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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befeuchten von Luft im Zuluftpfad eines Brennstoffzellensystems. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Dosierventil, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem entsprechenden Dosierventil.
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Stand der Technik
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Brennstoffzellen wandeln Sauerstoff und einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff in elektrische Energie, Wärme und Wasser. Als Sauerstofflieferant dient Luft, insbesondere Umgebungsluft. Diese wird einer Kathode der Brennstoffzellen über einen Zuluftpfad zugeführt. Da der Energiewandlungsprozess einen gewissen Luftmassenstrom und ein gewisses Druckniveau erfordert, wird die kathodenseitig zugeführte Luft zuvor mit Hilfe eines im Zuluftpfad angeordneten Luftverdichters verdichtet. Danach wird die Luft auf die richtige Feuchte bei vorgegebener Temperatur eingestellt. Zum Befeuchten kann Wasser verwendet werden, das während des Energiewandlungsprozesses anfällt, sogenanntes Produktwasser. Dieses kann in einem Tank gesammelt und bei Bedarf mit Hilfe einer geeigneten Dosiervorrichtung in den Zuluftpfad eindosiert werden.
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Abhängig von den Betriebspunkten eines Brennstoffzellensystems werden unterschiedliche Befeuchtungsmassenströme benötigt. Um diese bei konstanten Öffnungsquerschnitten der Dosiervorrichtung einregeln zu können, muss der Vordruck angepasst werden. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Sprayaufbereitung negativ beeinflusst wird, beispielsweise durch Bildung großer Tropfen und/oder Verbleib eines hohen Flüssigwasseranteils, der nicht zu einem Spray aufbereitet wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine betriebspunktabhängige Befeuchtung von Luft in einem Zuluftpfad eines Brennstoffzellensystems möglich ist, ohne dass dadurch die Sprayaufbereitung negativ beeinflusst wird.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Dosierventil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie das Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Befeuchten von Luft in einem Zuluftpfad eines Brennstoffzellensystems wird mit Hilfe eines in den Zuluftpfad integrierten Dosierventils, das ein Gehäuse sowie einen im Gehäuse hin und her beweglich aufgenommenen Kolben zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung umfasst, Wasser über die mindestens eine Einspritzöffnung in den Zuluftpfad eingespritzt. Der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Einspritzöffnung wird dabei über die Bewegungen des Kolbens betriebspunktabhängig gesteuert.
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Das bei dem Verfahren eingesetzte Dosierventil weist somit einen variablen Öffnungsquerschnitt auf. Der Öffnungsquerschnitt kann somit betriebspunktabhängig eingestellt werden, um die unterschiedlichen geforderten Befeuchtungsmassenströme zu realisieren. Denn je nach Lage des Kolbens in Bezug auf die mindestens eine Einspritzöffnung, wird ein kleinerer Öffnungsquerschnitt oder ein größerer Öffnungsquerschnitt freigegeben. Sofern mehrere Einspritzöffnungen vorgesehen sind, kann der Öffnungsquerschnitt über die Anzahl der freigegebenen Einspritzöffnungen variiert werden. In diesem Fall setzt sich der Öffnungsquerschnitt aus der Summe mehrerer Einzelöffnungsquerschnitte zusammen.
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Zur Steuerung der Bewegungen des Kolbens wird dieser bevorzugt einerseits von einem vorgegebenen Einspritzdruck, andererseits von einem veränderbaren Gegendruck beaufschlagt. Der veränderbare Gegendruck ermöglicht einen konstanten Einspritzdruck, so dass eine gute Sprayaufbereitung gewährleistet ist.
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Die Veränderung des Gegendrucks wird vorzugsweise betriebspunktabhängig vorgenommen.
