專利名稱：用于將碳?xì)淙剂蠂娚涞饺剂现卣髦械娜剂蠂娚湎到y(tǒng)和燃料噴射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將氫燃料、尤其是液態(tài)碳?xì)淙剂蠂娚涞接糜趶乃鎏細(xì)淙剂现挟a(chǎn)生富氫氣體的燃料重整器中的燃料噴射系統(tǒng)和燃料噴射方法，其中所述碳?xì)淙剂媳粐婌F到該燃料重整器中。
背景技術(shù)：
富氫氣體能夠用作中間產(chǎn)物，以最終產(chǎn)生氫氣。氫氣能夠用于許多不同的目的。例如，需要?dú)錃鈦碛糜跒檐囕v或其它應(yīng)用提供電能的燃料電池的運(yùn)行。氫氣可以直接儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中，然而這種貯藏在技術(shù)上很復(fù)雜，由于氫氣具有爆炸性，這也很危險(xiǎn)。因此，通過催化轉(zhuǎn)化從(優(yōu)選液態(tài)的)碳?xì)淙剂现挟a(chǎn)生富氫氣體已被證實(shí)是有用的。對(duì)碳?xì)淙剂现泻械奶細(xì)滏湹拇呋D(zhuǎn)化是眾所周知的，因此在下文中僅概括地進(jìn)行描述。通常，該轉(zhuǎn)化以數(shù)個(gè)連續(xù)的步驟來進(jìn)行，包括實(shí)際重整步驟，在該步驟中，液態(tài)碳?xì)淙剂现泻械奶細(xì)滏湻至巡⒆罱K轉(zhuǎn)化為富氫氣體，所述富氫氣體包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、蒸汽以及根據(jù)熱力學(xué)平衡通常還在一定程度上殘留的碳?xì)滏?。然后，富氫氣體在隨后的階段中以公知的方式、例如通過采用隨后階段的變換反應(yīng)而被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生所需純度的氫氣，在所述變換反應(yīng)期間，一氧化碳和水被催化轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣，并且如果必要，通過應(yīng)用隨后的清洗過程來進(jìn)行，在所述清洗過程中，富氫氣體中的其它不需要的物質(zhì)(例如剩余的碳?xì)滏?被去除，或者轉(zhuǎn)化成不會(huì)對(duì)整個(gè)氫氣生產(chǎn)過程的最終階段產(chǎn)生的氫氣的使用造成危害的化學(xué)化合物。對(duì)于該過程的第一步即碳?xì)淙剂系礁粴錃怏w的催化轉(zhuǎn)化來說，使用了所謂的燃料重整器。對(duì)于燃料重整器的良好運(yùn)行模式來說，已經(jīng)表明碳?xì)淙剂系礁粴錃怏w的成功而有效的轉(zhuǎn)化尤其依賴于反應(yīng)物的成功混合。對(duì)于該混合來說，將碳?xì)淙剂蠂婌F到燃料重整器中被證明是有用的，由此能夠?qū)崿F(xiàn)碳?xì)淙剂系牧己玫撵F化或汽化。不利地，當(dāng)在燃料重整器中使用液態(tài)碳?xì)淙剂蠒r(shí)，難以控制所噴射的碳?xì)淙剂系牧坎⑶彝瑫r(shí)保持高質(zhì)量的噴霧，所述噴霧質(zhì)量與霧化或汽化的程度以及與其它反應(yīng)物像水或蒸汽的混合程度有關(guān)。實(shí)際上，燃料重整器需要在寬的燃料流量范圍內(nèi)運(yùn)行，例如每分鐘2. 5g至25g的燃料。通常，燃料重整器的工作范圍以最小流量(在以上示例中每分鐘2.5g燃料)與最大流量(在以上示例中每分鐘25g燃料)的固定比率的形式來表示。該比率被稱為“調(diào)節(jié)比(turn down ratio) ”，由此，在以上示例中，調(diào)節(jié)比是1 10。通常，期望有高的調(diào)節(jié)比，這同時(shí)意味著燃料重整器能夠在寬的燃料流量范圍內(nèi)運(yùn)行。然而，事實(shí)上，要想設(shè)計(jì)出在寬的燃料流量范圍內(nèi)產(chǎn)生燃料的最佳噴霧或霧化的燃料噴射元件是相當(dāng)困難的。通常，燃料噴射元件的幾何形狀設(shè)計(jì)用于單個(gè)燃料流量，例如，要么是上文提到的2. 5g每分鐘的最小流量，要么是上文提到的25g每分鐘的最大燃料流量。因此，燃料噴霧的霧化能夠通過多個(gè)燃料噴射元件的不同部分來影響。為了更容易地理解，將使用燃料噴霧輸出孔的尺寸的示例來描述此設(shè)計(jì)問題。例如燃料噴霧輸出孔的尺寸能夠優(yōu)化用于最小流量或最大流量。在孔的尺寸被設(shè)計(jì)為用于實(shí)現(xiàn)用于低燃料量(小孔)例如2. 5g每分鐘的燃料噴霧的良好霧化的情況下， 所述孔的尺寸將非常小，并且非常難以在不過分增加該孔之前的燃料壓力的情況下通過這樣的小孔來強(qiáng)制供應(yīng)較高的燃料量。另一方面，如果孔的尺寸被設(shè)計(jì)為用于實(shí)現(xiàn)用于高燃料量(大孔)例如25g每分鐘的燃料噴霧的良好霧化，則輸送孔的尺寸將非常大，并且所使用的低燃料量(例如2. 