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Title:
SYSTEMS FOR REACTING FUEL AND AIR TO A REFORMATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/072234
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for reacting fuel (216) and air (218) to a reformate (220). Said system comprises a reformer (214) including a reaction chamber, a nozzle (11) for supply a fuel/air mixture to the reaction chamber, at least one supply line (24) for supplying fuel (216) to the nozzle (11) and at least one entrance channel (18) for supplying air (218) to the nozzle (11). According to the invention, the nozzle (11) comprises a swirl chamber (19, 22) into which the at least one supply line (24) for supplying fuel (216) runs in a substantially axial/central manner and the at least one entrance channel (18) runs in a substantially tangential manner and from which a nozzle outlet (23) exits. The swirl chamber (19, 22) comprises a narrowing spiral channel (19) into which the entrance channel (18) for the gaseous medium runs, and a space (22) axially contiguous thereto in the direction toward the nozzle outlet (23), into which the supply line (24) for supplying fuel (216) runs and from which the nozzle outlet (23) exits.

Inventors:
Galtz, Rudiger (Adlerstr. 21 Grafelfing, 82166, DE)
Application Number:
PCT/EP2002/002192
Publication Date:
September 04, 2003
Filing Date:
February 28, 2002
Export Citation:
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Assignee:
WEBASTO THERMOSYSTEME GMBH (Speicherstrasse 3/4 Neubrandenburg, 17033, DE)
Galtz, Rudiger (Adlerstr. 21 Grafelfing, 82166, DE)
International Classes:
C01B3/38; B01F5/04; B01F5/06; B01J19/26; C01B3/36; F23C7/00; F23D11/10; F23D11/38; F23D11/44; F23Q7/06; H01M8/06; B01F5/00; H01M8/04; H01M8/10; H01M8/12; (IPC1-7): B01F5/04; B01J19/26; F23C7/00; F23D11/38; C01B3/36; F23D11/40; C01B3/34; H01M8/06; B01F5/06
Domestic Patent References:
2001-09-27
Foreign References:
US5997596A1999-12-07
US4425159A1984-01-10
GB739699A1955-11-02
DE2433811A11976-01-29
EP0777084A21997-06-04
US4396372A1983-08-02
US5899075A1999-05-04
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 287 (C-375), 30. September 1986 (1986-09-30) & JP 61 106401 A (FUJI ELECTRIC CO LTD), 24. Mai 1986 (1986-05-24)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 11, 29. November 1996 (1996-11-29) & JP 08 192040 A (FUJI ELECTRIC CO LTD), 30. Juli 1996 (1996-07-30)
Attorney, Agent or Firm:
SCHUMACHER & WILLSAU (Nymphenburger Str. 42 Munchen, 80335, DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE
1. System zum Umsetzen von Brennstoff (216) und Luft (218) zu Reformat (220) mit einem Reformer (214), der einen Reaktionsraum auf weist, einer Düse (11) zum Zuführen eines Brennstoff/Luft Gemisches zu dem Reaktionsraum, mindestens einer Zufuhrleitung (24) zum Zuführen von Brennstoff (216) in die Düse (11) und mindestens einem Eintrittskanal (18) zum Zuführen von Luft (218) in die Düse (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (11) eine Drallkammer (19, 22). aufweist, in die die mindestens eine Zufuhrleitung (24) zum Zu führen von Brennstoff (216) im wesentlichen axial zentral und der mindestens eine Eintrittskanal (18) im wesentlichen tangential einmünden und aus der ein Dü senaustritt (23) ausmündet, und dass die Drallkammer (19, 22) einen sich verengenden Spiralkanal (19), in den der Eintrittskanal (18) für das gasförmige Medium mündet, und einen sich axial in Richtung zum Düsenaustritt (23) daran anschließenden Spaltraum (22) umfasst, in den die Zufuhrleitung (24) zum Zuführen von Brennstoff (216) einmündet und aus dem der Düsenaustritt (23) ausmündet.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnwandung (Innenwandung oder Außenwandung) des Spiralkanals (19) kreiszylindrisch und die andere spiral förmig gebildet sind.
3. System nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeich net, dass der Eintrittskanal (26) für das flüssige Medium koaxial zum Düsenaustritt (23) angeordnet ist.
4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium über eine mit der Längsmittenachse (14) der Drallkammer (19,22) fluchtende Bohrung (25,26) zentral in den Spaltraum ein gespeist und auf der diese Bohrung (25,26) direkt gegenü berliegenden Seite des Spaltraums (22) über eine weitere größere Bohrung (25,26) ausgeleitet wird, die den Düsen austritt (23) bildet.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Düsenaustritt (23) durch eine Dü senbohrung in einer Abschlussplatte (21) des Spaltraums (22) der Drallkammer (19,22) festgelegt ist.
6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Düsenaustritts (23) auf Seiten des Spaltraums (22) der Drallkammer (19,22) verrundet, angeschrägt oder scharfkantig gebildet ist.
7. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, dass die axiale Länge des Düsenaustritts (23) 0,050 mm bis 1 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm beträgt.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, so dass in den Reaktionsraum Sekundärluft einströmen kann.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Düse (11) Mittel zum Halten eines Glühstifts (64) aufweist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Halten des Glühstifts (64) als schräg zur Düsenachse verlaufende Bohrung (25,26) realisiert sind.
Description:
System zum Umsetzen von Brennstoff und Luft zu Reformat Die Erfindung betrifft ein System zum Umsetzen von Brenn- stoff und Luft zu Reformat mit einem Reformer, der einen Reaktionsraum aufweist, einer Düse zum Zuführen eines Brennstoff/Luft-Gemisches zu dem Reaktionsraum, mindestens einer Zufuhrleitung zum Zuführen von Brennstoff in die Dü- se und mindestens einem Eintrittskanal zum Zuführen von Luft in die Düse.

