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Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für den Rezirkulationskreis eines Brennstoffzellenstapels mit einer Wasserstoffzuführung und einer Rezirkulationsgaszuführung.
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Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie eines Brennstoffs durch eine Reaktion mit Sauerstoff (in der Regel aus der Luft) in Elektrizität um. Meist wird Wasserstoff als Brennstoff verendet. Wir werden daher im Weiteren immer „Wasserstoff“ für den Brennstoff oder Kraftstoff verwenden, schließen aber andere gasförmige Brennstoffe wie Butan, Propan, Methan, Methanol oder andere Kohlenwasserstoffe explizit mit ein.
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Bekannt sind Niedertemperaturbrennstoffzellen mit einem ionenleitenden Polymerelektrolyten, der eine Anode von einer Kathode trennt. Der Wasserstoff wird dem Anodenraum zugeführt, der Sauerstoff dem Kathodenraum. Die Wasserstoffionen wandern durch den Elektrolyten, die Elektronen wandern über einen elektrischen Stromkreis und einen Verbraucher außerhalb der Zelle. Solche PEM-Brennstoffzellen werden auch Polymerelektrolytbrennstoffzellen, Poylmer Electrolyte Fuel Cells, PEFC, Protonenaustauschmembranbrennstoffzellen, Proton Exchange Membran Fuel Cells, PEMFC oder Feststoffpolymerbrennstoffzellen, Solid Polymer Fuel Cells, SPFC genannt. Da eine Brennstoffzelle normalerweise eine Spannung von nur ca. 1 V erzeugt, werden in der Regel mehrere Zellen zu Stapeln oder sogenannten Stacks verbunden, um insgesamt eine höhere Spannung zu erreichen.
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Wasserstoffbrennstoffzellen werden im Betrieb überstöchiometrisch mit Wasserstoff versorgt, das heißt, sie verbrauchen nicht den gesamten Wasserstoff im Anodenraum, da sich sonst flüssiges Wasser und Inertgase ansammeln würden. Um den überflüssigen Wasserstoff nicht zu verschwenden, wird er recycelt, also einer Rezirkulation zugeführt. Dazu ist ein Rezirkulationskreis vorgesehen, der den Wasserstoff des Anodenraumes abzieht und zu einer Mischeinrichtung bringt, in der er mit frischem Wasserstoff vermischt wird und dann wieder dem Anodenraum zugeführt wird. Hierzu gibt es die Möglichkeit, den Wasserstoff aktiv mit einer mechanischen Pumpe oder einem Gebläse im Kreis zu führen. Dies ist zum Beispiel aus der
WO 2012/104 191 A1 bekannt.
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Möglich ist es auch, den Wasserstoff passiv im Kreis zu führen, indem eine Strahlpumpe mit einer Düse für den frischen Wasserstoff vorgesehen ist, die mit dem höheren Frischwasserstoffdruck den zu recycelnden Wasserstoff mitreißt. Aus der
US 2014/008 0016 A1 ist eine solche Wasserstoffversorgung mit passiver Rezirkulation bekannt mit einer Wasserstoffzuführung, einer Rezirkulationsgaszuführung, einer Strahlpumpe mit Wasserstoffregelventil für den Wasserstoff, einer Mischeinheit und einer Absperrvorrichtung für die Rezirkulationsleitung. Diese Absperrvorrichtung für den Rezikulationskreis des Brennstoffzellenstapels mit einer Wasserstoffzuführung und einer Rezirkulationsgaszuführung bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In manchen Betriebssituationen ist es notwendig oder wünschenswert, die Rückführung des Rezirkulationskreislaufes zu unterbinden. Des Weiteren reichert sich das Rezirkulationsgas über die Betriebszeit mit Stickstoff und anderen nicht erwünschten Gasen an, die je nach Betriebsstrategie abgelassen werden müssen. Dies erfolgt über ein Purgeventil. Beim Purgen ist es von Vorteil, wenn die Rezirkulation unterbunden ist.
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Da der Rezirkulationskreislauf bei relativ niedrigem Überdruck arbeitet, sind die Querschnitte der Leitungen relativ groß. Auch sollte der Durchfluss in Offenstellung nicht stark beeinträchtigt werden. Große, widerstandsarme Absperrventile sind aber sehr teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine preisgünstigere Absperrvorrichtung für den Rezirkulationskreis einer Wasserstoffversorgung eines Brennstoffzellenstapels vorzuschlagen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Absperrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist also eine Absperrvorrichtung für den Rezirkulationskreis eines Brennstoffzellenstapels mit einer Wasserstoffzuführung und einer Rezirkulationsgaszuführung vorgeschlagen, bei der ein Rezirkulationskreisabsperrventil vorgesehen ist, das von einem vorgelagerten Wasserstoffschaltventil geschaltet wird.