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Das bei dem Verfahren eingesetzte Dosierventil wird somit über den beidseits am Kolben anliegenden Druck gesteuert. Das heißt, dass das Dosierventil keine Aktorik erfordert bzw. passiv ist.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die auf den Kolben wirkenden betriebspunktunabhängigen Kräfte mittels einer am Kolben abgestützten Feder ausgeglichen werden. Durch Ausgleich der betriebspunktunabhängigen Kräfte kann eine Ausgangslage des Kolbens definiert werden. In dieser ist vorzugsweise das Dosierventil geschlossen, so dass kein Wasser in den Zuluftpfad eingespritzt wird. Das Öffnen des Dosierventils erfolgt dann entgegen der Federkraft der Feder. Über die Federkraft der Feder ist demzufolge die Öffnungskraft des Dosierventils einstellbar.
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Das zum Befeuchten benötigte Wasser wird dem Dosierventil bevorzugt mit Hilfe einer Pumpe zugeführt. Über die Fördermenge der Pumpe kann der Einspritzdruck vorgegeben werden. Zur Sicherstellung eines konstanten Einspritzdrucks wird vorzugsweise die Fördermenge der Pumpe betriebspunktabhängig variiert. Das heißt, dass die Fördermenge der Pumpe an den jeweils freigegebenen Öffnungsquerschnitt angepasst wird, so dass der Einspritzdruck konstant bleibt.
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Das zum Befeuchten benötigte Wasser wird ferner bevorzugt einem Tank entnommen, in dem im Betrieb des Brennstoffzellensystems anfallendes Wasser gesammelt wird. Das im Betrieb anfallende Wasser muss somit nicht entsorgt werden, sondern kann einer Nutzung zugeführt werden. Die Nutzung von Produktwasser stellt zudem sicher, dass in der Regel der Tank gefüllt ist und kein Nachtanken erforderlich ist.
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Das darüber hinaus zum Befeuchten von Luft in einem Zuluftpfad eines Brennstoffzellensystems vorgeschlagene Dosierventil umfasst ein Gehäuse sowie einen im Gehäuse hin und her beweglich aufgenommenen Kolben zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung. Der Kolben begrenzt dabei einerseits einen mit Einspritzdruck beaufschlagbaren ersten Druckraum, andererseits einen mit einem Gegendruck beaufschlagbaren zweiten Druckraum und ist in Richtung einer Schließstellung mittels einer Feder vorgespannt.
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Das Dosierventil ist demnach druckgesteuert, so dass eine Aktorik entbehrlich ist. Zudem kann über die Lage des Kolbens in Bezug auf die mindestens eine Einspritzöffnung der Öffnungsquerschnitt des Dosierventils variiert werden. Das vorgeschlagene Dosierventil ist demzufolge insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, so dass mit Hilfe des Dosierventils die gleichen Vorteile erzielbar sind. Insbesondere kann über den variablen Öffnungsquerschnitt der Befeuchtungsmassenstrom betriebspunktabhängig eingestellt werden. Der Einspritzdruck kann demgegenüber konstant bleiben, so dass eine gute Sprayaufbereitung sichergestellt ist.
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Der mit einem Gegendruck beaufschlagbare zweite Druckraum des Dosierventils ist vorzugsweise an den Zuluftpfad oder an eine externe Druckquelle angeschlossen. Als Gegendruck kann somit der Druck im Zuluftpfad oder ein externer Druck genutzt werden. Die Anbindung an den Zuluftpfad besitzt den Vorteil, dass diese sehr einfach und kostengünstig zu realisieren ist.
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Die mindestens eine Einspritzöffnung, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen, ist bzw. sind bevorzugt in einem rohrförmigen Wandabschnitt des Gehäuses ausgebildet. Dadurch ist sichergestellt, dass die Bewegungen des Kolbens den Öffnungsquerschnitt verändern. Mehrere kleine Einspritzöffnungen ermöglichen im Vergleich zu einer großen Einspritzöffnung eine bessere Sprayaufbereitung, so dass diese Variante bevorzugt wird. Über mehrere, in einem Abstand zueinander angeordnete Einspritzöffnungen kann zudem eine optimale Tröpfchenverteilung im Zuluftpfad erzielt werden.