5g每分鐘)將不會(huì)導(dǎo)致充分霧化的燃料噴霧，而是引起燃料的滴落 (dribbling)，因?yàn)檩斔涂字械娜剂系膲毫?duì)霧化的燃料噴霧的產(chǎn)生來說太低了。因此，設(shè)計(jì)僅僅使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的噴嘴設(shè)計(jì)而對(duì)高流量和低流量都能產(chǎn)生良好的噴霧質(zhì)量的噴嘴是一個(gè)問題。然而，又希望燃料重整器分別具有寬的工作范圍或增大的調(diào)節(jié)比。為了增大調(diào)節(jié)比，一種可能是增大噴霧到燃料重整器中的燃料量。通常，燃料量的增加能夠通過增大碳?xì)淙剂瞎?yīng)的壓力來實(shí)現(xiàn)，由此，迫使更多的碳?xì)淙剂洗┻^燃料噴射元件。這具有以下缺點(diǎn)不僅燃料噴射元件而且燃料供應(yīng)線路、閥以及用于向燃料噴射元件供應(yīng)燃料的所有其它相關(guān)部件需要被設(shè)計(jì)成用于高壓力應(yīng)用。此外，提供所需燃料壓力的燃料供應(yīng)系統(tǒng)中的泵必須被設(shè)計(jì)成用于所需的高燃料壓力。所有這些因素將增加該系統(tǒng)的總成本。如上文已經(jīng)提到的，另一種增大調(diào)節(jié)比的可能是設(shè)計(jì)用于較高燃料量的整個(gè)燃料噴射元件。然而，這具有以下缺點(diǎn)對(duì)于低的燃料流量或最小燃料流量來說，燃料重整器中的燃料噴霧的汽化程度或霧化程度會(huì)惡化，從而不能在燃料重整器中提供反應(yīng)物的良好
混合ο

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種成本有效的燃料噴射系統(tǒng)和燃料噴射方法，該燃料噴射系統(tǒng)和燃料噴射方法不僅提供提高的噴霧質(zhì)量，而且還提供增加的調(diào)節(jié)比。通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料噴射方法來實(shí)現(xiàn)該目的。本發(fā)明基于下述想法即提供⑴一種用于將(優(yōu)選液態(tài)的)碳?xì)淙剂蠂娚涞饺剂现卣髦械娜剂蠂娚湎到y(tǒng)，該燃料噴射系統(tǒng)適于將碳?xì)淙剂系拿}動(dòng)噴霧噴射到燃料重整器中，以及(ii) 一種用于將液態(tài)碳?xì)淙剂蠂娚涞饺剂现卣髦械姆椒?，所述方法包括將碳?xì)淙剂献鳛樘細(xì)淙剂系拿}動(dòng)噴霧噴射到燃料重整器中的噴射步驟。優(yōu)選地，碳?xì)淙剂贤ㄟ^至少一個(gè)燃料噴射元件噴射到燃料重整器中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述燃料噴射系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)輸出端口和至少一個(gè)輸入端口的閥，其中，該閥的至少一個(gè)輸出端口連接到至少一個(gè)燃料噴射元件且該閥的至少一個(gè)輸入端口適于從燃料供應(yīng)系統(tǒng)中接收碳?xì)淙剂?，并且其中，該閥適于提供具有脈動(dòng)壓力的(液態(tài)或氣態(tài))碳?xì)淙剂狭?。?yōu)選地，所述燃料噴射系統(tǒng)還包括燃料流停止元件，優(yōu)選為止回閥，如果在至少一個(gè)燃料噴射元件處供應(yīng)的燃料流的壓力回落至預(yù)定的閾值以下，則所述燃料流停止元件適于停止碳?xì)淙剂狭飨蛩鲋辽僖粋€(gè)燃料噴射元件的供應(yīng)。否則，即如果在至少一個(gè)燃料噴射元件處供應(yīng)的燃料流的壓力超過(或至少等于)預(yù)定閾值，則燃料流停止元件提供具有所需的脈沖壓力的液態(tài)碳?xì)淙剂狭??？商娲?，?dāng)所供應(yīng)的燃料流的壓力等于預(yù)定閾值時(shí)， 燃料的供應(yīng)能夠已經(jīng)停止。通過在燃料的壓力回落至低于預(yù)定值、例如低于1. 5巴的情況下、在至少一個(gè)燃料噴射元件處提供燃料壓力的立即切斷，燃料重整器內(nèi)部的燃料噴霧過程也或多或少地立即停止。這意味著與未使用該燃料流停止元件時(shí)相比，當(dāng)使用該燃料流停止元件時(shí)，從 (i)所述切斷之前在燃料重整器中在滿燃料壓力下進(jìn)行燃料噴霧到(ii)所述切斷之后停止燃料噴霧為止的過渡時(shí)段明顯較短。通過使用該燃料流停止元件，過渡時(shí)段的縮短又明顯降低了在此過渡時(shí)段內(nèi)、在至少一個(gè)噴射元件處減小的燃料壓力對(duì)燃料噴霧質(zhì)量的負(fù)面影響。優(yōu)選地，燃料流停止元件布置在至少一個(gè)燃料噴射元件附近，例如布置在所述閥的輸出端口與至少一個(gè)燃料噴射元件之間，最有益地，所述燃料流停止元件布置成離至少一個(gè)燃料噴射元件的燃料噴霧輸出盡可能的近。因此，在燃料流供應(yīng)已經(jīng)切斷、即已經(jīng)停止之后，僅有相當(dāng)少量的燃料被容納在燃料流停止元件與至少一個(gè)燃料噴射元件的燃料噴霧出口之間的空間中，所述少量的燃料可能由于降低的燃料供應(yīng)壓力而在燃料重整器中產(chǎn)生較低質(zhì)量的燃料噴霧。