme vorgeschlagen, wobei das Förderaggregat die Gehäuse-Baugruppe aufweist, wobei in der Gehäuse-Baugruppe ein thermisch aktiviertes Schaltelement angeordnet ist, wobei ein Düse und/oder eine Düsen-Nadel eine Längsachse aufweisen, wobei die Längsachse eine Bewegungsrichtung der Düse und/oder der Düsen-Nadel darstellt und somit in einer axialen Richtung verläuft und wobei die Düse und/oder die Düsen-Nadel in Richtung der Längsachse durch das Schaltelement verstellbar sind. Auf diese Weise kann ein exaktes Verstellen der Düsen-Nadel und/oder der Düse durch das Schaltelement sichergestellt werden, da das thermisch aktivierte Schaltelement die Bauteile Düse und/oder Düsen-Nadel mit einer hohen Genauigkeit in Richtung der Längsachse verstellen kann, wodurch sich die Menge eines Treibmediums und/oder eines Rezirkulationsmediums aufgrund der exakten Variation eines Querschnittverhältnisses im Ringspalt, durch den ein Treibmedium ausströmt, in Bezug auf einen Strömungsquerschnitt und damit eine Regelung einer Rezirkulation erzielen lässt. Die Verstellung der Düsen-Nadel und/oder der Düse erfolgt hierbei über den gesamten Verstellweg mittels des thermisch aktivierten Schaltelements mit einer hohen Genauigkeit und der Effekt eines Nachschwingens kann aufgrund der Wirkweise des Schaltelements nahezu vollständig vermieden werden. Dadurch kann zum einen eine Beschädigung der Bauteile Düse und/oder Düsen-Nadel und/oder der umliegenden Bauteile verhindert werden. Zum anderen kann eine exaktere Regelung des Förderaggregats je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems erfolgen, wodurch die Effizienz des Förderaggregats erhöht werden kann. Somit können die Betriebskosten des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzellensystems reduziert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpe möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats ändert das Schaltelement seine Form temperaturabhängig, wobei das Schaltelement zumindest teilweise aus einem Bi-Metall hergestellt sein kann. Dies bietet den Vorteil, dass die Verstellung der Düsen-Nadel und/oder der Düse über den gesamten Verstellweg mittels des thermisch aktivierten Schaltelements mit einer hohen Genauigkeit erfolgt, das das thermisch aktivierte Schaltelement eine lineare Formänderung bei einer linearen Temperaturbeaufschlagung bietet, wodurch sich die Düsen-Nadel und/oder die Düse über den gesamten Stellweg exakt in die gewünschte Position in Richtung der Längsachse bringen lässt. Auch wird aufgrund der Ausbildung des Schaltelement, das aus einem Bi-Metall hergestellt ist, ein Nachschwingen weitestgehend verhindert. Weiterhin kann auf diese Weise kann eine Betriebstemperatur des Förderaggregats bei der Verstellung der Düse und/oder der Düsen-Nadel durch das Schaltelement mit einbezogen werden. Dabei kann eine bessere Anpassung des Förderaggregats und/oder der Förderleistung und/oder der Fördermenge abhängig von dem Betriebszustand und/oder der Betriebstemperatur des Förderaggregats und/oder des zu fördernden Mediums erfolgen. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Förderaggregats erhöhen und es lassen sich Betriebskosten einsparen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Gehäuse-Baugruppe eine Heizeinrichtung angeordnet, durch die das Schaltelement erwärmbar ist und wobei die Düse in axialer Richtung zumindest mittelbar, insbesondere über das Schaltelement, durch die Heizeinrichtung verstellbar ist. Dabei wird bei der Betätigung der Heizeinrichtung Energie, insbesondere Wärmeenergie, in das Schaltelement eingeleitet, wobei die eingeleitete Energie zur Verformung des Schaltelements führt. Auf diese Weise wird der Vorteil erzielt, dass eine Betätigung des Schaltelements und somit eine Verstellung der Düse und/oder der Düsen-Nadel in axialer Richtung möglich, ohne dass ein mechanischer Kontakt zur Ansteuerung und/oder Verstellung des Schaltelements vorhanden sein muss. Dadurch können die Bauteile, die zu einer mechanischen Kraftübertragung des Schaltelements notwendig wären, eingespart werden, was die Bauteilkosten und die Montagekosten des Förderaggregats senkt. Des Weiteren wird die Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats aufgrund der Reduzierung der Gesamtanzahl an Bauteilen reduziert, insbesondere aufgrund eines negativen Effekts aufgrund von Toleranzketten bei einer mechanischen Ansteuerung und/oder Verstellung des Schaltelements. Dadurch kann die Lebensdauer des Förderaggregats und somit des gesamten Brennstoffzellensystems erhöht werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats steht das Schaltelement zumindest teilweise mit der Oberfläche eines Wärmeleitelements in Kontakt, wobei Wärmeenergie vom Wärmeleitelement auf das Schaltelement übertragen werden kann oder Wärmeenergie vom Schaltelement auf das Wärmeleitelement übertragen werden kann. Dabei führt die Erwärmung des Schaltelements zu einer Formänderung eines elastischen Bereichs und durch die Formänderung des elastischen Bereichs des Schaltelements wird die Düse und/oder die Düsen-Nadel in Richtung der Längsachse verstellt. Auf diese Weise kann zum einen ein effizienter und schneller Energieübertrag in das Schaltelement sichergestellt werden, da das Wärmeleitelement direkt mit der Oberfläche des Schaltelements in Kontakt steht. Zum anderen kann die Übertragung der Wärmeenergie mit geringeren Verlusten erfolgen, da beide Elemente direkt miteinander in Kontakt stehen. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad der Ansteuerung des Förderaggregats verbessern. Des Weiteren kann eine schnelle Verstellung der Düse und/oder der Düsen-Nadel in Richtung der Längsachse erzielt werden, da eine schnelle Übertragung der Wärmeenergie vom Wärmeleitelement auf das Schaltelelement erfolgen kann. Diese Vorteil wird zudem dadurch unterstützt, dass das Schaltelement nur in einem Teilbereich durch Erwärmung verformbar ist, insbesondere in dem elastischen Bereich und somit weniger Wärmenergie eigeleitet werden muss, um eine Verstellung der Düse und/oder der Düsen-Nadel zu bewirken. Dadurch kann der Energiebedarf zum Zweck der Verstellung der Förderrate des Förderaggregats reduziert werden und es lässt sich somit der Wirkungsgrad verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats stützt sich mindestens ein Federelement in axialer Richtung derart an der Düse und/oder an der Düsen-Nadel ab, dass das Federelement mit einer Rückstellkraft auf die Düse und/oder die Düsen-Nadel wirkt, die entgegengesetzt zur Verstellkraft des Schaltelement in axialer Richtung wirkt. Auf diese Weise wird ein Zurückbewegen der Düse und/oder Düsen-Nadel in eine Grundposition bewirkt wird, sobald das Schaltelement nicht mehr betätigt wird. Dadurch können die Bauteile eingespart werden, die benötigt werden, um die Düse und/oder Düsen-Nadel in ihre Grundposition und Ruhestellung zurückzubewegen, wodurch die Komplexität des Förderaggregats verringert wird und somit Fertigungs- und Montagekosten reduziert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen der Nadelfläche der Düsen-Nadel und der Düsenfläche der Düse den Ringspalt ausgebildet, wobei der Ringspalt durch die Nadelfläche einerseits und die Düsenfläche andererseits begrenzt ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine verbesserte Förderwirkung des Rezirkulationsmediums durch das Treibmedium erreicht wird. Zudem lässt sich durch eine entsprechende Anordnung der Düsen-Nadel und die Möglichkeit der Verstellung der Düsen-Nadel in axialer Richtung eine Förderrate des Förderaggregats derart beeinflußen, dass sich eine Einspritzmenge, eine Einspritzgeschwindigkeit und eine Einspritzrichtung, insbesondere in Form eines Einspritzkonus, des Treibmediums in den zentralen Strömungsbereich regulieren lässt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats ist die Heizeinrichtung als eine Magnetspule ausgebildet und die Düsen-Nadel ist als ein Magnetanker ausgebildet und/oder weist einen Magnetanker an Ihrem Umfang auf. Dabei ist die Düsen-Nadel in axialer Richtung durch die Magnetspule zumindest mittelbar über den Magnetanker verstellbar. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass nur die Düsen-Nadel durch die Heizeinrichtung und/oder die Magnetspule verstellt werden kann, insbesondere durch eine magnetische Betätigung, wobei dabei die Düsen-Nadel unabhängig von der Düse angesteuert werden kann, was zu einer verbesserten Regulierung des Maßenstroms des Förderaggregats führt. Dadurch lässt sich ein verbesserter sogenannter Strahlpumpeneffekt erzielen, da sich jeweils die Zuflussmenge des Rezirkulationsmediums und des Treibmediums separat regeln lässt. Dadurch kann der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems verbessert werden, da eine optimale Förderwirkung des Förderaggregats bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems gewährleistet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Wärmeleitelement entweder von der Magnetspule mit Energie versorgt, insbesondere mittels elektromagnetischer Induktion, oder das Wärmeleitelement wird mittels eines eigenen und von der Magnetspule unabhängigen Anschlusses, insbesondere eines Stromanschlusses, mit Energie versorgt wird. Auf diese Weise lässt sich zum einen der Vorteil erzielen, dass eine Unabhängige Stromversorgung des Wärmeleitelements gewährleistet werden kann wodurch die Zuverlässigkeit des Förderaggregats erhöht werden kann. Des Weiteren kann in der gleichen Zeit eine höhere Energiemenge in das Wärmeleitelement eingeleitet werden, da das Wärmeleitelement durch die beiden Bauteile Magnetspule und durch den unabhängigen Anschluss parallel mit Energie versorgt werden kann. Dadurch kann eine schnellere Ansteuerung des Schaltelements und somit der Düse und/oder der Düsen-Nadel bewirken, wodurch das Förderaggregat schneller und exakter angesteuert werden kann und somit der Wirkungsgrad des Fördergaggregats erhöht werden kann. Zudem lässt sich damit Energie, insbesondere Strom, für das Brennstoffzellensystems einsparen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Förderaggregats ist bei einer Betätigung der Heizeinrichtung die Spaltweite zwischen der Nadelfläche und der Düsenfläche änderbar. Dadurch kann eine bessere Zuführung und Regelung des in den zentralen Strömungsbereich einströmenden Treibmediums erzielt werden. Dadurch lässt sich ein verbesserter sogenannter Strahlpumpeneffekt erzielen und der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems kann verbessert werden, da eine optimale Förderwirkung des Förderaggregats bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems gewährleistet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Förderaggregats wird das Schaltelement von einem zu fördernden Medium, insbesondere einem Rezirkulationsmedium umspült, wobei ein Wärmeenergieübertrag vom Medium auf das Schaltelement stattfindet und wobei mittels des Prinzips der elektromagnetischen Induktion zwischen der Magnetspule und dem Schaltelement eine Temperaturbestimmung des Mediums vorgenommen werden kann. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass mittels einer Messung eines Magnetfelds, dass sich bei einer Bestromung eines Einstellelements, zwischen dem Einstellelement und dem Schaltelement ausbildet, Rückschlüsse auf die Temperatur des Schaltelements und somit die Temperatur des umspülenden Rezirkulationsmediums ziehen lässt. Dies ist möglich, ohne dass weitere Sensoren an der Düsen-Nadel und/oder dem Aktor und/oder den umliegenden Bauteilen notwendig sind, was wiederum zur Kostenersparnis bei dem Förderaggregats führt. Des Weiteren lässt sich der Vorteil erzielen, dass bei einer Kenntnis der Temperatur des zu fördernden Mediums Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Brennstoffzellensystems möglich sind und eine bessere Steuerung des Förderaggregats vorgenommen werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schaltelement zusätzlich zum elastischen Bereich einen starren Bereich auf, wobei das Schaltelement im elastischen Bereich, der insbesondere annähernd radial zur Längsachse verläuft, umlaufend um die Längsachse abwechselnd jeweils einen Flügel und eine Aussparung aufweist. Auf diese Weise kann das Schaltelement mit dem starren Bereich in einem Zwischen-Gehäuse angeordnet werden und/oder mit diesem in Kontakt stehen, wodurch sich eine stabile Anordnung des Schaltelements im Zwischen-Gehäuse des Förderaggregats ergibt, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats reduziert werden kann. Des Weiteren kann durch die Ausgestaltung des Schaltelements mit dem elastischen Bereich, der wiederum abwechselnd Flügel und Aussparungen aufweist, eine präzise und schnelle Verstellung der Düse und/oder der Düsen-Nadel sichergestellt werden, insbesondere durch die vergrößerte Oberflächengeometrie aufgrund der Aussparungen. Weiterhin kann durch die Ausgestaltung des Schaltelements mit dem separaten elastischen Bereich und dem separaten starren Bereich eine kompakter und platzsparende Bauweise erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine Kapselung der Heizeinrichtung gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediumsdurch ein erstes Dichtelement und/oder ein zweites Dichtelement erzielt. Auf diese Weise kann eine Schädigung von Bauteilen des Aktors verhindert werden, da eine Kapselung des Aktors und weiterer Bauteilen vom durchströmenden Medium durch die Verwendung wenigstens eines Dichtelements vorgesehen ist. Bei einer Nicht-Kapselung des Aktors kann es bei bestimmten Bauteilen, die beispielsweise aufgrund Ihrer Werkstoffeigenschaften mit dem durchströmenden Medium reagieren können, zur Schädigung und gegebenfalls zu einem Materialsversagen kommen, wodurch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats erhöht wird. Eine beispielhafte Reaktion insbesondere weichmagentischer Bauteile des Aktors mit H₂ ist eine Wasserstoffversprödung, wobei die Materialeigenschaften durch ein Eindringen und Einlagern von H₂, insbesondere von H₂-Atomen, in beispielsweise ein Metallgitter verschlechtert werden, was letztendlich zu einem Versagen der Bauteile führen kann. Dieser negative Effekt kann jedoch durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderaggregats in Form der Kapselung verhindert werden, wodurch sich die Lebensdauer des Förderaggregats und somit des gesamten Brennstoffzellensystems erhöhen lässt. Des Weiteren lassen sich Kosten beim Betrieb des Förderaggregats einsparen, da die Bauteile und Komponenten des Förderaggregats weniger häufig gewartet und ausgetauscht werden müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mindestens eine Federelement als ein Wellbalg ausgeführt. Dadurch erfolgt eine zusätzliche Kapselung der Heizeinrichtung gegen ein Eindringen des zu fördernden Mediums, insbesondere H₂. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein Kontakt des Fördermediums, insbesondere von H₂, mit der Heizeinrichtung, insbesondere mit dem Bauteil Wärmeleitelement und/oder dem Bauteil Einstellelement, das als eine Magnetspule ausgeführt sein kann, verhindert und somit eine Beschädigung vermieden werden kann. Durch die Kapselung der Heizeinrichtung mittels der Verwendung mindestens eines Wellbalgs kann ein Kurzschluss durch Eintrag des Fördermediums, insbesondere in die elektrischen Bauteile des Heizelements vermieden werden, da sich alle elektrischen Bauteile innerhalb des gekapselten Raums befinden und somit gegen das Fördermedium geschützt sind.
Des Weiteren kann das Fördermedium die Oberflächen der magnetischen Bauteile des Heizelements, insbesondere von weichmagnetischen Bauteilen, schädigen, wobei die Schädigung insbesondere durch Korrosion der Oberflächen der Bauteile erfolgen kann. Zudem wird durch die Kapselung des Heizelements verhindert, dass sich das Fördermedium und ein gegebenenfalls vorhandener Sauerstoff, der insbesondere im Rezirkulationsmedium vorhanden sein kann, durch elektrische Funken des Elektromagneten entzündet und dadurch das Förderaggregat und weitere Bauteile des Brennstoffzellensystems schädigen kann. Somit lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderaggregats gemäß Anspruch 16 die Lebensdauer des gesamten Förderaggregats erhöhen.
