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WO2018146182A1 - Burner with injector for fuel cell system - Google Patents

Burner with injector for fuel cell system Download PDF

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Publication number
WO2018146182A1
WO2018146182A1 PCT/EP2018/053138 EP2018053138W WO2018146182A1 WO 2018146182 A1 WO2018146182 A1 WO 2018146182A1 EP 2018053138 W EP2018053138 W EP 2018053138W WO 2018146182 A1 WO2018146182 A1 WO 2018146182A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling fluid
injector
burner
fuel cell
cell system
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/053138
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Vincent Lawlor
Robert Pöschl
Julian MAKINSON
Michael Reissig
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H01M8/04022—Heating by combustion
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a burner for heating at least one functional unit of a fuel cell system, a fuel cell system, in particular a SOFC system, with such a burner and a method for cooling an injector in the fuel cell system.
  • a starting burner is typically used in a starting operation of a fuel cell system.
  • an operating fluid can be heated by the starting burner, which in turn heats an afterburner of the fuel cell system.
  • the afterburner is arranged to heat a reformer of the fuel cell system usually in the vicinity of this reformer, by means of the heated by the starting burner operating fluid and the reformer can be heated.
  • a heated reformer can be operated more efficiently and effectively.
  • hydrocarbon-containing fuel is injected via an injector into an injection region of a heating section of the starting burner.
  • the fuel can, depending on the design of the starting burner, be burned with flame or catalytically.
  • high temperatures can occur in the heating section and thus also in the injection area. This can lead to damage or destruction of the injector. Accordingly, an injector should always be protected from high temperatures in adjacent sections in the fuel cell system.
  • European Patent Application EP 1 447 874 A2 discloses an SOFC system with an integrated reformer unit.
  • the reformer unit comprises a hydrocarbon fuel reformer, an integrated exhaust and cathode air burner, a reformer heat exchanger, a fuel preheater, a fuel radiator, a fuel injector, a reformer air preheater heat exchanger, a reformer air temperature control valve and a pre-reformer start-up burner.
  • an injector is arranged axially in front of a mixing chamber or preheating chamber, the injector injecting fuel through an axial bore of an annular heat exchanger into the mixing chamber.
  • the heat exchanger is made massive or has a correspondingly high thermal conductivity.
  • heat generated in the preheat chamber can be quickly transported to the vicinity of the preheat chamber. Nevertheless, this can promote a high heat dissipation from the preheating chamber in the direction of the injector.
  • this should be avoided.
  • the heat exchanger could be actively cooled. However, this would require a corresponding cooling device and thus a more complex overall system, which moreover would have a correspondingly high energy requirement.
  • Object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages described above.
  • a burner for heating at least one functional unit of a fuel cell system is provided.
  • the burner has a heating section with an injection area and a combustion area.
  • the burner has an injector with a fluid outlet for injecting an operating fluid into the injection region of the heating section.
  • the combustion region is configured to combust the operating fluid injected by the injector.
  • a thermal insulation device is provided between the heating section and the injector and / or at least in sections along the injector Cooling fluid channel arranged to conduct cooling fluid for cooling the injector.
  • the injector can be effectively protected from heat from the heating section or the combustion area.
  • thermal insulation in the intermediate section does not cause heat accumulation in the heating section, which could adversely affect the fuel cell system.
  • a passive heat protection for the injector can be provided, whereby the injector can be correspondingly simple and inexpensive protected against overheating.
  • protection against overheating of the injector can also be achieved by arranging along the same, at least in sections, a cooling fluid channel for conducting cooling fluid for cooling the injector. It can be particularly favorable if both an insulating device and a cooling channel are provided. By virtue of this supplementary, active cooling possibility, the injector can be even better protected against excessive heat input, in particular from the heating section.
  • cooling fluid channel is arranged at least in sections along the injector
  • the cooling fluid channel may extend axially and / or radially along the Injector or outside of the injector or in the vicinity of the injector along.
  • the insulating device has a higher thermal resistance than the heating section and the combustion region and the injector.
  • the heat resistance in the intermediate section in the region of the insulating device is greater than in a region in which the insulating device is not configured. More specifically, the heat transfer resistance at a surface of the insulating device facing the heating portion is larger than at an end portion of the heating portion facing the insulating device.
  • the insulating device can directly adjoin the heating section.
  • the insulating device by a defined distance, for example in a range between 1 mm and 20 mm, in particular in a range between 1 mm and 10 mm, from the heating section, in particular from the combustion region or from the injection area, spaced. This area may contain air and / or a solid. By the spacing, a further thermal insulation layer can be created between the injector and the heating section or the combustion zone.
  • the operating fluid can be understood as an operating fluid mixture.
  • the operating fluid preferably comprises hydrocarbonaceous fuel, for example methane.
  • the burner is preferably designed as a starting burner for heating an afterburner of the fuel cell system.
  • the burner is designed as a starting burner for heating an afterburner, by which in turn a reformer of the fuel cell system can be heated.
  • the starting burner it is possible by the starting burner to bring an entire fuel cell system or components of a fuel cell system to a predetermined operating temperature.
  • the combustion region preferably includes a catalyst for catalytic combustion of the operating fluid.
  • the combustion region can also have a resistance heating device, for example in the form of a heating coil or a heating plate.
  • the combustion region for burning the injected operating fluid Ignition means for generating a spark by which the operating fluid is flammable.
  • the injection area has at least one fluid opening, through which the operating fluid can be injected into the injection area or the heating section.
  • at least one further fluid inlet can be configured in the injection region, by means of which a further operating fluid can be introduced into the injection region.
  • the further operating fluid may be air or another oxygen-containing fluid which can be mixed with the fuel in the injection area for combustion in the combustion area.
  • a region of the intermediate section downstream of the fluid outlet is to be understood as a region which is located in a projection of the injector in the direction of injection and in addition to the projection of the injector downstream of the fluid outlet. That is, the intermediate portion is not limited to projection of the injector in the injection direction, but is also understood to be radially outside of this projection.
  • the insulating device has at least one passage opening through which the operating fluid can be injected from the fluid outlet into the injection area.
  • the at least one passage opening is to be understood as part of the insulating device.
  • the at least one passage opening preferably adjoins the fluid opening of the injection area.
  • the region of the insulating device which adjoins the passage opening or is formed as a passage opening is designed, in particular, metal-free or approximately metal-free, so that a particularly direct thermal bridge is at least for the most part avoided. As a result, cooling of the injector and / or the injection area is further improved.
  • the at least one functional unit can be understood to mean an afterburner and / or a reformer of the fuel cell system. If the burner is designed in the form of a starting burner, the at least one functional unit can be understood to mean an afterburner and a reformer, since the starting burner is designed to heat the afterburner and thereby also to heat the reformer. If the burner is designed in the form of an afterburner or in the form of a start burner integrated in the afterburner, the at least one functional unit can be understood to mean the reformer.
  • the injector may be a standard injector used in the automotive industry for injecting fuel into a combustion chamber. The injector can also be designed as a nozzle.
  • the insulating device comprises insulating material or at least essentially consist of insulating material which has a thermal conductivity of ⁇ ⁇ 1 W / (m ⁇ K), in particular ⁇ ⁇ 0.1 W / ( m - K).
  • the insulating material preferably has a porous structure with a multiplicity of air chambers, in particular between chains of amorphous silicon accumulations with a particle size of 5 to 25 nm.
  • the insulating material therefore preferably has a microporous structure.
  • Such an insulating material may have a thermal conductivity of ⁇ ⁇ 0.05 W / (m ⁇ K). This allows a particularly good thermal insulation can be achieved, which also has a high reliability in the fuel cell system.
  • the insulating device in the case of a burner according to the invention, it is possible for the insulating device to be of annular design and to be arranged relative to the injector such that the injection direction of the injector extends through a passage opening of the annular insulating device. Due to the annular configuration of the insulating device, the injector, which generally has a round or substantially round cross-section, can be protected in a particularly good and space-saving manner against excessive heat input.
  • the annular isolation device is preferably at least partially disposed downstream of the injector such that an injection cone of the operating fluid injected into the injection area by the injector substantially injects the operating fluid into the isolation device in an exit region of the passage opening at an end of the isolation device has the same diameter or approximately the same diameter as the passage opening.
  • the injector is approximately maximally shielded by the insulating device in the injection direction, whereby the injector can be particularly effectively protected against excessive heat input from the heating section.
  • the insulating device in the injection direction of the injector has an insulating thickness and the fluid outlet and the injection area in the injection direction to the Isoliervor- directional thickness or further apart. Thereby, a certain basic distance between the heating section and the injector can be ensured, by which a corresponding thermal insulation is achieved.
  • the fluid outlet or injector outlet is thereby spaced in the injection direction at least by the length or depth of the passage opening from the heating section, whereby the Injektorauslass can be protected from too high heat load by the heating section.
  • the insulating device thickness is adapted to a maximum value of a possible cooling capacity of the cooling fluid.
  • the greater the insulation thickness the better the protection against overheating of the injector.
  • the insulating device thickness be as small as possible.
  • the cooling fluid channel in a burner according to the invention is arranged at least in sections in the circumferential direction around the injector, in particular by more than 180 ° around the injector. More specifically, the cooling fluid passage is preferably disposed around the injector such that the cooling fluid passage defines a cooling fluid directing direction that extends radially about the injector, preferably at least 180 °. As a result, an effective thermal shielding and cooling of the injector can be achieved.
  • the cooling fluid channel has a cooling fluid inlet for guiding a cooling fluid into the cooling fluid channel and a cooling fluid outlet for conducting the cooling fluid out of the cooling fluid channel, wherein an input coupling section for mechanically coupling the cooling fluid inlet to the cooling fluid inlet Cooling fluid supply line is configured and at the cooling fluid output, an output coupling portion for mechanically coupling the cooling fluid output is configured with a cooling fluid discharge line.
  • the cooling fluid channel can be provided as a compact component in the burner or on the heating section. For active cooling operation on the injector, only the appropriate cooling fluid lines need to be connected thereto.
  • the cooling fluid outlet and the cooling fluid inlet are designed in particular as channels or channel sections.
  • the cooling fluid channel is configured in a fastening body, which is fixed to the heating section, in particular at the injection area. Thereby, the cooling fluid channel can be particularly easily and safely positioned in the burner.
  • the heating section preferably has a housing unit, on which the fastening body is fixed.
  • the fastening body is preferably a one-piece, substantially one-piece and / or monolithic component.
  • the cooling fluid channel can be designed as a separate cooling fluid channel in the fastening body.
  • the cooling fluid channel is configured by the fastening body itself.
  • space, material and thus costs can be saved.
  • the fastening body is preferably screwed to the heating section or the housing unit. Thereby, a simple, for a disassembly or an inspection detachable, mechanical connection between the mounting body and the heating section can be provided.
  • the insulating device for thermal insulation of the cooling fluid channel is at least partially disposed between the combustion region and the cooling fluid channel.
  • the cooling fluid channel can be protected from excessive heating by the heating section.
  • the cooling function of the cooling fluid channel can be ensured thereby.
  • the insulating section has the same or a larger diameter than the cooling fluid channel orthogonally to the injection direction.
  • the injector and / or the insulating device are mounted in a mounting body which is fixed to the heating section.
  • the injector and / or the insulating device can be mounted in the burner in a particularly accurate position.
  • the injector is preferably mounted in such a way that the fluid outlet or injector outlet does not directly adjoin the passage opening of the insulating device. That is, there is a gap between the injector outlet and the passage opening.
  • the injector is at an end face, on which the Injektorauslass is configured, preferably at least partially from the mounting body comprises, in particular such that only the Injektorauslass is exposed. Thereby the injector can be particularly effectively protected from the heat in the heating section.