因此，燃料重整器中的燃料噴霧的質(zhì)量仍然相當(dāng)好，即使燃料壓力名義上對(duì)于實(shí)現(xiàn)燃料噴霧的良好霧化來說太低。有益地，燃料流停止元件和至少一個(gè)燃料噴射元件能夠被共同設(shè)計(jì)以形成一個(gè)或多個(gè)一體式裝置，例如具有內(nèi)置式燃料止回閥的燃料噴嘴。在現(xiàn)有技術(shù)中，具有內(nèi)置式燃料噴霧停止元件的燃料噴嘴是已知的(例如，由Danfoss提供的LE系列噴嘴或者由Steinen 提供的無滴噴霧噴嘴，例如由Danfoss提供的可在互聯(lián)網(wǎng)http://no. varme. danfoss. com/ PCMPDF/DKBDPDQ6QD302. pdf上得到的LE型油噴嘴的通用數(shù)據(jù)手冊(cè)和由Steinen提供的同樣可在互聯(lián)網(wǎng)http://www. steinen. com/pdf/DripFree. pdf上得到的無滴噴霧噴嘴的信此外，也可以將所述閥和燃料流停止元件共同設(shè)計(jì)為形成單個(gè)一體式裝置。因此， 與燃料流停止元件布置在該燃料噴射元件附近或者與燃料噴射元件一體形成的情況相比， 殘留在燃料流停止元件和至少一個(gè)燃料噴射元件之間的空間內(nèi)的燃料量可能更大。但是， 由于在大多數(shù)情況下整個(gè)燃料噴射系統(tǒng)的必要的總構(gòu)造空間將會(huì)減小，所以殘留在燃料流停止元件和至少一個(gè)燃料噴射元件之間的空間內(nèi)的燃料量的任何的增加將相對(duì)較小，因此通?？梢院雎浴Ｔ瓌t上，也可以將所述閥、燃料流停止元件以及燃料噴射元件整合為一個(gè)單一的一體式裝置，并且此方案包括在所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。在這種情況下，所述閥優(yōu)選適于在高溫下運(yùn)行，因?yàn)槿剂蠂娚湓⒉贾迷谌剂现卣鞯幕旌鲜腋浇?，所述混合室在高?例如400°C以上)下運(yùn)行。由于該閥通常被設(shè)計(jì)為電致動(dòng)的電磁閥，所以這種已知的標(biāo)準(zhǔn)閥不能在高溫例如100°C以上正常工作。因此，在使用這種單一的一體式裝置的情況下，該系統(tǒng)要么適于(i)為整合在所述裝置中的閥提供冷卻，要么適于(ii)使用為高溫操作設(shè)計(jì)的專用閥。此外，燃料噴射系統(tǒng)可包括燃料供應(yīng)系統(tǒng)，所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)包括泵和用于容納 (液態(tài)或氣態(tài))碳?xì)淙剂系娜剂舷洌鋈剂舷浣?jīng)由燃料供應(yīng)線路與所述閥連接，所述泵用于對(duì)容納在燃料供應(yīng)線路中的碳?xì)淙剂线M(jìn)行加壓，其中燃料在燃料箱中保持在大致恒定或僅稍微變化的壓力水平，優(yōu)選保持在與燃料噴射系統(tǒng)所暴露的實(shí)際大氣壓力大致相等的壓力水平。更進(jìn)一步，燃料噴射系統(tǒng)可包括減壓閥，該減壓閥優(yōu)選是背壓型減壓閥，所述減壓閥連接燃料箱和燃料供應(yīng)線路，由此為燃料提供回流到燃料箱內(nèi)的可能性，從而防止燃料供應(yīng)線路中的燃料產(chǎn)生過壓并且/或使燃料供應(yīng)線路中的燃料保持在與該系統(tǒng)的工作壓力相對(duì)應(yīng)的大致恒定或僅稍微變化的壓力水平。更進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)中的閥可能有利地為具有三個(gè)端口三通閥，這三個(gè)端口即燃料供應(yīng)端口、壓力釋放端口以及燃料噴射元件連接端口，其中燃料供應(yīng)端口和壓力釋放端口分別經(jīng)由加壓燃料供應(yīng)線路和壓力釋放線路連接到燃料箱。燃料噴射元件連接端口經(jīng)由燃料噴射元件連接線路與燃料流停止元件連接并且接著與至少一個(gè)燃料噴射元件連接或直接與至少一個(gè)燃料噴射元件連接?？商娲?，在多于一個(gè)燃料噴射元件而不是所有隨后的燃料噴射元件具有同一個(gè)位居中央的燃料流停止元件的情況下，可以存在更多個(gè)這樣的燃料流停止元件，每個(gè)燃料噴射元件均與其“自己的”在先燃料流停止元件以可操作方式連接。三通閥優(yōu)選以如下方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作在其非激活狀態(tài)中，它對(duì)加壓燃料供應(yīng)線路關(guān)閉(關(guān)閉的燃料供應(yīng)端口)，而其壓力釋放端口打開并且通過壓力釋放線路與燃料箱以可操作方式連接。