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Ferner bevorzugt unterscheiden sich die mehreren Einspritzöffnungen hinsichtlich ihrer Form und/oder Größe. Durch Variation der Form und/oder der Größe der mehreren Einspritzöffnungen lassen sich beliebige Öffnungsquerschnitte in Abhängigkeit von den am Kolben anliegenden Kräften darstellen. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die mehreren Einspritzöffnungen in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind. Ferner können die mehreren Einspritzöffnungen Reihen bilden, die in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung verlaufen. Eine spiralförmige Anordnung ist ebenfalls möglich.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben stößelartig ausgebildet. Das heißt, dass er unterschiedliche Außendurchmesser aufweist, wobei der Außendurchmesser im Bereich eines Endabschnitts am größten ist. Über diesen Endabschnitt bzw. eine hieran ausgebildete Steuerkante steuert der Kolben den Öffnungsquerschnitt. Im Übrigen kann der Kolben zur Reduzierung seiner Masse bolzenartig ausgebildet sein, so dass ein Ringraum zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbleibt. Dieser kann zur Aufnahme der Feder genutzt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass der Kolben abschnittsweise von der Feder umgeben ist.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildet und begrenzt gemeinsam mit einem in den Kolben eingreifenden Führungselement einen Druckausgleichsraum, der über eine Drossel mit dem ersten Druckraum verbunden ist. Der Druckausgleichsraum wirkt Schwingungen des Kolbens entgegen, so dass hierüber eine Dämpfung erzielbar ist. Zur Begrenzung des Druckausgleichsraums kann der Kolben als Hülse ausgebildet sein, die an einem Ende geschlossen ist. Über das offene Ende der Hülse greift dann das Führungselement in den Kolben ein. Der Druckausgleichsraum ist somit über die Drossel lediglich mit dem ersten Druckraum verbunden. Ein zwischen dem Führungselement und dem Gehäuse verbleibender Ringraum kann den zweiten Druckraum ausbilden.
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Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildet und weist in einem rohrförmigen Wandabschnitt Öffnungen auf, die in Überdeckung mit der mindestens einen Einspritzöffnung bringbar sind. Der Kolben wird demnach zumindest abschnittsweise von dem einzuspritzenden Wasser durchströmt. Mit anderen Worten gesagt erstreckt sich der erste Druckraum in den Kolben hinein. Zur Trennung des ersten Druckraums vom zweiten Druckraum kann der Kolben an seinem dem zweiten Druckraum zugewandten Ende geschlossen ausgeführt sein.
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In Weiterbildung dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in den Kolben ein zumindest abschnittsweise rohrförmiges Führungselement eingreift, das wandungsseitig Öffnungen aufweist. Der erste Druckraum erstreckt sich in diesem Fall in das Führungselement hinein. Die Trennung zum zweiten Druckraum wird über das Führungselement bewirkt, so dass der zweite Druckraum als Ringraum ausgebildet ist. Über die im Führungselement vorgesehenen wandungsseitigen Öffnungen kann bei entsprechender Lage des Kolbens eine Überdeckung mit den wandungsseitigen Öffnungen des Kolbens hergestellt werden. Vorzugsweise sind die wandungsseitigen Öffnungen des Führungselements hinsichtlich ihrer Form, Größe und/oder Lage korrespondierend zu den Einspritzöffnungen ausgebildet, so dass bei einer entsprechenden Lage des Kolbens der volle Querschnitt der Einspritzöffnungen durch den Kolben und das Führungselement freigegeben ist.
