-
Die Erfindung betrifft ein Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.
-
Stand der Technik
-
Im Bereich der Fahrzeugentwicklung sind gasförmige Kraftstoffe eine Alternative zu den herkömmlichen flüssigen Kraftstoffen, insbesondere Wasserstoff. Bei Fahrzeugen mit einer Brennstoffzelle als Antrieb ist es dabei notwendig, Wasserstoffgasströme zu steuern, wobei die Gasströme nicht diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert werden, sondern es werden beispielsweise Proportionalventile verwendet, welche in Abhängigkeit von einer gewünschten Antriebsleistung einen Öffnungsquerschnitt anpassen.
-
Die
DE 10 2012 204 565 A1 beschreibt ein Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, wobei das Proportionalventil einen Düsenkörper, ein Schließelement und ein elastisches Dichtelement umfasst. In dem Düsenkörper ist wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet, welche durch das Schließelement an einem Ventilsitz freigegeben oder verschlossen werden kann. Das elastische Dichtelement dichtet dabei am Ventilsitz ab und weist eine Ausnehmung mit einem Innenwandbereich auf. Der Innenwandbereich ist im geschlossenen Zustand des Proportionalventils mit Druck des gasförmigen Mediums beaufschlagt.
-
Proportionalventile zeichnen sich dahingehend aus, dass bei Verwendung von diesen nur geringe Druckschwankungen im Anodenpfad einer Brennstoffzelle auftreten und ein leiser Betrieb gewährleistbar ist. Im normalen Betriebsbereich des Proportionalventils treten häufige Öffnungs- und Schließvorgänge auf. Zur Optimierung von Spülvorgängen im Anodenpfad der Brennstoffzelle oder zum optimierten Betrieb einer Saugstrahlpumpe in einer Brennstoffzellenanordnung können auch zusätzliche Schaltvorgänge gewünscht sein. Häufiges Öffnen und Schließen des Proportionalventils führt zu Verschleiß am Ventilsitz, insbesondere wenn ein Schließelement mit einem elastischen Dichtelement, wie in der
DE 10 2012 204 565 A1 gezeigt, verwendet wird.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, weist demgegenüber den Vorteil auf, dass auch bei häufigen Öffnungs- und Schließvorgängen des Proportionalventils die Dichtheit des Ventilsitzes gewährleistet ist und eine Reduzierung des Verschleißes des Ventilsitzes erzielt wird. Hierzu weist das Proportionalventil ein Ventilgehäuse auf, an welchem ein Düsenkörper ausgebildet ist. In dem Ventilgehäuse ist ein Schließelement angeordnet, wobei das Schließelement mindestens eine an dem Düsenkörper ausgebildete Durchlassöffnung an einem an dem Düsenkörper ausgebildeten Ventilsitz freigibt oder versperrt. Erfindungsgemäß ist das Schließelement hubbeweglich in einer axialen Führung in dem Düsenkörper geführt.
-
Zur Verbesserung der Dichtheit des Ventils und zur Reduzierung von Verschleiß am Ventilsitz ist das Schließelement geführt, wobei die Führung vorteilhafterweise direkt in dem Bauteil ausgebildet ist, an dem der Ventilsitz ausgebildet ist, nämlich dem Düsenkörper. Dadurch wird neben einer optimierten Funktionsweise des Proportionalventils eine Erhöhung der Lebensdauer von diesem erzielt.
-
In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass der Ventilsitz als flacher Ventilsitz ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Schließelement und dem Ventilsitz ein elastisches Dichtelement angeordnet, welches am Ventilsitz abdichtet. Durch die Verwendung eines flachen Ventilsitzes in Kombination eines elastischen Dichtelements zur Abdichtung am Ventilsitz kann in einfacher Weise und ohne große konstruktive Veränderungen die Dichtheit des Proportionalventils sichergestellt werden, so dass beispielsweise kein Wasserstoff aus dem Proportionalventil in Richtung eines Anodenbereichs einer Brennstoffzelle geleitet wird.
-
In weiteren vorteilhaften Ausführungen sind in dem Ventilgehäuse ein Zuströmraum und ein Abströmraum ausgebildet, welche über die mindestens eine Durchlassöffnung miteinander verbindbar sind. So kann ein Gasdurchfluss, insbesondere Wasserstoff-Gas-Durchfluss, durch das Proportionalventil in Richtung des Anodenbereichs der Brennstoffzelle gewährleistet werden.