燃料噴射元件連接端口用作輸入端口，因此，在所述閥的燃料供應(yīng)端口關(guān)閉之后在燃料流停止元件和/或至少一個(gè)燃料噴射元件處分別殘留有特定壓力的情況下，通過提供使至少一個(gè)燃料噴射元件處的燃料分別通過燃料流停止元件回流到燃料箱內(nèi)的可能性，至少一個(gè)燃料噴射元件連接線路和/或所述閥中的壓力可以進(jìn)一步地降低。在所述閥的激活狀態(tài)下，所述閥對(duì)壓力釋放線路關(guān)閉(關(guān)閉的壓力釋放端口)，并且其燃料供應(yīng)端口以可操作方式與加壓燃料供應(yīng)線路連接。燃料噴射元件連接端口用作輸出端口，從而在燃料噴射元件連接線路中并且隨后在燃料流停止元件處和/或在至少一個(gè)燃料噴射元件處提供加壓燃料。優(yōu)選地，所述三通閥是電致動(dòng)的。通過短暫地激活該三通閥，燃料供應(yīng)系統(tǒng)的壓力釋放線路關(guān)閉并且所述系統(tǒng)的加壓燃料供應(yīng)線路打開，從而，具有高壓力的燃料被供應(yīng)到至少一個(gè)燃料噴射元件。一旦該加壓燃料供應(yīng)線路再次關(guān)閉，則燃料壓力立即降低到較低的壓力水平，優(yōu)選大致是該系統(tǒng)所暴露的實(shí)際大氣壓力。優(yōu)選地，加壓燃料供應(yīng)線路中燃料的壓力高于燃料流停止元件的壓力閾值，從而一旦該閥被激活，燃料流停止元件就打開并在燃料噴射元件處提供加壓燃料的燃料流。一旦通過關(guān)閉所述閥的加壓燃料供應(yīng)線路來中止加壓燃料的供應(yīng)，由于燃料經(jīng)過所打開的燃料噴射元件連接端口以及所述閥的打開的壓力釋放端口回流到燃料箱內(nèi)，所以燃料噴射元件連接線路中的殘余壓力就立即降低。因此，當(dāng)達(dá)到燃料流停止元件的壓力閾值時(shí)，由于立刻關(guān)閉所述燃料流停止元件，至少一個(gè)燃料噴射元件處的燃料供應(yīng)突然停止。這種燃料流停止元件可以是公知的止回閥。由于提供具有脈動(dòng)壓力的碳?xì)淙剂狭鬟€引起燃料供應(yīng)線路中的不期望的波動(dòng)，這種波動(dòng)又損害所述泵和三通閥，因此應(yīng)該降低這種波動(dòng)，所以氣體蓄積器能夠有利地裝配到燃料供應(yīng)線路，優(yōu)選靠近三通閥。該氣體蓄積器用作緩沖器，以補(bǔ)償由于燃料噴射的脈動(dòng)釋放而引起的、燃料供應(yīng)線路中的壓力變化。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述三通閥以一定的頻率工作，該頻率取決于燃料流停止元件能夠多快地停止燃料供應(yīng)。這又主要取決于能夠多快地提供通過壓力釋放線路的壓力釋放。該壓力釋放又取決于所述三通閥能夠多快地工作。實(shí)踐表明，當(dāng)以相當(dāng)?shù)偷念l率運(yùn)行該燃料供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的結(jié)果，因此在至少一個(gè)燃料噴射元件(例如噴嘴)處提供碳?xì)淙剂瞎?yīng)流，其中壓力以相當(dāng)?shù)偷念l率變化和脈動(dòng)。該脈動(dòng)的碳?xì)淙剂瞎?yīng)流又提供了燃料重整器中的相應(yīng)的足夠高質(zhì)量的脈動(dòng)碳?xì)淙剂蠂婌F。此外，其還允許增加每單位時(shí)間噴霧到燃料重整器中的燃料量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述燃料流停止元件例如止回閥以低于大約50赫茲的頻率工作，優(yōu)選以低于大約20赫茲的頻率工作。由于僅暫時(shí)以較高的壓力值噴射燃料，所以通常燃料噴射系統(tǒng)不需要設(shè)計(jì)為用于高壓應(yīng)用。此外，由于該暫時(shí)增大的壓力值，通過提供以低燃料量運(yùn)行燃料噴射系統(tǒng)并且同時(shí)設(shè)計(jì)用于能夠每單位時(shí)間被噴射到燃料重整器中的燃料的較大量的燃料噴射元件的可能性，能夠增大燃料噴射元件的工作范圍。由于燃料噴霧間歇地脈動(dòng)，所以燃料重整器中的噴霧的霧化或汽化仍然良好。在這樣的背景下，應(yīng)該注意，燃料重整器的混合區(qū)域可以視為低通濾波器，其使霧化的燃料噴霧的脈動(dòng)平穩(wěn)化。平均的燃料壓力優(yōu)選處于比大氣壓力高大約Sbar至大約Mbar的范圍內(nèi)，并且尤其處于比大氣壓力高大約IObar至大約12bar的范圍內(nèi)，然而燃料重整器中的壓力通常比大氣壓力高大約不到4bar，并且優(yōu)選比大氣壓力高大約不到2bar。在權(quán)利要求書、附圖以及說明書中限定了其它優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)選實(shí)施例。在下文中，將借助在單一附圖中示出的優(yōu)選實(shí)施例來闡述本發(fā)明的原理。因此， 該示例性地圖示的實(shí)施例并非旨在限制由所附權(quán)利要求限定的、所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。