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Des Weiteren wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das einen Zuluftpfad sowie ein in den Zuluftpfad integriertes erfindungsgemäßes Dosierventil umfasst. Das Dosierventil ist dabei bevorzugt derart ausgerichtet, dass der Kolben quer zur Hauptströmungsrichtung der Luft im Zuluftpfad bewegbar ist. Das heißt, dass das den Kolben aufnehmende Gehäuse quer zur Strömungsrichtung der Luft ausgerichtet ist und in den Zuluftpfad hineinragt. Vorteilhafterweise erstreckt sich das Gehäuse über die gesamte Breite des Zuluftpfads, so dass das Wasser beim Einspritzen gleichmäßig verteilt wird. Das in den Zuluftpfad hineinragende bzw. den Zuluftpfad querende Gehäuse des Dosierventils wird von der Luft selbst angeströmt, so dass es im Zuluftpfad zu Verwirbelungen kommt. Diese wiederum fördern die Durchmischung von Luft und Wasser.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Dosierventil mittelbar über bestehende Einbauten, wie beispielsweise einem Drallerzeuger, in den Zuluftpfad des Brennstoffzellensystems integriert ist. Die Durchmischung kann auf diese Weise weiter optimiert werden.
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Der erste Druckraum des integrierten Dosierventils ist vorzugsweise über eine Pumpe mit Wasser aus einem Tank versorgbar, während der zweite Druckraum an den Zuluftpfad oder an eine externe Druckquelle angeschlossen ist. Im ersten Druckraum herrscht somit Einspritzdruck. Um diesen bei einer Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Dosierventils konstant zu halten, kann die Fördermenge der Pumpe bzw. die Pumpfrequenz entsprechend angepasst werden. Der Druck im zweiten Druckraum dient als Gegendruck, der variiert wird, um den Öffnungsquerschnitts des Dosierventils zu verändern. Sofern der zweite Druckraum an den Zuluftpfad angeschlossen ist, dient Luft das Druckmedium. Bei Anschluss des zweiten Druckraums an eine externe Druckquelle kann das Druckmedium ein beliebiges Druckmedium sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 a) bis c) eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
- 2 a) bis c) eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
- 3 a) bis c) eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
- 4 a) bis c) eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventil in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
- 5 a) bis c) eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
- 6 eine sechste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils und
- 7 eine siebte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Den 1a, 1b, 1c ist ein erstes erfindungsgemäßes Dosierventil 1 zu entnehmen, das vorliegend in einen Zuluftpfad 2 eines Brennstoffzellensystems integriert ist. Über den Zuluftpfad 2 ist mindestens eine Brennstoffzelle (nicht dargestellt) des Brennstoffzellensystems mit Luft versorgbar, die der Brennstoffzelle als Sauerstofflieferant zugeführt wird. Der Sauerstoff wird zusammen mit einem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, in der Brennstoffzelle in elektrische Energie, Wärme und Wasser gewandelt. Da dieser Prozess einen gewissen Luftmassenstrom und ein gewisses Druckniveau erfordert, wird die Luft vor Eintritt in die Brennstoffzelle mit Hilfe eines im Zuluftpfad 2 angeordneten Luftverdichters (nicht dargestellt) verdichtet. Des Weiteren wird die Luft mit Hilfe einer Befeuchtungseinrichtung befeuchtet, um ein Austrocknen der Membran der Brennstoffzelle zu verhindern. Das dargestellte Dosierventil 1 stellt eine solche Befeuchtungseinrichtung dar.