-
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Zuströmraum durch das Schließelement in einen ersten Zuströmteilraum und einen zweiten Zuströmteilraum aufgeteilt ist, wobei der erste Zuströmteilraum und der zweite Zuströmteilraum über in dem Schließelement ausgebildete Längsbohrungen miteinander verbunden sind. Dadurch kann ein Gasdurchfluss, insbesondere Wasserstoff-Gas-Durchfluss, bei geöffnetem Schließelement aus dem Proportionalventil in Richtung des Anodenbereichs der Brennstoffzelle erzielt werden.
-
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass in dem Ventilgehäuse eine Magnetspule zwischen einem Innenpol und einem Außenpol angeordnet ist, wobei ein in dem Innenpol und dem Ventilgehäuse aufgenommener Magnetanker durch die Magnetspule hubbewegbar ist. Vorteilhafterweise ist der Magnetanker in einem Magnetankerraum mit einem ersten Verbindungselement fest verbunden, wobei das erste Verbindungselement mit dem Schließelement wirkverbunden ist. So kann bei Ansteuerung der Magnetspule das Schließelement mittels des Magnetankers von dem Ventilsitz abheben und die mindestens eine Durchlassöffnung freigeben.
-
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens begrenzen das Ventilgehäuse und der Innenpol einen Federraum, in welchem Federraum eine erste Feder angeordnet ist, wobei sich die erste Feder an dem dem Schließelement abgewandten Ende des ersten Verbindungselements abstützt und den mit dem ersten Verbindungselement wirkverbundenen Magnetanker in Richtung des Schließelements kraftbeaufschlagt. Die erste Feder gewährleistet die Wirkverbundenheit des ersten Verbindungselements mit dem Schließelement, das heißt das ständige Aufsitzen des ersten Verbindungselements auf dem Schließelement.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Federraum über einen ersten Kanal mit dem Magnetankerraum verbunden ist. Dadurch kann ein Druckausgleich zwischen dem Federraum und dem Magnetankerraum hergestellt werden, so dass beispielsweise keine weiteren pneumatischen Kräfte auf das erste Verbindungselement oder den Magnetanker wirken und diese den Hub des ersten Verbindungselements und des Magnetankers nicht beeinflussen.
-
In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in dem Innenpol eine Durchlassbohrung ausgebildet, wobei das erste Verbindungselement in der Durchlassbohrung aufgenommen und geführt ist. So kann eine zuverlässige Funktionsweise des Proportionalventils bei optimaler Bauraumnutzung gewährleistet werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Magnetankerraum über einen zweiten Kanal mit dem Zuströmraum oder dem Abströmraum verbunden ist. Dies ermöglicht ebenfalls einen Druckausgleich zwischen dem Magnetankerraum, dem Zuströmraum und dem Abströmraum, so dass der Hub des Magnetankers nicht durch zusätzliche pneumatische Kräfte innerhalb des Magnetankerraums beeinflusst wird.
-
In vorteilhaften Ausführungen der Erfindung ist in dem Abströmraum ein zweites Verbindungselement angeordnet, wobei das zweite Verbindungselement mit dem Schließelement wirkverbunden ist. Vorteilhafterweise ist in dem Abströmraum eine zweite Feder angeordnet, wobei sich die zweite Feder an dem zweiten Verbindungselement und an dem Ventilgehäuse abstützt. Die zweite Feder unterstützt somit je nach Ausrichtung des Schließelements die Dichtheit des Ventilsitzes oder das schnelle und effektive Öffnen des Schließelements, was zu einer optimalen Funktionsweise des gesamten Proportionalventils beiträgt.
-
Das beschriebene Proportionalventil eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu dem Anodenbereich einer Brennstoffzelle.
-
Figurenliste
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Proportionalventils zur Steuerung einer Gaszufuhr, insbesondere Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle, dargestellt. Es zeigt in
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Proportionalventils mit einem geführten Schließelement im Längsschnitt,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Proportionalventils mit dem geführten Schließelement im Längsschnitt,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Proportionalventils mit dem geführten Schließelement im Längsschnitt,
- 4 eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung mit dem erfindungsgemäßen Proportionalventil aus 1, 2 oder 3 in schematischer Darstellung.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Proportionalventils 1 im Längsschnitt. Das Proportionalventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, in welchem ein Außenpol 4, ein Innenpol 8, eine Magnetspule 6 und ein Düsenkörper 20 angeordnet sind. In dem Innenpol 8 ist eine erste Durchlassbohrung 17 ausgebildet, durch welche ein erstes Verbindungselement 14 ragt, wobei das erste Verbindungselement 14 in der ersten Durchlassbohrung 17 axial geführt ist. Das erste Verbindungselement 14 ist mit einem Magnetanker 10 fest verbunden, wobei zwischen dem Magnetanker 10 und dem Ventilgehäuse 2 ein Magnetluftspalt 12 ausgebildet ist.