  • the fixing body forms a partition wall between the insulating device and the injection area. As a result, the insulating device can be protected against mechanical damage.
  • a burner according to the invention can dispense with the insulating device and to design only the cooling fluid channel described in detail above along the injector.
  • a cooling fluid channel for guiding cooling fluid for cooling the injector is arranged at least in sections along the injector. It is also possible that in such a burner, the cooling fluid channel at least partially in the circumferential direction around the injector around, in particular by more than 180 ° around the injector around, is arranged.
  • the cooling fluid channel can have a cooling fluid inlet for guiding a cooling fluid into the cooling fluid channel and a cooling fluid outlet for guiding the cooling fluid out of the cooling fluid channel, wherein an inlet coupling section for mechanically coupling the cooling fluid inlet to a cooling fluid supply line is configured on the cooling fluid inlet and Cooling fluid output an output coupling portion for mechanically coupling the cooling fluid output is configured with a cooling fluid discharge line.
  • the cooling fluid channel is configured in a fastening body which is fixed to the heating section.
  • a fuel cell system having a burner as described above.
  • the fuel cell system has a reformer which can be heated directly or indirectly by the burner, wherein the burner is designed in the form of a starting burner or in the form of an afterburner.
  • the fuel cell system according to the invention also brings about the same advantages as have been described in detail above with reference to the burner according to the invention. If the burner is designed in the form of the afterburner, the afterburner can fulfill the function of the starting burner. That is, in such an afterburner, a starting burner with the features according to the invention is integrated.
  • a cooling fluid supply line to be mechanically coupled via the input coupling section to the cooling fluid inlet of the cooling fluid channel and for a cooling fluid discharge line to be mechanically coupled via the outlet coupling section to the cooling fluid outlet of the cooling fluid channel, wherein the cooling fluid supply line is provided with a cooling fluid supply line
  • Cooling fluid source for conducting cooling fluid in the form of air in the cooling fluid channel is in fluid communication.
  • the cooling fluid source is an air source, in particular a source of fresh air or compressed air, and the cooling fluid is air.
  • cooling liquid of a passenger car or commercial vehicle can also be used as cooling fluid.
  • the injector can be cooled in a particularly simple and cost-effective manner and correspondingly efficiently protected against overheating.
  • the cooling fluid supply line may also be in communication with a source of cooling fluid from or for a motor vehicle.
  • a cooling fluid supply line is mechanically coupled via the input coupling section to the cooling fluid inlet of the cooling fluid channel and a cooling fluid discharge line is mechanically coupled via the output coupling section to the cooling fluid outlet of the cooling fluid channel, wherein the cooling fluid Outlet line is in fluid communication with a heat exchanger of the fuel cell system. This allows the air that has passed the injector near the heating section to be used in the heat exchanger. This can increase the efficiency of the fuel cell system.
  • a method for cooling an injector in a fuel cell system as described above, wherein during operation of the fuel cell system, a cooling fluid, in particular in the form of air, is passed through the cooling fluid passage at least in sections along the injector.
  • a cooling fluid in particular in the form of air
  • the cooling fluid is preferably passed through an air source, such as a fresh air or compressed air source, through the cooling fluid supply line during operation of the fuel cell system the cooling fluid channel at least partially along the injector further passed through the cooling fluid discharge line to the heat exchanger.
  • FIG. 1 shows a block diagram for illustrating a fuel cell system according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a burner according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows an overview with a burner according to the invention, a reformer and an afterburner for explaining a possible mode of operation of the burner.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a fuel cell system 1000 having a starting burner 100 (burner).
  • the fuel cell system 1000 further includes an afterburner 200 and a reformer 300.
  • the afterburner 200 is disposed annularly around the reformer 300 to heat the reformer 300.
  • the starting burner 100 is arranged and configured for heating the afterburner 200 and thus for indirectly heating the reformer 300. Accordingly, the starting burner 100 is located upstream of the afterburner 200.
  • the starting burner 100 and the afterburner 200 are shown separated from each other.
  • the starting burner 100 is designed as an integral unit of the afterburner 200.
  • the fuel cell system 1000 can be made even more compact. the.
  • the cooling system according to the invention is particularly advantageous for carrying. 1 is configured as an SOFC system (SOFC stands for solid oxide fuel cell) downstream of the reformer 300 is a fuel cell stack 400 having an anode region 410 and a cathode region 420.
  • a fuel mixture, produced by the reformer 300 is directed to the anode region 410.
  • Anode exhaust gas is passed into the afterburner 200 where combustion of the anode exhaust gas heats the reformer 300.
  • the afterburner 200 For combustion in the afterburner 200, it has an afterburner catalyst 230 (see US Pat The burned anode exhaust gas is passed from the reformer 300 to a heat exchanger 500. From there, the exhaust gas is conducted into the environment of the fuel cell system via an evaporator 600. Via the heat exchanger 500, heated air is supplied to the cathode region 420 Cathode exhaust gas is also the afterburner 200 z u matter.
  • the starting burner 100 has a cooling fluid channel 40.
  • the cooling fluid channel 40 is in fluid communication with a cooling fluid source in the form of an air source 800 via a cooling fluid supply line 910. Furthermore, the cooling fluid channel 40 is in fluid communication with the heat exchanger 500 with a cooling fluid discharge line 920.
  • the starting burner 100, the afterburner 200, the reformer 300 and the evaporator 600 are located in the fuel cell system in a so-called heating or hot box 700, in which a compact heat transfer between the respective components can be made possible.
  • the related functions of starting burner 100, afterburner 200 and reformer 300 will be described in detail later with reference to FIG.
  • FIG. 2 shows a starting burner 100 (burner) for heating an afterburner 200 and a reformer 300 in a fuel cell system 1000.
  • the starting burner 100 has a heating section 10 with an injection region 11 and a combustion region 12.
  • the combustion region 12 includes a catalyst 60 for catalytic combustion of the operating fluid F1.
  • the starting burner 100 has an injector 20 with a fluid outlet 21 or injector. outlet for injecting an operating fluid F1 into the injection area 1 1 of the heating section 10, the combustion section 12 configured to burn the operating fluid F1 injected by the injector 20.
  • a thermal insulation isolator 30 is interposed between the heating portion 10 and the injector 20.
  • the intermediate portion 50 is located between the dashed lines shown in FIG. Via a fluid inlet 80, another operating fluid F2, in this case air or an oxygen-containing fluid, can be introduced into the injection area 11.
  • another operating fluid F2 in this case air or an oxygen-containing fluid
  • the operating fluid F1 mixes with the further operating fluid F2 in the injection region 11 and is conducted as an operating fluid mixture further in the direction of the catalyst 60.
  • the insulating device 30 comprises microporous insulating material having a thermal conductivity of ⁇ ⁇ 0.05 W / (m ⁇ K).
  • the insulating device 30 is designed annular and arranged to the injector 20 so that the injection direction E of the injector 20 passes through a through hole 31 of the annular insulating device 30.
  • the insulating device 30 has an insulating device thickness D in the injection direction E of the injector 20, and the fluid outlet 21 and the injection section 11 are spaced apart in the injection direction E by the insulating device thickness D and slightly more.
  • a cooling fluid channel 40 for conducting cooling fluid K for cooling the injector 20 is arranged at least in sections.
  • the cooling fluid channel 40 is arranged at least in sections in the circumferential direction around the injector 20.
  • the cooling fluid channel 40 has a cooling fluid inlet 41 for guiding a cooling fluid K into the cooling fluid channel 40 and a cooling fluid outlet 42 for conducting the cooling fluid K out of the cooling fluid channel 40, wherein an input coupling section for mechanically coupling the cooling fluid inlet 41 to a cooling fluid supply line 910 (FIG. see Fig. 1) is configured and at the cooling fluid outlet 42, an output coupling section for mechanically coupling the cooling fluid output 42 with a cooling fluid discharge line 920 is configured.
  • the cooling fluid channel 40 is configured in a fastening body 70, which is fixed to the heating section 10.
  • the insulating device 30 is arranged for thermal insulation of the cooling fluid channel 40 between the combustion region 12 and the cooling fluid channel 40.
  • the injector 20 and the insulating device 30 are also mounted on the mounting body 70. In addition to the embodiment shown in Fig. 2, it is also possible to dispense with the insulating device 30 and to cool the injector only by means of the illustrated cooling fluid channel 40 and thereby protect against excessive heating.
  • FIG. 3 shows an overview of a starting burner 100 which is arranged integrally with an afterburner 200, the afterburner 200 being arranged annularly around a reformer 300.
  • FIG. 3 can be understood to mean that the afterburner 200 can also be used as a starting burner 100.
  • the afterburner 200 has an afterburner inlet 210 and a secondary burner outlet 220.
  • the afterburner 200 has an afterburner catalyst 230, which is designed in the present case annular.
  • the reformer 300 has a reformer input 310 and a reformer output 320.
  • the reformer 300 further includes a reforming catalyst 330.
  • burnt fluid is conducted from the starting burner 100 in the direction of the afterburner catalyst 230. Thereby, the reformer 300 can be heated.
  • the reformer 300 is fed via the reformer input 310, a fuel mixture from the evaporator 600.
  • the fuel mixture can be converted into a suitable anode feed gas, for example hydrogen and carbon dioxide, as described above.
  • the anode supply gas is supplied to the anode region 410 of the fuel cell stack 400 via the reformer output 320.
  • anode exhaust gas and cathode exhaust which is burned in the afterburner 200 by means of the Nachbrennerkatalysators 230. By this combustion, the reformer 300 may also be heated. As shown in FIG.
  • the heated fluids or exhaust gases of the fuel cell stack 400, together with the burnt fluid, are guided out of the starter burner 100 in the direction of the afterburner catalyst 230. Once the reformer 300 has reached a defined operating temperature, the starting burner 100 may be deactivated.

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Abstract

The present invention relates to a burner (100) for heating at least one functional unit (200, 300) of a fuel cell system (1000), having a heating section (10) with an injection region (11) and with a combustion region (12), and having an injector (20) with a fluid outlet (21) for injecting an operating fluid (F1) into the injection region (11) of the heating section (10), wherein the combustion region (12) is designed for the combustion of the operating fluid (F1) that is injected through the injector (20), wherein, in an intermediate section (50) which, in an injection direction (E) of the injector (20), is situated at least in sections upstream of the combustion region (12) and at least in sections downstream of the fluid outlet (21), there is arranged an insulating device (30) for thermal insulation between the heating section (10) and the injector (20), and/or wherein a cooling fluid channel (40) for conducting cooling fluid (K) for cooling the injector (20) is arranged along the injector (20) at least in sections. The invention also relates to a fuel cell system (1000) having the burner and to a method for cooling an injector (20) in the fuel cell system (1000).

Description

Brenner mit Injektor für Brennstoffzellensystem  Burner with injector for fuel cell system
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner zum Erwärmen wenigstens einer Funktionseinheit eines Brennstoffzellensystems, ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein SOFC-System, mit einem solchen Brenner sowie ein Verfahren zum Kühlen eines Injektors in dem Brennstoffzellensystem. The present invention relates to a burner for heating at least one functional unit of a fuel cell system, a fuel cell system, in particular a SOFC system, with such a burner and a method for cooling an injector in the fuel cell system.