Gattungsgemäße Systeme dienen der Umwandlung von chemi- scher Energie in elektrische Energie. Zu diesem Zweck wer- den dem Reformer Brennstoff und Luft, vorzugsweise in Form eines Brennstoff/Luft-Gemisches, zugeführt. In dem Refor- mer erfolgt dann eine Umsetzung des Brennstoffes mit dem Luftsauerstoff, wobei vorzugsweise das Verfahren der par- tiellen Oxidation durchgeführt wird.

Das so erzeugte Reformat wird dann einer Brennstoffzelle beziehungsweise einem Brennstoffzellenstack zugeführt, wo-

bei durch die kontrollierte Umsetzung von Wasserstoff, als Bestandteil des Reformats, und Sauerstoff elektrische E- nergie freigesetzt wird.

Der Reformer kann, wie bereits erwähnt, so ausgelegt sein, dass das Verfahren der partiellen Oxidation durchgeführt wird, um Reformat zu erzeugen. In diesem Fall ist es bei der Verwendung von Diesel als Brennstoff besonders nütz- lich, vor der partiellen Oxidation Vorreaktionen durchzu- führen. Auf diese Weise können mit"kalter Flamme"lang- kettige Dieselmoleküle in kürzerkettige Moleküle umgesetzt werden, was letztlich den Reformerbetrieb begünstigt. All- gemein wird der Reaktionszone des Reformers ein Gasgemisch zugeführt, welches zu H2 und CO umgesetzt wird. Ein weite- rer Bestandteil des Reformats sind N2 aus der Luft sowie, in Abhängigkeit von der Luftzahl und der Temperatur, gege- benenfalls C02, H20 und CH4. Im Normalbetrieb wird der Brennstoffmassenstrom entsprechend der angeforderten Leis- tung geregelt, und der Luftmassenstrom wird auf eine Luft- zahl im Bereich von X = 0,4 geregelt. Die Reformierungsre- aktion kann durch unterschiedliche Sensoren, beispielswei- se Temperatursensoren und Gassensoren, überwacht werden.

Neben dem Verfahren der partiellen Oxidation ist es eben- falls möglich, eine autotherme Reformierung durchzuführen.

