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Die
Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
und Notfallsteuerung einer Elektrolyseeinrichtung, welche einen
Elektrolyseur zur Erzeugung wenigstens eines Produktgases und eine
zugehörige
Steuereinrichtung aufweist, die Messwertsensoren zur Erfassung von
Messwerten hat, wobei die Überwachungsvorrichtung
mehrere Überwachungseinrichtungen
aufweist, die Komparatoren zum Vergleich von Messwerten mit vorgegebenen
Grenzwerten haben, über
die ein Abschalten der Elektrolyseeinrichtung bewirkbar ist, wenn
ein oberer Grenzwert überschritten
und/oder ein unterer Grenzwert unterschritten wird.
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Die
Erzeugung eines Produktgases wie Wasserstoff kann auf der Basis
einer elektrochemischen Wasserspaltung in einem alkalischen Elektrolyseur
geschehen. Dabei besteht die Möglichkeit, den
für den
Betrieb eines solchen Elektroly seurs erforderlichen elektrischen
Strom mit Fotovoltaikanlagen oder anderen Energiewandlern bereitzustellen.
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Zum
Betrieb eines Elektrolyseurs ist eine Steuereinrichtung vorgesehen.
Zu einer solchen Steuereinrichtung gehören Messwertsensoren zur Erfassung
bestimmter Werte, wie beispielsweise der Druck in dem Produktgas
bzw. in den Produktgasen, deren Reinheit und Austrittstemperatur
etc. Der Steuereinrichtung zugeordnet ist eine Überwachungsvorrichtung, die
dazu bestimmt ist, die Messwerte mit zugehörigen Grenzwerten zu überwachen
und die Elektrolyseeinrichtung bei Überschreiten bzw. Unterschreiten
eines Grenzwertes in einen sicheren Betriebszustand überzuführen. Dabei
ist die Überwachungsvorrichtung
in mehrere, separate Überwachungseinrichtungen
aufgeteilt, die jeweils Komparatoren zum Vergleich von bestimmten
Messwerten mit vorgegebenen Grenzwerten aufweisen.
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Die
bekannten Überwachungsvorrichtungen sind
als integrierte Bestandteile der Steuereinrichtung ausgebildet und
machen dabei auch Gebrauch von den Messwertsensoren der Steuereinrichtung. Es
hat sich herausgestellt, dass die Sicherheit solcher Überwachungsvorrichtungen
nicht befriedigend ist. Außerdem
sind solche Überwachungsvorrichtungen
speziell an die jeweilige Konstruktion der Elektrolyseeinrichtung
und deren Steuerung angepasst und eignen sich nicht für eine universelle
Anwendung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Überwachungsvorrichtung der
eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie eine hohe Sicherheit
und zudem die Voraussetzung bietet, mit verschiedenen Elektrolyseeinrichtungen
kombiniert zu werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Überwachungseinrichtungen eigene Überwachungssensoren
aufweisen, die mit zu den Überwachungseinrichtungen
gehörenden Komparatoren
gekoppelt sind. Grundgedanke der Erfindung ist es also, die Überwachungseinrichtung weitgehend
unabhängig
von der Steuereinrichtung der Elektrolyseeinrichtung zu machen,
indem neben den Messwertsensoren für die Steuereinrichtung eigene Überwachungssensoren
vorgesehen werden, die nur mit der Überwachungsvorrichtung zusammenarbeiten,
wobei die einzelnen Überwachungseinrichtungen
jeweils ihnen zugeordnete Komparatoren aufweisen, durch die der
Vergleich zwischen Überwachungsmesswert
und vordefiniertem Grenzwert vorgenommen wird. Auf Grund der weitgehend
autarken Ausbildung der Überwachungsvorrichtung
lässt sie
sich so weit standardisieren, dass sie mit verschiedenen Elektrolyseeinrichtungen
kuppelbar ist, d. h. ihre Konzeption ist nicht abhängig von
der Ausbildung der jeweils verwendeten Steuereinrichtung.
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In
Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung
wenigstens eine erste und eine zweite Überwachungskette aufweist, denen
jeweils Überwachungseinrichtungen
zugeordnet sind, wobei die erste Überwachungskette mit einem
ersten Abschalter und die zweite Überwachungskette mit einem
zweiten Abschalter gekoppelt sind und wobei mit dem ersten Abschalter
eine Abschaltung der gesamten Elektrolyseeinrichtung und mit dem
zweiten Abschalter eine Abschaltung nur eines Teils der Elektrolyseeinrichtung,
vorzugsweise nur des Elektrolyseurs selbst, bewirkbar ist. Diese Ausbildung
der Überwachungsvorrichtung
eröffnet die
Möglichkeit,
die Überwachungseinrichtungen
je nach Wichtigkeit und Gefahrenpotential der überwachten physikalischen oder
chemischen Messgröße der einen
oder der anderen Überwachungskette zuzuordnen,
und zwar in der Weise, dass diejenigen Überwachungseinrichtungen der
zweiten Überwachungskette
zugeordnet werden, welche Messgrößen überwachen,
bei deren Über-
bzw. Unterschreiten ein Abschalten der gesamten Elektrolyseeinrichtung
nicht erforderlich ist, vielmehr es ausreichend ist, dann nur den
Elektrolyseur selbst, d. h. dessen Gasproduktion auszuschalten.
Auf diese Weise ist nach Beseitigung einer Störung in dieser Überwachungskette
ein sofortiges Anlaufen der Elektrolyseeinrichtung möglich. Eine
Abschaltung der gesamten Elektrolyseeinrichtung wird nur dann vorgenommen, wenn
durch Über-
oder Unterschreiten eines Grenzwertes ernsthafte Gefahr für die Elektrolyseeinrichtung
oder die damit befassten Bedienungspersonen droht. Es versteht sich,
dass auch weitere Überwachungsketten
vorgesehen sein können,
um je nach Gefahrenpotential eine noch weitergehende Differenzierung
hinsichtlich der Abschaltung einzelner Teile der Elektrolyseeinrichtung
vornehmen zu können.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede Überwachungseinrichtung wenigstens
einen in der zugehörigen Überwachungskette
angeordneten Überwachungsschalter
aufweist, der bei Überschreiten
eines oberen Grenzwertes und/oder bei Unterschreiten eines unteren
Grenzwertes angesteuert wird, insbesondere geöffnet wird, wobei die Überwachungsschalter
in einer Überwachungskette
vorzugsweise in Reihe geschaltet sind. Durch öffnen auch nur eines der Überwachungsschalter
einer Überwachungskette
wird die Stromzufuhr unterbrochen, was mittels eines Relais oder
anderer Einrichtungen zur Ansteuerung des zugehörigen Abschalters führt und
somit ein Abschalten der Elektrolyseeinrichtung bzw. eines Teils
derselben bewirkt.
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Um
die Elektrolyseeinrichtung trotz eingeschalteter Überwachungsvorrichtung
störungsfrei hochfahren
zu können,
sollte zumindest ein Teil derjenigen Überwachungsschalter, die zu Überwachungseinrichtungen
gehören,
bei denen beim Anfahren der Elektrolyseeinrichtung ein außerhalb
eines zulässigen
Bereichs liegender Messwert anfallen kann, durch eine Parallelleitung
zur Überwachungskette überbrückt sein,
wobei die Parallelleitung einen Überbrückungsschalter
aufweist. Mit Hilfe der Parallelleitung und des darin angeordneten Überbrückungsschalters
kann der beim Anfahren zunächst geöffnete und
deshalb in Alarmstellung befindliche Überwachungsschalter überbrückt werden,
so dass der jeweils zugehörige
Abschalter nicht angesteuert wird, vielmehr der Anfahrvorgang störungsfrei
ablaufen kann. Vorzugsweise sollten alle Überwachungsschalter derart
ausgerüstet
sein, die zu Überwachungseinrichtungen
gehören,
bei denen beim Anfahren der Elektrolyseeinrichtung ein außerhalb
eines zulässigen
Bereichs liegender Messwert anfallen kann.
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Dabei
ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Überbrückungsschalter derart ausgebildet ist,
dass er nach einer vorbestimmten Zeit selbsttätig öffnet. Diese Zeit sollte so
bemessen sein, dass gesichert ist, dass bei einem normalen Betriebsanlauf
der Überwachungsmesswert
nach Ablauf dieser Zeit im zulässigen
Bereich liegt, so dass dann keine Abschaltung erfolgt. Zusätzlich kann
in der Parallelleitung zumindest ein Zusatzschalter angeordnet sein, der
durch Handbetätigung
schließ-
und öffenbar
ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Überbrückung ein
aktives Handeln der Bedienungsperson erfordert und erst dann ein
Anfahren der Elektrolyseeinrichtung möglich ist.