Figurenliste
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht eines Förderaggregates mit einem unbetätigtem Einstellelement und einer axial verstellbaren Düse und/oder Düsen-Nadel in geschlossener Position,
2 eine schematische Schnittansicht des Förderaggregates mit dem betätigtem Einstellelement und der axial verstellbaren Düse und/oder Düsen-Nadel in geöffneter Position,
3 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Förderaggregats in vergrößerter Darstellung,
4 einen in 3 mit A-A bezeichnete Draufsicht auf ein thermisch aktiviertes Schaltelement des Förderaggregats 8 in vergrößerter Darstellung gezeigt,
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle und dem Förderaggregat.

Ausführungsformen der Erfindung
Der Darstellung gemäß 1 ist ein Förderaggregat 8 gemäß der Erfindung mit einer Heizeinrichtung 30 und einer axial verstellbaren Düse 12 und/oder einer Düsen-Nadel 2 zu entnehmen.
In 1 ist ein Längsschnitt durch das rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 52 ausgebildete erfindungsgemäß vorgeschlagene Förderaggregat 8 dargestellt. Das Förderaggregat 8 weist dabei eine Gehäuse-Baugruppe 6 auf, in der die Düse 12 und die Düsen-Nadel 2 angeordnet sind. Die Gehäuse-Baugruppe 6 weist zudem den Endabschnitt 16 und ein Zwischen-Gehäuse 20 auf, wobei ein erster Zulauf 28 im Endabschnitt 16 und ein zweiter Zulauf 36 im Zwischen-Gehäuse 20 ausgebildet ist. Weiterhin ist in der Gehäuse-Baugruppe 6 ein thermisch aktiviertes Schaltelement 3 angeordnet, wobei die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 eine Längsachse 52 aufweisen, wobei die Längsachse 52 die Bewegungsrichtung der Düse 12 und/oder der Düsen-Nadel 2 darstellt und somit in einer axialen Richtung 42 verläuft und wobei die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 in Richtung der Längsachse 52 durch das Schaltelement 3 verstellbar sind. Weiterhin ist in der Gehäuse-Baugruppe 6 des Förderaggregats 8 die Heizeinrichtung 30 ausgebildet, wobei die Heizeinrichtung 30 in betätigten Zustand auf das Schaltelement 3 wirkt und insbesondere eine Wärmeenergie einleitet. Dabei ist das Schaltelement insbesondere zumindest teilweise als ein Bi-Metall 3 ausgebildet ist und dabei weist die Heizeinrichtung 30 ein Einstellelement 18 auf. Weiterhin weist das Schaltelement 3 einen elastischen Bereich 4 und einen starren Bereich 5 auf. Das Schaltelement 3 kann dabei temperaturabhängig seine Form ändern.
In 1 ist weiterhin gezeigt, dass eine Spaltweite 46 zwischen einer Nadelfläche 48 der Düsen-Nadel 2 und einer Düsenfläche 50 der Düse 12 ändernbar ist, indem sich die Düsen-Nadel 2 in der axialen Richtung 42 zur Düse 12 hin bewegt. Die axiale Richtung 42 verläuft dabei in Richtung der Symetrieachse 52. Bei einer vollständigen Annäherung der Düsen-Nadel 2 an die Düse 12 wird die Spaltweite 46 derart reduziert, dass die Nadelfläche 48 mit der Düsenfläche 50 in Kontakt kommt und sich ein Dichtsitz zwischen der Düsen-Nadel 2 und der Düse 12 ausbildet. Diese geschlossene Position ist in 1 gezeigt bei der sich das Schaltelement in unbetätigtem Zustand befindet. Weiterhin ist ein Ringspalt 44 zwischen der Düsenfläche 50 und der Nadelfäche 48 ausgebildet. Zudem weist die Gehäuse-Baugruppe 6 in Ihrem Inneren einen zentralen Strömungsbereich 35 auf, wobei der zentrale Strömungsbereich 35 nicht auschließlich im Bereich der Düsenfläche 50 entlang der Längsachse 52 verläuft, sondern wobei sich der zentrale Strömungsbereich 35 weiterhin entlang der Längsachse 52 in einer Strömungsrichtung III und/oder entgegen der Strömungsrichtung III erstreckt.
Des Weiteren weist das Zwischen-Gehäuse 20 ein erstes Dichtelement 9 auf, das sich insbesondere in einer um die Längsachse 52 umlaufenden Nut des Zwischen-Gehäuses 20 befindet. Dabei befindet sich das erste Dichtelement 9 radial zur Längsachse 52 zwischen dem Zwischen-Gehäuse 20 und der Düse 12. Das erste Dichtelement 9 dient zum einen zur Lagerung und Führung der Düsen 12, um eine Bewegung der Düsen 12 in der axialen Richtung 42 zu ermöglichen und eine Bewegung der Düse 12 radial zur Symstrieachse 52 zu verhindern. Zum anderen dient das erste Dichtelement 9 zur Kapselung der Heizeinrichtung 30 gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediums.
Zudem weist der Endabschnitt 16 ein zweites Dichtelement 33 auf, das sich insbesondere in einer um die Längsachse 52 umlaufenden Nut des Endabschnitts 16 befindet. Das zweite Dichtelement 33 befindet sich dabei zwischen dem Endabschnitt 16 und dem Schaltelement 3, insbesondere dem starren Bereich 5 des Schaltelements 3, und dient zur Kapselung der Heizeinrichtung 30 gegen gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediums.
Zudem ist in 1 gezeigt, dass ein Federelement 22 im Innenraum des Förderaggregats 8, insbesondere dem Zwischen-Gehäuse 20, befindet, wobei sich das Federelement 22 in axialer Richtung 42 an der Düse 12 und an einem Absatz des Zwischen-Gehäuses 20 abstützt.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Förderaggregats 8 mit dem betätigtem Einstellelement und der axial verstellbaren Düse 12 und/oder Düsen-Nadel 2, wobei sich die beiden Elemente Düse 12 und/oder Düsen-Nadel 2 in geöffneter Position befinden.