-
Der Innenpol 8 und das Ventilgehäuse 2 begrenzen einen Federraum 19, in welchem eine erste Feder 26 angeordnet ist. Diese erste Feder 26 stützt sich einerseits an dem Ventilgehäuse 2 und andererseits an dem tellerförmigen Ende 15 des ersten Verbindungselements 14 ab und beaufschlagt diesen mit einer Kraft in Richtung des Düsenkörpers 20. Zusätzlich begrenzen der Innenpol 8 und das Ventilgehäuse 2 einen Magnetankerraum 21, in welchem der mit dem ersten Verbindungselement 14 fest verbundene Magnetanker 10 angeordnet ist. Der Federraum 19 und der Magnetankerraum 21 sind über einen ersten Kanal 7 miteinander verbunden. Das Ventilgehäuse 2 und der Innenpol 8 sind über ein Distanzbuchsenelement 28, welches aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist, miteinander verbunden.
-
Der Düsenkörper 20 ist fest mit dem Ventilkörper 2 verbunden, wobei der Düsenkörper 20 eine Durchlassöffnung 27 aufweist. In einer Ausnehmung 25 des Düsenkörpers 20 ist in einer axialen Führung 16 ein Schließelement 18 mit einem elastischen Dichtelement 22 geführt. An dem Düsenkörper 20 ist ein flacher Ventilsitz 30 ausgebildet, welcher mit dem elastischen Dichtelement 22 des Schließelements 18 zusammenwirkt, so dass beim Aufliegen des Schließelements 18 mit dem elastischen Dichtelement 22 auf dem flachen Ventilsitz 30 die Durchlassöffnung 27 geschlossen ist.
-
Bei geschlossener Durchlassöffnung 27 begrenzen der Ventilkörper 2 und der Düsenkörper 20 einen Zuströmraum 34, in welchen durch in dem Ventilkörper 2 ausgebildete Eintrittsöffnungen 23 Gas, beispielsweise Wasserstoff, einströmen kann. Über eine Zufuhröffnung 11 tritt das Gas bis an den flachen Ventilsitz 30 heran. Der Zuströmraum 34 ist über einen zweiten Kanal 9 mit dem Magnetankerraum 21 verbunden. Das erste Verbindungselement 14 ragt über eine in dem Ventilkörper 2 ausgebildete zweite Durchlassbohrung 29 von dem Magnetankerraum 21 in den Zuströmraum 34 hinein und wird an der zweiten Durchlassbohrung 29 axial geführt. Weiterhin sitzt das erste Verbindungselement 14 mit seinem dem Schließelement 18 zugewandten Ende 33 aufgrund der Federkraft der ersten Feder 26 an dem Schließelement 18 auf und ist mit diesem wirkverbunden. Dabei ist das Ende 33 des ersten Verbindungselements 14 ballig ausgebildet, um einen besseren Ausgleich von Winkeltoleranzen zu erzielen.
-
Der Düsenkörper 20 und der Ventilkörper 2 begrenzen weiterhin einen Abströmraum 36, in welchem ein zweites Verbindungselement 32 und eine zweite Feder 24 angeordnet sind. Das zweite Verbindungselement 32 ist mit einem Ende fest mit dem Schließelement 18 verbunden, wobei sich die zweite Feder 24 einerseits an dem Ventilkörper 2 und andererseits an dem tellerförmigen Ende 31 des zweiten Verbindungselements 32 abstützt und eine Kraft auf das zweite Verbindungselement 32 in Richtung des Schließelements 18 ausübt. In dem Ventilkörper 2 sind im Bereich des Abströmraums 36 Austrittsöffnungen 13 angeordnet, durch welche das Gas aus dem Abströmraum 36 und somit aus dem Proportionalventil 1 beispielsweise in einen Zuströmbereich 44 einer Strahlpumpe 46 (siehe 4) ausströmen kann.
