CH690740A5 - Verdichtersteuerung. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichtersteuerung einer Brennstoffzellenanordnung gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1. 



  Zum Betrieb einer Brennstoffzelle ist ein bestimmter Druck auf der Gas- und der Luftseite erforderlich, der den Wirkungsgrad entscheidend beeinflusst. Mit zunehmender Verdichterarbeit wird jedoch der Systemwirkungsgrad einer Brennstoffzellenanlage, die einen Reformer, einen Verdichter, Pumpen, die eigentliche Brennstoffzelle und weitere Komponenten umfasst, reduziert. Daher ist es notwendig, einen geringen Druckverlust im System zu erreichen. 



  Für eine gasseitige Sicherheitskette sind bei Gasgeräten zwei voneinander unabhängige Gasventile erforderlich, von denen eines in der Regel auch eine Gasdurchsatzregelung vornimmt. Bei einer Brennstoffzellenanordnung mit einem Verdichter muss jedoch sichergestellt werden, dass bei einem Betrieb des Verdichters die Gasventile ge²ffnet sind. Andernfalls k²nnte durch den Verdichter ein Unterdruck in den Gasleitungen gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt werden, der das Eindringen von Luft in den Gasweg m²glich macht. 



  Ziel der Erfindung ist es, eine Verdichtersteuerung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einer Verdichtersteuerung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale der unabhängingen Patentansprüche erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei dem sich im Normalbetrieb ein nur sehr geringer Druckverlust ergibt. 



  Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Merkmale des ersten abhängigen Anspruchs vorzusehen. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird es m²glich, dass bei ge²ffnetem elektromagnetisch betätigtem Gasventil der Verdichter anläuft, wobei er zunächst einen Unterdruck an der Saugseite aufbaut, wodurch sich das Rückschlagventil ²ffnet. Das Rückschlagventil ist so ausgelegt, dass es beim Anliegen des normalen Gasanschlussdruckes geschlossen bleibt, auch wenn das zweite Ventil ge²ffnet ist. Damit wird ein zu grosser Unterdruck im Gasweg vermieden, und der Verdichter beginnt an seiner Druckseite einen !berdruck aufzubauen. Ist dabei ein bestimmter Druck erreicht, so ²ffnet das druckabhängig gesteuerte Gasventil und das Rückschlagventil schliesst. 



  Nach einer Variante der Erfindung sind die Merkmale des zweiten abhängigen Anspruchs vorgesehen. 



  Bei dieser Ausführungsform ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau, bei dem im Normalbetrieb ebenfalls ein nur geringer Druckverlust auftritt. 



  Bei der technischen Ausführungsform gemäss dem dritten unabhängigen Anspruch ist es zusätzlich vorteilhaft, während der Startphase den Druckverlust zu minimieren. 



  Durch die Merkmale des nächsten unabhängigen Anspruchs 5 ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, bei dem sich allerdings etwas h²here Druckverluste ergeben. 



  Durch die Merkmale des letzten unabhängigen Anspruchs ergibt sich der Vorteil, dass eine Regelung des Gasdurchsatzes vorgenommen werden kann. 



  Durch die Merkmale des letzten abhängigen Anspruches ist es ebenfalls m²glich, eine Regelung des Gasdurchsatzes vorzunehmen. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 4 schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Verdichtersteuerung. 



  Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile. 



  Bei der Ausführungsform nach dem Patentanspruch 2 und der Fig. 1 ist an eine Gaszuleitung 1 zu einem Reformer 23 einer Brennstoffzelle 24 ein Gasfilter 2 angeschlossen, dem ein Gasventil 3 mit elektromagnetischem Antrieb 15 nachgeschaltet ist. Diesem Gasventil 3 ist eine Parallelschaltung 22 nachgeschaltet, die aus einem weiteren Gasventil 4, das von einem Druckgeber gesteuert ist, und einem Rückschlagventil 8 gebildet ist, das über Rohrleitungen 7 mit dem Gasventil 4 verbunden ist. Dabei ist dieser Parallelschaltung 22 ein von einem Motor 20 angetriebener Verdichter 6 nachgeschaltet, wobei an die Druckseite 16 des Verdichters 6 eine Steuerleitung 5 angeschlossen ist, die zum Antrieb 17 des Gasventiles 4 führt. Eine Steuerung 21 wirkt auf den Motor 20 und den Antrieb 15 ein. Bevor der Motor 20 des Verdichters 6 anläuft, wird das Gasventil 3 von der Steuerung 21 ge²ffnet. 