Das Verfahren der partiellen Oxidation wird im Gegensatz zur autothermen Reformierung dadurch herbeigeführt, dass Sauerstoff unterstöchiometrisch zugeführt wird. Beispiels- weise hat das Gemisch eine Luftzahl von X = 0, 4. Die par- tielle Oxidation ist exotherm, so dass es in problemati- scher Weise zu einer unerwünschten Aufheizung des Refor- mers kommen kann. Ferner neigt die partielle Oxidation zu einer verstärkten Rußbildung. Zur Vermeidung der Rußbil- dung kann die Luftzahl A. kleiner gewählt werden. Dies wird so erreicht, dass ein Teil des für die Oxidation verwende-

ten Sauerstoffs durch Wasserdampf bereitgestellt wird. Da die Oxidation mit Wasserdampf endotherm verläuft, ist es möglich, das Verhältnis zwischen Brennstoff, Sauerstoff und Wasserdampf so einzustellen, dass insgesamt weder Wär- me freigesetzt noch Wärme verbraucht wird. Die so erreich- te autotherme Reformierung beseitigt daher die Probleme der Rußbildung und einer unerwünschten Überhitzung des Re- formers.

Ebenfalls ist es möglich, dass im Anschluss an die Oxida- tion in dem Reformer weitere Schritte der Gasbehandlung erfolgen, wobei insbesondere der partiellen Oxidation eine Metanisierung nachgeschaltet sein kann.

Ein gängiges Brennstoffzellensystem ist beispielsweise ein PEM-System ("proton exchange membrane"), welches typi- scherweise bei Betriebstemperaturen zwischen Raumtempera- tur und etwa 100 °C betrieben werden kann. Aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen wird dieser Brennstoffzel- lentyp häufig für mobile Anwendungen genutzt, beispiels- weise in Kraftfahrzeugen.

Weiterhin sind Hochtemperaturbrennstoffzellen bekannt, so- genannte SOFC-Systeme ("solid oxide fuel cell"). Diese Systeme arbeiten beispielsweise im Temperaturbereich von zirka 800 °C, wobei ein Feststoffelektrolyt ("solid oxi- de") in der Lage ist, den Transport von Sauerstoffionen zu übernehmen. Der Vorteil von derartigen Hochtemperatur- brennstoffzellen gegenüber PEM-Systemen besteht insbeson- dere in der Robustheit gegenüber mechanischen und chemi- schen Belastungen.

Als Anwendungsgebiet für Brennstoffzellen in Verbindung mit den gattungsgemäßen Systemen kommen neben stationären Anwendungen insbesondere Anwendungen im Kraftfahrzeugbe-

reich in Frage, beispielsweise als"auxiliary power unit" (APU).

Für einen zuverlässigen Betrieb des Reformers ist es wich- tig, den Brennstoff beziehungsweise das Brennstoff/Luft- Gemisch in geeigneter Weise dem Reaktionsraum des Refor- mers zuzuführen. Beispielsweise sind eine gute Vermischung von Brennstoff und Luft und eine gute Verteilung des Brennstoff/Luft-Gemisches in dem Reaktionsraum des Refor- mers für die Funktion des Reformers vorteilhaft. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist stets von einem Brenn- stoff/Luft-Gemisch die Rede, wenn die in den Reaktionsraum des Reformers einzubringenden beziehungsweise eingebrach- ten Substanzen angesprochen werden. Die eingebrachten Sub- stanzen sind jedoch nicht auf ein Gemisch aus Brennstoff und Luft beschränkt. Vielmehr können auch andere Substan- zen zusätzlich eingebracht werden, beispielsweise Wasser- dampf im Falle der autothermen Reformierung. Insofern ist der Begriff Brennstoff/Luft-Gemisch in dieser allgemeine- ren Form zu verstehen.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein System zum Umsetzen von Brennstoff und Luft zu Reformat zur Verfügung zu stellen, welches vorteilhafte Eigenschaf- ten im Hinblick auf das Einbringen des Brennstoff/Luft- Gemisches in einen Reaktionsraum eines Reformers aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen An- sprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Er- findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System dadurch auf, dass die Düse eine Drallkammer aufweist, in die die