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Nach
der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Überbrückungsschalter mit
einem Schalter für
die Stromzufuhr des Elektrolyseurs derart verbunden ist, dass der Überbrückungsschalter
bei Anschalten der Stromzufuhr zum Elektrolyseur temporär schließt. Auf
diese Weise werden die zugehörigen
Parallelleitungen nur dann geschlossen, wenn die Elektrolyseeinrichtung
tatsächlich
angefahren wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest
diejenigen Überwachungsschalter,
die zu einer Überwachungseinrichtung
gehören,
bei denen beim Anfahren der Elektrolyseeinrichtung ein außerhalb
eines zulässigen
Bereichs liegender Messwert anfallen kann, bei Eintritt in den zulässigen Bereich
nicht selbsttätig
umschalten und dass diese Überwachungsschalter
eine Handbetätigung
zum Umschalten aufweisen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass
nach dem Anlaufen der Elektrolyseeinrichtung der bzw. die zunächst offene(n) Überwachungsschalter
einer solchen Überwachungseinrichtung
nicht selbständig
in den Schließzustand übergehen,
sondern dass dies bewusst durch eine Bedienungsperson erfolgen muss.
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Wie
schon oben erwähnt,
sollte die Verteilung der Überwachungseinrichtungen
auf die zumindest zwei Überwachungsketten
danach erfolgen, wie stark die Sicherheit des Betriebs der Elektrolyseeinrichtung
bei Über-
oder Unterschreiten eines Grenzwertes gefährdet ist. Danach hat es sich
als zweckmäßig erwiesen,
dass der ersten Überwachungskette
eine Raumluft-Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
von Gasbestandteilen, insbesondere von Produktgasbestandteilen,
in der Raumluft, eine Sensor-Überwachungseinrichtung
zur Funktionsüberwachung
von Überwachungssensoren
und/oder eine Betriebs-Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
von Betriebsparametern des Elektrolyseurs zugeordnet sind.
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Mit
der Raumluft-Überwachungseinrichtung sollen
Undichtigkeiten erfasst werden, welche zu einem Entweichen des bzw.
der Produktgase(s), insbesondere des Wasserstoffs, aber auch von
Sauerstoff, in die Raumluft derjenigen Räume führt, in denen der Elektrolyseur
und/oder die zugehörigen
Gasspeicher und/oder Abfülleinrichtungen
angeordnet sind. Dabei kann die Raumluft-Überwachungseinrichtung mit
einer Belüftungseinrichtung
derart verbunden sein, dass die Belüftungseinrichtung bei Überschreiten
zugehöriger
Grenzwerte aktivierbar ist, beispielsweise durch Ansteuerung eines
Lüfters
und/oder durch öffnen
von Belüftungsöffnungen.
Dabei sollte die Belüftungseinrichtung
eine Stromzufuhr haben, in der ein handbetätigbarer Schalter angeordnet
ist, damit die Belüftungseinrichtung
nur dann aktiviert wird, wenn dies gefahrlos möglich ist.
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Die
Betriebs-Überwachungseinrichtung
stellt eine Zusammenfassung sämtlicher Überwachungseinrichtungen
dar, die den Betrieb des Elektrolyseurs direkt überwachen. Hierzu kann beispielsweise
eine Elektrolysestrom-Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
des für
den Betrieb des Elektrolyseurs erforderlichen elektrischen Stroms,
eine Produktgasdruck-Überwachungseinrichtung,
mit der der Druck des bzw. der erzeugten Produktgase(s) – hier insbesondere
des Wasserstoffs – überwacht
wird, eine Produktgasaustrittstemperatur-Überwachungseinrichtung, eine
Produktgastemperatur-Überwachungseinrichtung
nach einem zum Elektrolyseur gehörenden
Kühler,
eine Elektrolyseurtemperatur-Überwachungseinrichtung,
eine Elektrolytumlauf-Über wachungseinrichtung,
eine Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung,
mit der der Wasserstoffgehalt in dem Produktgassauerstoff und der
Sauerstoffgehalt in dem Produktgaswasserstoff überwacht wird, und/oder eine
Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
vorgesehen sein. Störungen
in diesem Bereich sollen grundsätzlich
zur Abschaltung der gesamten Elektrolyseeinrichtung führen, da
ansonsten deren Betrieb ernsthaft gefährdet ist.
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Da
bei der Elektrolytumlauf-Überwachungseinrichtung
ein unterer Grenzwert überwacht
wird und der Elektrolytumlauf beim Anlauf zwangsläufig zunächst unterhalb
dieses Grenzwertes liegt, sollten der bzw. die Überwachungsschalter dieser Überwachungseinrichtung
durch eine Parallelleitung zur Überwachungskette überbrückt sein,
wobei die Parallelleitung einen Überbrückungsschalter
aufweist, so dass die Elektrolyseeinrichtung problemlos angefahren
werden kann. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Überbrückungsschalter
mit einem Schalter für
die Stromzufuhr des Elektrolyseurs derart verbunden ist, dass der Überbrückungsschalter
bei Anschalten der Stromzufuhr zum Elektrolyseur temporär schließt. Auf
diese Weise wird vermieden, dass sich das System bei Betriebsstillstand
ständig
im Alarmzustand befindet. Der Überbrückungsschalter
sollte derart ausgebildet sein, dass er nach einer vorbestimmten Zeit
selbsttätig öffnet. Vorzugsweise
sollte die Elektrolytumlauf-Überwachungseinrichtung
einen bei Überschreiten
des unteren Grenzwertes nichtselbstschließenden, jedoch von Hand betätigbaren Überwachungsschalter
aufweisen.
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Die
Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung
sollte so ausgebildet sein, dass sie den Wasserstoffgehalt im Sauerstoff
und/oder den Sauerstoffgehalt im Wasserstoff des jeweils vom Elektrolyseur erzeugten
Produktgases erfassen kann. Dabei sollte auch hier eine Parallelleitung
mit jeweils einem Überbrückungsschalter
vorgesehen sein, der den Überwachungsschalter
dieser Überwachungseinrichtung überbrückt. Aus
den schon oben angegebenen Gründen
ist es gleichfalls zweckmäßig, wenn
der bzw. die Überbrückungsschalter
mit einer Stromzufuhr versehen ist bzw. sind, die mit der Stromzufuhr
zum Elektrolyseur derart gekoppelt ist bzw. sind, dass bei Anschalten
der Stromzufuhr zum Elektrolyseur der bzw. die Überbrückungsschalter temporär schließt bzw. schließen. Dabei
sollte in der Stromzufuhr zu dem bzw. den Überbrückungsschalter(n) ein Schalter
angeordnet sein, der bei Stromzufuhr zum Elektrolyseur schließt.
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Vorzugsweise
sollte jedem Überbrückungsschalter
ein Zeitglied zugeordnet sein. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn
in der bzw. den Parallelleitung(en) jeweils ein Zusatzschalter angeordnet
ist, der durch Handbetätigung
schließ-
und öffenbar
ist und somit eine aktive Überbrückung erfordert.
Dabei kann dies in der Weise geschehen, dass in der Stromzufuhr
zu dem bzw. den Überbrückungsschalter(n)
ein handbetätigbarer
Schalter angeordnet ist, der mit den Zusatzschaltern über ein
Relais gekoppelt ist. Zusätzlich
sollte eine Signaleinrichtung mit den Zu satzschaltern derart gekoppelt
sein, dass die Signaleinrichtung bei geschlossenen Zusatzschalter(n)
ein Signal abgibt, um anzuzeigen, dass eine Überbrückung stattfindet. Auch hier
sollte der Überwachungsschalter
der Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung
nichtselbstschließend
und handbetätigbar
sein, um eine aktive Rückstellung
des Schalters nach der Anlaufphase erforderlich zu machen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
einen ersten Elektrolytniveausensor zur Erfassung des Elektrolytniveaus
im Wasserstoffseparator des Elektrolyseurs und einen zweiten Elektrolytniveausensor
zur Erfassung des Elektrolytniveaus im Sauerstoffseparator des Elektrolyseurs aufweist.