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Das Dosierventil 1 der 1 weist ein längliches Gehäuse 3 auf, das quer zur Hauptströmungsrichtung (siehe Pfeil) im Zuluftpfad 2 orientiert ist und in einem Wandungsbereich 9 mehrere Einspritzöffnungen 5 ausbildet. Über diese kann Wasser in den Zuluftpfad 2 eingespritzt werden. Die Einspritzöffnungen 5 werden über einen im Gehäuse 3 hin und her verschiebbar aufgenommenen Kolben 4 gesteuert, so dass der Öffnungsquerschnitt des Dosierventils 1 variabel ist. Der Kolben 4 ist vorliegend stößelartig ausgebildet. Ein tellerförmiger Endabschnitt des Kolbens 4 steuert die Einspritzöffnungen 5. Über einen hieran ansetzenden bolzenförmigen Abschnitt ist der Kolben 4 geführt. Das freie Ende des bolzenförmigen Abschnitts ist hierzu in einer verengten Bohrung des Gehäuses 3 aufgenommen. Der Kolben 4 trennt somit einen ersten Druckraum 6, der mit Einspritzdruck beaufschlagbar ist, von einem zweiten Druckraum 7, der mit einem Gegendruck beaufschlagbar ist, um die Lage des Kolbens 4 in Bezug auf die Einspritzöffnungen 5 zu ändern. Der zweite Druckraum 7 ist hierzu an eine externe Druckquelle (nicht dargestellt) angeschlossen. Alternativ könnte der zweite Druckraum 7 auch mit Luft aus dem Zuluftpfad 2 beaufschlagt werden. Diese Ausführungsform wird in Verbindung mit der Variante der 2 näher beschrieben.
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Beidseits des Kolbens 4 liegt somit ein Druck an, so dass die Bewegungen des Kolbens 4 über den jeweils anliegenden Druck bzw. die daraus resultierenden Kräfte gesteuert werden können. Das heißt, dass eine Aktorik entbehrlich ist. Ferner kann allein durch eine Veränderung des Gegendrucks der Öffnungsquerschnitt des Dosierventils 1 betriebspunktabhängig gesteuert werden. Das heißt, dass der Einspritzdruck konstant bleiben kann, was eine gute Sprayaufbereitung ermöglicht.
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Um die betriebspunktunabhängigen Kräfte auszugleichen, ist der Kolben 4 von der Federkraft einer Feder 8 beaufschlagt, die vorliegend den bolzenförmigen Abschnitt des Kolbens 4 umgibt. Über die Federkraft der Feder 8 ist der Kolben 4 in Richtung einer in das Gehäuse 3 integrierten Endlagensicherung 17 vorgespannt, die eine End- bzw. Ausgangslage des Kolbens 4 definiert. In dieser Lage ist keine Einspritzöffnung 5 freigegeben, so dass kein Wasser in den Zuluftpfad 2 eingespritzt wird (siehe 1a)). Über die Federkraft der Feder 8 kann die Öffnungskraft des Dosierventils 1 eingestellt werden. Das Öffnungsverhalten des Dosierventils 1 kann ferner über das Flächenverhältnis der am Kolben 4 ausgebildeten Wirkflächen eingestellt werden, die einerseits den Druckraum 6, andererseits den Druckraum 7 begrenzen.
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Zum Öffnen des Dosierventils 1 wird der im Druckraum 7 herrschende Gegendruck gesenkt, so dass die auf den Kolben 4 wirkenden Kräfte in eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft resultieren. Der Kolben 4 bewegt sich in diesem Fall aus der End- bzw. Ausgangslage in Richtung des Druckraums 7 und gibt zumindest eine Einspritzöffnung 5 frei (siehe 1b)). Der durch die Einspritzung verursachte Druckabfall kann durch Erhöhung der Fördermenge einer Pumpe (nicht dargestellt) ausgeglichen werden, mittels welcher dem Dosierventil 1 Wasser zugeführt wird. Bei dem Wasser kann es sich insbesondere um Produktwasser handeln, das in einem Tank (nicht dargestellt) gesammelt wird.
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Um den freigegebenen Öffnungsquerschnitt zu vergrößern, kann der Gegendruck weiter gesenkt werden, so dass sich der Kolben 4 weiter in Richtung des zweiten Druckraums 7 bewegt. Auf diese Weise können mehrere oder alle Einspritzöffnungen 5 freigegeben werden (siehe 1c)).