mindestens eine Zufuhrleitung zum Zuführen von Brennstoff im wesentlichen axial zentral und der mindestens eine Ein- trittskanal im wesentlichen tangential einmünden und aus der ein Düsenaustritt ausmündet, und dass die Drallkammer einen sich verengenden Spiralkanal, in den der Eintritts- kanal für das gasförmige Medium mündet, und einen sich a- xial in Richtung zum Düsenaustritt daran anschließenden Spaltraum umfasst, in den die Zufuhrleitung zum Zuführen von Brennstoff einmündet und aus dem der Düsenaustritt ausmündet. Die erfindungsgemäße Anordnung sieht somit vor, dass in den Ringraum der Eintrittskanal für die Luft be- ziehungsweise allgemein das gasförmige Medium einmündet, während die Zufuhr für den Brennstoff, das heißt allgemein für das flüssige Medium, in den Spaltraum einmündet. Die- ser mündet seinerseits in den Düsenaustritt aus, und er geht über seinen Umfangsrand in den Ringraum über, bezie- hungsweise er steht mit diesem in Verbindung. Der Ringraum erfüllt damit die Funktion einer Wirbelkammer, in welche das gasförmige Medium zumindest im Wesentlichen tangential in einer relativ großen Entfernung von der Längsmittenach- se der Drallkammer über eine relativ große Bohrung einge- leitet wird. Aus der Wirbelkammer beziehungsweise dem Spi- ralkanal wird das gasförmige Medium in eine Kammer mit ge- ringer axialer Ausdehnung geleitet. Diese Kammer wird vor- liegend als Spaltraum bezeichnet. Die geringe axiale Aus- dehnung ist gewählt, um einen möglichst geringen Druckver- lust gewährleisten zu können. Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Systems, bei dem eine aus einem Spiral- kanal und einem Spaltraum zusammengesetzte Drallkammer vorgesehen ist, betrifft die Erhaltung des Dralls mit dem Ziel, das gasförmige Medium mit geringer Geschwindigkeit in den Ringraum einzuleiten, in diesem zu beschleunigen und mit hoher Geschwindigkeit in den Spaltraum einzulei- ten. Hierdurch wird an dessen axialem Austritt, der vor- liegend auch als Düsenaustritt bezeichnet wird, ein Unter-

druck derart bereitgestellt, dass das den Spaltraum axial durchsetzende flüssige Medium vernebelt wird. Die strö- mungstechnische Auslegung des Spiralkanals kann dabei nach üblichen Gesichtspunkten der Auslegung von Leitapparaten für Radiallüfter erfolgen, die im Stand der Technik gut bekannt sind.

Das erfindungsgemäße System ist besonders dadurch vorteil- haft ausgebildet, dass eine Stirnwandung des Spiralkanals, das heißt die Innenwandung oder die Außenwandung, kreiszy- lindrisch gebildet ist und die andere Stirnwandung des Spiralkanals spiralförmig gebildet ist. Auf diese Weise kann der Spiralkanal zweiteilig aus einem mit dem Spiral- verlauf versehenen Frästeil und einem in dieses zentral eingesetzten Zylinderteil hergestellt werden.

Es ist besonders bevorzugt, dass der Eintrittskanal für das flüssige Medium koaxial zum Düsenaustritt angeordnet ist.

Insbesondere wird somit das flüssige Medium fluchtend mit der Längsmittenachse der Drallkammer über ein kleine Boh- rung zentral in den Spaltraum eingespeist und auf der die- ser Bohrung direkt gegenüberliegenden Seite des Spaltraums über eine weitere größere Bohrung ausgeleitet ; diese bil- det den Düsenaustritt.

In diesem Zusammenhang ist es besonders zu bevorzugen, - dass der Düsenaustritt durch eine Düsenbohrung in einer Abschlussplatte des Spaltraums der Drallkammer festgelegt ist.