Durch diese doppelte Überwachung
ist sichergestellt, dass das Erreichen eines kritischen unteren
oder oberen Wertes bezüglich
des Elektrolytniveaus zuverlässig
erfasst wird. Zweckmäßigerweise sollte
die Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung ein
Schaltrelais aufweisen, das dem zugehörigen Überwachungsschalter zu dessen
Betätigung
zugeordnet ist. Ferner sollte der bzw. die Überwachungsschalter der Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
von einer Parallelleitung mit einem Überbrückungsschalter überbrückt sein,
um ein Anfahren der Elektrolyseeinrichtung zu ermöglichen,
wenn das Elektrolytniveau zunächst
außerhalb
des zulässigen Bereichs
liegt. Dabei sollte dem Überbrückungsschalter
ein Zeit glied zugeordnet sein, das den Überbrückungsschalter nach einer bestimmten
Zeit wieder öffnet.
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Vorzugsweise
ist auch hier vorgesehen, dass der Überbrückungsschalter mit der Stromzufuhr des
Elektrolyseurs derart gekoppelt ist, dass er beim Anschalten der
Stromzufuhr schließt.
Auf diese Weise wird vermieden, dass sich die Überwachungsvorrichtung bei
Betriebsstillstand im Alarmzustand befindet.
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Es
ist ferner vorgesehen, dass in der Stromzufuhr zum Überbrückungsschalter
ein Selbsthalteschalter eingebaut ist, der mit Ablauf des Zeitglieds öffnet. Zusätzlich sollte
in der Stromzufuhr zum Überbrückungsschalter
ein handbetätigbarer
Schalter angeordnet sein. Der Selbsthalteschalter und der handbetätigbare
Schalter sind zweckmäßigerweise
parallel geschaltet.
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Nach
der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass in der Stromzufuhr zum Überbrückungsschalter ein
Unterbrechungsschalter eingebaut ist, der die Stromzufuhr unterbricht,
wenn die Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
den zugehörigen Überwachungsschalter
in der ersten Überwachungskette
schließt.
Des weiteren ist auch hier vorgesehen, dass die Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung zu
jedem Elektrolytniveausensor jeweils einen nicht schließenden,
handbetätigbaren
Schalter aufweist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der bzw.
die Überwachungsschalter
der Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
in der ersten Überwachungskette
mit einem zugehörigen Überwachungsschalter
in der zweiten Überwachungskette
derart verbunden sind, dass beide Überwachungsschalter gleichzeitig
entweder geöffnet oder
geschlossen sind. Auf diese Weise ist doppelt gesichert, dass der
Elektrolyseur bei Verlassen des zulässigen Bereichs für das Elektrolytniveau
sofort abgeschaltet wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen, dass der
zweiten Überwachungskette
eine Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung, eine
Produktgasqualitätssensor-Überwachungseinrichtung
zur Funktionsüberwachung
von Produktgasqualitätssensoren,
eine Spülgasdruck-Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
des Spülgasdrucks
in einem Gasreservoir, eine Elektrolytdruck-Überwachungseinrichtung und/oder
eine Prüfgasüberwachungseinrichtung
zur Überwachung
eines für
die Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung
abgezweigten Prüfgases
zugeordnet ist bzw. sind. Bei Störungen
in diesem Bereich ist es grundsätzlich
nicht erforderlich, dass die gesamte Elektrolyseeinrichtung abgeschaltet
wird. Vielmehr reicht es aus, wenn lediglich der Betrieb des Elektrolyseurs
selbst gestoppt wird, die Anlage als solche aber startbereit bleibt,
so dass der Elektrolyseur nach Beheben der Störung in den vorgenannten Bereichen
sofort wird hochgefahren werden kann.
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In
weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spülgasdruck-Überwachungseinrichtung
wenigstens einen Spülgasdruckschalter
aufweist, der wenigstens einen Spülgasdrucksensor zur Erfassung
des Spülgasdruckes
in dem Gasreservoir zugeordnet ist. Vorzugsweise sind wenigstens
zwei Gasreservoire vorgesehen, denen jeweils ein Spülgasdrucksensor
zugeordnet ist, welche parallel in der Weise auf den Überwachungsschalter
der Spülgasdruck-Überwachungseinrichtung
einwirken, dass er nur öffnet,
wenn beide Gasreservoire einen unterhalb des zugehörigen Grenzwertes
liegenden Druck haben. Dies kann konstruktiv in der Weise ausgebildet sein,
dass dem Überwachungsschalter
ein erstes Schaltrelais zugeordnet ist und dass den Spülgasdrucksensoren
jeweils ein zweites Schaltrelais zugeordnet ist, die jeweils auf
einen Zwischenschalter einwirken, welche bei Unterschreiten des
Grenzwertes für
den Spülgasdruck
die Stromzufuhr zum ersten Schaltrelais nur dann unterbrechen, wenn
sie beide geöffnet
sind. Vorzugsweise sollten die Zwischenschalter beim öffnen gleichzeitig
eine Stromzufuhr zu einer Signaleinrichtung bewirken, um optisch
oder akustisch auf die Zustandsänderungen
hinzuweisen.
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Nach
der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Elektrolytdruck-Überwachungseinrichtung ein
Schaltrelais aufweist, das mit dem Überwachungsschalter der Elektrolytdruck-Überwachungseinrichtung
zusammenwirkt. zweckmdßigerweise sollte
ein Schalter zum Ausschalten einer Elek trolytpumpe vorgesehen sein,
der eine Stromzufuhr mit einem Schalter hat, der mit dem Überwachungsschalter
der Elektrolyt-Überwachungseinrichtung
gleichzeitig entweder öffnet
oder schließt.
Auf diese Weise wird die Elektrolytpumpe bei Überschreiten des Elektrolytdruckes
automatisch mit abgeschaltet.
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Was
die Prüfgas-Überwachungseinrichtung betrifft,
sollte eine Prüfgasanwesenheits-Überwachungseinrichtung
zur Erfassung der Anwesenheit von Produktgas in der Prüfgasleitung
vorgesehen sein. Auf diese Weise werden Verstopfungen in der Prüfgasleitung
erfasst und rechtzeitig gemeldet. Zusätzlich sollte die Prüfgasanwesenheits-Überwachungseinrichtung
einen ersten Prüfgasanwesenheitssensor
für ein
erstes Produktgas und einen zweiten Prüfgasanwesenheitssensor für ein zweites Produktgas
aufweisen, bei der Wasserspaltung also für Wasserstoff und Sauerstoff.
Zweckmäßigerweise sollten
die Prüfgasanwesenheitssensoren
jeweils auf eigene Überwachungsschalter
einwirken.
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Nach
der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der bzw. die Prüfgasanwesenheitssensor(en) direkt
oder indirekt über
den zugehörigen Überwachungsschalter
mit der Steuerung des Elektrolyseurs verbunden ist bzw. sind.
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Nach
der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Prüfgas-Überwachungseinrichtung eine Flüssigkeitsanwesenheits-Überwachungseinrichtung
aufweist, um eventuelle Flüssigkeitsansammlungen
in der Prüfgasleitung
zu erfassen. Vorzugsweise sollte die Flüssigkeitsanwesenheits-Überwachungseinrichtung einen
ersten Flüssigkeitsanwesenheitssensor
für die
Erfassung von Flüssigkeit
in einem ersten Prüfgas – bei der
Wasserspaltung kann dies Wasserstoff sein – und einen zweiten Flüssigkeitsanwesenheitssensor
zur Erfassung von Flüssigkeit
in einem zweiten Prüfgas – in dem
Falle Sauerstoff – aufweisen.
Dabei sollte auch hier vorgesehen sein, dass die Flüssigkeitsanwesenheitssensoren
jeweils auf einen eigenen Überwachungsschalter
einwirken. Zusätzlich
sollte der bzw. die Flüssigkeitsanwesenheitssensoren
bei Überschreitung
des zugehörigen
Grenzwertes eine Stromzufuhr zu einer Warneinrichtung bewirken,
um in diesem Falle eine Anzeige über
ein akustisches oder optisches Signal zu bewirken.