Im Stand der Technik sind verschiedene Brenner, beispielsweise sogenannte Startbrenner und sogenannten Nachbrenner, für Brennstoffzellensysteme bekannt. Ein Startbrenner wird in der Regel bei einem Startvorgang eines Brennstoffzellensystems verwendet. Während des Startvorgangs kann durch den Startbrenner ein Betriebsflu- id erwärmt werden, durch welches wiederum ein Nachbrenner des Brennstoffzellensystems erwärmt wird. Da der Nachbrenner zum Erwärmen eines Reformers des Brennstoffzellensystems in der Regel in der Nähe dieses Reformers angeordnet ist, kann mittels des durch den Startbrenner erwärmten Betriebsfluids auch der Reformer erwärmt werden. Ein erwärmter Reformer kann effizienter und effektiver betrieben werden. Sobald das Brennstoffzellensystem in Betrieb ist, findet in dem Nachbrenner eine Verbrennung von Brennstoffzellenabgas statt. Sobald der Nachbrenner durch diese Verbrennung eigene Wärme erzeugt und eine definierte Betriebstemperatur erreicht hat, kann der Startbrenner deaktiviert werden. Various burners, for example so-called start burners and so-called afterburners, for fuel cell systems are known in the prior art. A starting burner is typically used in a starting operation of a fuel cell system. During the starting process, an operating fluid can be heated by the starting burner, which in turn heats an afterburner of the fuel cell system. Since the afterburner is arranged to heat a reformer of the fuel cell system usually in the vicinity of this reformer, by means of the heated by the starting burner operating fluid and the reformer can be heated. A heated reformer can be operated more efficiently and effectively. Once the fuel cell system is in operation, combustion of fuel cell exhaust gas takes place in the afterburner. As soon as the afterburner has generated its own heat due to this combustion and has reached a defined operating temperature, the starting burner can be deactivated.
Um im Startbrenner eine Verbrennung zu starten, wird bei bekannten Systemen koh- lenwasserstoffhaltiger Brennstoff über einen Injektor in einen Injektionsbereich eines Heizabschnitts des Startbrenners eingespritzt. Der Brennstoff kann, je nach Ausgestaltung des Startbrenners, unter Flammenbildung oder katalytisch verbrannt werden. Während der Verbrennung des Brennstoffs können im Heizabschnitt und somit auch im Injektionsbereich hohe Temperaturen entstehen. Dies kann zu einer Be- Schädigung oder der Zerstörung des Injektors führen. Demnach sollte ein Injektor stets vor hohen Temperaturen in angrenzenden Abschnitten im Brennstoffzellensystem geschützt werden. In order to start combustion in the starting burner, in known systems hydrocarbon-containing fuel is injected via an injector into an injection region of a heating section of the starting burner. The fuel can, depending on the design of the starting burner, be burned with flame or catalytically. During the combustion of the fuel, high temperatures can occur in the heating section and thus also in the injection area. This can lead to damage or destruction of the injector. Accordingly, an injector should always be protected from high temperatures in adjacent sections in the fuel cell system.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 447 874 A2 geht ein SOFC-System mit einer integrierten Reformereinheit hervor. Die Reformereinheit weist einen Koh- lenwasserstoff-Brennstoffreformer, einen integrierten Abgas- und Kathodenluftbren- ner, einen Reformer-Wärmetauscher, einen Brennstoff-Vorheizer, einen Brennstoffin- jektor-Kühler, einen Brennstoffinjektor, einen Reformerluft-Vorheizung- Wärmetauscher, ein Reformerluft-Temperaturkontrollventil sowie einen VorReformer-Startbrenner auf. Gemäß der EP 1 447 874 A2 ist in einem Reformer ein Injektor axial vor einer Mischkammer bzw. Vorheizkammer angeordnet, wobei der Injektor Brennstoff durch eine axiale Bohrung eines ringförmigen Wärmetauschers in die Mischkammer einspritzt. Für einen effektiven Wärmeaustausch ist der Wärmetauscher massiv ausgestaltet bzw. weist eine entsprechend hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Dadurch kann Wärme, die in der Vorheizkammer entsteht, schnell in die Umgebung der Vorheizkammer transportiert werden. Gleichwohl kann dadurch eine starke Wärmeabfuhr von der Vorheizkammer in Richtung des Injektors begünstigt werden. Dies gilt es jedoch zu vermeiden. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, könnte der Wärmetauscher aktiv gekühlt werden. Dies würde jedoch eine entsprechende Kühlvorrichtung und somit ein komplexeres Gesamtsystem erfordern, welches darüber hinaus einen entsprechend hohen Energiebedarf hätte. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner zum Erwärmen wenigstens einer Funktionskomponente eines Brennstoffzellensystems, ein Brennstoffzellensystem mit solch einem Brenner sowie ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Brenners zur Verfügung zu stellen, wobei ein Injektor des Brenners auf einfache und kostengünstige Weise vor einem übermäßigen Wärmeeintrag geschützt werden kann. European Patent Application EP 1 447 874 A2 discloses an SOFC system with an integrated reformer unit. The reformer unit comprises a hydrocarbon fuel reformer, an integrated exhaust and cathode air burner, a reformer heat exchanger, a fuel preheater, a fuel radiator, a fuel injector, a reformer air preheater heat exchanger, a reformer air temperature control valve and a pre-reformer start-up burner. According to EP 1 447 874 A2, in a reformer, an injector is arranged axially in front of a mixing chamber or preheating chamber, the injector injecting fuel through an axial bore of an annular heat exchanger into the mixing chamber. For an effective heat exchange, the heat exchanger is made massive or has a correspondingly high thermal conductivity. As a result, heat generated in the preheat chamber can be quickly transported to the vicinity of the preheat chamber. Nevertheless, this can promote a high heat dissipation from the preheating chamber in the direction of the injector. However, this should be avoided. To take account of this problem, the heat exchanger could be actively cooled. However, this would require a corresponding cooling device and thus a more complex overall system, which moreover would have a correspondingly high energy requirement. Object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to provide a burner for heating at least one functional component of a fuel cell system, a fuel cell system with such a burner and a method for cooling such a burner, wherein an injector of the burner in a simple and cost-effective manner against excessive Heat input can be protected.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch den Brenner gemäß Anspruch 1 , das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 0 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 14 ge- löst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Brenner beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brenner zum Erwärmen wenigstens einer Funktionseinheit eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt. Der Brenner weist einen Heizabschnitt mit einem Injektionsbereich und einem Verbrennungsbereich auf. Ferner weist der Brenner einen Injektor mit einem Fluidauslass zum Einspritzen eines Betriebsfluids in den Injektionsbereich des Heizabschnitts auf. Der Verbrennungsbereich ist zum Verbrennen des durch den Injektor eingespritzten Betriebsfluids ausgestaltet. In einem Zwischenabschnitt, der sich in einer Einspritzrichtung des Injektors zumindest abschnittsweise stromaufwärts des Verbrennungsbereichs und zumindest abschnittsweise stromabwärts des Flu- idauslasses befindet, ist eine Isoliervorrichtung für eine thermische Isolierung zwischen dem Heizabschnitt und dem Injektor und/oder es ist entlang des Injektors zumindest abschnittsweise ein Kühlfluidkanal zum Leiten von Kühlfluid für ein Kühlen des Injektors angeordnet. The above object is solved by the claims. In particular, the above object is achieved by the burner according to claim 1, the fuel cell system according to claim 1 0 and the method according to claim 14 solves. Further advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the burner, of course, also in connection with the fuel cell system according to the invention, the method according to the invention and in each case vice versa, so with respect to the disclosure of the individual invention aspects always reciprocal reference is or can be. According to a first aspect of the present invention, a burner for heating at least one functional unit of a fuel cell system is provided. The burner has a heating section with an injection area and a combustion area. Furthermore, the burner has an injector with a fluid outlet for injecting an operating fluid into the injection region of the heating section. The combustion region is configured to combust the operating fluid injected by the injector. In an intermediate section, which is located in an injection direction of the injector at least in some sections upstream of the combustion area and at least partially downstream of the fluid outlet, a thermal insulation device is provided between the heating section and the injector and / or at least in sections along the injector Cooling fluid channel arranged to conduct cooling fluid for cooling the injector.
Durch die Isoliervorrichtung kann der Injektor wirkungsvoll vor Hitze aus dem Heiz- abschnitt bzw. dem Verbrennungsbereich geschützt werden. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass eine thermische Isolierung im Zwischenabschnitt keinen Wärmestau im Heizabschnitt verursacht, durch welchen das Brennstoffzellensystem negativ beeinflusst werden könnte. Mittels der Isoliervorrichtung kann ein passiver Hitzeschutz für den Injektor bereitgestellt werden, wodurch der Injektor ent- sprechend einfach und kostengünstig vor einer Überhitzung geschützt werden kann. Due to the insulating device, the injector can be effectively protected from heat from the heating section or the combustion area. In the context of the invention, it has been found that thermal insulation in the intermediate section does not cause heat accumulation in the heating section, which could adversely affect the fuel cell system. By means of the insulating device, a passive heat protection for the injector can be provided, whereby the injector can be correspondingly simple and inexpensive protected against overheating.
Alternativ kann ein Schutz vor einer Überhitzung des Injektors auch dadurch erzielt werden, dass entlang desselben zumindest abschnittsweise ein Kühlfluidkanal zum Leiten von Kühlfluid für ein Kühlen des Injektors angeordnet ist. Besonders günstig kann es sein, wenn sowohl eine Isoliervorrichtung als auch ein Kühlkanal vorgese- hen sind. Durch diese ergänzende, aktive Kühlungsmöglichkeit kann der Injektor noch besser vor einem übermäßigen Wärmeeintrag, insbesondere von dem Heizabschnitt, geschützt werden. Alternatively, protection against overheating of the injector can also be achieved by arranging along the same, at least in sections, a cooling fluid channel for conducting cooling fluid for cooling the injector. It can be particularly favorable if both an insulating device and a cooling channel are provided. By virtue of this supplementary, active cooling possibility, the injector can be even better protected against excessive heat input, in particular from the heating section.
Darunter, dass der Kühlfluidkanal zumindest abschnittsweise entlang des Injektors angeordnet ist, kann verstanden werden, dass der Kühlfluidkanal neben dem Injek- tor, an einem Außenwandabschnitt des Injektors oder zumindest in unmittelbarer Nähe des Injektors angeordnet ist, sodass der Injektor durch den Kühlfluidkanal gekühlt werden kann. Der Kühlfluidkanal kann sich axial und/oder radial entlang des Injektors bzw. außerhalb am Injektor oder in der Nähe des Injektors entlang erstrecken. The fact that the cooling fluid channel is arranged at least in sections along the injector can be understood to mean that the cooling fluid channel is arranged next to the injector, on an outer wall section of the injector or at least in the immediate vicinity of the injector, so that the injector can be cooled by the cooling fluid channel , The cooling fluid channel may extend axially and / or radially along the Injector or outside of the injector or in the vicinity of the injector along.
Die Isoliervorrichtung weist einen höheren Wärmeleitwiderstand als der Heizabschnitt bzw. der Verbrennungsbereich sowie der Injektor auf. Außerdem ist der Wär- meleitwiderstand im Zwischenabschnitt im Bereich der Isoliervorrichtung größer als in einem Bereich, in welchem die Isoliervorrichtung nicht ausgestaltet ist. Genauer gesagt ist der Wärmeübergangswiderstand an einer Oberfläche der Isoliervorrichtung, die dem Heizabschnitt zugewandt ist, größer als an einem Endbereich des Heizabschnitts, welcher der Isoliervorrichtung zugewandt ist. Die Isoliervorrichtung kann direkt an den Heizabschnitt angrenzen. Vorzugsweise ist die Isoliervorrichtung um einen definierten Abstand, beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 mm und 10 mm, vom Heizabschnitt, insbesondere vom Verbrennungsbereich oder vom Injektionsbereich, beabstandet. In diesem Bereich kann sich Luft und/oder ein Festkörper befinden. Durch die Beabstandung kann eine weitere thermische Isolationsschicht zwischen dem Injektor und dem Heizabschnitt bzw. dem Verbrennungsbereich geschaffen werden. The insulating device has a higher thermal resistance than the heating section and the combustion region and the injector. In addition, the heat resistance in the intermediate section in the region of the insulating device is greater than in a region in which the insulating device is not configured. More specifically, the heat transfer resistance at a surface of the insulating device facing the heating portion is larger than at an end portion of the heating portion facing the insulating device. The insulating device can directly adjoin the heating section. Preferably, the insulating device by a defined distance, for example in a range between 1 mm and 20 mm, in particular in a range between 1 mm and 10 mm, from the heating section, in particular from the combustion region or from the injection area, spaced. This area may contain air and / or a solid. By the spacing, a further thermal insulation layer can be created between the injector and the heating section or the combustion zone.