Der Rand der Düsenaustrittsbohrung auf Seiten des Spalt- raums kann verrundet sein, um den benötigten Druck zur Förderung des Gemisches aus flüssigem und gasförmigem Me-

dium in den Düsenaustritt zu minimieren. Es ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform möglich, dass die- ser Rand zum selben Zweck angeschrägt oder auch scharfkan- tig gebildet sein kann.

Das erfindungsgemäße System ist in besonders vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass die axiale Länge des Düsenaus- tritts 0,05 mm-1 mm, insbesondere 0,1 mm-0,5 mm be- trägt.

Es ist besonders zu bevorzugen, dass Mittel vorgesehen sind, so dass in den Reaktionsraum Sekundärluft einströmen kann. Die durch die Düse in den Reaktionsraum eintretende Luft, das heißt die im Brennstoff/Luft-Gemisch vorhandene Luft kann in diesem Zusammenhang als Primärluft bezeichnet werden. Die Sekundärluft wird in vorteilhafter Weise durch Sekundärluftbohrungen im Gehäuse des Reaktionsraums geför- dert. Die Aufteilung der Luft in Primärluft und Sekundär- luft kann nützlich sein, um am Austritt der Düse ein fet- tes, zündwilliges Gemisch bereitzustellen. Dies ist insbe- sondere beim Startvorgang des Systems nützlich, da hier der Reformer in vorteilhafter Weise nach Art eines Bren- ners arbeitet.

Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise dadurch weiterge- bildet, dass die Düse Mittel zum Halten eines Glühstifts aufweist. Die Positionierung des Glühstiftes bezüglich der Düse ist ein wichtiger Parameter im Hinblick auf ein gutes Startverhalten des Reformers. Bei Vorrichtungen des Stan- des der Technik wurde der Glühstift im Allgemeinen durch das Reformergehäuse gehalten, so dass sich hierdurch Posi- tionierungsschwankungen bezüglich der Düse ergeben konn- ten. Durch die Eigenschaft der erfindungsgemäßen Düse, dass die Düse selbst Mittel zum Halten des Glühstifts auf- weist, können derartige Toleranzen ausgeschlossen werden.

Der Glühstift hat stets dieselbe Position bezüglich der Düse.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Hal- ten des Glühstifts als schräg zur Düsenachse verlaufende Bohrung realisiert sind. Der Glühstift muss dann zur ge- eigneten Positionierung lediglich in die Bohrung einge- führt werden. Ein Anschlag am Glühstift und/oder innerhalb der Bohrung sorgt dafür, dass der Glühstift bezüglich der Düse in seine optimale Position geführt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einer aus Spiralkanal und Spaltraum zusammengesetzte Drallkammer eine besonders vorteilhafte Erhaltung des Dralls herbeigeführt werden kann. Dies hat zur Folge, dass das gasförmige Medium, das heißt insbesondere die Luft, mit geringer Geschwindigkeit in den Ringraum eingeleitet werden kann, in diesem beschleunigt werden kann und dann aus diesem mit hoher Geschwindigkeit in den Spaltraum ein- geleitet werden kann. Auf diese Weise wird an dem Austritt des Spaltraums ein Unterdruck in der Weise bereitgestellt, dass das den Spaltraum durchsetzende flüssige Medium, das heißt insbesondere der Brennstoff, zerstäubt beziehungs- weise vernebelt wird.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die beigleitenden Zeich- nungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen : Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems, bei dem die vorliegende Erfindung einsetzbar ist ;

Figur 2 einen Teil-Längsschnitt einer Ausführungsform ei- ner Düse zur Verwendung in einem erfindungsgemä- ßen System und Figur 3 eine Querschnittsansicht des Ringraums der Drall- kammer der Düse gemäß Figur 2.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen be- zeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Sys- tems, bei dem die vorliegende Erfindung einsetzbar ist.