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Nach
der Erfindung ist des weiteren vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung
eine Warnkette aufweist, der Überwachungseinrichtungen
zugeordnet sind, die bei überschreiten
eines oberen Grenzwertes und/oder Unterschreiten eines unteren Grenzwertes
die Stromzufuhr zu wenigstens einer Warneinrichtung bewirken. Hierfür kommen
insbesondere eine Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung, eine
Raumluft-Überwachungseinrichtung
und/oder eine Spülgasdruck-Überwachungseinrichtung
für ein
Spülgasreservoir
in Frage. Die für
die Alarmgabe vorgesehenen Grenzwerte liegen niedriger als der jeweils
obere Grenzwert im Alarmfall bzw. höher als der jeweils untere
Grenzwert im Alarmfall und sollen dafür sorgen, dass bei Gefahr eines
weiteren Ansteigens bzw. Absinkens rechtzeitig eine Warnung erfolgt,
damit eine Bedienungsperson in den Prozess eingreifen kann, bevor
die Anlage durch Öffnen
eines Überwachungsschalters
in einer der Überwachungsketten
teilweise oder ganz abgeschaltet wird.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher veranschaulicht.
Es zeigen:
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1 die
generelle Darstellung der Schaltung bezüglich der Einbindung der beiden Überwachungsketten
in die Steuerrechner-Alarmkette der Elektrolyseeinrichtung gemäß der Erfindung;
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2 den
ersten Teil der ersten Überwachungskette
mit Raumluftsensoren-Überwachungseinrichtungen
und Raumluft-Überwachungseinrichtungen;
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3 den
zweiten Teil der ersten Überwachungskette
mit den den Elektrolysebetrieb betreffenden Überwachungseinrichtungen;
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4 den
dritten Teil der ersten Überwachungskette
mit der Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung;
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5 den
letzten Teil der ersten Überwachungskette
und den ersten Teil der zweiten Überwachungs kette
der Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung;
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6 den
zweiten Teil der zweiten Überwachungskette
mit der Produktgasqualitätssensor-Überwachungseinrichtung
und den Stickstoffdruck-Überwachungseinrichtung;
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7 den
dritten Teil der zweiten Überwachungskette
mit der Elektrolytdruck-Überwachungseinrichtung;
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8 den
letzten Teil der zweiten Überwachungskette
mit den Prüfgas-Überwachungseinrichtungen;
und
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9 eine
Warnkette der Überwachungsvorrichtung
mit den Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtungen,
den Raumluft-Überwachungseinrichtungen
und den Stickstoffdruck-Überwachungseinrichtungen.
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Sämtliche
vorgenannten Figuren mit den Schaltungsdarstellungen zeigen die
Steuerrechner-Alarmkette, die Überwachungsketten
und die Warnkette im Normalzustand, d. h. im Zustand ohne Alarmauslösung bzw.
Warnauslösung.
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1 zeigt
schematisch die Einbindung der Überwachungsketten
in die Steuerrechner-Alarmkette einer Elektrolyseeinrichtung. Die
insgesamt mit 1 bezeichnete Überwachungsvorrichtung ist
zwischen einer Eingangs schnittstelle 2 und zwei Ausgangsschnittstellen 3, 4 angeordnet
und befindet sich in einem vom Elektrolyseur und von den Speicher-
und Abfülleinrichtungen
abgetrennten Raum. Der Elektrolyseur selbst ist in einem Prozessraum
untergebracht, während
die von dem Elektrolyseur durch Wasserspaltung hergestellten Produktgase
Wasserstoff und Sauerstoff in einem ebenfalls davon separaten Gasspeicherraum
gesammelt werden. In einer mit der Eingangsschnittstelle 2 beginnenden
Hauptalarmkette 5 ist ein Hauptschalter 6 angeordnet,
der mit einem Abschalterrelais 7 gekoppelt ist. Das Abschalterrelais 7 befindet
sich am Ende einer ersten Überwachungskette 8,
deren näherer
Aufbau sich aus den 2 bis 5 ergibt.
Dem Hauptschalter 6 nachgeschaltet ist ein Notaustaster 9 für den manuellen
Eingriff in die Hauptalarmkette 5.
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Zu
der Überwachungsvorrichtung 1 gehört eine
Nebenalarmkette 10. In der Nebenalarmkette 10 sitzt
ein Nebenschalter 11, der mit einem Abschaltrelais 12 verbunden
ist. Das Abschaltrelais 12 ist am Ende einer zweiten Überwachungskette 13 angeordnet,
deren Aufbau sich aus den 5 bis 8 ergibt.
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Außerhalb
der beiden Ausgangsschnittstellen 3, 4 setzen
sich Hauptalarmkette 5 und Nebenalarmkette 10 fort
und weisen dort manuelle Betriebstaster 14, 15 mit
Abschaltfunktion auf. Haupt- und Nebenalarmkette 5, 10 enden
in Alarmabschalterrelais 16, 17. Über eine
Abzweigung 18 hat die Hauptalarmkette 5 Verbindung
zu dem Steuerrechner der Elektrolyseeinrichtung.
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Die
Abschalterrelais 7, 12 und die Alarmabschalterrelais 16, 17 stehen
normalerweise unter einem Steuerstrom von 24 V Gleichstrom. Fällt der Steuerstrom
in dem Abschalterrelais 7 durch Öffnung eines Schalters in der
ersten Überwachungskette 8 aus, öffnet der
Hauptschalter 6 mit der Folge, dass die Hauptalarmkette 5 und
die Nebenalarmkette 10 stromlos werden, so dass die gesamte
Elektrolyseeinrichtung, d. h. der Elektrolyseur selbst, die Gasspeichereinrichtung
für die
Produktgase sowie die Energieversorgung sämtlicher elektrischer Komponenten, abgeschaltet
werden. In diesem Fall wird eine kontrollierte Entspannung aller
Gas- und Flüssigkeitskreisläufe des
Elektrolyseurs und der Zuleitungen zu der Gasspeichereinrichtung
vorgenommen. Wird nur das Abschaltrelais 12 stromlos, weil
in der zweiten Überwachungskette 13 ein
Schalter öffnet,
wird nur das Alarmabschaltrelais 17 angesteuert mit der
Folge, dass ausschließlich
der Elektrolyseur und nicht auch die Gasspeichereinrichtung und
alle zugehörigen
Betriebseinrichtungen abgeschaltet werden.
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In 2 ist
ein erster Teil der ersten Überwachungskette 8 dargestellt.
Die erste Überwachungskette 8 hat
eine 24 V-Gleichstromversorgung. In dem dargestellten Teil der ersten Überwachungskette 8 befinden
sich insgesamt sechs Überwachungsschalter 19 bis 24,
die hintereinander geschaltet und sämtlich geschlossen sind. Die Über wachungsschalter 19 bis 24 gehören zu einzelnen Überwachungseinrichtung
der Überwachungsvorrichtung 1,
die hier nicht näher
dargestellt sind und denen jeweils zumindest ein Überwachungssensor
und ein Komparator zum Vergleich des jeweils von dem Überwachungssensor erfassten Überwachungsmesswertes
mit einem Grenzwert zugeordnet sind.
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Der
erste Überwachungsschalter 19 ist
Teil einer Raumluftsensor-Überwachungseinrichtung,
mit der der Raumluftsensor überwacht
wird, der zur Erfassung des Wasserstoffgehalts im Prozessraum bestimmt
ist. Der zweite Überwachungsschalter 20 gehört ebenfalls
zu der Raumluftsensor-Überwachungseinrichtung
und überwacht
den Raumluftsensor, der für
die Überwachung
des Wasserstoffgehalts in dem Gasspeicherraum zuständig ist.
Der dritte Überwachungsschalter 21 ist
gleichfalls Teil der Raumluftsensor-Überwachungseinrichtung und
ist mit dem Raumluftsensor zur Feststellung des Sauerstoffgehalts
im Prozessraum gekoppelt. In allen drei Fällen handelt es sich um eine
Funktionsüberwachung
bezüglich
der jeweiligen Raumluftsensoren, um sicherzustellen, dass die Sensoren
ordnungsgemäß arbeiten.
Fällt ein
Raumluftsensor aus, öffnet der
zugehörige Überwachungsschalter 19 bzw. 20 bzw. 21 mit
der Folge, dass die Elektrolyseeinrichtung über das Abschaltrelais 7 und
das Alarmabschaltrelais 16 vollständig abgeschaltet wird.
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Auch
der vierte Überwachungsschalter 22 gehört zu der
Raumluft-Überwachungseinrichtung und
ist dem Raumluftsen sor zugeordnet, der den Wasserstoffgehalt im
Prozessraum überwacht.
Der hierzu eingestellte Grenzwert kann beispielsweise 2 Vol.% betragen.