單一附圖示出了圖1是本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)1的優(yōu)選實(shí)施例。燃料噴射系統(tǒng)1包括燃料噴射元件2，該燃料噴射元件2優(yōu)選為渦流式燃料噴嘴，儲(chǔ)存在燃料箱4中的碳?xì)淙剂贤ㄟ^該燃料噴射元件2噴射到燃料重整器(未示出)中。渦流式燃料噴嘴具有如下優(yōu)點(diǎn)當(dāng)通過噴嘴的一個(gè)或多個(gè)噴霧孔釋放燃料時(shí)，其產(chǎn)生燃料渦流。由于該渦流中的旋轉(zhuǎn)力和布置在所述一個(gè)或多個(gè)孔中的錐形部，視情況而定，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)霧化燃料的錐形噴霧，其與燃料重整器的混合室中的其它反應(yīng)物例如水或蒸汽混合。燃料箱4經(jīng)由閥10而與燃料噴射元件2連接。在附圖中，該閥通過優(yōu)選為磁驅(qū)動(dòng)的三通閥10來示例。該三通閥10具有輸入端口 P、輸出端口 R以及一個(gè)輸入/輸出端口 C，所述輸入端口 P在下文中被稱為加壓燃料供應(yīng)端口 P，所述輸出端口 R在下文中被稱為壓力釋放端口 R，所述輸入/輸出端口 C在下文中被稱為燃料噴射元件連接端口 C。加壓燃料供應(yīng)端口 P經(jīng)由燃料供應(yīng)線路ρ而與燃料箱4連接。泵6布置在燃料供應(yīng)線路P中，該泵6在加壓燃料供應(yīng)端口 P處為通過燃料供應(yīng)線路ρ供應(yīng)的燃料提供期望的壓力。燃料箱4中的燃料又保持在大致恒定或僅稍微變化的壓力水平，優(yōu)選保持在與燃料噴射系統(tǒng)1暴露的實(shí)際大氣壓力大致相等的壓力水平。此外，減壓閥8在燃料供應(yīng)線路ρ中布置在泵6的下游并且與燃料箱4連接。減壓閥8優(yōu)選為背壓閥并且例如可以是止回閥。減壓閥8防止由于燃料泵6的能力過剩而在燃料供應(yīng)線路P中產(chǎn)生過壓，并且減壓閥8使燃料供應(yīng)線路ρ中的燃料保持在恒定或僅稍微變化的壓力水平。當(dāng)在燃料供應(yīng)線路P中已經(jīng)產(chǎn)生過壓或壓力變化時(shí)，減壓閥8將打開， 并且，由燃料泵6泵送的燃料的一部分經(jīng)由減壓閥8而流回燃料箱4中。燃料箱4還經(jīng)由壓力釋放線路r而與閥10的壓力釋放端口 R連接。所述三通閥的燃料噴射元件連接端口 C又經(jīng)由燃料噴射元件連接線路c和燃料流停止元件(例如止回閥12)連接到燃料噴射元件2。此外，在加壓燃料供應(yīng)線路ρ中、在三通閥10的加壓燃料供應(yīng)端口 P附近布置有氣體蓄積器14。氣體蓄積器14用作緩沖器，以補(bǔ)償燃料供應(yīng)線路ρ中的、由于燃料噴射的脈動(dòng)式釋放而引起的壓力變化，在下文中將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。由于氣體蓄積器14降低了燃料壓力線路P中的波動(dòng)(該波動(dòng)在燃料噴射系統(tǒng)的運(yùn)行期間可能相當(dāng)大)，所以它能夠提高該系統(tǒng)的使用壽命和精確度，例如噴射一定量燃料的可重復(fù)性。盡管在圖示的實(shí)施例中優(yōu)選使用液態(tài)碳?xì)淙剂蟻懋a(chǎn)生富氫氣體，但本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)和燃料噴射方法也適用于氣態(tài)碳?xì)淙剂?。所述三通閥在其非激活狀態(tài)下是關(guān)閉的，即處于下述情形中其燃料噴射元件連接端口 C與其壓力釋放端口 R以可操作方式連接，并且經(jīng)由壓力釋放線路r與燃料箱4以可操作方式連接，同時(shí)其加壓燃料供應(yīng)端口 P是關(guān)閉的，即加壓燃料供應(yīng)線路P從閥10的燃料噴射元件連接端口 C斷開。所述三通閥在其激活狀態(tài)下是打開的，即處于下述情形中其燃料噴射元件連接端口 C與其加壓燃料供應(yīng)端口 P以可操作方式連接，并且經(jīng)由加壓燃料供應(yīng)線路P及泵6 與燃料箱4以可操作方式連接，同時(shí)其壓力釋放端口 R是關(guān)閉的，即壓力釋放線路r從閥10 的燃料噴射元件連接端口 C斷開。三通閥10的燃料噴射元件連接端口 C經(jīng)由燃料噴射元件連接線路c和燃料流停止元件(例如止回閥1 連接到燃料噴射元件2。如上文中已經(jīng)說明的，該燃料流停止元件可以是燃料噴射元件2和/或三通閥10的一體部分。在圖示的示例中，該燃料流停止元件是布置在燃料噴射元件2附近的單獨(dú)元件，即止回閥12。取決于三通閥10處于其激活狀態(tài)還是其未激活狀態(tài)(de-activated state)，即取決于給所述噴射元件2的燃料供應(yīng)壓力是增加還是減少，止回閥12為燃料噴射元件2提供了碳?xì)淙剂瞎?yīng)流的供應(yīng)的快速開始和快速停止。在下文中將詳細(xì)說明燃料噴射系統(tǒng)1的操作。為了在所述燃料重整器的混合室中提供脈動(dòng)燃料噴霧，三通閥10必須被激活。