Unter dem Betriebsfluid kann ein Betriebsfluidgemisch verstanden werden. Das Be- triebsfluid weist vorzugsweise kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff, beispielsweise Methan, auf. The operating fluid can be understood as an operating fluid mixture. The operating fluid preferably comprises hydrocarbonaceous fuel, for example methane.
Der Brenner ist bevorzugt als Startbrenner zum Erwärmen eines Nachbrenners des Brennstoffzellensystems ausgestaltet. Insbesondere ist der Brenner als Startbrenner zum Erwärmen eines Nachbrenners ausgestaltet, durch welchen wiederum ein Reformer des Brennstoffzellensystems erwärmbar ist. Grundsätzlich ist es möglich durch den Startbrenner ein gesamtes Brennstoffzellensystem bzw. Komponenten eines Brennstoffzellensystems auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu bringen. Zum Verbrennen des durch den Injektor eingespritzten Betriebsfluids weist der Verbrennungsbereich vorzugsweise einen Katalysator für eine katalytische Verbrennung des Betriebsfluids auf. An Stelle des Katalysators oder zusätzlich zum Katalysator kann der Verbrennungsbereich auch eine Widerstandsheizvorrichtung, beispielsweise in Form einer Heizspule oder einer Heizplatte, aufweisen. Ferner ist es möglich, dass der Verbrennungsbereich zum Verbrennen des eingespritzten Betriebsfluids ein Zündmittel zum Erzeugen eines Zündfunkens aufweist, durch welches das Betriebsfluid entflammbar ist. The burner is preferably designed as a starting burner for heating an afterburner of the fuel cell system. In particular, the burner is designed as a starting burner for heating an afterburner, by which in turn a reformer of the fuel cell system can be heated. In principle, it is possible by the starting burner to bring an entire fuel cell system or components of a fuel cell system to a predetermined operating temperature. For combusting the operating fluid injected by the injector, the combustion region preferably includes a catalyst for catalytic combustion of the operating fluid. Instead of the catalyst or in addition to the catalyst, the combustion region can also have a resistance heating device, for example in the form of a heating coil or a heating plate. Further, it is possible that the combustion region for burning the injected operating fluid Ignition means for generating a spark, by which the operating fluid is flammable.
Der Injektionsbereich weist wenigstens eine Fluidöffnung auf, durch welche das Betriebsfluid in den Injektionsbereich bzw. den Heizabschnitt einspritzbar ist. Im Injekti- onsbereich kann außerdem wenigstens ein weiterer Fluideingang ausgestaltet sein, durch welchen ein weiteres Betriebsfluid in den Injektionsbereich einführbar ist. Das weitere Betriebsfluid kann Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Fluid sein, welches für die Verbrennung im Verbrennungsbereich mit dem Brennstoff im Injektionsbereich vermischbar ist. The injection area has at least one fluid opening, through which the operating fluid can be injected into the injection area or the heating section. In addition, at least one further fluid inlet can be configured in the injection region, by means of which a further operating fluid can be introduced into the injection region. The further operating fluid may be air or another oxygen-containing fluid which can be mixed with the fuel in the injection area for combustion in the combustion area.
Unter einem Bereich des Zwischenabschnitts stromabwärts des Fluidauslasses ist ein Bereich zu verstehen, welcher sich in einer Projektion des Injektors in Einspritzrichtung sowie neben der Projektion des Injektors stromabwärts des Fluidauslasses befindet. D.h., der Zwischenabschnitt ist nicht auf eine Projektion des Injektors in Einspritzrichtung beschränkt, sondern ist auch radial außerhalb dieser Projektion zu verstehen. A region of the intermediate section downstream of the fluid outlet is to be understood as a region which is located in a projection of the injector in the direction of injection and in addition to the projection of the injector downstream of the fluid outlet. That is, the intermediate portion is not limited to projection of the injector in the injection direction, but is also understood to be radially outside of this projection.
Die Isoliervorrichtung weist wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, durch welche das Betriebsfluid vom Fluidauslass in den Injektionsbereich einspritzbar ist. Die wenigstens eine Durchgangsöffnung ist als Bestandteil der Isoliervorrichtung zu verstehen. Die wenigstens eine Durchgangsöffnung grenzt vorzugsweise an die Fluidöff- nung des Injektionsbereichs an. Der Bereich der Isoliervorrichtung, welche an die Durchgangsöffnung angrenzt bzw. als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, ist insbesondere metallfrei oder annähernd metallfrei ausgebildet, sodass eine insbesondere unmittelbare Wärmebrücke zumindest größtenteils vermieden ist. Dadurch ist eine Kühlung des Injektors und/oder des Injektionsbereiches weiter verbessert. The insulating device has at least one passage opening through which the operating fluid can be injected from the fluid outlet into the injection area. The at least one passage opening is to be understood as part of the insulating device. The at least one passage opening preferably adjoins the fluid opening of the injection area. The region of the insulating device which adjoins the passage opening or is formed as a passage opening is designed, in particular, metal-free or approximately metal-free, so that a particularly direct thermal bridge is at least for the most part avoided. As a result, cooling of the injector and / or the injection area is further improved.
Unter der wenigstens einen Funktionseinheit kann vorliegend ein Nachbrenner und/oder ein Reformer des Brennstoffzellensystems verstanden werden. Wenn der Brenner in Form eines Startbrenners ausgestaltet ist, kann unter der wenigstens einen Funktionseinheit ein Nachbrenner sowie ein Reformer verstanden werden, da der Startbrenner zum Erwärmen des Nachbrenners und dadurch auch zum Erwärmen des Reformers ausgestaltet ist. Wenn der Brenner in Form eines Nachbrenners oder in Form eines in den Nachbrenner integrierten Startbrenners ausgestaltet ist, kann unter der wenigstens einen Funktionseinheit der Reformer verstanden werden. Der Injektor kann ein Standardinjektor sein, wie er im Automotive-Bereich zum Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkammer verwendet wird. Der Injektor kann auch als Düse ausgebildet sein. In the present case, the at least one functional unit can be understood to mean an afterburner and / or a reformer of the fuel cell system. If the burner is designed in the form of a starting burner, the at least one functional unit can be understood to mean an afterburner and a reformer, since the starting burner is designed to heat the afterburner and thereby also to heat the reformer. If the burner is designed in the form of an afterburner or in the form of a start burner integrated in the afterburner, the at least one functional unit can be understood to mean the reformer. The injector may be a standard injector used in the automotive industry for injecting fuel into a combustion chamber. The injector can also be designed as a nozzle.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Iso- liervorrichtung Isoliermaterial aufweist oder zumindest im Wesentlichen aus Isoliermaterial besteht, das eine Wärmeleitfähigkeit von λ < 1 W/(m■ K), insbesondere von λ < 0,1 W/(m - K), aufweist. Das Isoliermaterial weist vorzugsweise eine poröse Struktur mit einer Vielzahl von Luftkammern auf, insbesondere zwischen Ketten von amorphen Siliciumansammlungen mit einer Partikelgröße von 5 bis 25 nm. Das Iso- liermaterial weist somit bevorzugt eine mikroporöse Struktur auf. Ein solches Isoliermaterial kann eine Wärmeleitfähigkeit von λ < 0,05 W/(m■ K) aufweisen. Dadurch kann eine besonders gute thermische Isolierung erzielt werden, welche darüber hinaus eine hohe Funktionssicherheit im Brennstoffzellensystem aufweist. According to one development of the present invention, it is possible for the insulating device to comprise insulating material or at least essentially consist of insulating material which has a thermal conductivity of λ <1 W / (m · K), in particular λ <0.1 W / ( m - K). The insulating material preferably has a porous structure with a multiplicity of air chambers, in particular between chains of amorphous silicon accumulations with a particle size of 5 to 25 nm. The insulating material therefore preferably has a microporous structure. Such an insulating material may have a thermal conductivity of λ <0.05 W / (m · K). This allows a particularly good thermal insulation can be achieved, which also has a high reliability in the fuel cell system.
Weiterhin ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Brenner die Isoliervorrichtung ringförmig ausgestaltet und derart zum Injektor angeordnet ist, dass die Einspritzrichtung des Injektors durch eine Durchgangsöffnung der ringförmigen Isoliervorrichtung verläuft. Durch die ringförmige Ausgestaltung der Isoliervorrichtung kann der Injektor, der in der Regel einen runden oder im Wesentlichen einen runden Querschnitt aufweist, besonders gut und platzsparend vor einem zu hohen Wärmeeintrag geschützt werden. Die ringförmige Isoliervorrichtung ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise derart stromabwärts des Injektors angeordnet, dass ein Einspritzkegel des Betriebsfluids, das durch den Injektor in den Injektionsbereich eingespritzt wird, bei einer Einspritzung des Betriebsfluids in die Isoliervorrichtung in einem Ausgangsbereich der Durchgangsöffnung an einer Stirnseite der Isoliervorrichtung im Wesentlichen den gleichen Durchmesser oder annähernd den gleichen Durchmesser wie die Durchgangsöffnung aufweist. Dabei wird der Injektor durch die Isoliervorrichtung in Einspritzrichtung annähernd maximal abgeschirmt, wodurch der Injektor besonders wirkungsvoll vor einem zu starken Wärmeeintrag vom Heizabschnitt geschützt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es zudem möglich, dass die Isoliervorrichtung in der Einspritzrichtung des Injektors eine Isoliervorrichtungsdicke aufweist und der Fluidauslass und der Injektionsbereich in der Einspritzrichtung um die Isoliervor- richtungsdicke oder weiter voneinander beabstandet sind. Dadurch kann ein gewisser Grundabstand zwischen dem Heizabschnitt und dem Injektor sichergestellt werden, durch welchen auch eine entsprechende thermische Isolierung erreicht wird. Außerdem ist der Fluidauslass bzw. Injektorauslass dadurch in Einspritzrichtung zu- mindest um die Länge bzw. Tiefe der Durchgangsöffnung vom Heizabschnitt beabstandet, wodurch der Injektorauslass vor einer zu hohen Wärmebeaufschlagung durch den Heizabschnitt geschützt werden kann. Besonders günstig ist es, wenn die Isoliervorrichtungsdicke an einen Maximalwert einer möglichen Kühlleistung des Kühlfluides angepasst ist. Grundsätzlich kann gelten, dass der Schutz vor einer Überhitzung des Injektors umso besser ist, je größer die Isoliervorrichtungsdicke ist. Um den Brenner jedoch so klein wie möglich auszubilden, ist es zweckmäßig, wenn die Isoliervorrichtungsdicke so klein wie möglich ist. Furthermore, in the case of a burner according to the invention, it is possible for the insulating device to be of annular design and to be arranged relative to the injector such that the injection direction of the injector extends through a passage opening of the annular insulating device. Due to the annular configuration of the insulating device, the injector, which generally has a round or substantially round cross-section, can be protected in a particularly good and space-saving manner against excessive heat input. The annular isolation device is preferably at least partially disposed downstream of the injector such that an injection cone of the operating fluid injected into the injection area by the injector substantially injects the operating fluid into the isolation device in an exit region of the passage opening at an end of the isolation device has the same diameter or approximately the same diameter as the passage opening. In this case, the injector is approximately maximally shielded by the insulating device in the injection direction, whereby the injector can be particularly effectively protected against excessive heat input from the heating section. In the present invention, it is also possible that the insulating device in the injection direction of the injector has an insulating thickness and the fluid outlet and the injection area in the injection direction to the Isoliervor- directional thickness or further apart. Thereby, a certain basic distance between the heating section and the injector can be ensured, by which a corresponding thermal insulation is achieved. In addition, the fluid outlet or injector outlet is thereby spaced in the injection direction at least by the length or depth of the passage opening from the heating section, whereby the Injektorauslass can be protected from too high heat load by the heating section. It is particularly favorable if the insulating device thickness is adapted to a maximum value of a possible cooling capacity of the cooling fluid. In principle, the greater the insulation thickness, the better the protection against overheating of the injector. However, in order to make the burner as small as possible, it is desirable that the insulating device thickness be as small as possible.
Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn der Kühlfluidkanal bei einem erfindungsgemäßen Brenner zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung um den Injektor her- um, insbesondere um mehr als 180° um den Injektor herum, angeordnet ist. Genauer gesagt ist der Kühlfluidkanal vorzugsweise derart um den Injektor herum angeordnet, dass der Kühlfluidkanal eine Kühlfluidleitrichtung vorgibt, die sich radial um den Injektor herum, vorzugsweise um wenigstens 180°, erstreckt. Dadurch kann eine effektive thermische Abschirmung sowie Kühlung des Injektors erreicht werden. In this case, it may be advantageous if the cooling fluid channel in a burner according to the invention is arranged at least in sections in the circumferential direction around the injector, in particular by more than 180 ° around the injector. More specifically, the cooling fluid passage is preferably disposed around the injector such that the cooling fluid passage defines a cooling fluid directing direction that extends radially about the injector, preferably at least 180 °. As a result, an effective thermal shielding and cooling of the injector can be achieved.
Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einem Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung der Kühlfluidkanal einen Kühlfluideingang zum Leiten eines Kühlfluids in den Kühlfluidkanal sowie einen Kühlfluidausgang zum Leiten des Kühlfluids aus dem Kühlfluidkanal aufweist, wobei am Kühlfluideingang ein Eingangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluideingangs mit einer Kühlfluid-Zuführleitung ausgestaltet ist und am Kühlfluidausgang ein Ausgangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluidausgangs mit einer Kühlfluid-Abführleitung ausgestaltet ist. Dadurch kann der Kühlfluidkanal als kompaktes Bauteil im Brenner bzw. am Heizabschnitt bereitgestellt werden. Für einen aktiven Kühlbetrieb am Injektor müssen lediglich die geeigneten Kühlfluidleitungen daran angeschlossen werden. Der Kühlfluidausgang und der Kühlfluideingang sind insbesondere als Kanäle oder Kanalabschnitte ausgebildet. Diese sind bevorzugt derart ausgebildet, dass ein Druckverlust insbesondere im Kühlfluidkanal selbst vermieden wird oder zumindest so gering wie möglich gehalten werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Kühlfluidkanal in einem Befestigungskörper ausgestaltet ist, der am Heizabschnitt, insbesondere am Injektionsbereich, fixiert ist. Dadurch kann der Kühlfluidkanal besonders einfach und sicher im Brenner positioniert werden. Der Heizabschnitt weist vorzugsweise eine Gehäuseeinheit auf, an welcher der Befestigungskörper fixiert ist. Der Befestigungskörper ist vorzugsweise ein einstückiges, im Wesentlichen einstückiges und/oder monolithisches Bauteil. Der Kühlfluidkanal kann als separater Kühlfluidkanal im Befestigungskörper ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist der Kühlfluidkanal durch den Befestigungskörper selbst ausgestaltet. Dadurch können Platz, Material und somit auch Kosten gespart werden. Der Befestigungskörper ist mit dem Heizabschnitt bzw. der Gehäuseeinheit vorzugsweise verschraubt. Dadurch kann eine einfache und für eine Demontage oder eine Inspektion lösbare, mechanische Verbindung zwischen dem Befestigungskörper und dem Heizabschnitt bereitgestellt werden. It may be of further advantage if, in a burner according to the present invention, the cooling fluid channel has a cooling fluid inlet for guiding a cooling fluid into the cooling fluid channel and a cooling fluid outlet for conducting the cooling fluid out of the cooling fluid channel, wherein an input coupling section for mechanically coupling the cooling fluid inlet to the cooling fluid inlet Cooling fluid supply line is configured and at the cooling fluid output, an output coupling portion for mechanically coupling the cooling fluid output is configured with a cooling fluid discharge line. As a result, the cooling fluid channel can be provided as a compact component in the burner or on the heating section. For active cooling operation on the injector, only the appropriate cooling fluid lines need to be connected thereto. The cooling fluid outlet and the cooling fluid inlet are designed in particular as channels or channel sections. These are preferably designed such that a pressure loss, in particular in the cooling fluid channel itself, is avoided or at least as small as possible. Moreover, it is possible that the cooling fluid channel is configured in a fastening body, which is fixed to the heating section, in particular at the injection area. Thereby, the cooling fluid channel can be particularly easily and safely positioned in the burner. The heating section preferably has a housing unit, on which the fastening body is fixed. The fastening body is preferably a one-piece, substantially one-piece and / or monolithic component. The cooling fluid channel can be designed as a separate cooling fluid channel in the fastening body. Preferably, the cooling fluid channel is configured by the fastening body itself. As a result, space, material and thus costs can be saved. The fastening body is preferably screwed to the heating section or the housing unit. Thereby, a simple, for a disassembly or an inspection detachable, mechanical connection between the mounting body and the heating section can be provided.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Brenner die Isoliervorrichtung zur thermischen Isolierung des Kühlfluidkanals zumindest abschnittsweise zwischen dem Verbrennungsbereich und dem Kühlfluidkanal angeordnet ist. Dadurch kann auch der Kühlfluidkanal vor einer übermäßigen Erwärmung durch den Heizabschnitt geschützt werden. Außerdem kann dadurch die Kühlfunktion des Kühlfluidkanals gewährleistet werden. Der Isolierabschnitt weist hierzu orthogonal zur Einspritzrichtung den gleichen oder einen größeren Durchmesser als der Kühlfluidkanal auf. According to a further embodiment variant of the present invention, it is possible for a burner, the insulating device for thermal insulation of the cooling fluid channel is at least partially disposed between the combustion region and the cooling fluid channel. Thereby, the cooling fluid channel can be protected from excessive heating by the heating section. In addition, the cooling function of the cooling fluid channel can be ensured thereby. For this purpose, the insulating section has the same or a larger diameter than the cooling fluid channel orthogonally to the injection direction.
Bei einem erfindungsgemäßen Brenner kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn der Injektor und/oder die Isoliervorrichtung in einem Befestigungskörper montiert sind, der am Heizabschnitt fixiert ist. Dadurch können der Injektor und/oder die Isoliervor- richtung besonders positionsgenau im Brenner montiert werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Positionierung des Injektors, der Isoliervorrichtung sowie des Heizabschnitts relativ zueinander auf besonders einfache Weise sicher gewährleistet werden kann. Der Injektor ist dabei vorzugsweise derart montiert, dass der Fluidaus- lass bzw. Injektorauslass nicht direkt an die Durchgangsöffnung der Isoliervorrich- tung angrenzt. D.h. zwischen dem Injektorauslass und der Durchgangsöffnung befindet sich eine Lücke. Der Injektor ist an einer Stirnseite, an welcher der Injektorauslass ausgestaltet ist, bevorzugt zumindest abschnittsweise von dem Befestigungskörper umfasst, insbesondere derart, dass nur der Injektorauslass freiliegt. Dadurch kann der Injektor besonders wirkungsvoll vor der Hitze im Heizabschnitt geschützt werden. Wenn die Isoliervorrichtung in dem Befestigungskörper montiert ist, bildet der Befestigungskörper eine Trennwand zwischen der Isoliervorrichtung und dem Injektionsbereich aus. Dadurch kann die Isoliervorrichtung vor mechanischen Be- Schädigungen geschützt werden. In a burner according to the invention, it may also be advantageous if the injector and / or the insulating device are mounted in a mounting body which is fixed to the heating section. As a result, the injector and / or the insulating device can be mounted in the burner in a particularly accurate position. In particular, it is possible that the positioning of the injector, the insulating device and the heating section relative to each other can be ensured safely in a particularly simple manner. The injector is preferably mounted in such a way that the fluid outlet or injector outlet does not directly adjoin the passage opening of the insulating device. That is, there is a gap between the injector outlet and the passage opening. The injector is at an end face, on which the Injektorauslass is configured, preferably at least partially from the mounting body comprises, in particular such that only the Injektorauslass is exposed. Thereby the injector can be particularly effectively protected from the heat in the heating section. When the insulating device is mounted in the fixing body, the fixing body forms a partition wall between the insulating device and the injection area. As a result, the insulating device can be protected against mechanical damage.