Bei Überschreiten
dieses Grenzwertes öffnet
der Überwachungsschalter 22,
und die Elektrolyseeinrichtung schaltet ab.
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Der
fünfte Überwachungsschalter 23 gehört gleichfalls
zu der Raumluft-Überwachungseinrichtung,
soweit sie den Wasserstoffgehalt im Gasspeicherraum überwacht.
Auch hier ist als Grenzwert 2 Vol.% Wasserstoffgehalt vorgesehen,
bei dessen Überschreitung
der Überwachungsschalter 23 öffnet. Der
sechste Überwachungsschalter 24 ist
Teil der Raumluft-Überwachungseinrichtung,
soweit sie den Sauerstoffgehalt im Prozessraum überwacht, wobei der Überwachungsschalter 24 öffnet, wenn
der Sauerstoffgehalt in der Luft 23 Vol.% überschreitet.
Es versteht sich, dass auch andere Grenzwerte vorgesehen sein können. Dies
gilt auch für
nachstehend erwähnte
und deshalb nur beispielhaft zu verstehende Grenzwerte.
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Von
der ersten Überwachungskette 8 geht eine
Zweigleitung 25 ab, an der parallel zwei Relais 26, 27 angeschlossen
sind. Diese wirken auf Schalter 28, 29, die parallel
zueinander in einer Stromzuführung 30 sitzen.
Den Schaltern 28, 29 nachgeordnet ist jeweils
ein Relais 31, 32. Das Relais 31 ist
mit drei Schaltern 34, 35, 36 verbunden,
die sich in Offenstellung befinden und Teile von Stromkreisen sind,
die mit elektrisch gesteuerten Abluftöffnungen für den Prozessraum und den Gasspeicherraum
ver bunden sind. Das Relais 32 ist ebenfalls mit drei Schaltern 37, 38, 39 verbunden,
die sich in Offenstellung befinden und in Stromkreisen zum Antrieb
von Lüftern
angeordnet sind.
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Sofern
einer der Überwachungsschalter 19 bis 24 öffnet, wird
die Zweigleitung 25 stromlos mit der Folge, dass die Schalter 28, 29 auf
Grund Einwirkung der zugehörigen
Relais 26, 27 schließen. Über die Stromzuführung 30 werden
die Relais 31, 32 derart aktiviert, dass die Schalter 34 bis 36 und 37 bis 39 schließen. Auf
diese Weise werden die Abluftöffnungen
geöffnet
und die Lüfter
angeschaltet. Dies dient dazu, die möglicherweise mit einem zu hohen
Gehalt an Wasserstoff oder Sauerstoff angereicherte Luft im Prozessraum
und im Gasspeicherraum gegen Frischluft auszutauschen und somit
die Gefahr der Entstehung von explosionsfähigen Gasen zu beseitigen.
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In
die Stromzuführung 30 ist
noch ein Schlüsselschalter 40 eingebaut.
Insbesondere in Gegenden, in denen die Öffnung der Abluftöffnungen und
das Anschalten der Lüfter
gefährliche
Situationen heraufbeschwören
könnte,
ist der Schlüsselschalter 40 normalerweise
geöffnet,
so dass das öffnen
der Abluftöffnungen
und das Anschalten der Lüfter
nur dann geschehen kann, wenn im Alarmfall der Schlüsselschalter 40 geschlossen
wird. Dies setzt allerdings einen überwachten Betrieb voraus.
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In 3 ist
ein zweiter Abschnitt der ersten Überwachungskette 8 mit
sechs Überwachungsschaltern 41 bis 46 dargestellt.
Die Überwachungsschalter 41 bis 46 sind
Teile von Überwachungseinrichtungen
für verschiedene Überwachungsmesswerte,
die den Betrieb des Elektrolyseurs betreffen.
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Der Überwachungsschalter 41 gehört zu einer
Elektrolysestrom-Überwachungseinrichtung.
Er öffnet,
wenn dieser Strom zu hoch wird, beispielsweise 1300 A übersteigt.
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Der Überwachungsschalter 42 gehört zu einer
Wasserstoffdruck-Überwachungseinrichtung
im Elektrolyseur. Er öffnet,
wenn der zugehörige
Drucksensor einen Wasserstoffdruck von über 8,5 bar feststellt.
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Der Überwachungsschalter 43 ist
Teil einer Sauerstoffdruck-Überwachungseinrichtung
im Elektrolyseur. Der Überwachungsschalter 41 öffnet bei Überschreitung
von 8,5 bar.
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Der Überwachungsschalter 44 ist
Teil einer Wasserstoffaustrittstemperatur-Überwachungseinrichtung, mit
der die Austrittstemperatur des Produktgases Wasserstoff am Elektrolyseur
gemessen wird. Der Überwachungsschalter 44 öffnet, sofern
die Temperatur 85°C übersteigt.
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Der Überwachungsschalter 45 ist
Teil einer Temperatur-Überwachungseinrichtung,
die die Temperatur des Wasser stoffs nach einem dem Elektrolyseur
nachgeschalteten Kühler
misst. Sofern diese Temperatur 40°C übersteigt, öffnet dieser Überwachungsschalter 45.
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Der Überwachungsschalter 46 gehört zu einer
Elektroniktemperatur-Überwachungseinrichtung,
die die Temperatur der Elektronik des Elektrolyseurs überwacht.
Ein Öffnen
dieses Überwachungsschalters 46 erfolgt
bei mehr als 50°C.
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An
die Überwachungsschalter 41 bis 46 schließt sich
ein weiterer Überwachungsschalter 47 an,
der Teil einer Elektrolytumlauf-Überwachungseinrichtung
ist. Diese Überwachungseinrichtung
misst den Volumenstrom des in dem Elektrolyseurs verwendeten Elektrolyts.
Unterschreitet der Elektrolytumlauf beispielsweise einen Grenzwert
von 1000 l/h, öffnet
dieser Überwachungsschalter 47.
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Der Überwachungsschalter 47 wird
durch eine Parallelleitung 48 überbrückt, in der ein Überbrückungsschalter 49 angeordnet
ist. Er ist mit dem Hauptschütz
des Elektrolyseurs derart verbunden, dass er beim Anfahren des Elektrolyseurs
aus der gezeigten offenen Stellung in Schließstellung schaltet. Der Überbrückungsschalter 49 ist
als Rücksprungschalter
ausgebildet und öffnet
selbsttätig nach
etwa 5 Sekunden. Innerhalb dieser Zeit ist bei normaler Funktion
der Elektrolytumlauf derart angestiegen, dass der Überwachungsschalter 47 schließt. Zu Beginn
des Anfahrens ist der Überwachungsschalter 47 geöffnet, weil der
Elektrolytumlauf noch nicht ausreichend ist. Wäre die Parallelleitung 48 mit dem Überbrückungsschalter 49 nicht
vorhanden, wäre
ein Anfahren nicht möglich,
denn in der geöffneten
Stellung des Überwachungsschalters 47 wäre dann – wie oben
beschrieben – der
Hauptschalter 6 geöffnet.
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In 4 ist
ein dritter Teil der ersten Überwachungskette 8 dargestellt.
In diesem Teil der ersten Übertragungskette 8 befinden
sich hintereinander zwei weitere Überwachungsschalter 50, 51.
Sie gehören
zu einer Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung.
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Der Überwachungsschalter 50 gehört zu einem Überwachungssensor
für den
Wasserstoffgehalt im Sauerstoff, also für die Reinheit des Produktgases Sauerstoff.
Sofern der Wasserstoffgehalt beispielsweise 1,9 Vol.% übersteigt,
wird der Überwachungsschalter 50 geöffnet mit
der Folge, dass die Elektrolyseeinrichtung komplett abschaltet.
Eine solche Vermischung der beiden Produktgase kann sich z. B. bei längerer Betriebsunterbrechung
einstellen.
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Der Überwachungsschalter 51 gehört zu dem Überwachungssensor,
der den Sauerstoffgehalt im Wasserstoff misst. Bei Überschreitung
von beispielsweise 1,8 Vol.% öffnet
dieser Überwachungsschalter 51.