這通過關(guān)閉壓力釋放端口 R并打開加壓燃料供應(yīng)端口 P和燃料噴射元件連接端口 C來實(shí)現(xiàn)。 因此，燃料噴射元件連接線路c被加壓，即在燃料噴射連接線路c中并隨后在止回閥12的輸入端口處提供具有預(yù)定壓力(借助于泵6)的燃料。一旦燃料噴射元件連接線路c中的在止回閥12處的燃料壓力超過止回閥12的預(yù)定壓力閾值時(shí)，止回閥12立即打開，并且具有高于預(yù)定壓力閾值的壓力的燃料被提供在燃料噴射元件2處并隨后被噴霧到所述燃料重整器的混合室中。在本實(shí)施例中，止回閥12的壓力閾值被設(shè)定為⑴高于由儲(chǔ)存在燃料箱4中的燃料的壓力經(jīng)由釋放壓力線路r和(非激活的)三通閥10而在止回閥12的輸入端口處產(chǎn)生的燃料壓力(例如大氣壓力)并且(ii)低于由泵6經(jīng)由加壓燃料供應(yīng)線路ρ和三通閥 10而在止回閥12的輸入端口處產(chǎn)生的燃料壓力。優(yōu)選的壓力閾值例如為高于大氣壓力約 1. 5bar0在特定的一段時(shí)間之后，三通閥10被去激活，該段時(shí)間優(yōu)選適應(yīng)于三通閥10的操作速度(打開/關(guān)閉速度)、止回閥12的操作速度(打開/關(guān)閉速度)、和/或噴霧到所述燃料重整器的混合室中的燃料量，并且該段時(shí)間通常在大于約20ms的范圍內(nèi)(對(duì)應(yīng)于50 赫茲或更小的運(yùn)行頻率)。可通過校準(zhǔn)來有利地確定該段時(shí)間，其中，供應(yīng)到燃料重整器中的燃料量尤其根據(jù)燃料供應(yīng)線路P中的燃料壓力以及三通閥10已處于其激活狀態(tài)的時(shí)間來確定。通過關(guān)閉燃料供應(yīng)端口 P并打開通向壓力釋放線路r和燃料箱4的壓力釋放端口 R來實(shí)現(xiàn)三通閥10的去激活。在三通閥10的這種非激活或去激活或“中立”位置，(優(yōu)選液態(tài)的)碳?xì)淙剂蠌娜剂蠂娚湓?通過止回閥12和三通閥10流回燃料箱4中，從而迅速降低了燃料噴射元件2處、止回閥12處以及燃料噴射元件連接線路c中的壓力。該壓力降低優(yōu)選呈負(fù)二次方曲線(reverse quadratic)的形狀，這意味著壓力先迅速降低到特定的壓力水平，然后該壓力降低慢下來，直至壓力等于或幾乎等于燃料箱4中的壓力。一旦該壓力與燃料箱4中的壓力相同，就停止了燃料噴射元件2處的燃料供應(yīng)。實(shí)踐已經(jīng)表明，燃料噴霧的量取決于在燃料噴射元件2處供應(yīng)的燃料壓力，并且通過三通閥不能在足夠短的時(shí)間內(nèi)停止燃料供應(yīng)(由于負(fù)二次方曲線形狀的壓力降低)， 所以為了在燃料重整器中仍然保持良好質(zhì)量的燃料噴霧，向該系統(tǒng)中有利地引入了燃料流停止元件，例如止回閥12，并且，一旦實(shí)際的燃料供應(yīng)壓力已經(jīng)回落至特定的壓力閾值水平以下，該燃料流停止元件就適于在燃料噴射元件2處立即徹底中止燃料供應(yīng)。因此，能夠避免或至少顯著降低燃料到燃料重整器的混合室中的非期望的滴落。因此，止回閥12的目的是一旦燃料供應(yīng)壓力低于某個(gè)預(yù)定的壓力閾值水平，該壓力閾值水平例如比大氣壓力高1. ^ar,則盡可能迅速地切斷噴射元件2處的壓力。一旦燃料噴射元件連接線路c中的燃料供應(yīng)流的實(shí)際壓力水平低于該壓力閾值水平，則止回閥 12的輸出端口將立即關(guān)閉。由于止回閥12的閾值被設(shè)定為(i)低于燃料噴射元件連接線路c中的燃料供應(yīng)流的工作壓力(由泵6產(chǎn)生的壓力所決定)并且(ii)比燃料箱4中的壓力(大致為大氣壓力)高得多，所以非常迅速地完成了總的關(guān)閉操作，并且，燃料噴射元件2處的燃料供應(yīng)流的壓力相應(yīng)地迅速減小(即，與不使用止回閥12時(shí)相比快很多)。由于止回閥12優(yōu)選布置成非常靠近燃料噴射元件2或甚至是燃料噴射元件2的一體部分，所以，在止回閥12關(guān)閉之后將離開燃料噴射元件2的燃料量實(shí)際上可以忽略，并且其對(duì)燃料重整器的混合室中燃料噴霧質(zhì)量的相應(yīng)負(fù)面影響通常也可以忽略。在另一段時(shí)間之后，三通閥10被重新激活，該另一段時(shí)間適應(yīng)于三通閥的操作速度(打開/關(guān)閉速度)、止回閥12的操作速度(打開/關(guān)閉速度)、和/或噴霧到燃料重整器的混合室中的燃料量，并且該另一段時(shí)間通常在小于約50赫茲的范圍內(nèi)。與用于使所述三通閥10去激活的時(shí)間段一樣，以與上述類似的方式校準(zhǔn)該用于重新激活三通閥10的時(shí)間段。通過重新關(guān)閉壓力釋放端口 R并重新打開加壓燃料供應(yīng)端口 P來實(shí)現(xiàn)三通閥10 的再次激活。如上文中已闡明的，在這種情況下，一旦止回閥12處的燃料壓力超過止回閥 12的預(yù)定壓力閾值水平，則立即在燃料噴射元件2處供應(yīng)燃料。