  Wenn bei dieser Ausführungsform der Verdichter 6 anläuft, so baut er zunächst einen Unterdruck auf, durch den das Rückschlagventil 8 ²ffnet. Dadurch wird vermieden, dass ein zu grosser Unterdruck im Gasweg entsteht, und der Verdichter beginnt auf der Druckseite 16 einen !berdruck aufzubauen. Wenn der Verdichter 6 einen Mindestüberdruck erreicht hat, wird das Gasventil 4 ge²ffnet und der Durchstr²mungsweg freigegeben, wobei das Rückschlagventil 8 schliesst. 



  Dadurch wird der Druckverlust über die Parallelschaltung sehr niedrig gehalten. Die Gasdurchsatzregelung erfolgt dabei durch die Veränderung der Verdichterleistung mittels der Steuerung 21. 



  Bei der Ausführungsform nach dem Patentanspruch 3 und der Fig. 2, deren Aufbau im Wesentlichen jener nach der Fig. 1 ähnlich ist, ist statt des druckgesteuerten Gasventiles 4 ein Gasventil 11 vorgesehen, dessen elektromagnetischer Antrieb 18 von einem Differenzdruckmesser 10 gesteuert ist. Dabei ist der Differenzdruckmesser 10 über Steuerleitungen 9 mit der Saug- 19 und der Druckseite 16 des Verdichters 6 verbunden. Dabei ist der Differenzdruckmesser 10 über eine Signalleitung 12 mit dem elektromagnetischen Antrieb 18 des Gasventiles 11 verbunden. 



  Bei dieser Ausführungsform kann, ebenso wie auch bei der Ausführung nach der Fig. 1, je nach dem Volumen der Gasleitung zwischen dem Gasventil 3 und dem Verdichter 6 auf das Rückschlagventil 8 verzichtet werden. 



  Bei der Ausführungsform nach dem Patentanspruch 5 und der Fig. 3 ist auf das zweite Gasventil verzichtet. Dabei ist an der Gaszuleitung 1 ein Gasfilter 2 angeschlossen, dem ein Gasventil 3 nachgeschaltet ist. Weiters ist dem Gasventil 3 ein Rückschlagventil 8 nachgeschaltet, das der Saugseite des Verdichters 6 vorgeschaltet ist. 



  Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ein hohes Mass an Einfachheit aus, wobei sich allerdings ein, verglichen mit den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 etwas h²herer Druckverlust ergibt. 



  Bei der Ausführungsform nach dem Patentanspruch 6 und der Fig. 4 ist der Saugseite des Verdichters 6 ein Gasfilter 2 und ein Gasventil 3 vorgeschaltet. Dabei ist der Druckseite des Verdichters 6 ein Druckregler 13 und diesem ein Gasregelventil 14 nachgeschaltet. Dabei kann der Druckregler 13 und das Gasregelventil 14 in einem Ventil kombiniert sein. Bei dieser Ausführung ist es auf einfache Weise m²glich, den Gasdurchsatz zu regeln. 



  Weiter ist es auch m²glich, den Gasdruckregler 13 und das Gasregelventil 14 auch bei den übrigen Ausführungsformen nach den Ausführungen gemäss den übrigen Patentansprüchen vorzusehen. 

Claims (7)

1. Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette zwei voneinander unabhängige Gasventile (3, 4) vorgesehen sind, die in Reihe der Saugseite (19) des Verdichters (6) vorgeschaltet sind, wobei das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (4) in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) gesteuert ist und über eine Steuerleitung (5) mit der Druckseite des Verdichters (6) verbunden ist.

2. Verdichtersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) gesteuerten Gasventil (4) ein Rückschlagventil (8) parallel geschaltet ist (Fig. 1).

3.

Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette zwei voneinander unabhängige Gasventile (3, 4) vorgesehen sind, die in Reihe der Saugseite dem Verdichter (6) vorgeschaltet sind, wobei das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (11) von einem mit der Saug- und der Druckseite des Verdichters (6) verbundenen Differenzdruckmesser (10) gesteuert ist, der über eine Signalleitung (12) mit diesem Gasventil (11) verbunden ist.

4. Verdichtersteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem vom Differenzdruckmesser (10) gesteuerten Gasventil (11) ein Rückschlagventil (8) parallel geschaltet ist (Fig. 2).

5.

Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette ein Gasventil (3) vorgesehen ist, das der Saugseite des Verdichters (6) unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventiles (8) in Reihe vorgeschaltet ist.

6. Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette ein Magnetgasventil (3) vorgesehen ist, das der Saugseite des Verdichters (6) vorgeschaltet ist, wobei der Druckseite des Verdichters (6) ein Druckregler (13) und ein Gasregelventil (14) in Reihe nachgeschaltet sind.

7. Verdichtersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckseite des Verdichters (6) ein Druckregler (13) und ein Gasregelventil (14) in Reihe nachgeschaltet sind.