Über eine Pumpe 240 wird einem Reformer 214 Brennstoff 216 zugeführt. Dem Reformer 214 wird weiterhin über ein Geblä- se 242 Luft 218 zugeführt. Das in dem Reformer 214 erzeug- te Reformat 220 gelangt über eine Ventileinrichtung 222 zur Anode 224 einer Brennstoffzelle 212. Der Kathode 230 der Brennstoffzelle 212 wird über ein Gebläse 226 Katho- denzuluft 228 zugeführt. Die Brennstoffzelle 212 erzeugt elektrische Energie 210. Das Anodenabgas 234 und die Ka- thodenabluft 236 werden einem Brenner 232 zugeführt. Eben- falls kann dem Brenner 232 über die Ventileinrichtung 222 Reformat zugeführt werden. Die in dem Brenner 232 erzeugte Wärmeenergie kann in einem Wärmetauscher 238 der Kathoden- zuluft 228 zugeführt werden, so dass diese vorgewärmt wird. Aus dem Wärmetauscher 238 strömt Abgas 250 aus.

Das im Zusammenhang mit den nachfolgend beschriebenen Fi- guren dargestellte System kann verwendet werden, um dem Reformer 214 ein Brennstoff/Luft-Gemisch zuzuführen.

Die in Figur 2 allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeich- nete Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung umfasst eine

Zweistoffdüse 11, die in die Wandung 12 eines Reformers eingesetzt ist. Im Einzelnen besteht die Zweistoffdüse 11 aus einem massiven zylindrischen Grundkörper 13, der von der rückwärtigen Seite bündig in eine zylindrische Sack- loch-Bohrung 27 der Wandung 12 eingesetzt ist. Das die Sacklochbohrung 27 begrenzende relativ dünnwandige Wand Teil 12A der Wandung 12 ist von einem zylindrischen Durch- tritt 28 durchbrochen. Auf der in Figur 2 rechten Seite, die dem Austritt der Zweistoffdüse 11 in den Reformer ent- spricht, weist der Grundkörper 13 einer Ausnehmung 16 auf, die den äußeren Rand eines sich verengenden Spiralkanals 19 definiert.

Innerhalb des Spiralkanals 19 ist koaxial zum Grundkörper 13 eine eine größere axiale Erstreckung als der Spiralka- nal 19 aufweisende zylindrische sacklochartige Ausnehmung 15 vorgesehen. In die Ausnehmung 15 ist mit enger Passung ein massives Zylinderteil 17 dicht eingesetzt, das von dieser in den Spiralkanal 19 axial hineinreichend vorsteht und dessen Innenkontur definiert. Der Spiralkanal 19 bil- det einen Teil der Drallkammer der Zweistoffdüse 11. In ihn mündet tangential ein Eintrittskanal 18 für ein gas- förmiges Medium. Der Eintrittskanal 18 geht kontinuierlich in den Spiralkanal 19 an dessen weitester Stelle über. Der Spiralkanal 19 endet mit seiner schmalsten Stelle nach ca.

360 Grad in Höhe des Eintrittskanals 18 innenliegend, wo- bei er von diesem durch eine Trennrippe 20 getrennt ist.

Die Sacklochbohrung 27 ist am vorderen Ende (Düse- naustrittsende) nahezu vollständig durch eine Abschluss- platte 21 abgeschlossen und wird lediglich durch eine den Düsenaustritt 23 bildende zentrale Düsenbohrung unterbro- chen. Die axiale Erstreckung des massiven Zylinderteils 17 ist so gewählt, dass zwischen der vorderen (in Figur 2 der rechten) Stirnseite des Zylinderteils 17 und der Ab- schlussplatte 21 ein Spaltraum 22 verbleibt, der aufgrund

der Stirnseite des Zylinderteils 17 Kreisform besitzt und über seinen gesamten Umfang in den Spiralkanal 19 über- geht. Der Spiralkanal 19 und der Spaltraum 22 bilden ge- meinsam die Drallkammer der Zweistoffdüse 11.

Die den Düsenaustritt 23 bildende Düsenbohrung ist fluch- tend mit der Längsmittenachse 14 in der Abschlussplatte 21 gebildet.