由于該燃料噴射系統(tǒng)的各個(gè)工作部分，即三通閥10，燃料供應(yīng)線路p、r、c，止回閥 12以及燃料噴射元件2僅暫時(shí)地受到高壓，所以能夠在相同的單位時(shí)間內(nèi)把較大量的燃料噴射到燃料重整器中(與在較低壓力水平下供應(yīng)的燃料相比)，而不需要設(shè)計(jì)用于高壓應(yīng)用的燃料噴射系統(tǒng)。另一方面，由于在止回閥12處的燃料壓力已經(jīng)達(dá)到或回落至特定的壓力閾值水平以下之后、能夠快速中止燃料噴射元件2處的燃料供應(yīng)，所以能夠避免或至少顯著降低由于壓力過低而引起的燃料到燃料重整器的混合室中的非期望的滴落。優(yōu)選地，三通閥10是能夠電致動(dòng)的電磁閥。此外，該閥優(yōu)選以低的頻率工作，尤其以低于50赫茲的頻率工作。取決于該閥和閥的類型，低于20赫茲的動(dòng)態(tài)頻率是合適的。原則上，該工作頻率取決于止回閥12能夠以多快的速度關(guān)閉，而這又取決于燃料噴射元件連接線路c中的壓力釋放有多快。通過結(jié)合止回閥12的操作、以上述方式打開和關(guān)閉該三通閥10，提供了具有脈動(dòng)壓力特性并且具有“開-關(guān)”式燃料供應(yīng)脈沖的燃料供應(yīng)流。該燃料噴射系統(tǒng)中的加壓燃料的壓力通常比大氣壓力高大約Sbar至大約Mbar， 優(yōu)選比大氣壓力高大約10至大約12bar。通過在整個(gè)系統(tǒng)中提供這樣的低壓力，燃料噴射系統(tǒng)1的元件不需要構(gòu)造為用于高壓力，從而能夠降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。然而，本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)提供了具有提高的調(diào)節(jié)比的高質(zhì)量燃料噴霧。附圖標(biāo)記列表1碳?xì)淙剂蠂娚湎到y(tǒng)2碳?xì)淙剂蠂娚湓?，例如燃料噴?碳?xì)淙剂舷? 泵8減壓閥，例如背壓減壓閥10三通閥12燃料流停止元件，例如止回閥14氣體蓄積器C閥輸入/輸出端口，例如三通閥的燃料噴射元件連接端口P閥輸入端口，例如三通閥的壓力釋放端口R閥輸出端口，例如三通閥的加壓燃料供應(yīng)端口c燃料噴射元件連接線路r壓力釋放線路ρ加壓燃料供應(yīng)線路
權(quán)利要求
1.一種燃料噴射系統(tǒng)(1)，所述燃料噴射系統(tǒng)(1)用于將碳?xì)淙剂蠂娚涞接糜趶乃鎏細(xì)淙剂现挟a(chǎn)生富氫氣體的燃料重整器中，其特征在于，所述燃料噴射系統(tǒng)(1)適于將碳?xì)淙剂系拿}動(dòng)噴霧噴射到所述燃料重整器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射系統(tǒng)，還包括用于將碳?xì)淙剂蠂娚涞剿鋈剂现卣髦械闹辽僖粋€(gè)燃料噴射元件O)，其特征在于，所述燃料噴射系統(tǒng)包括具有至少兩個(gè)端口 (P ；C)的閥(10)，其中所述閥(10)的第一端口(C)連接到所述至少一個(gè)燃料噴射元件0)， 而所述閥(10)的第二端口(P)適于從燃料供應(yīng)系統(tǒng)(4，6，8)中接收碳?xì)淙剂?，并且其中?所述閥(10)適于提供具有脈動(dòng)壓力的碳?xì)淙剂狭鳌?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述燃料噴射系統(tǒng)(1) 還包括至少一個(gè)燃料流停止元件(12)，優(yōu)選為止回閥，如果在所述至少一個(gè)燃料噴射元件 (2)處供應(yīng)的燃料流的壓力回落至低于預(yù)定的壓力閾值，則所述至少一個(gè)燃料流停止元件 (12)適于停止所述碳?xì)淙剂狭飨蛩鲋辽僖粋€(gè)燃料噴射元件O)的供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)燃料流停止元件(1 布置在所述閥(10)的第一端口(C)與所述至少一個(gè)燃料噴射元件( 之間，并且其中優(yōu)選地，所述至少一個(gè)燃料流停止元件(1 和所述至少一個(gè)燃料噴射元件( 被共同設(shè)計(jì)以形成具有內(nèi)置式燃料流停止元件(1 的至少一個(gè)燃料噴嘴O)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述燃料噴射系統(tǒng)(1)包括燃料供應(yīng)系統(tǒng)G，6，8)，所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)(4，6，幻包括燃料箱(4)和泵 (6)，所述燃料箱(4)用于容納液態(tài)碳?xì)淙剂喜⒔?jīng)由燃料供應(yīng)線路(ρ)與所述閥(10)連接， 所述泵(6)用于對(duì)容納在所述燃料供應(yīng)線路(ρ)中的碳?xì)淙剂线M(jìn)行加壓，由此，所述燃料箱 (4)中的燃料優(yōu)選處在大致恒定或僅稍微變化的壓力水平，優(yōu)選處在與所述燃料噴射系統(tǒng) (1)所暴露的實(shí)際大氣壓力大致相等的壓力水平。