-
Funktionsweise des Proportionalventils 1 im ersten Ausführungsbeispiel
-
Bei nicht bestromter Magnetspule 6 wird das Schließelement 18 von dem ersten Verbindungselement 14, welches an dem Schließelement 18 anliegt, durch die Federkraft der ersten Feder 26 in Richtung der Austrittsöffnungen 13 kraftbeaufschlagt, so dass das Schließelement 18 mit dem elastischen Dichtelement 22 an dem flachen Ventilsitz 30 anliegt. Über das zweite Verbindungselement 32 wird das Schließelement 18 durch die Federkraft der zweiten Feder 24 in Richtung des Magnetankers 10 kraftbeaufschlagt, um bei eingeschalteter Magnetspule 6 den Abhebvorgang des Schließelements 18 von dem flachen Ventilsitz 30 zu beschleunigen. Die erste Feder 26 und die zweite Feder 24 wirken daher entgegengerichtet auf das Schließelement 18, wobei die erste Feder 26 eine größere Federkraft aufweist als die zweite Feder 24, um die Dichtheit des Ventilsitzes 30 zu gewährleisten.
-
Wird die Magnetspule 6 bestromt, wird eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 10 erzeugt, welche der Federkraft der ersten Feder 26 entgegengerichtet ist. Dadurch bewegt sich der Magnetanker 10 in Richtung der ersten Feder 26, so dass die Kraft auf das Schließelement 18 durch das ersten Verbindungselement 14, welcher fest mit dem Magnetanker 10 verbunden ist, reduziert wird. Das elastische Dichtelement 22 folgt der Bewegung des ersten Verbindungselements 14 und hebt von dem Dichtsitz 30 ab. Die Durchlassöffnung 27 ist nun freigegeben, so dass das Gas aus dem Zuströmraum 34 über die Zufuhröffnung 11, den Abströmraum 36 und die Austrittsöffnungen 13 in den Zuströmbereich 44 der Strahlpumpe 46 (siehe 4) strömen kann.
-
Wird die Stromstärke an der Magnetspule 6 erhöht, so führt dies zu einem größeren Öffnungshub des Schließelements 18, da die Kraft der ersten Feder 26 hubabhängig ist. Bei einer Reduzierung der Stromstärke wird der Öffnungshub des Schließelements 18 verkleinert. Durch Variation der Stromstärke an der Magnetspule 6 kann daher der Gasdurchfluss in dem Proportionalventil 1 gesteuert werden und je nach Bedarf, beispielsweise bei der Zudosierung von Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle 51 (siehe 4), angepasst und optimiert werden.
-
Bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule 6 baut sich die magnetische Kraft ab, so dass nun wieder die Federkraft der ersten Feder 26 überwiegt und sich dadurch das Schließelement 18 mittels des ersten Verbindungselements 14 in Verbindung mit dem Magnetanker 10 in Richtung des Ventilsitzes 30 bewegt und das elastische Dichtelement 22 wieder am Ventilsitz 30 abdichtet. Der Gasdurchfluss im Proportionalventil 1 ist somit unterbrochen. Durch die axiale Führung 16 des Schließelements 18 in dem Düsenkörper 20 werden radiale Bewegungen des Schließelements 18 unterbunden, so dass das Schließelement 18 immer die gleiche Position an dem Ventilsitz 30 einnimmt und somit unnötiger Verschleiß vermieden wird.
-
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Proportionalventils 1 im Längsschnitt. Bauteile mit gleicher Funktion wurden mit derselben Bezugsziffer bezeichnet wie in 1. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 1 sind das erste Verbindungselement 14, der Magnetanker 10 und das Schließelement 18 als ein Bauteil fest miteinander verbunden. In diesem Fall kann das zweite Verbindungselement 32 und die zweite Feder 24 entfallen.
-
Weiterhin ist das erste Verbindungselement 14 lediglich an der ersten Durchlassbohrung 17 aufgenommen und axial geführt. Der zweite Kanal 9 in dem Ventilgehäuse 2 entfällt. Die zweite Durchlassbohrung 29 entfällt. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen dem des ersten. Das Schließelement 18 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel in der Ausnehmung 25 des Düsenkörpers 20 aufgenommen und geführt.