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Erfindungsgemäß wird das eigentliche Rezirkulationskreisabsperrventil vom hohen Wasserstoffdruck des Vorrats (zurzeit ca. 900 bar) angesteuert, wobei der Wasserstoffversorgungsdruck dann den Ventilschieber des eigentlichen Rezirkulationskreisabsperrventils betätigt. Der Frischwasserstoffdruck kann auch deutlich niedriger sein. Manche Betreiber arbeiten bei ca. 25 bar Wasserstoffmitteldruck. Das eigentliche Absperrventil, das einen deutlich größeren Durchmesser hat, wird dann erfindungsgemäß nicht von einem elektrischen Aktor, also einer Hilfskraft, bewegt, sondern von einer anderen Kraft sozusagen angestoßen und geöffnet. Hier nutzen die Erfinder die Energie, die im gespeicherten Frischwasserstoff als Druckenergie sowieso vorhanden ist und vor Ort anliegt. Der relativ hohe Druck (Kraft pro Fläche) des Wasserstoffvorrats übt ja, wenn er auf einen Kolben (Fläche) trifft, eine relativ hohe Kraft aus und bewegt so auch groß dimensionierte Kolben oder Schieber sicher und zuverlässig.
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Zur Nutzung des Wasserstoffdrucks ist erfindungsgemäß ein zweites Ventil, hier Wasserstoffschaltventil genannt, dem eigentlichen Rezirkulationskreisabsperrventil vorgeschaltet. Das Wasserstoffschaltventil kann dann relativ klein sein und kann von einem kleinen Aktor bewegt werden. Dieses vorgeschaltete Ventil schaltet den Wasserstoffversorgungsdruck auf das Rezirkulationskreisabsperrventil. Da der Wasserstoffversorgungsdruck wesentlich größer ist als der Druck im Rezirkulationskreis des Stacks, bewegt sich der eigentliche Ventilschieber des Rezirkulationskreisabsperrventils aufgrund der Druckunterschiede in die Ventilposition „Rezirkulationskreis geschlossen“. Das Rezirkulationskreisabsperrventil verschließt den Rezirkulationskreis dann vollständig, trotzdem ist es möglich, das Stack zur selben Zeit mit frischem Wasserstoff zu versorgen und so den Betrieb weiter aufrecht zu halten. Das Wasserstoffschaltventil hat auch noch den Vorteil, dass es nach Extern nur statische Dichtungen braucht. Damit hat es nur preiswerte, bewährte Dichtelemente und braucht keine teureren Elemente, die auch bei Rotation abdichten würden.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das vorgeschaltete Wasserstoffschaltventil ein an sich übliches, angesteuertes Ventil, das eine Öffnung öffnet oder schließt. Das eigentliche Rezirkulationskreisabsperrventil ist dagegen ein Schieberventil, dessen Ventilkolben bei seiner Bewegung die etwas größere Leitung teilweise oder ganz verschleißen kann. Bevorzugt bewegt sich der Schieber oder Kolben quer zur zu öffnenden und zu schließenden Leitung.
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Der Hub und der Querschnitt der beiden Ventile sind in weitem Rahmen frei wählbar. Günstig ist es, wenn der Ventilhub des Rezirkulationskreisabsperrventils unabhängig vom Ventilhub oder Ankerhub des Wasserstoffschaltventils ist. Da dieses ja sozusagen nur den Anstoß für die Bewegung des Rezirkulationskreisabsperrventils gibt, reicht ein kleiner Ventilhub, den höheren Wasserstoffdruck auf das Rezirkulationskreisabsperrventil wirken zu lassen, der es dann einen viel größeren Hub weiter verschieben kann.
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Auch ist der geschaltete Querschnitt des Rezirkulationskreisabsperrventils unabhängig vom Querschnitt des Wasserstoffschaltventils. Auch ein Schaltventil mit kleiner Bohrung kann den hohen Wasserstoffdruck zum Rezirkulationskreisabsperrventil mit großer Bohrung lassen und so dessen Bewegung bewirken. Der Querschnitt oder die Bohrung des Rezirkulationskreisabsperrventils kann frei gewählt werden und ist zum Beispiel abhängig von den herrschenden Druckverhältnissen zwischen Wasserstoffversorgungsdruck und Rezirkulationskreisdruck im/am Stack.