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)(4，6，8) 還包括減壓閥(8)，優(yōu)選為背壓型減壓閥(8)，所述減壓閥(8)連接到所述燃料箱(4)和所述燃料供應(yīng)線路(P)，用于防止所述燃料供應(yīng)線路(P)中的燃料產(chǎn)生過壓并且/或用于使所述燃料供應(yīng)線路(P)中的燃料保持在大致恒定或僅稍微變化的壓力水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中的任一項(xiàng)所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述閥(10) 是具有三個(gè)端口的三通閥，所述三個(gè)端口即燃料供應(yīng)端口(P)、壓力釋放端口( 以及燃料噴射元件連接端口(C)，其中所述燃料供應(yīng)端口(P)和所述壓力釋放端口(R)分別經(jīng)由所述燃料供應(yīng)線路(P)和壓力釋放線路(r)連接到所述燃料箱(4)，并且所述燃料噴射元件連接端口(C)經(jīng)由燃料噴射元件連接線路(c)與所述至少一個(gè)燃料噴射元件( 連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述三通閥(10)在非激活狀態(tài)下對(duì)所述加壓燃料供應(yīng)線路(P)關(guān)閉，而所述燃料噴射元件連接端口(C)經(jīng)由所述壓力釋放端口(R)以可操作方式連接到所述壓力釋放線路(r)，并且，所述三通閥(10)在激活狀態(tài)下對(duì)所述壓力釋放線路(r)關(guān)閉，而所述燃料噴射元件連接端口(C)經(jīng)由加壓燃料供應(yīng)端口(P)以可操作方式連接到所述燃料供應(yīng)線路(P)，其中所述三通閥(10)優(yōu)選是電致動(dòng)的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于還包括氣體蓄積器(14)，所述氣體蓄積器(14)用于降低所述碳?xì)淙剂狭鲏毫Φ牟▌?dòng)，其中所述氣體蓄積器(14)優(yōu)選布置成靠近所述閥(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中的任一項(xiàng)所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述閥 (10)以低的頻率工作，優(yōu)選以低于約50赫茲的頻率工作，更優(yōu)選地，以低于約20赫茲的頻率工作。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中的任一項(xiàng)所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述燃料供應(yīng)線路(P)中的供應(yīng)到所述閥(10)的碳?xì)淙剂系膲毫μ幱诒却髿鈮毫Ω叽蠹sSbar至大約Mbar的范圍內(nèi)，優(yōu)選處于比大氣壓力高大約IObar至大約12bar的范圍內(nèi)。
12.一種燃料噴射方法，所述燃料噴射方法用于將碳?xì)淙剂蠂娚涞接糜趶奶細(xì)淙剂现挟a(chǎn)生富氫氣體的燃料重整器中，其特征在于如下的噴射步驟將液態(tài)碳?xì)淙剂献鳛樘細(xì)淙剂系闹辽僖环N脈動(dòng)噴霧噴射到所述燃料重整器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，借助于燃料噴射元件(2)來提供所述噴射步驟，并且所述方法還包括如下步驟在所述至少一個(gè)壓力噴射元件( 處提供具有脈動(dòng)壓力的碳?xì)淙剂狭鳌?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述碳?xì)淙剂狭鞯膲毫σ缘偷念l率脈動(dòng)，優(yōu)選以低于約50赫茲的頻率脈動(dòng)，并且更優(yōu)選以低于約20赫茲的頻率脈動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法通過根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的燃料噴射系統(tǒng)(1)來執(zhí)行。
全文摘要
公開了一種用于將碳?xì)淙剂蠂娚涞接糜趶奶細(xì)淙剂现挟a(chǎn)生富氫氣體的燃料重整器中的燃料噴射系統(tǒng)和燃料噴射方法，其中碳?xì)淙剂献鳛榫哂忻}動(dòng)壓力的噴霧被噴射到燃料重整器中。
文檔編號(hào)B01F3/04GK102348632SQ200980158036
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者彼得·福斯伯格 申請(qǐng)人:瑞典電池公司