-
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Proportionalventils 1 im Längsschnitt. Bauteile mit gleicher Funktion wurden mit derselben Bezugsziffer bezeichnet wie in 1. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 1 erfolgt der Gasdurchfluss durch das Proportionalventil 1 hier umgekehrt, so dass der Abströmraum 36 hier dem Zuströmraum 34 entspricht und umgekehrt. Selbiges gilt für die Eintrittsöffnungen 23 und die Austrittsöffnungen 13. Außerdem entfällt im zweiten Ausführungsbeispiel das zweite Verbindungselement 32, wobei sich die zweite Feder 24 nun direkt an dem Schließelement 18 abstützt. Das Schließelement 18 ist auch hier in dem Zuströmraum 34 angeordnet und ist in einer axialen Führung 16 des Düsenkörpers 20 geführt. Das Schließelement 18 mit dem elastischen Dichtelement 22 wird hier über die zweite Feder 24 an den flachen Ventilsitz 30 gedrückt. Weiterhin sind in dem Schließelement 18 Bohrungen 35, hier Längsbohrungen, ausgebildet, durch welche bei geöffnetem Ventilsitz 30 Gas in Richtung der Austrittsöffnungen 13 strömen kann. Der Zuströmraum 34 ist durch das Schließelement 18 in einen ersten Zuströmteilraum 37 und einen zweiten Zuströmteilraum 38 aufgeteilt, welche über die Bohrungen 35 miteinander verbunden sind.
-
Funktionsweise des Proportionalventils 1 im zweiten Ausführungsbeispiel
-
Bei nicht bestromter Magnetspule 6 wird das Schließelement 18 über die zweite Feder 24 an den Ventilsitz 30 gedrückt, so dass die Verbindung zwischen dem Zuströmraum 34 und dem Abströmraum 36 unterbrochen ist und kein Gasdurchfluss erfolgt. Die erste Feder 26 wirkt der Federkraft der zweiten Feder 24 entgegen und drückt das erste Verbindungselement 14 an das Schließelement 18. Die Federkraft der zweiten Feder 24 ist größer als die Federkraft der ersten Feder 26, um die Dichtheit des Schließelements 18 am Ventilsitz 30 zu gewährleisten.
-
Wird die Magnetspule 6 bestromt, so wird eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 10 in Richtung des Schließelements 18 erzeugt. Diese magnetische Kraft wird über das erste Verbindungselement 14 auf das Schließelement 18 übertragen, so dass mit Hilfe der Federkraft der ersten Feder 26 die zweite Feder 24 überkompensiert wird und das Schließelement 18 vom Ventilsitz 30 abhebt und sich in Richtung der Eintrittsöffnungen 23 bewegt. Ein Gasdurchfluss vom Zuströmraum 34 des Proportionalventils 1 über die Längsbohrungen 35, die Durchlassöffnung 27, den Abströmraum 36 und die Austrittsöffnungen 13 beispielsweise in den Zuströmbereich 44 der Strahlpumpe 46 (siehe 4) ist freigegeben.
-
Der Hub des Schließelements 18 kann wie im ersten Ausführungsbeispiel über die Höhe der Stromstärke an der Magnetspule 6 eingestellt werden. Je höher die Stromstärke an der Magnetspule 6, desto größer ist der Hub des Schließelements 18 und desto höher ist auch der Gasdurchfluss im Proportionalventil 1, da die Kraft der ersten Feder 26 hubabhängig ist. Wird die Stromstärke an der Magnetspule 6 reduziert, wird auch der Hub des Schließelements 18 reduziert und somit der Gasdurchfluss gedrosselt.
-
Wird der Strom an der Magnetspule 6 unterbrochen, wird die magnetische Kraft auf den Magnetanker 10 abgebaut, so dass sich dieser wieder in Richtung der ersten Feder 26 bewegt und die Kraft auf das Schließelement 18 mittels des ersten Verbindungselements 14 reduziert wird. Das Schließelement 18 folgt der Bewegung des ersten Verbindungselements 14 und dichtet mit dem elastischen Dichtelement 22 an dem Ventilsitz 30 ab. Der Gasdurchfluss im Proportionalventil 1 ist unterbrochen, so dass beispielsweise kein Gas mehr aus dem Proportionalventil 1 in den Zuströmbereich 44 der Strahlpumpe 46 (siehe 4) strömen kann.