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Die Ansteuerung des Wasserstoffschaltventils kann auf bekannte Weise, zum Beispiel pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch erfolgen. Bevorzugt kann die Ansteuerung elektrisch oder elektromagnetisch erfolgen, also zum Beispiel über ein Magnetventil mit Anker in einer Tauchspule.
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Möglich ist, dass der Kolben des von einem Aktor bewegten Ventils sowohl in die eine Richtung als auch in die Gegenrichtung aktiv geschoben wird, zum Beispiel von einem Strom in die eine Richtung und vom entgegengesetzten Strom in die andere Richtung bewegt wird. In einer bevorzugten Ausführung weisen das Wasserstoffschaltventil und/oder das Rezirkulationskreisabsperrventil aber je einen Rückstellmechanismus auf, bevorzugt je eine integrierte Rückstellfeder. Dieses rückstellende Bauelement veranlasst dann eine Bewegung in die Gegenrichtung. Bevorzugt werden das oder die rückstellenden Elemente oder Federn das eine oder beide Ventile je in die sogenannte Fail-Safe-Position verschieben. Das heißt, dass zum Beispiel die Rückstellfeder des Wasserstoffschaltventils dieses in die Geschlossenstellung drückt, so dass bei Stromausfall oder einer anderen Störung in der Steuerung das Wasserstoffschaltventil geschlossen ist, also das nachgeordnete Rezirkulationskreisabsperrventil geöffnet lässt und so den normalen Rezirkulationskreislauf offenhält. Ebenso heißt das, dass zum Beispiel die Rückstellfeder des Rezirkulationskreisabsperrventils dieses in die Geöffnetstellung drückt, so dass bei Stromausfall oder einer anderen Störung in der Steuerung das Rezirkulationskreisabsperrventil offen ist, also den normalen Rezirkulationskreislauf offenlässt. Dies wird durch die zwei Federn erreicht.
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Bei der Erfindung sind zwei Ventile eingesetzt. Einmal das Wasserstoffschaltventil, das angesteuert wird, und einmal das Rezirkulationskreisabsperrventil, das dann vom Hochdruckgasstrom in die Geschlossenstellung verschoben wird. Dabei empfiehlt es sich, einen Mechanismus vorzusehen, der das zweite Ventil nach einiger Zeit wieder in die Ausgangsstellung gleiten lässt. Dies kann eine kleine Bohrung sein, die den Gasdruck nach Schließen des ersten Ventils irgendwohin ablässt und es so erlaubt, dass das zweite Ventil, das Rezirkulationskreisabsperrventil, nach einer gewissen Zeit wieder in seine Grundstellung gelangen kann. In einer bevorzugten Ausführung weist der Ventilschieber des Rezirkulationskreisabsperrventils eine gewisse Leckage auf, das heißt, sein Ventilschieber dichtet nicht vollständig zum Gehäuse hin, das eingebrachte Gas entweicht, so dass der Ventilschieber zum Beispiel durch seine Rückstellfeder selbständig zurückfährt. Ohne diese Leckage würde kein Druckausgleich stattfinden. Dies kann durch ein erhöhtes Führungsradialspiel und/oder durch eine Bohrung und/oder durch eine Entlastungsnut erfolgen.
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Soll die Brennstoffzelle ein Fahrzeug antreiben, so muss der Wasserstoff mitgenommen und in einer Art Tank gespeichert werden. Dazu wird er entweder flüssig oder unter Druck gelagert. Da für die Flüssiglagerung extrem tiefe Temperaturen (maximal einige Kelvin) notwendig sind, hat sich derzeit die Lagerung unter Druck (bis ca. 900 bar) durchgesetzt. Dies erfordert Ventile, die auch für diesen hohen Druckbereich ausgelegt sind. Hier sind oft starke Verstellelemente oder Aktoren notwendig, um Bewegungen gegen diese Drücke durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher ein Wasserstoffschaltventil eingesetzt, das eine Druckkompensation des Ventilkolbens (oder des Ankers bei Magnetventilen) aufweist und damit die Verstellkräfte deutlich reduziert. Man kann deshalb mit leichteren und schwächeren Aktoren arbeiten. In dieser Ausführung der Erfindung sind daher eine oder mehrere Überströmbohrungen im Gehäuse und/oder im Aktor vorgesehen, die Wasserstoff auf die andere Seite des Ventilkolbens gelangen lassen und so nur eine niedrigere Verstellkraft benötigen. Möglich ist es auch, eine oder mehrere Längsnuten im Kolben oder Anker vorzusehen. Besonders sinnvoll ist eine Druckkompensation im Ankerendanschlag.