Die Zweistoffdüse 11 umfasst außerdem eine Zufuhrleitung 24 für ein flüssiges Medium, insbesondere Brennstoff, in die eine zur Längsmittenachse 14 koaxial verlaufende Boh- rung 25 des massiven Zylinderteils 17 durchsetzt und bün- dig in einer Verlängerung der Bohrung 25 aufgenommen ist.

Diese ist ausgehend von der Rückseite in das Zylinderteil 17 eingebracht, und sie erstreckt sich etwa über die halbe axiale Länge des Zylinderteils 17. An diese Bohrung im Zy- linderteil 17 schließt sich eine im Durchmesser kleinere Bohrung 26 an, die in den Spaltraum 22 einmündet. Die axi- ale Erstreckung des Spaltraums 22 ist im Hinblick auf ei- nen möglichst geringen Druckverlust vergleichsweise klein.

Der Grundkörper 13 der Zweistoffdüse 11 kann zusätzlich eine schräg zur Längsmittenachse verlaufende (nicht darge- stellte) Bohrung aufweisen. Zu diesem Zweck kann entweder der Grundkörper 13 einen größeren Durchmesser aufweisen als dargestellt, oder der Spiralkanal 19 kann mit weniger Platzbedarf angeordnet werden. Eine solche (nicht darge- stellte) Bohrung kann dann einen (nicht dargestellten) Glühstift aufnehmen, so dass dann nahezu ohne Toleranz die Lage des (nicht dargestellten) Glühstifts bezüglich der Düsenbohrung 23 festgelegt sein kann.

Die Funktionsweise der Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung 10 ist wie folgt. Über den Eintrittskanal 18 wird gasför-

miges Medium, insbesondere Luft, in den Spiralkanal 19 der Drallkammer eingespeist, über welchen diese Luft unter gleichmäßigen Druckverhältnissen in den Spaltraum 22 der Drallkammer gelangt. In den Spaltraum 22 wird über die Bohrung 26 flüssiges Medium, insbesondere Brennstoff ein- gespeist, und dieser Brennstoff wird aus dem gegenüberlie- genden Düsenaustritt 23 durch das unter Druck stehende gasförmige Medium ausgetragen und hierbei in feine Tröpf- chen zerissen.

Ist beispielsweise gewünscht, dass Brennstoff mit einem Durchsatz von 500 g/h eingeleitet wird, sind typische Ab- messungen der Zweistoffdüse 11 wie folgt : Die Entfernung des Eintrittkanals 18 von der Längsmittenachse 14 beträgt etwa 8 mm, und der freie Querschnitt beträgt etwa 4 mm.

Die axiale Erstreckung des Spaltraums 22 beträgt etwa 0,65 mm. Der Durchmesser der Dünndüsenaustritt 23 bildenden Dü- senbohrung beträgt ca. 2 mm, und ihre Länge beträgt 0,05 mm bis 1 mm (maximale Länge ca. 0,5 mm bis 1 mm). Mit ei- ner derart bemessenen Zweistoffdüse 11 beträgt der zur Zerstäubung des flüssigen Mediums erforderliche Mindest- druck 30 mbar.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste 10 Niederdruck-Zerstäubungsvorrichtung 11 Zweistoffdüse 12 Wandung 12A Wandteil 13 Grundkörper

14 Längsmittenachse 15 Ausnehmung 16 Ausnehmung 17 Zylinderteil 18 Eintrittskanal 19 Spiralkanal 20 Trennrippe 21 Abschlussplatte 22 Spaltraum 23 Düsenbohrung 24 Zufuhrleitung 25 Bohrung 26 Bohrung 27 Sackloch-Bohrung 28 Durchtritt (in 12) 64 Glühstift 210 elektrische Leistung 212 Brennstoffzelle 214 Reformer 216 Brennstoff 218 Luft 220 Reformat 222 Ventileinrichtung 224 Anode 226 Gebläse 228 Kathodenzuluft 230 Kathode 232 Brenner 234 Ahodenabgas 236 Kathodenabluft 238 Wärmetauscher 240 Pumpe 242 Gebläse 250 Abgas