-
Auch im zweiten Ausführungsbeispiel des Proportionalventils 1 ist das Schließelement 18 über die axiale Führung 16 in dem Düsenkörper 20 geführt, um radiale Fehlstellungen des Schließelements 18 zu vermeiden.
-
4 zeigt eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung 100 mit dem erfindungsgemäßen Proportionalventil 1 und mit der Strahlpumpe 46, welche über eine Verbindungsleitung 50 mit der Brennstoffzelle 51 verbunden ist. Die Brennstoffzelle 51 umfasst einen Anodenbereich 52 und einen Kathodenbereich 53. Zudem ist eine Rückführleitung 54 vorgesehen, die den Anodenbereich 52 der Brennstoffzelle 51 mit dem Ansaugbereich 45 der Strahlpumpe 46 verbindet. Mittels der Rückführleitung 54 kann ein im Anodenbereich 51 beim Betrieb der Brennstoffzelle 51 entstehende erste gasförmige Medium, das im Wesentlichen ein Gemisch aus Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf ist, zum Ansaugbereich 45 zurückgeführt werden. In der Rückführleitung 54 ist ein Wasserabscheider 55 mit einem Absperrventil 56 vorgesehen, um das in der Rückführleitung 54 befindliche erste gasförmige Medium ggf. nach außen freigeben zu können. Eine in der Rückführleitung 54 nach dem Wasserabscheider 55 angeordnete Rezirkulationspumpe 57 führt den in der Brennstoffzelle 51 nicht verwendeten Wasserstoff wieder zurück in den Ansaugbereich 45 der Strahlpumpe 46.
-
In der Verbindungsleitung 50 ist ein erster Drucksensor 48 zur Erfassung des Drucks in der Verbindungsleitung 50 vorgesehen. Ferner ist in der Rückführleitung 54 ein zweiter Drucksensor 49 zur Erfassung des Drucks in der Rückführleitung 54 vorgesehen. Die erfassten Druckwerte werden einer mit dem Proportionalventil 1 verbundenen Steuereinheit 47 zur Steuerung des Drucks im Anodenbereich 52 der Brennstoffzelle 51 zugeführt. Die Steuereinheit 47 steuert die Höhe der Stromstärke an der Magnetspule 6 des Proportionalventils 1, durch welche der Hub des Schließelements 18 betätigt wird, damit ein Strömungsquerschnitt der Durchlassöffnung 27 derart verändert wird, dass kontinuierlich eine bedarfsgerechte Einstellung der der Brennstoffzelle 51 zugeführten Gasströmung erfolgt.
-
Ein im Tank 39 gespeichertes zweites gasförmiges Medium, hier Wasserstoff, wird über das Proportionalventil 1 dem Zuströmbereich 44 der Strahlpumpe 46 zugeführt. In der Zuströmleitung 43 ist ein Druckregelventil 42 vorgesehen, das mit der Steuereinheit 20 verbunden ist, um einen Druck am Zuströmbereich 44 der Strahlpumpe 46 einzustellen. Zwischen dem Druckregelventil 42 und dem Tank 39 ist zudem ein erstes Absperrventil 40 und zwischen dem Druckregelventil 42 und dem Proportionalventil 1 ein zweites Absperrventil 41 angeordnet. Die Absperrventile 40, 41 sind ebenfalls mit der Steuereinheit 47 verbunden, um ggf. den Zustrom des zweiten gasförmigen Mediums aus dem Tank 39 zum Druckregelventil bzw. den Zustrom weiter zum Proportionalventil 1 zu unterbrechen.
-
Das Proportionalventil 1 zum Steuern eines gasförmigen Mediums weist somit den Vorteil auf, dass hierbei die Zuführung des ersten gasförmigen Mediums und die Zudosierung des zweiten gasförmigen Mediums in den Anodenbereich 52 der Brennstoffzelle 51 mittels der elektronisch gesteuerten Anpassung des Strömungsquerschnitts der Durchlassöffnung 27 bei gleichzeitiger Regelung des Anodendrucks wesentlich exakter erfolgen kann. Hierdurch werden die Betriebssicherheit und Dauerhaltbarkeit der angeschlossenen Brennstoffzelle deutlich verbessert, da Wasserstoff immer in einem überstöchiometrischen Anteil zugeführt wird. Zudem können auch Folgeschäden, wie zum Beispiel Beschädigungen eines nachgeordneten Katalysators, verhindert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012204565 A1 [0003, 0004]