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Um die Absperrfunktion gegen den recht hohen Wasserstoffdruck zuverlässig und vollständig erfüllen zu können, kann vorgesehen sein, dass dem Wasserstoffschaltventil ein abdichtender Ventilsitz zugeordnet ist. So kann zum Beispiel im vorderen Anschlag des Aktors ein Sitzventil vorgesehen sein. Der Sitz kann ein Kegelsitz oder eine plane Ventilfläche sein. Es können auch Dichtelemente vorgesehen sein, wie ein oder mehrere O-Ringe, umspritzte Sitze oder ein umspritzter Ventilschieber.
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Die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung kann als eigenständige Baueinheit ausgeführt sein, die dann am oder in der Nähe der Gaszuführung zum Stack angebracht wird, also bevorzugt am Eingang des Anodenraumes des Stacks, wo die Frischwasserstoffzufuhr und die Rezirkulationsgasleitung zusammenkommen. Möglich und im Rahmen der Erfindung ist aber auch, dass das Wasserstoffschaltventil und das Rezirkulationskreisabsperrventil zusammen mit einer Wasserstoffeinspritzvorrichtung eine Baueinheit bilden. So kann zum Beispiel die hier beschriebene Erfindung mit einer Wasserstoffeinspritzvorrichtung mit passiver Rezirkulation integriert sein, die mit einer Wasserstoffzuführung, einer Rezirkulationsgaszuführung, einer Strahlpumpe mit Düse und Düsennadel für den Wasserstoff, einer Mischeinheit, und einem Linearaktor zum Bewegen eines Ventilkolbens mit der Düsennadel ausgestattet ist. Bei dieser Vorrichtung kann auch ein Wasserstoffregelventil an der Düsennadel integriert sein, das gleichzeitig als Wasserstoffdruckregelventil und als Absperrventil wirken kann.
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Die Erfindung kann aber auch an Brennstoffzellenstapeln mit aktiver Rezirkulation eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung weist das Rezirkulationskreisabsperrventil eine Endlagendämpfung für eine oder beide Endstellungen beider Hubrichtungen auf. Dies kann ein elastisches Element wie eine Gummischeibe sein. Bevorzugt ist eine pneumatische Endlagendämpfung vorgesehen. Dabei fährt ein Kolben (hier zum Beispiel die zylindrische Führung der Rückstellfeder) in eine Sacklochbohrung ein. Je nach eingestelltem Spiel zwischen Bohrung und Kolben baut sich ein Gegendruck durch das Eintauchen des Kolbens in die Bohrung auf und bremst somit die Bewegung ab.
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Die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein. Das Material muss den dort herrschenden mechanischen Belastungen und Temperaturen Stand halten. So empfiehlt sich Metall oder Kunststoff als vorherrschender Werkstoff für die Kolben, Gehäuse und Leitungen. Für Dichtungen elastische Werkstoffe.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine erfindungsgemäße Absperrvorrichtung,
- 2 ein Detail der 1 und
- 3 bis 6: die Absperrvorrichtung der 1 in vier unterschiedlichen Schaltzuständen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Absperrvorrichtung an einer Wasserstoffeinspritzvorrichtung für einen Brennstoffzellenstack mit passiver Rezirkulationseinheit. Die Wasserstoffeinspritzvorrichtung enthält eine Wasserstoffzuführung 10, eine Rezirkulationsgaszuführung 12, und eine Strahlpumpe 14 mit Düse 16 und Düsennadel 18, die frischen Wasserstoff aus der Wasserstoffzuführung 10 über die Düse 16 einspritzt. Dieser unter hohem Druck stehende und daher schnelle Wasserstoff reißt an der Strahlpumpe 14 Rezirkulationsgas aus der Rezirkulationsgaszuführung 12 mit Richtung Gasauslass 38 zum Anodenraum des Stacks, wodurch die passive Rezirkulation in Gang gehalten wird. Die Gase mischen sich im Saugraum vor der Düse 16 und gelangen durch ein Mischrohr und einen Diffusor zum Gasauslass 38. Ein Wasserstoffregelventil 32 wird von einen Linearaktor mit Elektromagnet hin- und herbewegt und regelt so die Menge des zugeführten Frischwasserstoffes. Ein Drucksensor 36 misst den Gasdruck am Anodenraum und gibt so ein Maß für die erforderliche Wasserstoffmenge.