Außerdem ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Brenner auf die Isoliervorrichtung verzichtet wird und entlang des Injektors ausschließlich der vorstehend im Detail beschriebene Kühlfluidkanal ausgestaltet ist. D.h., in einem solchen Brenner ist entlang des Injektors zumindest abschnittsweise ein Kühlfluidkanal zum Leiten von Kühlfluid für ein Kühlen des Injektors angeordnet. Ebenso ist es möglich, dass bei einem solchen Brenner der Kühlfluidkanal zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung um den Injektor herum, insbesondere um mehr als 180° um den Injektor herum, angeordnet ist. Weiterhin kann der Kühlfluidkanal einen Kühlfluidein- gang zum Leiten eines Kühlfluids in den Kühlfluidkanal sowie einen Kühlfluidausgang zum Leiten des Kühlfluids aus dem Kühlfluidkanal aufweisen, wobei am Kühlfluidein- gang ein Eingangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluidein- gangs mit einer Kühlfluid-Zuführleitung ausgestaltet ist und am Kühlfluidausgang ein Ausgangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluidausgangs mit einer Kühlfluid-Abführleitung ausgestaltet ist. Darüber hinaus ist es möglich, dass bei solch einem Brenner der Kühlfluidkanal in einem Befestigungskörper ausgestaltet ist, der am Heizabschnitt fixiert ist. Damit bringt auch ein solcher Brenner die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich mit Bezug auf den Brenner mit der Isoliervorrichtung beschrieben worden sind. In addition, it is possible for a burner according to the invention to dispense with the insulating device and to design only the cooling fluid channel described in detail above along the injector. In other words, in such a burner, a cooling fluid channel for guiding cooling fluid for cooling the injector is arranged at least in sections along the injector. It is also possible that in such a burner, the cooling fluid channel at least partially in the circumferential direction around the injector around, in particular by more than 180 ° around the injector around, is arranged. Furthermore, the cooling fluid channel can have a cooling fluid inlet for guiding a cooling fluid into the cooling fluid channel and a cooling fluid outlet for guiding the cooling fluid out of the cooling fluid channel, wherein an inlet coupling section for mechanically coupling the cooling fluid inlet to a cooling fluid supply line is configured on the cooling fluid inlet and Cooling fluid output an output coupling portion for mechanically coupling the cooling fluid output is configured with a cooling fluid discharge line. Moreover, it is possible that in such a burner, the cooling fluid channel is configured in a fastening body which is fixed to the heating section. Thus, even such a burner brings the same advantages as described in detail above with respect to the burner with the insulating device.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzel- lensystem mit einem wie vorstehend beschriebenen Brenner zur Verfügung gestellt. Das Brennstoffzellensystem weist einen Reformer auf, der durch den Brenner direkt oder indirekt erwärmbar ist, wobei der Brenner in Form eines Startbrenners oder in Form eines Nachbrenners ausgestaltet ist. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Brenner beschrieben worden sind. Wenn der Brenner in Form des Nachbrenners ausgestaltet ist, kann der Nachbrenner die Funktion des Startbrenners erfüllen. D.h., in einem solchen Nachbrenner ist ein Startbrenner mit den erfindungsgemäßen Merkmalen integriert. Weiterhin ist es möglich, dass bei einem Brennstoffzellensystem eine Kühlfluid- Zuführleitung über den Eingangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluideingang des Kühl- fluidkanals mechanisch gekoppelt ist und eine Kühlfluid-Abführleitung über den Ausgangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluidausgang des Kühlfluidkanals mechanisch gekoppelt ist, wobei die Kühlfluid-Zuführleitung mit einer Kühlfluidquelle zum Leiten von Kühlfluid in Form von Luft in den Kühlfluidkanal in Fluidverbindung steht. In einer Variante der Erfindung handelt es sich bei der Kühlfluidquelle um eine Luftquelle, insbesondere eine Frischluft- oder Druckluftquelle, und beim Kühlfluid handelt es sich um Luft. Es kann beispielsweise auch Kühlflüssigkeit eines PKW bzw. Nutzfahrzeugs als Kühlfluid zum Einsatz kommen. Durch besagte Kühlvorrichtung kann der Injektor auf besonders einfache und kostengünstige Weise gekühlt werden und entsprechend effizient vor Überhitzung geschützt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlfluid-Zuführleitung auch mit einer Quelle für Kühlflüssigkeit von einem oder für ein Kraftfahrzeug in Verbindung stehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, dass bei einem Brennstoffzellensystem eine Kühlfluid-Zuführleitung über den Eingangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluideingang des Kühlfluidkanals mechanisch gekoppelt ist und eine Kühlfluid-Abführleitung über den Ausgangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluidausgang des Kühlfluidkanals mechanisch gekoppelt ist, wobei die Kühlfluid- Abführleitung mit einem Wärmetauscher des Brennstoffzellensystems in Fluidverbindung steht. Dadurch kann die Luft, die in der Nähe des Heizabschnitts am Injektor vorbei geleitet wurde, im Wärmetauscher verwendet werden. Dadurch lässt sich die Effizienz des Brennstoffzellensystems steigern. According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system having a burner as described above. The fuel cell system has a reformer which can be heated directly or indirectly by the burner, wherein the burner is designed in the form of a starting burner or in the form of an afterburner. Thus, the fuel cell system according to the invention also brings about the same advantages as have been described in detail above with reference to the burner according to the invention. If the burner is designed in the form of the afterburner, the afterburner can fulfill the function of the starting burner. That is, in such an afterburner, a starting burner with the features according to the invention is integrated. In a fuel cell system, it is also possible for a cooling fluid supply line to be mechanically coupled via the input coupling section to the cooling fluid inlet of the cooling fluid channel and for a cooling fluid discharge line to be mechanically coupled via the outlet coupling section to the cooling fluid outlet of the cooling fluid channel, wherein the cooling fluid supply line is provided with a cooling fluid supply line Cooling fluid source for conducting cooling fluid in the form of air in the cooling fluid channel is in fluid communication. In a variant of the invention, the cooling fluid source is an air source, in particular a source of fresh air or compressed air, and the cooling fluid is air. For example, cooling liquid of a passenger car or commercial vehicle can also be used as cooling fluid. By means of said cooling device, the injector can be cooled in a particularly simple and cost-effective manner and correspondingly efficiently protected against overheating. Alternatively or additionally, the cooling fluid supply line may also be in communication with a source of cooling fluid from or for a motor vehicle. In the context of the present invention, it is also possible that in a fuel cell system, a cooling fluid supply line is mechanically coupled via the input coupling section to the cooling fluid inlet of the cooling fluid channel and a cooling fluid discharge line is mechanically coupled via the output coupling section to the cooling fluid outlet of the cooling fluid channel, wherein the cooling fluid Outlet line is in fluid communication with a heat exchanger of the fuel cell system. This allows the air that has passed the injector near the heating section to be used in the heat exchanger. This can increase the efficiency of the fuel cell system.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen eines Injektors in einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, wobei während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems ein Kühlfluid, insbesondere in Form von Luft, durch den Kühlfluidkanal zumindest abschnittsweise entlang des Injektors geleitet wird. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführ- lieh mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Brenner sowie das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschrieben worden sind. Das Kühlfluid wird während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems vorzugsweise von einer Luftquelle, beispielsweise einer Frischluft- oder Druckluftquelle, über die Kühlfluid-Zuführleitung durch den Kühlfluidkanal zumindest abschnittsweise entlang des Injektors weiter durch die Kühlfluid-Abführleitung zum Wärmetauscher geleitet. According to a further aspect of the present invention, a method is provided for cooling an injector in a fuel cell system as described above, wherein during operation of the fuel cell system, a cooling fluid, in particular in the form of air, is passed through the cooling fluid passage at least in sections along the injector. Thus, the method according to the invention also brings about the same advantages as have been described in detail above with reference to the burner according to the invention and the fuel cell system according to the invention. The cooling fluid is preferably passed through an air source, such as a fresh air or compressed air source, through the cooling fluid supply line during operation of the fuel cell system the cooling fluid channel at least partially along the injector further passed through the cooling fluid discharge line to the heat exchanger.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of various embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the claims, description or drawing resulting features and / or advantages, including structural details and spatial arrangements may be essential to the invention both in itself and in the various combinations.
Es zeigen jeweils schematisch: Figur 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, 1 shows a block diagram for illustrating a fuel cell system according to an embodiment of the invention,
Figur 2 einen Brenner gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Figure 2 shows a burner according to an embodiment of the present invention, and
Figur 3 eine Zusammenschau mit einem erfindungsgemäßen Brenner, einem Re- former und einem Nachbrenner zum Erläutern einer möglichen Funktionsweise des Brenners. FIG. 3 shows an overview with a burner according to the invention, a reformer and an afterburner for explaining a possible mode of operation of the burner.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference numerals in FIGS.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems 1000 mit einem Startbrenner 100 (Brenner). Das Brennstoffzellensystem 1000 weist ferner einen Nachbrenner 200 sowie einen Reformer 300 auf. Der Nachbrenner 200 ist zum Erwärmen des Reformers 300 ringförmig um den Reformer 300 herum angeordnet. Der Startbrenner 100 ist zum Erwärmen des Nachbrenners 200 und somit zum indirekten Erwärmen des Reformers 300 angeordnet und ausgestaltet. Demnach befin- det sich der Startbrenner 100 stromaufwärts des Nachbrenners 200. 1 is a block diagram illustrating a fuel cell system 1000 having a starting burner 100 (burner). The fuel cell system 1000 further includes an afterburner 200 and a reformer 300. The afterburner 200 is disposed annularly around the reformer 300 to heat the reformer 300. The starting burner 100 is arranged and configured for heating the afterburner 200 and thus for indirectly heating the reformer 300. Accordingly, the starting burner 100 is located upstream of the afterburner 200.
In Fig. 1 sind der Startbrenner 100 und der Nachbrenner 200 getrennt voneinander dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass der Startbrenner 100 als integrale Einheit das Nachbrenners 200 ausgestaltet ist. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem 1000 noch kompakter ausgestaltet wer- den. In einem solchen System kommt das erfindungsgemäße Kühlsystem besonders vorteilhaft zum Tragen. Das Brennstoffzellensystem 1000 gemäß Fig. 1 ist als SOFC-System (SOFC steht für„solid oxide fuel cell", bzw. Festoxidbrennstoffzelle) ausgestaltet. Stromabwärts des Reformers 300 ist ein Brennstoffzellenstapel 400 mit einem Anodenbereich 410 und einem Kathodenbereich 420 angeordnet. Ein Brennstoffgemisch, das durch den Reformer 300 erzeugt wird, wird zum Anodenbereich 410 geleitet. Anodenabgas wird in den Nachbrenner 200 geleitet, wo mittels einer Verbrennung des Anodenabgases der Reformer 300 erwärmt werden kann. Für die Verbren- nung im Nachbrenner 200 weist dieser einen Nachbrennerkatalysator 230 (siehe Fig. 3) in Form eines Oxydationskatalysators auf. Das verbrannte Anodenabgas wird vom Reformer 300 zu einem Wärmetauscher 500 geleitet. Von dort wird das Abgas über einen Verdampfer 600 in die Umgebung des Brennstoffzellensystems geführt. Über den Wärmetauscher 500 wird dem Kathodenbereich 420 erwärmte Luft zugeführt. Kathodenabgas wird ebenfalls dem Nachbrenner 200 zugeführt. In Fig. 1, the starting burner 100 and the afterburner 200 are shown separated from each other. In the context of the present invention, it is also possible that the starting burner 100 is designed as an integral unit of the afterburner 200. As a result, the fuel cell system 1000 can be made even more compact. the. In such a system, the cooling system according to the invention is particularly advantageous for carrying. 1 is configured as an SOFC system (SOFC stands for solid oxide fuel cell) downstream of the reformer 300 is a fuel cell stack 400 having an anode region 410 and a cathode region 420. A fuel mixture, produced by the reformer 300 is directed to the anode region 410. Anode exhaust gas is passed into the afterburner 200 where combustion of the anode exhaust gas heats the reformer 300. For combustion in the afterburner 200, it has an afterburner catalyst 230 (see US Pat The burned anode exhaust gas is passed from the reformer 300 to a heat exchanger 500. From there, the exhaust gas is conducted into the environment of the fuel cell system via an evaporator 600. Via the heat exchanger 500, heated air is supplied to the cathode region 420 Cathode exhaust gas is also the afterburner 200 z ugeführt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Startbrenner 100 einen Kühlfluidkanal 40 auf. Der Kühlfluidkanal 40 steht mit einer Kühlfluidquelle in Form einer Luftquelle 800 über eine Kühlfluid-Zuführleitung 910 in Fluidverbindung. Ferner steht der Kühlfluidkanal 40 mit einer Kühlfluid-Abführleitung 920 mit dem Wärmetauscher 500 in Fluidverbin- dung. As shown in FIG. 1, the starting burner 100 has a cooling fluid channel 40. The cooling fluid channel 40 is in fluid communication with a cooling fluid source in the form of an air source 800 via a cooling fluid supply line 910. Furthermore, the cooling fluid channel 40 is in fluid communication with the heat exchanger 500 with a cooling fluid discharge line 920.
Der Startbrenner 100, der Nachbrenner 200, der Reformer 300 und der Verdampfer 600 befinden sich in dem Brennstoffzellensystem in einer sogenannten Heiz- bzw. Hotbox 700, in welcher ein kompakter Wärmetransport zwischen den jeweiligen Bauteilen ermöglicht werden kann. Die zusammenhängenden Funktionen von Startbren- ner 100, Nachbrenner 200 und Reformer 300 werden später mit Bezug auf Fig. 3 im Detail beschrieben. The starting burner 100, the afterburner 200, the reformer 300 and the evaporator 600 are located in the fuel cell system in a so-called heating or hot box 700, in which a compact heat transfer between the respective components can be made possible. The related functions of starting burner 100, afterburner 200 and reformer 300 will be described in detail later with reference to FIG.