Wie in 2 gezeigt sind die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 durch das Schaltelement 3, das insbesondere mit seinem elastischen Bereich 4 mit der Düse 12 und/oder der Düsen-Nadel 2 in Anlage steht, in der axialen Richtung 42, die in Richtung der Längsachse 52 verläuft, verstellbar. Die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 sind hierbei radial zur Längsachse 52, insbesondere im Zwischen-Gehäuse 20, geführt angeordnet. Dabei sind die Düse 12 und die Düsen-Nadel 2 jeweils in axialer Richtung 42 relativ zueinander und relativ zur Gehäuse-Baugruppe 6 verstellbar. Die Düse 12 ist dabei im wesentlichen ringförmig, insbesondere ringförmig um die Längsachse 52, ausgebildet. Durch die Betätigung und/oder Bestromung der Heizeinrichtung 30 wird das Schaltelement 3 betätigt und/oder erwärmt. Dabei verformt sich das Schaltelement 3, insbesondere der elastische Bereich 4 des Schaltelements 3, in Richtung der Längsachse 52. Dabei bewegt das Schaltelement 3, das zumindest mit dem starren Bereich 5 in Richtung der Längsachse 52 mit dem Endabschnitt 16 und/oder dem Zwischen-Gehäuse 20 zumindest mittelbar in Anlage steht, die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 aufgrund der Verformung des elastischen Bereichs 4 in Richtung der Längsachse 52. Diese Verformung des Schaltelements 3 wird dadurch erzielt, dass die Heizeinrichtung 30 betätigt wird und dabei Energie, insbesondere Wärmeenergie, in das Schaltelement eingeleitet wird. Diese Bewegung erfolgt entgegen der Strömungsrichtung III, kann aber in einem alternativen weiteren Ausführungsbeispiel auch in Richtung der Strömungsrichtung III erfolgen. Dabei führt die Erwärmung des Schaltelements 3 zur einer Formänderung des elastischen Bereichs 4 und die Formänderung des elastischen Bereichs 4 des Schaltelements 3 führt zu einer Verstellung der Düse 12 und/oder oder der Düsen-Nadel 2.
In dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 22 in axialer Richtung 42 zwischen dem Zwischen-Gehäuse 20 und der Düse 12 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform kann sich das Federelement 22 zwischen der Düsen-Nadel 2 und dem Zwischen-Gehäuse 20 und/oder einem weiteren Bauteil des Föderaggregats 8 befinden. Befinden sich die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 in einer geöffneter Position kann sich das Federelement 22 bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel in einem komprimierten, insbesondere in axialer Richtung 42 zusammengedrückten, Zustand befinden, wobei sich das Federelement 22 beispielsweise am Zwischen-Gehäuse 20 und der Düse 12 und/oder der Düsen-Nadel 2 abstützt. Sobald eine Betätigung und/oder Bestromung der Heizeinrichtung 30 abgeschaltet wird auch eine Erwärmung und/oder Betätigung des Schaltelements 3 beendet. Dadurch kühlt sich das Schaltelement 3, insbesondere der elastische Bereich 4 ab und das Schaltelement 3 bewegt sich wieder in seine ursprünglich Form (siehe 1), wobei das Schaltelement 3 die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 nicht mehr entgehen der Federkraft des Federelements 22 in axialer Richtung 42 mit Kraft beaufschlagt. Dadurch stützt sich das Federelement 22 am Zwischen-Gehäuse 20 und der Düse 12 und/oder der Düsen-Nadel 2 ab und drückt die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 in Richtung der Symetriachse 52, insbesondere in Strömungsrichtung II zurück in eine geschlossenen Position. Somit wirkt das Federelement 22 mit einer Rückstellkraft auf die Düse und/oder die Düsen-Nadel 2, wobei die Rückstellkraft entgegengesetzt zur Verstellkraft des Schaltelements 3 in axialer Richtung 42 wirkt. In der geschlossenen Position kann die Düse 12 mit dem Endabschnitt 16 in Anlage stehen, während die Düsen-Nadel 2 mit der Düse 12 in Anlage steht, insbesondere in Richtung der Längsachse 52.