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Zur Darstellung beliebiger Öffnungsquerschnitte können die mehreren Einspritzöffnungen 5 sich hinsichtlich Form und/oder Größer unterscheiden. Darüber hinaus können die Abstände der Einspritzöffnungen 5 zueinander unterschiedlich groß gewählt werden. Die Einspritzöffnungen 5 können in einer oder mehreren axial verlaufenden Reihen, in einer oder mehreren spiralförmig verlaufenden Reihen und/oder in einer oder mehreren umlaufenden Reihen angeordnet werden.
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Den 2a, 2b, 2c ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils 1 zu entnehmen. Der Kolben 4 ist in dieser Ausführungsform als Rohr gestaltet, das über ein bolzenartiges Führungselement 10 hin und her verschiebbar geführt ist. Das Führungselement 10 ist mit dem Gehäuse 3 fest verbunden oder einstückig mit diesem ausgeführt, so dass zwischen dem Führungselement 10 und dem Gehäuse 3 ein Ringraum verbleibt, der vorliegend den zweiten Druckraum 7 ausbildet. In diesem Ringraum ist zugleich die Feder 8 aufgenommen. Der Ringraum bzw. der zweite Druckraum 7 ist an den Zuluftpfad 2 angeschlossen, so dass der Gegendruck mit Hilfe der durch den Zuluftpfad 2 strömenden Luft erzeugt wird. Ein Anschluss an eine externe Druckquelle zum Erzeugen des Gegendrucks kann somit entfallen. Die Trennung des zweiten Druckraums 7 vom ersten Druckraum 6, der mit dem Einspritzdruck beaufschlagbar ist, wird über das bolzenartige Führungselement 10 bewirkt.
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In der 2a) befindet sich der Kolben 4 in seiner End- bzw. Ausgangslage und das Dosierventil 1 ist geschlossen. In der 2b) wird durch die veränderte Lage des Kolbens 4 eine Einspritzöffnung 5 freigegeben, so dass Wasser in den Zuluftpfad 2 eingespritzt wird. Die eindosierte Menge ist jedoch gering. Zum Steigern der Menge wird der Kolben 4 weiterbewegt, so dass - wie in der 2c) dargestellt - mehrere oder alle Einspritzöffnungen 5 freigegeben sind.
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Den 3a, 3b, 3c ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils 1 zu entnehmen. Der Kolben 4 ist in dieser Ausführungsform ebenfalls rohrförmig gestaltet, aber an seinem dem ersten Druckraum 6 zugewandten Ende geschlossen ausgeführt. Die Trennung der beiden Druckräume 6 und 7 wird demnach durch den Kolben 4 bewirkt. In den rohrförmigen Abschnitt des Kolbens 4 greift ein bolzenartiges Führungselement 10 ein, so dass auch in dieser Ausführungsform der zweite Druckraum 7 ringförmig ausgestaltet ist. Im zweiten Druckraum 7 ist zudem die Feder 8 aufgenommen. Innerhalb des Kolbens 4 ist ein Druckausgleichsraum 11 ausgebildet, der von dem Führungselement 10 und dem Kolben 4 begrenzt wird. Der Druckausgleichsraum 11 ist über eine im Kolben 4 ausgebildete Drossel 12 mit dem ersten Druckraum 6 verbunden, so dass der Druckausgleichsraum 11 mit Wasser gefüllt ist. Da das Wasser im Druckausgleichsraum 11 nur über die Drossel 12 entweichen kann, dämpft es die Bewegungen des Kolbens 4 und wirkt damit Schwingungen des Kolbens 4 entgegen.
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In der 3a) befindet sich der Kolben 4 in seiner End- bzw. Ausgangslage und das Dosierventil 1 ist geschlossen. In der 3b) wird durch die veränderte Lage des Kolbens 4 eine Einspritzöffnung 5 freigegeben, so dass Wasser in den Zuluftpfad 2 eingespritzt wird. Die eindosierte Menge ist jedoch gering. Zum Steigern der Menge wird der Kolben 4 weiterbewegt, so dass - wie in der 3c) dargestellt - mehrere oder alle Einspritzöffnungen 5 freigegeben sind.