In Fig. 2 ist ein Startbrenner 100 (Brenner) zum Erwärmen eines Nachbrenners 200 sowie eines Reformers 300 in einem Brennstoffzellensystem 1000 dargestellt. Der Startbrenner 100 weist einen Heizabschnitt 10 mit einem Injektionsbereich 1 1 und einem Verbrennungsbereich 12 auf. Der Verbrennungsbereich 12 weist einen Katalysator 60 für eine katalytische Verbrennung des Betriebsfluids F1 auf. Außerdem weist der Startbrenner 100 einen Injektor 20 mit einem Fluidauslass 21 bzw. Injekto- rauslass zum Einspritzen eines Betriebsfluids F1 in den Injektionsbereich 1 1 des Heizabschnitts 10 auf, wobei der Verbrennungsbereich 12 zum Verbrennen des durch den Injektor 20 eingespritzten Betriebsfluids F1 ausgestaltet ist. In einem Zwischenabschnitt 50, der sich in einer Einspritzrichtung E des Injektors 20 stromauf- wärts des Verbrennungsbereichs 12 und stromabwärts des Fluidauslass es 21 befindet, ist eine Isoliervorrichtung 30 für eine thermische Isolierung zwischen dem Heizabschnitt 10 und dem Injektor 20 angeordnet. Der Zwischenabschnitt 50 befindet sich zwischen den in Fig. 2 dargestellten gestrichelten Linien. Über einen Fluidein- gang 80 kann ein weiteres Betriebsfluid F2, vorliegend Luft oder ein sauerstoffhalti- ges Fluid, in den Injektionsbereich 1 1 eingeführt werden. Während des Betriebs des Startbrenners 100 vermischt sich das Betriebsfluid F1 mit dem weiteren Betriebsfluid F2 im Injektionsbereich 1 1 und wird als Betriebsfluidgemisch weiter in Richtung des Katalysators 60 geleitet. FIG. 2 shows a starting burner 100 (burner) for heating an afterburner 200 and a reformer 300 in a fuel cell system 1000. The starting burner 100 has a heating section 10 with an injection region 11 and a combustion region 12. The combustion region 12 includes a catalyst 60 for catalytic combustion of the operating fluid F1. In addition, the starting burner 100 has an injector 20 with a fluid outlet 21 or injector. outlet for injecting an operating fluid F1 into the injection area 1 1 of the heating section 10, the combustion section 12 configured to burn the operating fluid F1 injected by the injector 20. In an intermediate portion 50 located in an injection direction E of the injector 20 upstream of the combustion portion 12 and downstream of the fluid outlet 21, a thermal insulation isolator 30 is interposed between the heating portion 10 and the injector 20. The intermediate portion 50 is located between the dashed lines shown in FIG. Via a fluid inlet 80, another operating fluid F2, in this case air or an oxygen-containing fluid, can be introduced into the injection area 11. During operation of the starting burner 100, the operating fluid F1 mixes with the further operating fluid F2 in the injection region 11 and is conducted as an operating fluid mixture further in the direction of the catalyst 60.
Die Isoliervorrichtung 30 weist mikroporöses Isoliermaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ < 0,05 W/(m■ K) auf. Die Isoliervorrichtung 30 ist ringförmig ausgestaltet und derart zum Injektor 20 angeordnet, dass die Einspritzrichtung E des Injektors 20 durch eine Durchgangsöffnung 31 der ringförmigen Isoliervorrichtung 30 verläuft. Die Isoliervorrichtung 30 weist in der Einspritzrichtung E des Injektors 20 eine Isoliervor- richtungsdicke D auf, wobei der Fluidauslass 21 und der Injektionsbereich 1 1 in der Einspritzrichtung E um die Isoliervorrichtungsdicke D bzw. etwas weiter voneinander beabstandet sind. The insulating device 30 comprises microporous insulating material having a thermal conductivity of λ <0.05 W / (m · K). The insulating device 30 is designed annular and arranged to the injector 20 so that the injection direction E of the injector 20 passes through a through hole 31 of the annular insulating device 30. The insulating device 30 has an insulating device thickness D in the injection direction E of the injector 20, and the fluid outlet 21 and the injection section 11 are spaced apart in the injection direction E by the insulating device thickness D and slightly more.
Entlang des Injektors 20 ist zumindest abschnittsweise ein Kühlfluidkanal 40 zum Leiten von Kühlfluid K für ein Kühlen des Injektors 20 angeordnet. Der Kühlfluidkanal 40 ist zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung um den Injektor 20 herum angeordnet. Der Kühlfluidkanal 40 weist einen Kühlfluideingang 41 zum Leiten eines Kühlfluids K in den Kühlfluidkanal 40 sowie einen Kühlfluidausgang 42 zum Leiten des Kühlfluids K aus dem Kühlfluidkanal 40 auf, wobei am Kühlfluideingang 41 ein Eingangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluideingangs 41 mit einer Kühlfluid-Zuführleitung 910 (siehe Fig. 1 ) ausgestaltet ist und am Kühlfluidausgang 42 ein Ausgangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluid- ausgangs 42 mit einer Kühlfluid-Abführleitung 920 ausgestaltet ist. Der Kühlfluidkanal 40 ist in einem Befestigungskörper 70 ausgestaltet, der am Heizabschnitt 10 fixiert ist. Die Isoliervorrichtung 30 ist zur thermischen Isolierung des Kühlfluidkanals 40 zwischen dem Verbrennungsbereich 12 und dem Kühlfluidkanal 40 angeordnet. Der Injektor 20 und die Isoliervorrichtung 30 sind ebenfalls am bzw. im Befestigungskörper 70 montiert. Neben der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, auf die Isoliervorrichtung 30 zu verzichten und den Injektor nur mittels des dargestellten Kühlfluidkanals 40 zu kühlen bzw. hierdurch vor einer zu starken Erwärmung zu schützen. Along the injector 20, a cooling fluid channel 40 for conducting cooling fluid K for cooling the injector 20 is arranged at least in sections. The cooling fluid channel 40 is arranged at least in sections in the circumferential direction around the injector 20. The cooling fluid channel 40 has a cooling fluid inlet 41 for guiding a cooling fluid K into the cooling fluid channel 40 and a cooling fluid outlet 42 for conducting the cooling fluid K out of the cooling fluid channel 40, wherein an input coupling section for mechanically coupling the cooling fluid inlet 41 to a cooling fluid supply line 910 (FIG. see Fig. 1) is configured and at the cooling fluid outlet 42, an output coupling section for mechanically coupling the cooling fluid output 42 with a cooling fluid discharge line 920 is configured. The cooling fluid channel 40 is configured in a fastening body 70, which is fixed to the heating section 10. The insulating device 30 is arranged for thermal insulation of the cooling fluid channel 40 between the combustion region 12 and the cooling fluid channel 40. The injector 20 and the insulating device 30 are also mounted on the mounting body 70. In addition to the embodiment shown in Fig. 2, it is also possible to dispense with the insulating device 30 and to cool the injector only by means of the illustrated cooling fluid channel 40 and thereby protect against excessive heating.
Mit Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2 kann ein Verfahren zum Kühlen eines Injektors 20 in dem dargestellten Brennstoffzellensystem 1000 erläutert werden. Erfindungsgemäß wird während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 1000 Kühlfluid K in Form von Luft von der Luftquelle 800 über die Kühlfluid-Zuführleitung 910, durch den Kühlfluidkanal 40 entlang des Injektors 20, weiter durch die Kühlfluid-Abführleitung 920, in den Wärmetauscher 500 geleitet. Dadurch kann der Injektor 20 gekühlt werden. Fig. 3 zeigt eine Zusammenschau mit einem Startbrenner 100, der integral mit einem Nachbrenner 200 angeordnet ist, wobei der Nachbrenner 200 ringförmig um einen Reformer 300 angeordnet ist. Fig. 3 kann grundsätzlich dahingehend verstanden werden, dass der Nachbrenner 200 auch als Startbrenner 100 verwendet werden kann. Der Nachbrenner 200 weist einen Nachbrennereingang 210 und einen Nach- brennerausgang 220 auf. Außerdem weist der Nachbrenner 200 einen Nachbrennerkatalysator 230 auf, der im vorliegenden Fall ringförmig ausgestaltet ist. Der Reformer 300 weist einen Reformereingang 310 und einen Reformerausgang 320 auf. Der Reformer 300 weist ferner einen Reformerkatalysator 330 auf. With reference to FIGS. 1 and 2, a method of cooling an injector 20 in the illustrated fuel cell system 1000 may be explained. According to the invention, during operation of the fuel cell system 1000, cooling fluid K in the form of air is conducted from the air source 800 via the cooling fluid supply line 910, through the cooling fluid channel 40 along the injector 20, through the cooling fluid discharge line 920, into the heat exchanger 500. This allows the injector 20 to be cooled. FIG. 3 shows an overview of a starting burner 100 which is arranged integrally with an afterburner 200, the afterburner 200 being arranged annularly around a reformer 300. In principle, FIG. 3 can be understood to mean that the afterburner 200 can also be used as a starting burner 100. The afterburner 200 has an afterburner inlet 210 and a secondary burner outlet 220. In addition, the afterburner 200 has an afterburner catalyst 230, which is designed in the present case annular. The reformer 300 has a reformer input 310 and a reformer output 320. The reformer 300 further includes a reforming catalyst 330.
Bei einem Start des Brennstoffzellensystems 1000 wird verbranntes Fluid vom Start- brenner 100 in Richtung des Nachbrennerkatalysators 230 geleitet. Dadurch kann der Reformer 300 erwärmt werden. When the fuel cell system 1000 is started, burnt fluid is conducted from the starting burner 100 in the direction of the afterburner catalyst 230. Thereby, the reformer 300 can be heated.