In 2 ist zudem dargestellt, dass sich der zentrale Strömungsbereich 35 im Inneren der Gehäuse-Baugruppe 6 des Förderaggregats 8, insbesondere entlang eines Teils der Längsachse 52, befindet. In den zentralen Strömungsbereich 35 strömt von außerhalb des Förderaggregats 8 durch einen ersten Zulauf 28 ein gasförmiges Rezirkulationsmedium ein, insbesondere H₂, wobei das gasförmige Rezirkulationsmedium beispielsweise aus einem Brennstoffzellenstapel gefördert wird. Dieses gasförmige Rezirkulationsmedium strömt in über einen ersten Strömungspfad V vom ersten Zulauf 28 zum zentralen Strömungsbereich 35 ein wobei es zwischen der Düse 12 und dem Endabschnitt 16 hindurchströmt. Durch den zweiten Zulauf 36 strömt strömt von außerhalb des Förderaggregats 8 ein gasförmiges Treibmedium, insbesondere H₂, in einen Bereich zwischen der Düse 12 und der Düsen-Nadel 2, der als der Ringspalt 44 bezeichnet wird, wobei sich der Ringspalt 44 insbesondere zwischen der Düsenfläche 50 und der Nadelfläche 48 ausbildet. Dabei wird der Ringspalt 44 durch die Nadelfläche 48 einerseits und die Düsenfläche 50 andererseits begrenzt. Dabei strömt das gasförmige Treibmedium über einen zweiten Strömungspfad VI vom zweiten Zulauf 36 in Richtung der Längsachse 52 entlang, bis es durch den Ringspalt 44 hindurch in den zentralen Strömungsbereich 35 einströmt. Diese kann nur bei einem geöffneten Position der Düsen-Nadel 2 erfolgen, bei der die Düsen-Nadel 2 nicht mit der Düse 12 in Anlage steht und sich somit kein Dichtsitz zwischen der Düsen-Nadel 2 und der Düse 12 ausgebildet hat. Weiterhin wird die Düse 2 in Richtung der Längsachse 52, wenn die Heizeinrichtung 30 nicht betätigt ist und sich das Einstellelement somit nicht verformt durch die Rückstellkraft des Federelements 22 derart bis an den Endabschnitt 16 heranbewegt, dass die Düse 2 mit der Oberfläche des Endabschnitts 16, insbesondere in Richtung der Längsachse 52 eine Dichtsitz ausbildet, inbesondere einen um die Längsachse 52 umlaufenden Dichtsitz. Dadurch wird ein Einströmen des Rezirkulationsmediums durch den ersten Zulauf in den Bereich des zentralen Strömungsbereichs 35 verhindert und der zweite Strömungspfad wird unterbrochen.
Das aus dem zweiten Zulauf 36 in den Ringspalt 44 strömende und als Treibmedium dienende H₂ weist eine Druckdifferenz zum Rezirkulationsmedium auf, das aus dem ersten Zulauf 28 in das Förderaggregat 8 einströmt, wobei das Treibmedium insbesondere einen höheren Druck von mindestens 10 bar aufweist. Damit sich ein sogenannter Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium mit einem geringen Druck und einem geringen Maßenstrom in den zentralen Strömungsbereich 35 des Förderaggregats 8 gefördert, beispielsweise durch den Einsatz einer, dem Förderaggregat 8 vorgeschalteten, Rezirkulations-Pumpe. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere Nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, durch den Ringspalt 44 in den zentralen Strömungsbereich 35 ein. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich bereits im zentralen Strömungsbereich 35 befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits und/oder Druckdifferenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der Strömungsrichtung III beschleunigt und es entsteht auch für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich des ersten Zulaufs 28 nachgefördert wird. Dieser Effekt kann als Strahlpumpeneffekt bezeichnet werden. Durch die Änderung der Spaltweite 46 des Ringspaltes 44 zwischen der Nadelfläche 48 und der Düsenfläche 50, insbesondere durch die Bewegung der Düsen-Nadel 2 in axialer Richtung 42, kann die Einströmmenge und/oder der Einströmwinkel und/oder die Einströmgeschwindigkeit und/oder die Einspritzrichtung des Treibmediums reguliert werden. Dadurch kann eine Förderrate des Rezirkulationsmediums reguliert werden und auf den jeweiligen Bedarf eines gesamten Brennstoffzellensystems 31 (gezeigt in 5) je nach Betriebszustand und Betriebsanforderungen angepasst werden.
In einem beispielhaften Betriebszustand des Förderaggregats 8 bei dem sich die Düsen-Nadel 2 mit der Düse 12 in Anlage befindet und sich der Dichtsitz zwischen der Düsen-Nadel 2 mit der Düse 12 ausgebildet hat, kann verhindert werden, dass das Treibmedium aus dem zweiten Zulauf 36 in den zentralen Stömungsbereich 35 nachströmt, so dass das Treibmedium nicht weiter in Strömungsrichtung III zum Rezirkulationsmedium einströmen kann und somit der Strahlpumpeneffekt aussetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform des Förderaggregats 8 kann jedoch auch durch ein dem zweiten Zulauf 36 vorgelagertes Ventil, insbesondere ein Proportionalventil und/oder ein Dosierventil und/oder ein Wasserstoffdosierventil ein Einströmen des Treibmediums in den zentralen Strömungsbereich 35 des Förderaggregats 8 durch den zweiten Zulauf 36 verhindert oder geregelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Förderaggregats 8 kann das Federelement 22 als ein Wellbalg 22 ausgeführt sein, um eine verbesserte Kapselung der Heizeinrichtung 30 gegen das durchströmende Medium bewirken zu können. Diese Kapselung ist verstärkt notwendig, wenn die Heizeinrichtung 30 in einer weiteren Ausführungsform des Förderaggregats 8 als eine Magnetspule 30 ausgebildet ist, da die Magnetspule 30 zum einen aufgrund Ihrer weichmagnetischen Oberflächen durch das durchströmende Medium geschädigt werden kann. Zum anderen kann das Medium in der elektrische angesteuerten Magnetspule 30 einen Kurzschluss bewirken und/oder sich aufgrund von Bildung eines elektrischen Funkens entzünden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Düsen-Nadel 2 als ein Magnetanker ausgebildet sein und/oder einen Magnetanker, inbesondere an Ihrem Umfang, aufweisen. Dabei wird die Düsen-Nadel 12 in axialer Richtung 42 durch die Magnetspule 30 zumindest mittelbar über den Magnetanker verstellbar ist. Diese Ausführungsform ist insoweit vorteilhaft, als dass das Schaltelement 3 somit nicht mehr mittelbar mit der Düsen-Nadel 2 in Anlage stehe muss, um eine Verstellung der Düsen-Nadel 2 bewirken zu können, sondern dass die Düsen-Nadel 2 bei einer Betätigung der als Magnetspule 30 ausgebildeten Heizeinrichtung und eines somit ausgebildeten Magnetfeldes verstellbar ist.