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Unterhalb der Wasserstoffeinspritzvorrichtung, aber hier im gleichen Gehäuse integriert, befindet sich die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung, nämlich das Wasserstoffschaltventil 22 mit Ventilkolben oder Ventilschieber 26 und das Rezirkulationskreisabsperrventil 20 mit Ventilkolben oder Ventilschieber 24.
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Das Wasserstoffschaltventil 22 ist mit einem Linearaktor 28, zum Beispiel einem Elektromagneten, ausgerüstet, der den Anker 30 und damit den Ventilschieber 26 hin und her bewegen kann. Der Ventilschieber 26 des Wasserstoffschaltventils 22 wird von einer Rückstellfeder 34 nach rechts in den rechten Anschlag gedrückt und verschließt dort mit seinem Ventilsitz 48 eine Öffnung, die von der Wasserstoffzuführung 10 zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 führt (Normally Closed Position). Im Wasserstoffschaltventil 22 befinden sich neben dem Ventilschieber 26 zwei Überströmbohrungen 40, die für eine Druckkompensation, vor allem im Ankerendanschlag, sorgen.
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Rechts von der genannten Öffnung befindet sich das Rezirkulationskreisabsperrventil 20, dessen Ventilschieber 24 von einer Rückstellfeder 42 nach links gedrückt wird. In dieser linken Anschlagstellung wäre die Leitung der Rezirkulationsgaszuführung 12 zum Stack freigegeben, was zu einer Offenstellung für den Normalbetrieb (Normally Open Position) führt. In 1 ist der Ventilschieber 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 aber nicht in einer seiner beiden Endlagen gezeigt, sondern in einer Zwischenstellung, in der der Ventilschieber 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 die Rezirkulationsgaszuführung 12 zum Stack verschließt. Für den Ventilschieber 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 sind zwei Endlagendämpfungen 44 an den Endanschlägen vorgesehen, die bevorzugt pneumatisch arbeiten. Unterhalb der Bohrung für den Ventilschiebers 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 befinden sich zwei Längsnuten 46, die Gas am Ventilschieber 24 langsam vorbeiströmen lassen, und als Überströmbohrungen dienen.
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In der 2 ist nochmals der Ventilschieber 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 mit einer Längsnut 46 im Gehäuse im Draufblick gezeigt. Auch hier ist zu erkennen, dass Gas neben dem Ventilschieber 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 vorbeiströmen kann und einen Druckausgleich vor und hinter ihm erzeugen kann, so dass der Ventilschieber 24 kräftefrei wird und die Rückstellfeder 42 ihn problemlos in die Offenstellung für den Normalbetrieb schieben kann.
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3 bis 6 zeigen zur Erklärung der Wirkungsweise die Absperrvorrichtung der 1 in vier unterschiedlichen Schaltzuständen.
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3 zeigt die fail-Safe Position der beiden Ventile Wasserstoffschaltventil 22 und Rezirkulationskreisabsperrventil 20, also die Ruhestellung, wenn alles stromlos ist. Da der Linearaktor 28 nicht arbeitet, drückt die Rückstellfeder 34 den Ventilschieber 26 des Wasserstoffschaltventils 22 in die rechte Endlage, wo der Ventilschieber 26 die Öffnung zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 verschließt. Das Wasserstoffschaltventil 22 ist also geschlossen. Das Hochdruckwasserstoffgas kann dann nicht von der Wasserstoffzuführung 10 zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 gelangen.
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Die zweite Rückstellfeder 42 drückt den Ventilschieber 24 des Rezirkulationskreisabsperrventils 20 in die linke Endlage, so dass der Ventilschieber 24 den Rezirkulationskreis offenlässt. Das Rezirkulationskreisabsperrventil 20 ist also geöffnet. Das Rezirkulationsgas kann so von der Rezirkulationsgaszuführung 12 nach oben zur Wasserstoffeinspritzvorrichtung und damit zum Stack gelangen.
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4 zeigt die beiden Ventile Wasserstoffschaltventil 22 und Rezirkulationskreisabsperrventil 20 in einer anderen Stellung. Der Linearaktor 28 ist nun bestromt und zieht den Ventilschieber 26 des Wasserstoffschaltventils 22 gegen die Wirkung der Feder 34 etwas nach links, sodass der Ventilschieber 26 die Öffnung zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 öffnet. Das Wasserstoffschaltventil 22 ist also geöffnet. Das Hochdruckwasserstoffgas kann so von der Wasserstoffzuführung 10 zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 gelangen.