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Den 4a, 4b, 4c ist eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils 1 zu entnehmen. In dieser Ausführungsform ist der Kolben 4 als einseitig geschlossenes Rohr ausgeführt, so dass der Kolben 4 die beiden Druckräume 6 und7 trennt. Das geschlossene Ende des Kolbens 4 ist dem zweiten Druckraum 7 zugewandt, so dass am Kolben 4 die im zweiten Druckraum 7 aufgenommene Feder 8 abstützbar ist. Die Öffnung des Kolbens 4 ist dem ersten Druckraum 6 zugewandt, so dass der Kolben 4 mit dem einzuspritzenden Wasser gefüllt ist. Zum Freigeben und Verschließen der im Gehäuse 3 ausgebildeten Einspritzöffnungen 5 weist der Kolben 4 einen Wandungsbereich 13 mit Öffnungen 14 auf, die in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens 4 - teilweise (siehe 4c)) oder vollständig (siehe 4b)) - in Überdeckung mit den Einspritzöffnungen 5 des Gehäuses 3 bringbar sind. Auf diese Weise kann zur betriebspunktabhängigen Einstellung des Befeuchtungsmassenstroms der Öffnungsquerschnitt des Dosierventils 1 verändert werden. Ferner kann das Dosierventil 1 geschlossen werden, um die Befeuchtung einzustellen. Hierzu wird der Kolben 4 in seine End- bzw. Ausgangslage gebracht, die durch die in das Gehäuse 3 integrierte Endlagensicherung 17 vorgegeben ist (siehe 4a)).
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Den 5a, 5b, 5c ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils 1 zu entnehmen. Diese entspricht im Wesentlichen der der 4, wobei hier der zweite Druckraum 7 nicht an eine externe Druckquelle, sondern an den Zuluftpfad 2 angeschlossen ist. Der Gegendruck im zweiten Druckraum 7 wird demnach mit Hilfe der Luft aus dem Zuluftpfad 2 erzeugt.
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Wahlweise kann in jeder der dargestellten Ausführungsformen der zweite Druckraum 7 an den Zuluftpfad 2 oder an eine externe Druckquelle angeschlossen sein.
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Der 6 ist eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils 1 zu entnehmen. In dieser Ausführungsform ist der Kolben 4 als beidseitig offenes Rohr ausgebildet. In den Kolben 4 greift ein hülsenförmiges Führungselement 15 ein, über welches der Kolben 4 geführt ist. Das hülsenförmige Führungselement 15 und der Kolben 4 bewirken zudem eine Trennung der beiden Druckräume 6 und 7. Der zweite Druckraum 7 wird vorliegend durch einen zwischen dem Führungselement 15 und dem Gehäuse 3 verbleibenden Ringraum ausgebildet, in dem zugleich die Feder 8 aufgenommen ist. Der zweite Druckraum 7 ist an den Zuluftpfad 2 angeschlossen, so dass er mit Luft gefüllt ist. Der erste Druckraum 6 ist mit dem einzuspritzenden Wasser gefüllt.
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Um die im Gehäuse 3 ausgebildeten Einspritzöffnungen 5 freizugeben, müssen in einem Wandungsbereich 13 des Kolbens 4 ausgebildete Öffnungen 14 in Überdeckung mit den Einspritzöffnungen 5 sowie mit Öffnungen 16 gebracht werden, die wandungsseitig im hülsenförmigen Führungselement 15 ausgebildet sind.
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Bei dem in der 7 dargestellten siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dosierventils 1 gilt das Gleiche, da das Dosierventil 1 der 7 im Wesentlichen dem der 6 entspricht. Im Unterschied zu diesem ist lediglich der zweite Druckraum 7 nicht an den Zuluftpfad 2, sondern an eine externe Druckquelle (nicht dargestellt) angeschlossen.