Weiterhin wird das Schaltelement 3 von einem zu fördernden Medium, insbesondere einem Rezirkulationsmedium umspült, wobei ein Wärmeenergieübertrag vom Medium auf das Schaltelement 3 stattfindet und wobei mittels des Prinzips der elektromagnetischen Induktion zwischen der Magnetspule und dem Schaltelement 3 eine Temperaturbestimmung des Mediums vorgenommen werden kann. Dabei kann die Veränderung des elektromagentischen Feldes durch die Temperaturänderung des Schaltelements 3 mittels des Einstellelements 18 gemessen werden, insbesondere mittels einer Fluktuation zwischen eingebrachter und ausströmender Energie, insbesondere in Form von elektrischem Strom in die Magentspule 18. Alternativ kann auch eine Sensorik an der Heizeinrichtung 30 und/oder an der Magentspule 18 und/oder am Schaltelement 3 und/oder zwischen den genannten Bauteilen angebracht werden und somit eine Änderung des Magnetfeldes bestimmt werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird eine Temperaturbestimmung mittels eins Anschlusses von Sensoren und/oder Leitungen am Bi-Metall vorgenommen und somit eine Temperaturbestimmung des zu fördernden Mediums vorgenommen. Weiterhin wird in Abhängigkeit der Temperatur des zu fördernden Mediums und/oder des Förderaggregats 8 und/oder der übertragenden der Temperatur, insbesonder ein Form von Wärmeenergie, auf das Schaltelement 3 und/oder einem im Brennstoffzellensystem 31 gemessenen Sollwertes des benötigten Massenstroms mit Hilfe eines Kennfeldes ein Heizstrom für den aktuellen Betriebszustand bestimmt. Den Wert des Heizstroms liefert die Temperatur.
3 zeigt einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Förderaggregats 8 in vergrößerter Darstellung. Dabei ist dargestellt, dass zusätzlich zur Heizeinrichtung 30, die insbesondere das Einstellelement 18 aufweist, ein Wärmeleitelement 25 in der Gehäuse-Baugruppe 6, insbesondere im Endabschnitt 16 und/oder im Zwischen-Gehäuse 20 angeordnet ist. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform befindet sich das Schaltelement 3 radial zur Längsachse 52 zwischen dem Einstellelement 18 und dem Wärmeleitelement 25, wobei alle drei Bauteile miteinander über Ihre Oberflächen zumindest teilweise in Kontakt stehen. Dabei kann Wärmeenergie vom Wärmeleitelement 25 und/oder vom Einstellelement 18 auf das Schaltelement 3 übertragen. Alternativ kann auch Wärmeenergie vom Schaltelement 3 auf das Wärmeleitelement 25 und/oder das Einstellement 18 und/oder auf den Endabschnitt 16 und/oder auf das Zwischen-Gehäuse 20 übertragen werden kann. Dabei wird das Wärmeleitelement 25 entweder von der Magnetspule 30 mit Energie versorgt wird, insbesondere mittels elektromagnetischer Induktion, und/oder dass das Wärmeleitelement 25 wird mittels eines eigenen und von der Magnetspule 30 unabhängigen Anschlusses, insbesondere eines Stromanschlusses, mit Energie versorgt wird.
In 4 ist eine in 3 mit A-A bezeichnete Draufsicht auf Schaltelement 3 des Förderaggregats 8 in vergrößerter Darstellung dargestellt. Dabei ist gezeigt, dass das Schaltelement 3, insbesondere das Bi-Metall 3 zusätzlich zum elastischen Bereich 4 den starren Bereich 5 aufweist, wobei das Schaltelement 3 im elastischen Bereich 4, der insbesondere annähernd radial zur Längsachse 52 verläuft, umlaufend um die Längsachse 52 abwechselnd jeweils einen Flügel 39 und eine Aussparung 41 aufweist. Durch diese Ausformung des elastische Bereichs 4 mit um die Längachse 52 umlaufenden Aussparungen 41 wird es ermöglicht, dass sich die Flügel 39 bei einer Betätigung und/oder Erwärmung des Schaltelements 3in Richtung der Längsachse 52 verformen und somit die Düse 12 und/oder die Düsen-Nadel 2 verstellen. Ohne die Aussparungen 41 wäre eine Bewegung aufgrund der inneren Spannungen im Bauteil nicht oder nur eingeschränkt möglich oder es würde eine Schädigung des flexibeln oder des starren Bereichs 4, 5 des Schaltelements 3 bei einer Beaufschlagung des Schaltelements 3 mit Wärmeenergie auftreten.