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Dieses Hochdruckgas (oder der Wasserstoffversorgungsdruck) drückt den Ventilschieber 24 des Rezirkulationsabsperrventils 20 gegen die Wirkung der Feder 42 nach rechts, so dass der Ventilschieber 24 den Rezirkulationskreis verschließt. Das Rezirkulationskreisabsperrventil 20 ist also geschlossen. Das Rezirkulationsgas kann so nicht mehr von der Rezirkulationsgaszuführung 12 nach oben zur Wasserstoffeinspritzvorrichtung und damit zum Stack gelangen.
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5 zeigt die beiden Ventile Wasserstoffschaltventil 22 und Rezirkulationskreisabsperrventil 20 wieder in einer anderen Stellung. Der Linearaktor 28 ist nun stromlos geschaltet wodurch der Ventilschieber 26 des Wasserstoffschaltventils 22 federbelastet nach rechts wieder in die rechte Endstellung gedrückt ist, sodass der Ventilschieber 26 die Öffnung zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 schließt. Das Wasserstoffschaltventil 22 ist also geschlossen Frisches Hochdruckwasserstoffgas kann so nicht von der Wasserstoffzuführung 10 zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 gelangen.
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Der Ventilschieber 24 des Rezirkulationsabsperrventils 20 befindet sich aber wegen des noch wegen des an seiner linken Seite befindlichen Gases etwas rechts, also in der Stellung wie in 4, so dass der Ventilschieber 24 den Rezirkulationskreis immer noch verschließt. Das Rezirkulationskreisabsperrventil 20 ist also noch geschlossen. Das Rezirkulationsgas kann so immer noch nicht von der Rezirkulationsgaszuführung 12 nach oben zur Wasserstoffeinspritzvorrichtung und damit zum Stack gelangen. Allerdings baut sich der Wasserstoffversorgungsdruck im Raum links neben dem Ventilschieber 24 des Rezirkulationsabsperrventils 20 dank der Längsnut 46 langsam ab, sodass die Feder 42 beginnen kann, den Ventilschieber 24 langsam nach links zu schieben und so die Rezirkulationsleitung zu öffnen.
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In 6 ist dies nun passiert. Der Linearaktor 28 ist immer noch stromlos geschaltet wodurch die Feder 34 den Ventilschieber 26 des Wasserstoffschaltventils 22 rechts in der rechten Endstellung hält, sodass der Ventilschieber 26 die Öffnung zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 schließt. Das Wasserstoffschaltventil 22 ist also geschlossen Frisches Hochdruckwasserstoffgas kann so nicht von der Wasserstoffzuführung 10 zum Rezirkulationskreisabsperrventil 20 gelangen.
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Der Wasserstoffdruck an der linken Seite des Ventilschiebers 24 des Rezirkulationsabsperrventils 20 hat sich nun vollständig abgebaut, da das Gas über die Nut 46 in die Rezirkulationsgasleitung entwichen ist. Der Feder 42 ist es gelungen, den Ventilschiebers 24 des Rezirkulationsabsperrventils 20 ganz nach links zu schieben, in die Öffnungsstellung des Rezirkulationsabsperrventils 20. Das Rezirkulationsgas kann nun wieder von der Rezirkulationsgaszuführung 12 nach oben zur Wasserstoffeinspritzvorrichtung und damit zum Stack gelangen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wasserstoffzuführung
- 12
- Rezirkulationsgaszuführung
- 14
- Strahlpumpe
- 16
- Düse
- 18
- Düsennadel
- 20
- Rezirkulationskreisabsperrventil
- 22
- Wasserstoffschaltventil
- 24
- Ventilschieber des Rezirkulationskreisabsperrventils
- 26
- Ventilschieber des Wasserstoffschaltventils
- 28
- Linearaktor
- 30
- Anker
- 32
- Wasserstoffregelventil
- 34
- Rückstellfeder des Wasserstoffschaltventils
- 36
- Drucksensor
- 38
- Gasauslass zum Stack
- 40
- Überströmbohrung
- 42
- Rückstellfeder des Rezirkulationskreisabsperrventil
- 44
- Endlagendämpfung
- 46
- Längsnut
- 48
- Ventilsitz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/104191 A1 [0004]
- US 2014/0080016 A1 [0005]