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Sofern
sich infolge einer Betriebsunterbrechung in dem Produktgaswasserstoff
ein zu hoher Sauerstoffgehalt und/oder in dem Produktgassauerstoff
ein zu hoher Wasserstoffgehalt einstellt, würde der Überwachungsschalter 50 bzw.
der Überwachungsschalter 51 öffnen und
so ein Anfahren der Elektrolyseeinrichtung verhindern. Deswegen
sind die Überwachungsschalter 50, 51 durch
jeweils zugeordnete Parallelleitungen 52, 53 überbrückt. In
jeder der beiden Parallelleitungen 52, 53 befindet
sich ein Überbrückungsschalter 54, 55 sowie
ein Zusatzschalter 56, 57 jeweils hintereinander
angeordnet. Den Überbrückungsschaltern 54, 55 sind
jeweils Relais 58, 59 zugeordnet, die parallel
zueinander geschaltet sind und an eine Stromzufuhr 60 mit
24 V Betriebsspannung angeschlossen sind. In der Stromzufuhr 60 befindet
sich zusätzlich
ein Hilfskontakt 61, der mit dem Hauptschütz des Elektrolyseurs
derart in Verbindung steht, dass er – wie dargestellt – bei Betrieb
des Elektrolyseurs geschlossen ist und nur öffnet, wenn der Hauptschütz den Elektrolyseur
abgeschaltet hat.
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Des
weiteren ist in der Stromzufuhr 60 ein Schlüsselschalter 62 mit
nachgeschaltetem Relais 63 angeordnet. Das Relais 63 ist
mit den Zusatzschaltern 56, 57 sowie einem weiteren
Schalter 64 verbunden, der parallel zu dem Schlüsselschalter 62 angeordnet
ist und von einer Alarmleuchte 65 gefolgt wird.
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Beim
Anlaufen des Elektrolyseurs wird der Schalter 61 geschlossen,
so dass die Relais 58, 59 derart aktiviert werden,
dass die Überbrückungsschalter 54, 55 entgegen
der Darstellung geschlossen werden. Da die Relais 58, 59 Zeitglieder
aufweisen, beschränkt
sich das Schließen
der Überbrückungsschalter 54, 55 auf
eine bestimmte Zeit, beispielsweise 60 Sekunden. Damit die Überwachungsschalter 50, 51 tatsächlich auch überbrückt werden, ist
es zusätzlich
erforderlich, dass der Schlüsselschalter 62 von
Hand geschlossen und somit das Relais 63 aktiviert wird
mit der Folge, dass die Zusatzschalter 56, 57 ebenfalls
schließen.
Da dabei auch der Schalter 64 geschlossen wird, wird dieser
Zustand optisch erkennbar durch die Alarmleuchte 65 angezeigt.
Nach Ablaufen der Timer der Relais 58, 59 öffnen die Überbrückungsschalter 54, 55 wieder. Selbst
wenn dann der Wasserstoffgehalt im Produktgassauerstoff und umgekehrt
der Sauerstoffgehalt im Produktgaswasserstoff wieder Werte unterhalb
der oben angegebenen Grenzwerte erreicht haben, stellen sich die Überwachungsschalter 50, 51 nicht selbsttätig in die
gezeigte geschlossene Stellung zurück. Vielmehr ist hierfür eine Quittierung
durch aktive Betätigung
der Überwachungsschalter 50, 51 von Hand
erforderlich.
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5 zeigt
den letzten Teil der ersten Überwachungskette 8 und
den ersten Teil der zweiten Überwachungskette 13.
In der ersten Überwachungskette 8 befindet
sich ein weiterer Überwachungsschalter 66,
der zu einer Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
gehört
und mit einem Relais 67 zusammenwirkt. Diese Elektrolyt-Überwachungseinrichtung hat
eine eigene Stromversorgung über
die Leitung 68, in der zwei Subüberwachungsschalter 69, 70 in
Reihe hintereinander geschaltet sind.
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Der
eine Subüberwachungsschalter 69 ist mit
einem Überwachungssensor
gekoppelt, der das Elektrolytniveau in dem Wasserstoff-Separator
des Elektrolyseurs überwacht,
und der andere Subüberwachungsschalter 70 wirkt
mit einem Überwachungssensor
zusammen, der das Elektrolytniveau im Sauerstoffseparator überwacht.
Im vorliegenden Fall ist in beiden Separatoren ein oberer Grenzwert von
470 mm und ein unterer Grenzwert von 50 mm eingestellt. Bei Überschreiten
des oberen und bei Unterschreiten des unteren Grenzwerts öffnet der
jeweils betroffene Subüberwachungsschalter 60 bzw. 70.
Das öffnen
eines dieser beiden Schalter 69, 70 hat zur Folge,
dass das Relais 67 stromlos wird und der Überwachungsschalter 66 öffnet. Hierdurch
fällt das
am Ende der ersten Überwachungskette 8 angeordnete
Abschalterrelais 7 ab, und es wird das Abschalten der gesamten
Elektrolyseeinrichtung veranlasst.
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Der Überwachungsschalter 66 wird
von einer Parallelleitung 71 überbrückt, in der ein Überbrückungsschalter 72 angeordnet
ist. Dieser wird von einem Relais 73 betätigt, das
mit einem Zeitglied ausgestattet ist. Eine Stromzufuhr 74 mit
24 V zu dem Relais 73 ist in zwei Zuführzweigleitungen 75, 76 aufgeteilt.
In der linken Zuführzweigleitung 75 sind
hintereinander ein Schlüsselschalter 77 und
ein von dem Relais 67 beaufschlagter Zusatzschalter 78 angeordnet.
In der rechten Zuführzweigleitung 76 befindet
sich ein Selbsthaltekontakt eines Relais 79.
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Im
Normalbetrieb, d. h. wenn das Elektrolytniveau sich in dem zulässigen Bereich
befindet, ist der Überwachungsschalter 66 geschlossen
und sind der Überbrückungsschalter 72 sowie
Schlüsselschalter 77,
Zusatzschalter 78 und Selbsthalteschalter 79 – wie dargestellt – geöffnet. Bei
einer Betriebsunterbrechung beispielsweise aus Reparaturgründen kann
es passieren, dass das Elektrolytniveau in den Separatoren des Elektrolyseurs
außerhalb
des zulässigen
Bereichs zu liegen kommt. Dann öffnet
sich der Überwachungsschalter 66,
und der Zusatzschalter 78 wird geschlossen. Um in diesem
Fall ein Anlaufen der Elektrolyseeinrichtung zu ermöglichen,
wird der Überwachungsschalter 66 dadurch überbrückt, dass der
Schlüsselschalter 77 von
Hand geschlossen wird, so dass das Relais 73 mit Strom
beaufschlagt wird und hierdurch der Überbrückungsschalter 72 geschlossen
wird. Da der Schlüsselschalter 77 als Springschalter
ausgebildet ist, der nur einen Stromimpuls erzeugt, erfolgt die
weitere Stromversorgung zum Relais 73 über die rechte Zuführzweigleitung 76 und
den Selbsthaltekontakt des Relais 79. Nach Ablaufen des
Zeitgliedes des Relais 73 springt dieser Selbsthaltekontakt
wieder zurück.
Gleichzeitig wird der Überbrückungsschalter 72 wieder
geöffnet. Liegt
das Flüssigkeitsniveau
dann immer noch im unzulässigen
Bereich, wird die Elektrolyseeinrichtung wegen des dann noch offenen Überwachungsschalters 66 wieder
abgeschaltet. Ansonsten muss der Überwachungsschalter 66 zum
Zwecke der Quittierung von Hand geschlossen werden, d. h. er springt nicht von
selbst in die geschlossene Stellung, wenn das Elektrolytniveau den
zulässigen
Bereich erreicht.
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In 5 ist
auch der erste Teil der zweiten Überwachungskette 13 dargestellt,
die gleichfalls eine 24 V-Gleichstromversorgung
hat. In dieser Überwachungskette 13 ist
ein Überwachungsschalter 80 angeordnet,
der zu der Elektrolytniveau-Überwachungseinrichtung
gehört
und wie der Überwachungsschalter 66 in
der ersten Überwachungskette 8 von
dem Relais 67 derart angesteuert wird, dass beide Überwachungsschalter 66, 80 immer
die gleiche Stellung einnehmen. Auf diese Weise entsteht eine zusätzliche
Sicherung dafür,
dass der Elektrolyseur, welcher von der zweiten Überwachungskette 13 allein überwacht
wird, im Falle eines nicht zulässigen
Elektrolytniveaus abgeschaltet wird, d. h. eine Abschaltung erfolgt
sowohl über
die erste Überwachungskette 8 als
auch über
die zweite Überwachungskette 13.
Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass das Elektrolytniveau
ein besonders kritischer Wert für
die Funktion des Elektrolyseurs ist.
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6 zeigt
den zweiten Abschnitt der zweiten Überwachungskette 13 mit
zunächst
zwei hintereinander geschalteten Überwachungsschaltern 81, 82.
Sie gehören
jeweils zu einer Produktgassensor-Überwachungseinrichtung, d.
h. sie überwachen die
Funktion der Überwachungssensoren,
mit denen der Wasserstoffgehalt im Produktgassauerstoff und der
Sauerstoffgehalt im Produktgaswasserstoff ermittelt wird (vgl. 4 mit
zugehöriger
Beschreibung). Sollte einer dieser Überwachungssensoren nicht ordnungsgemäß arbeiten,
wird der zugehörige Überwachungsschalter 81 bzw. 82 aus
der dargestellten geschlossenen Stellung in die Offenstellung gebracht mit
der Folge, dass der Elektrolyseur über den Nebenschalter 11 und
das Alarmabschaltrelais 17 abgeschaltet wird (vgl. 1).
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In
der zweiten Überwachungskette 13 befindet
sich ein weiterer Überwachungsschalter 83,
der Teil einer Stickstoffdruck-Überwachungseinrichtung ist.
Der Stickstoff wird in sechs Gasspeicherflaschen vorgehalten, um
nach dem Abschalten der Elektrolyseeinrichtung alle gasführenden
Leitungen mit Stickstoff spülen
zu können.
Jeweils drei Gasspeicherflaschen sind einem Subüberwachungsschalter 84 bzw. 85 zugeordnet,
die über
eine eigene Stromzufuhr 86 mit 24 V verfügen. Sie
sind parallel geschaltet und wirken jeweils auf ein Relais 87, 88.
Diese Relais 87, 88 bedienen jeweils zwei Schalter 89, 90 bzw. 91, 92, die – ausgehend
von der Stromzufuhr 86 – in zueinander parallelen
Zweigleitungen 93, 94 bzw. 95, 96 angeordnet
sind. In den jeweils ersten Zweigleitungen 93 bzw. 95 ist
hinter den daran angeordneten Schaltern 89, 91 eine
Alarmleuchte 97 bzw. 98 vorgesehen. Die jeweils
zweiten Zweigleitungen 94, 96 vereinigen sich
vor einem Hauptrelais 99, das mit dem Überwachungsschalter 83 zusammenwirkt.
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Sofern
alle Gasspeicherflaschen ausreichenden Druck haben, beispielsweise
zumindest einen Druck von 10 bar, haben die einzelnen Schalter die
in 6 gezeigte Stellung, d. h. es sind die beiden
Subüberwachungsschalter 84, 85 geschlossen, die
Schalter 89, 91 geöffnet, die Schalter 90, 92 geschlossen
und der Überwachungsschalter 83 ebenfalls
geschlossen. Sinkt der Stickstoffdruck beispielsweise in den ersten
drei Gasspeicherflaschen unter den vorgenannten Wert, öffnet der
Subüberwachungsschalter 84 mit
der Folge, dass das Relais 87 den Schalter 89 schließt und den
Schalter 90 öffnet. Dies
hat zwar eine Alarmgabe durch die Alarmleuchte 97 zur Folge,
nicht jedoch ein Abfallen des Hauptrelais 99, da dies nach
wie vor von der Stromzufuhr 86 über die zweite Zweigleitung 96 und
den dort vorhandenen Schalter 92 versorgt wird. Der Überwachungsschalter 83 bleibt
dann geschlossen. Dies bietet den Bedienungspersonen Gelegenheit,
die ersten drei Gasspeicherflaschen gegen neue Gasspeicherflaschen
auszutauschen. Sinkt jedoch der Stickstoffdruck sowohl in den ersten
als auch in den zweiten drei Gasspeicherflaschen unter den zulässigen Wert, öffnen beide
Subüberwachungsschalter 84, 85 mit der
Folge, dass die Schalter 89, 91 geschlossen und folglich
eine Alarmgabe über
die Alarmleuchten 97, 98 erfolgt und gleichzeitig
die Schalter 90, 92 geöffnet werden. Damit ist das
Hauptrelais 89 von der Stromzufuhr 86 abgeschnitten
mit der Folge, dass der Überwachungsschalter 83 öffnet und
der Elektrolyseur abgeschaltet wird.
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7 zeigt
den dritten Abschnitt der zweiten Überwachungskette 13.
In ihr sitzt ein weiterer Überwachungsschalter 100,
der zu einer Elektrolytdruck-Überwachungseinrichtung
gehört.
Diese Überwachungseinrichtung
misst den Elektrolytdruck in dem Elektrolyseur, wobei beispielsweise
ein Grenzwert von 8,5 bar vorgesehen ist, dessen Überschreitung überwacht
wird. Der Überwachungsschalter 100 ist
mit einem Relais 101 verbunden, das über eine Stromzufuhr 102 mit
24 V und eine erste Zweigleitung 103 versorgt wird. In
dieser ersten Zweigleitung sitzt ein Subüberwachungsschalter 104,
der im Normalbetrieb – wie
dargestellt – geschlossen
ist. Übersteigt
der Elektrolytdruck den oben genannten Wert, öffnet der Subüberbrückungsschalter 104 mit
der Folge, dass die Stromzufuhr zu dem Relais 101 unterbrochen
wird und hierdurch der Überwachungsschalter 100 geöffnet wird.
Dies bewirkt über
die zweite Überwachungskette 13 ein
Abschalten des Elektrolysebetriebs.
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Von
der Stromzufuhr 102 geht eine zweite Zweigleitung 105 ab,
die über
einen Schalter 106 zu einem Relais 107 führt, über den
die Elektrolytpumpe gesteuert werden kann. Der Schalter 106 ist
mit dem Relais 101 derart verbunden, dass er die gleiche Stellung
einnimmt wie der Überwachungsschalter 100.
Im Normalbetrieb ist er also wie der Überwachungsschalter 100 geschlossen
mit der Folge, dass das Pumpenrelais 107 die Stromzufuhr
zu der Elektroytpumpe aufrecht erhält. Überschreitet der Elektrolytdruck
den oben genannten Wert, öffnet
sowohl der Überwachungsschalter 100 als
auch der Schalter 106, was nicht nur die Stilllegung des
Elektrolysebetriebs zur Folge hat, sondern auch die Elektrolytpumpe über den
Abfall des Pumpenrelais 107 abschaltet.
-
In 8 ist
der letzte Abschnitt der zweiten Überwachungskette 13 dargestellt.
In dem dargestellten Bereich geht es um die Überwachung der Prüfgasleitungen
für das
von den Produktgasen jeweils abgezweigte und für die Produktgasüberwachungssensoren
bestimmte Prüfgas.
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In
einem ersten Teil wird die Prüfgasleitung daraufhin überwacht,
ob das jeweils vom Produktgas abgezweigte Prüfgas tatsächlich in ausreichender Menge
vorhanden ist oder ob eine Verstopfung vorliegt. Hierzu sind in
der zweiten Überwachungskette 13 hintereinander
zwei Überwachungsschalter 108, 109 vorhanden,
die jeweils von einem Relais 110 bzw. 111 beaufschlagt
sind. Beide Relais 110, 111 werden von einer Stromzufuhr 112 mit
24 V über Zweigleitungen 113 bzw. 114 versorgt.
In den Zweigleitungen 113, 114 befindet sich jeweils
ein Subüberwachungsschalter 115 bzw. 116,
die zu jeweils einer Prüfgasdurchfluss-Überwachungseinrichtung gehören, wobei
der Subüberwachungsschalter 115 Teil einer Überwachungseinrichtung
ist, die den Minimaldurchfluss von Sauerstoff – gegebenenfalls verunreinigt
mit Wasserstoff – und
der Subüberwachungsschalter 116 Teil
einer Überwachungseinrichtung
zur Feststellung eines Minimaldurchflusses von Wasser stoff – gegebenenfalls
verunreinigt durch Sauerstoff – feststellt.
-
Wird
festgestellt, dass kein oder ungenügender Durchfluss an Produktgas
(Prüfgas)
vorhanden ist, öffnet
der zugehörige
Subüberwachungsschalter 115 oder 116 mit
der Folge, dass das zugehörige
Relais 110 bzw. 111 abfällt und den dann jeweils zugehörigen Überwachungsschalter 108 bzw. 109 öffnet. Dies
hat dann zur Folge, dass der Elektrolyseur über das Abschaltrelais 12 (vgl.
auch 1) und das Alarmabschaltrelais 17 abgeschaltet
wird.