In 5 ist eine beispielhafte Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 31 dargestellt, das das Föderaggregat 8 und weitere Bauteile aufweist, wobei insbesondere eine Anodenseite des Brennstoffzellensystems 31 dargestellt ist. Wie aus 5 ersichtlich, ist das Förderaggregat 8 über eine Verbindungsleitung 29 mit einer Brennstoffzelle 32 verbunden, die einen Anodenbereich 38 und einen Kathodenbereich 40 umfasst. Zudem ist eine Rückführleitung 23 vorgesehen, die den Anodenbereich 38 der Brennstoffzelle 32 mit einem Ansaugbereich, der insbesondere als der erste Zulauf 28 ausgebildet ist, des Förderaggregats 8 verbindet. Mittels der Rückführleitung 23 kann das im Anodenbereich 38 beim Betrieb der Brennstoffzelle 32 nicht verwertete erste gasförmige Medium zum ersten Zulauf 28 zurückgeführt werden. Bei diesem ersten gasförmigen Medium handelt es sich insbesondere um das vorrangegangen beschriebene Rezirkulationsmedium. Weiterhin ist gezeigt, dass das in einem Tank 34 gespeicherte zweite gasförmige Medium über eine Zuströmleitung 21 in einen Zuströmbereich, der insbesondere als der zweite Zulauf 36 ausgebildet ist, des Förderaggregats 8 zugeführt. Bei diesem zweiten gasförmigen Medium handelt es sich insbesondere um das Treibmedium.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8999593 B2 [0003, 0004, 0006]

Claims

Förderaggregat (8) für ein Brennstoffzellensystem (31), wobei das Förderaggregat (8) eine Gehäuse-Baugruppe (6) aufweist, in dem eine Düse (12) und eine Düsen-Nadel (2) angeordnet sind und wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) in einer axialen Richtung (42) verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäuse-Baugruppe (6) ein thermisch aktiviertes Schaltelement (3) angeordnet ist, wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) eine Längsachse (52) aufweisen, wobei die Längsachse (52) die Bewegungsrichtung der Düse (12) und/oder der Düsen-Nadel (2) darstellt und somit in axialer Richtung (42) verläuft und wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) in Richtung der Längsachse (52) durch das Schaltelement (3) verstellbar sind.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (3) temperaturabhängig seine Form ändert und insbesondere zumindest teilweise aus einem Bi-Metall (3) hergestellt ist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäuse-Baugruppe (6) eine Heizeinrichtung (30) angeordnet ist, durch die das Schaltelement (3) erwärmbar ist und wobei die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) in axialer Richtung (42) zumindest mittelbar, insbesondere über das Schaltelement (3), durch die Heizeinrichtung (30) verstellbar ist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung der Heizeinrichtung (30) Energie, insbesondere Wärmeenergie, in das Schaltelement (3) eingeleitet wird, wobei die eingeleitete Energie zur Verformung des Schaltelements (3), insbesondere des Bi-Metalls (3), führt.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (3) zumindest teilweise mit der Oberfläche eines Wärmeleitelements (25) in Kontakt steht, wobei Wärmeenergie vom Wärmeleitelement (25) auf das Schaltelement (3) übertragen werden kann und/oder Wärmeenergie vom Schaltelement (3) auf das Wärmeleitelement (25) übertragen werden kann.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des thermisch aktivierten Schaltelements (3) zu einer Formänderung eines elastischen Bereichs (4) führt und wobei die Formänderung des elastischen Bereichs (4) des Schaltelements (3) die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) in Richtung der Längsachse (52) verstellt.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Federelement (22) in axialer Richtung (42) derart an der Düse (12) und/oder an der Düsen-Nadel (2) abstützt, dass das Federelement (22) mit einer Rückstellkraft auf die Düse (12) und/oder die Düsen-Nadel (2) wirkt, die entgegengesetzt zur Verstellkraft des Schaltelement (3) in axialer Richtung (42) wirkt.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Nadelfläche (48) der Düsen-Nadel (2) und einer Düsenfläche (50) der Düse (12) ein Ringspalt (44) ausgebildet ist, wobei der Ringspalt (44) durch die Nadelfläche (48) einerseits und die Düsenfläche (50) andererseits begrenzt ist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (30) als eine Magnetspule (30) ausgebildet ist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen-Nadel (2) als ein Magnetanker ausgebildet ist und/oder einen Magnetanker, inbesondere an Ihrem Umfang, aufweist, wobei die Düsen-Nadel (12) in axialer Richtung (42) durch die Magnetspule (30) zumindest mittelbar über den Magnetanker verstellbar ist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (25) entweder von der Magnetspule (30) mit Energie versorgt wird, insbesondere mittels elektromagnetischer Induktion, und/oder dass das Wärmeleitelement (25) mittels eines eigenen und von der Magnetspule (30) unabhängigen Anschlusses, insbesondere eines Stromanschlusses, mit Energie versorgt wird.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung der Heizeinrichtung (30) eine Spaltweite (46) zwischen der Nadelfläche (48) und der Düsenfläche (50) änderbar ist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (3) von einem zu fördernden Medium, insbesondere einem Rezirkulationsmedium umspült wird, wobei ein Wärmeenergieübertrag vom Medium auf das thermisch aktiviertes Schaltelement (3) stattfindet und wobei mittels des Prinzips der elektromagnetischen Induktion zwischen der Magnetspule (30) und dem Schaltelement (3) eine Temperaturbestimmung des Mediums vorgenommen werden kann.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (3) zusätzlich zum elastischen Bereich (4) einen starren Bereich (5) aufweist, wobei das Schaltelement (3) im elastischen Bereich (4), der insbesondere annähernd radial zur Längsachse (52) verläuft, umlaufend um die Längsachse (52) abwechselnd jeweils einen Flügel (39) und eine Aussparung (41) aufweist.
Förderaggregat (8) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapselung der Heizeinrichtung (30) gegen ein Eindringen eines zu fördernden Mediums, insbesondere H₂, durch ein erstes Dichtelement (9) und/oder ein zweites Dichtelement (33) erzielt wird.
Förderaggregat (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (22) als ein Wellbalg (22) ausgeführt ist und dadurch eine zusätzliche Kapselung der Heizeinrichtung (30) gegen das Eindringen des zu fördernden Mediums, insbesondere H₂ erzielt wird.
Verwendung des Förderaggregates (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Brennstoffzellensystem (31).