Dem Reformer 300 wird über den Reformereingang 310 ein Brennstoffgemisch vom Verdampfer 600 zugeführt. Mittels des Reformerkatalysators 330 kann das Brennstoffgemisch, wie vorstehend beschrieben, in ein geeignetes Anoden-Zuführgas, bei- spielsweise Wasserstoff und Kohlendioxid, umgewandelt werden. Das Anoden- Zuführgas wird dem Anodenbereich 410 des Brennstoffzellenstapels 400 über den Reformerausgang 320 zugeführt. Nach einer chemischen Reaktion im Brennstoffzel- lenstapel 400 wird dem Nachbrenner 200 über den Nachbrennereingang 210 Anoden-Abgas sowie Kathoden-Abgas zugeführt, welches im Nachbrenner 200 mittels des Nachbrennerkatalysators 230 verbrannt wird. Durch diese Verbrennung kann der Reformer 300 ebenfalls erwärmt werden. Die erhitzten Fluide bzw. Abgase des Brennstoffzellenstapels 400 werden, wie in Fig. 3 dargestellt, zusammen mit dem verbrannten Fluid aus dem Startbrenner 100 in Richtung des Nachbrennerkatalysators 230 geführt. Sobald der Reformer 300 eine definierte Betriebstemperatur erreicht hat, kann der Startbrenner 100 deaktiviert werden. The reformer 300 is fed via the reformer input 310, a fuel mixture from the evaporator 600. By means of the reforming catalyst 330, the fuel mixture can be converted into a suitable anode feed gas, for example hydrogen and carbon dioxide, as described above. The anode supply gas is supplied to the anode region 410 of the fuel cell stack 400 via the reformer output 320. After a chemical reaction in the fuel cell lenstapel 400 is supplied to the afterburner 200 via the afterburner inlet 210 anode exhaust gas and cathode exhaust, which is burned in the afterburner 200 by means of the Nachbrennerkatalysators 230. By this combustion, the reformer 300 may also be heated. As shown in FIG. 3, the heated fluids or exhaust gases of the fuel cell stack 400, together with the burnt fluid, are guided out of the starter burner 100 in the direction of the afterburner catalyst 230. Once the reformer 300 has reached a defined operating temperature, the starting burner 100 may be deactivated.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Heizabschnitt  10 heating section
1 1 Injektionsbereich 1 1 injection area
12 Verbrennungsbereich12 combustion area
20 Injektor 20 injector
21 Fluidauslass  21 fluid outlet
30 Isoliervorrichtung 30 insulating device
31 Durchgangsöffnung31 passage opening
40 Kühlfluidkanal 40 cooling fluid channel
41 Kühlfluideingang 41 cooling fluid inlet
42 Kühlfluidausgang 50 Zwischenabschnitt 60 Katalysator 42 cooling fluid outlet 50 intermediate section 60 catalyst
70 Einfassung  70 facing
80 Fluideingang  80 fluid inlet
100 Startbrenner (Brenner) 100 start burners (burners)
200 Nachbrenner 200 afterburner
210 Nachbrennereingang 210 afterburner entrance
220 Nachbrennerausgang220 afterburner outlet
230 Nachbrennerkatalysator230 afterburner catalyst
300 Reformer 300 reformers
310 Reformereingang 310 reformer input
320 Reformerausgang320 reformer output
330 Reformerkatalysator330 reformer catalyst
400 Brennstoffzellenstapel400 fuel cell stacks
410 Anodenbereich 410 anode area
420 Kathodenbereich 420 cathode area
500 Wärmetauscher 600 Verdampfer 500 heat exchangers 600 evaporators
700 Hotbox  700 Hotbox
800 Luftquelle  800 air source
910 Kühlfluid-Zuführleitung 910 cooling fluid supply line
920 Kühlfluid-Abführleitung920 cooling fluid discharge line
D IsoliervorrichtungsdickeD Insulator thickness
E EinspritzrichtungE injection direction
F1 Betriebsfluid F1 operating fluid
F2 weiteres Betriebsfluid F2 further operating fluid
K Kühlfluid K cooling fluid

Claims

Patentansprüche claims
1 . Brenner (100) zum Erwärmen wenigstens einer Funktionseinheit (200, 300) eines Brennstoffzellensystems (1000), aufweisend einen Heizabschnitt (10) mit einem Injektionsbereich (1 1 ) und einem Verbrennungsbereich (12), und einen Injektor (20) mit einem Fluidauslass (21 ) zum Einspritzen eines Betriebsfluids (F1 ) in den Injektionsbereich (1 1 ) des Heizabschnitts (10), wobei der Verbrennungsbereich (12) zum Verbrennen des durch den Injektor (20) eingespritzten Betriebsfluids (F1 ) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenabschnitt (50), der sich in einer Einspritzrichtung (E) des Injektors (20) zumindest abschnittsweise stromaufwärts des Verbrennungsbereichs (12) und zumindest abschnittsweise stromabwärts des Fluidauslasses (21 ) befindet, eine Isoliervorrichtung (30) für eine thermische Isolierung zwischen dem Heizabschnitt (10) und dem Injektor (20) und/oder dass entlang des Injektors (20) zumindest abschnittsweise ein Kühlfluidkanal (40) zum Leiten von Kühlfluid (K) für ein Kühlen des Injektors (20) angeordnet ist. 1 . A burner (100) for heating at least one functional unit (200, 300) of a fuel cell system (1000), comprising a heating section (10) having an injection area (11) and a combustion area (12), and an injector (20) having a fluid outlet ( 21) for injecting an operating fluid (F1) into the injection region (1 1) of the heating section (10), the combustion section (12) being configured to burn the operating fluid (F1) injected by the injector (20), characterized in that an intermediate portion (50) located in an injection direction (E) of the injector (20) at least portion upstream of the combustion portion (12) and at least portion downstream of the fluid outlet (21), a thermal insulation isolator (30) between the heating portion (10) and the injector (20) and / or that along the injector (20) at least partially a cooling fluid channel (40) for guiding Küh lfluid (K) for cooling the injector (20) is arranged.
2. Brenner (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliervorrichtung (30) Isoliermaterial aufweist oder zumindest im Wesentlichen aus Isoliermaterial besteht, das eine Wärmeleitfähigkeit von λ < 1 W/(m■ K), insbesondere von λ < 0,1 W /(ja■ K), aufweist. 2. Burner (100) according to claim 1, characterized in that the insulating device (30) comprises insulating material or at least substantially consists of insulating material having a thermal conductivity of λ <1 W / (m ■ K), in particular of λ <0, 1 W / (yes ■ K).
3. Brenner (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliervorrichtung (30) ringförmig ausgestaltet und derart zum Injektor (20) angeordnet ist, dass die Einspritzrichtung (E) des Injektors (20) durch eine Durchgangsöffnung (31 ) der ringförmigen Isoliervorrichtung (30) verläuft. 3. Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating device (30) is of annular design and is arranged in such a way to the injector (20) that the injection direction (E) of the injector (20) extends through a passage opening (31) of the annular insulating device (30).
4. Brenner (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliervorrichtung (30) in der Einspritzrichtung (E) des Injektors (20) eine Isoliervorrichtungsdicke (D) aufweist und der Fluidauslass (21 ) und der Injektionsbereich (1 1 ) in der Einspritzrichtung (E) um die Isoliervorrichtungsdicke (D) oder weiter voneinander beabstandet sind. 4. burner (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the insulating device (30) in the injection direction (E) of the injector (20) has a Isoliervorrichtungsdicke (D) and the fluid outlet (21) and the injection region (1 1 ) in the injection direction (E) are spaced apart by the insulating device thickness (D) or further apart.
5. Brenner (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfluidkanal (40) zumindest abschnittsweise in Umfangsrich- tung um den Injektor (20) herum, insbesondere um mehr als 180° um den Injektor (20) herum, angeordnet ist. 5. burner (100) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling fluid channel (40) at least partially in the circumferential direction around the injector (20) around, in particular by more than 180 ° around the injector (20) around , is arranged.
6. Brenner (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfluidkanal (40) einen Kühlfluideingang (41 ) zum Leiten eines Kühlfluids (K) in den Kühlfluidkanal (40) sowie einen Kühlfluidausgang (42) zum Leiten des Kühlfluids (K) aus dem Kühlfluidkanal (40) aufweist, wobei am Kühlfluideingang (41 ) ein Eingangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluideingangs (41 ) mit einer Kühlfluid- Zuführleitung (910) ausgestaltet ist und am Kühlfluidausgang (42) ein Ausgangskoppelabschnitt zum mechanischen Koppeln des Kühlfluidaus- gangs (42) mit einer Kühlfluid-Abführleitung (920) ausgestaltet ist. 6. burner (100) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling fluid channel (40) has a cooling fluid inlet (41) for guiding a cooling fluid (K) in the cooling fluid channel (40) and a cooling fluid outlet (42) for conducting the Cooling fluid (K) from the cooling fluid channel (40), wherein at the cooling fluid inlet (41) an input coupling section for mechanically coupling the cooling fluid input (41) with a cooling fluid supply line (910) is configured and the cooling fluid outlet (42) an output coupling section for mechanically coupling the Cooling fluid outlet (42) with a cooling fluid discharge line (920) is configured.
7. Brenner (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfluidkanal (40) in einem Befestigungskörper (70) ausgestaltet ist, der am Heizabschnitt (10) fixiert ist. 7. burner (100) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cooling fluid channel (40) in a fastening body (70) is configured, which is fixed to the heating section (10).
8. Brenner (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliervorrichtung (30) zur thermischen Isolierung des Kühlfluid- kanals (40) zumindest abschnittsweise zwischen dem Verbrennungsbereich (12) und dem Kühlfluidkanal (40) angeordnet ist. 8. burner (100) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insulating device (30) for thermal insulation of the Kühlfluid- channel (40) at least in sections between the combustion region (12) and the cooling fluid channel (40) is arranged.
9. Brenner (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (20) und/oder die Isoliervorrichtung (30) in einem Befestigungskörper (70) montiert sind, der am Heizabschnitt (10) fixiert ist. 9. Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the injector (20) and / or the insulating device (30) in a mounting body (70) are mounted, which is fixed to the heating section (10).
10. Brennstoffzellensystem (1000) mit einem Brenner (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, aufweisend einen Reformer (300), der durch den Brenner (100) direkt oder indirekt erwärmbar ist, wobei der Brenner (100) in Form eines Startbrenners (100) oder in Form eines Nachbrenners (200) ausgestaltet ist. 10. Fuel cell system (1000) with a burner (100) according to one of the preceding claims, comprising a reformer (300) which can be heated directly or indirectly by the burner (100), wherein the burner (100) in the form of a starting burner (100 ) or in the form of an afterburner (200) is designed.
1 1 . Brennstoffzellensystem (1000) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Kühlfluid-Zuführleitung (910), die über den Eingangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluideingang (41 ) des Kühlfluidkanals (40) mechanisch gekoppelt ist und eine Kühlfluid-Abführleitung (920), die über den Ausgangs- koppelabschnitt mit dem Kühlfluidausgang (42) des Kühlfluidkanals (40) mechanisch gekoppelt ist, wobei die Kühlfluid-Zuführleitung (910) mit einer Kühlfluidquelle, insbesondere einer Luftquelle (800) oder einer Frischluftoder einer Druckluftquelle, zum Leiten von Kühlfluid (K), insbesondere in Form von Luft in den Kühlfluidkanal (40) in Fluidverbindung steht. 1 1. A fuel cell system (1000) according to claim 10, characterized by a cooling fluid supply line (910) which is mechanically coupled via the input coupling section to the cooling fluid inlet (41) of the cooling fluid channel (40) and a cooling fluid discharge line (920) which is above the outlet coupling portion with the cooling fluid outlet (42) of the cooling fluid channel (40) is mechanically coupled, wherein the cooling fluid supply line (910) with a cooling fluid source, in particular an air source (800) or a fresh air or a compressed air source, for conducting cooling fluid (K), in particular Form of air in the cooling fluid channel (40) is in fluid communication.
12. Brennstoffzellensystem (1000) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kühlfluidquelle um eine Luftquelle (800), insbesondere eine Frischluft- oder Druckluftquelle handelt und es sich beim Kühlfluid um Luft handelt. 12. Fuel cell system (1000) according to claim 1 1, characterized in that it is the cooling fluid source to an air source (800), in particular a fresh air or compressed air source and the cooling fluid is air.
13. Brennstoffzellensystem (1000) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Kühlfluid-Zuführleitung (910), die über den Eingangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluideingang (41 ) des Kühlfluidkanals (40) mechanisch gekoppelt ist und eine Kühlfluid-Abführleitung (920), die über den Ausgangskoppelabschnitt mit dem Kühlfluidausgang (42) des Kühlfluidkanals (40) mechanisch gekoppelt ist, wobei die Kühlfluid-Abführleitung (920) mit einem Wärmetauscher (500) des Brennstoffzellensystems (1000) in Fluidverbindung steht. 13. A fuel cell system (1000) according to any one of claims 10 to 12, characterized by a cooling fluid supply line (910) which is mechanically coupled via the input coupling portion with the cooling fluid inlet (41) of the cooling fluid channel (40) and a cooling fluid discharge line (920). coupled mechanically via the output coupling portion to the cooling fluid outlet (42) of the cooling fluid passage (40), the cooling fluid discharge conduit (920) being in fluid communication with a heat exchanger (500) of the fuel cell system (1000).
14. Verfahren zum Kühlen eines Injektors (20) in einem Brennstoffzellensystem (1000) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems (1000) ein Kühlfluid (K), insbesondere in Form von Luft, durch den Kühlfluidkanal (40) zumindest abschnittsweise entlang des Injektors (20) geleitet wird. 14. A method for cooling an injector in a fuel cell system according to claim 10, wherein during operation of the fuel cell system, a cooling fluid, in particular in the form of air, flows through the cooling fluid channel ) is conducted at least in sections along the injector (20).
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