-
Von
diesem Vorgang erhält
auch der Steuerrechner der Elektrolyseeinrichtung Meldung. Hierzu sind
die Relais 110, 111 mit jeweils einem weiteren Schalter 117, 118 verbunden,
die in Leitungen 119, 120 angeordnet sind, welche
zu dem Steuerrechner führen.
Die Schalter 117, 118 haben immer die gleiche
Stellung wie die Überwachungsschalter 108, 109.
Werden diese – wie
oben beschrieben – geöffnet, öffnen auch
die Schalter 117, 118 mit der Folge, dass der
Steuerrechner ein entsprechendes Signal erhält.
-
Der
zweite Teil des in 8 dargestellten, letzten Abschnittes
der zweiten Überwachungskette 13 dient
der Überwachung
daraufhin, ob sich in den Prüfgasleitungen
Flüssigkeit,
beispielsweise Kalilauge, gesammelt hat. Hierzu sind in der zweiten Überwachungskette 13 hintereinander
zwei Überwachungsschalter 121, 122 vorgesehen, die
zu einer Flüssigkeitsanwesenheits-Überwachungseinrichtung
gehören,
die jeweils zu einer der beiden Prüfleitungen – einmal für den Produkt- bzw. Prüfgaswasserstoff
und einmal für
das Produkt- bzw. Prüfgassauerstoff – gehören. Den Überwachungsschaltern 121, 122 ist
jeweils ein Relais 123, 124 zugeordnet, die die Überwachungsschalter 121, 122 bei
Stromzufuhr geschlossen halten.
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Die
Stromzufuhr geschieht über
weitere Zweigleitungen 125, 126, die von der Stromzufuhr 112 ausgehen.
In diesen Zweigleitungen 125, 126 sitzen jeweils
ein Subüberwachungsschalter 127, 128, wobei
der Subüberwachungsschalter 127 zu
dem Überwachungssensor
gehört,
mit der das Vorhandensein von Flüssigkeit
in der Prüfgasleitung
für Wasserstoff überwacht
wird, und der Subüberwachungsschalter 128 zu
dem Überwachungssensor gehört, der
das Vorhandensein von Flüssigkeit
in der Prüfgasleitung
für Sauerstoff überwacht.
-
Im
Normalfall sind die Subüberwachungsschalter 127, 128 geschlossen
und demgemäß auch die Überwachungsschalter 121, 122.
Wird in einer der beiden Prüfgasleitungen
Flüssigkeit
festgestellt, öffnet
der zugehörige
Subüberwachungsschalter 127 oder 128 mit
der Folge, dass das in der zugehörigen Zweigleitung 125 bzw. 126 sitzende
Relais 123 bzw. 124 stromlos wird und der zu diesem
Relais 123 oder 124 gehörende Überwachungsschalter 121 bzw. 122 ge öffnet wird.
Dies wiederum bewirkt ein Abschalten des Elektrolyseurs über das
Abschaltrelais 12.
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Von
der Stromzufuhr 112 geht parallel zu den Zweigleitungen 125, 126 eine
weitere Zweigleitung 129 aus, die sich dann in parallele
Unterzweigleitungen 130, 131 aufteilt. In beiden
Unterzweigleitungen 130, 131 sitzen Schalter 132, 133.
Der Schalter 132 ist mit dem Relais 123 in der
Weise verbunden, dass der Schalter 132 geöffnet ist,
wenn der von diesem Relais 123 gesteuerte Überwachungsschalter 121 geschlossen
ist und umgekehrt. Gleiches gilt für den Schalter 133.
Er ist dem Relais 124 in der Weise zugeordnet, dass er – wie dargestellt – in Offenstellung ist,
wenn der diesem Relais 124 zugeordnete Überwachungsschalter 122 geschlossen
ist, und umgekehrt.
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Hinter
beiden Schaltern 132, 133 befinden sich Warnleuchten 134 bzw. 135.
Diese leuchten auf, wenn der jeweils in der Unterzweigleitung 130 bzw. 131 angeordnete
Schalter 132 bzw. 133 schließt, weil das jeweils zugehörige Relais 123 bzw. 124 abfällt und
den von ihm jeweils gesteuerten Überwachungsschalter 121 bzw. 122 öffnet, weil
die Anwesenheit von Flüssigkeit
festgestellt wird.
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9 zeigt
eine Warnkette 136, die zu der Überwachungsvorrichtung 1 gehört und über eine Stromzufuhr 137 mit
24 V versorgt wird. Von der Stromzufuhr 137 gehen sechs
Zweigleitungen 138 bis 143 ab, von denen die beiden
ersten Zweigleitungen 138, 139 zu einer ersten
Warnlei tung 144 mit einer darin angeordneten Warnleuchte 145,
die dritten, vierten und fünften
Zweigleitungen 140, 141, 142 zu einer
zweiten Warnleitung 146 mit einer darin angeordneten Warnleuchte 147 vereinigen
und die sechste Zweigleitung 143 zu einer Warnleuchte 148 führt.
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In
der ersten Zweigleitung 138 ist ein erster Warnschalter 149 angeordnet,
der zu der Produktgasqualitäts-Überwachungseinrichtung gehört, die den
Wasserstoffgehalt im Produktgassauerstoff überwacht. Der Warnschalter 149 ist
normalerweise geöffnet.
Er schließt,
wenn der Wasserstoffgehalt 1 Vol.% überschreitet, woraufhin die
Warnleuchte 145 aufleuchtet.
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In
der zweiten Zweigleitung 139 ist ein zweiter Warnschalter 150 vorgesehen,
der zu der Überwachungseinrichtung
gehört,
die den Sauerstoffgehalt im Produktgaswasserstoff überwacht.
Er schaltet aus der gezeigten offenen Stellung in die geschlossene
Stellung, wenn der Sauerstoffgehalt auch hier 1 Vol.% überschreitet
mit der Folge, dass die Warnleuchte 145 aufleuchtet.
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In
der dritten Zweigleitung 140 befindet sich ein dritter
Warnschalter 151, der Teil der Raumluft-Überwachungseinrichtung
ist, die den Wasserstoffgehalt im Prozessraum, also dort, wo der
Elektrolyseur installiert ist, überwacht.
Steigt dort der Wasserstoffgehalt der Luft über 1 Vol.%, wird die Warnleuchte 147 angesteuert.
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In
der vierten Zweigleitung 141 ist ein vierter Warnschalter 152 angeordnet,
der ebenfalls zur Raumluft-Überwachungseinrichtung
gehört,
und zwar zu demjenigen Teil, der den Wasserstoffgehalt im Gasspeicherraum überwacht.
Hier führt
eine Überschreitung
des Wasserstoffgehalts von 1 Vol.% in der Luft zur Ansteuerung der
Warnleuchte 147.
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In
der fünften
Zweigleitung 142 ist ein fünfter Warnschalter 153 vorgesehen,
der mit der Raumluft-Überwachungseinrichtung
zusammenwirkt, welche den Sauerstoffgehalt im Prozessraum überwacht. Übersteigt
der Sauerstoffgehalt einen Wert von 22 Vol.%, schließt der fünfte Warnschalter 153 mit
der Folge, dass die Warnleuchte 147 aufleuchtet.
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In
der sechsten Zweigleitung 143 ist ein sechster Warnschalter 154 angeordnet.
Er gehört
zur StickstoffdruckÜberwachungseinrichtung
zur Überwachung
der Gasspeicherflaschen 1 bis 3. Sinkt dort der Druck unter 50 bar,
schließt
der sechste Warnschalter 154 mit der Folge, dass die Warnleuchte 148 aufleuchtet.
-
Nach
der sechsten Zweigleitung 143 weist die Stromzufuhr 137 einen
siebten Warnschalter 155 auf, der ebenfalls Teil der Stickstoffdruck-Überwachungseinrichtung
ist, soweit es die Gasspeicherflaschen 4 bis 6 betrifft. Der siebte
Warnschalter 155 wird geschlossen, wenn auch hier der Stickstoffdruck unter
50 bar fällt.
Dies führt
dazu, dass die dahinter angeordnete Warnleuchte 156 gelb
aufleuchtet und so vor einem weiteren Druckabfall warnt.