DE102021211060A1 - Fan device for a hydrogen circuit in a fuel cell device and method for operating a fan device - Google Patents

Fan device for a hydrogen circuit in a fuel cell device and method for operating a fan device Download PDF

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Andreas Beiter
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Gebläsevorrichtung (10) für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung umfassend ein Gehäuse (G) mit einer dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite und einer dem Wasserstoffkreis abgewandten Seite; ein Laufrad (SR) an der Wasserstoffkreis zugewandten Seite, mit welchem der Wasserstoff im Wasserstoffkreis bewegbar ist; eine Sensoreinrichtung (S) an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher ein Wasserstoffanteil und/oder eine Luftfeuchtigkeit und/oder eine Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite detektierbar ist; und eine Betriebselektronik (BE) an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher das Laufrad betreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (S) mit der Betriebselektronik (BE) verbaut oder mit dieser verbunden ist.The present invention provides a fan device (10) for a hydrogen circuit in a fuel cell device, comprising a housing (G) having a side facing the hydrogen circuit and a side facing away from the hydrogen circuit; an impeller (SR) on the side facing the hydrogen circuit, with which the hydrogen in the hydrogen circuit can be moved; a sensor device (S) on the side facing away from the hydrogen circuit, with which a hydrogen content and/or an air humidity and/or a temperature on the side facing away from the hydrogen circuit can be detected; and operating electronics (BE) on the side facing away from the hydrogen circuit, with which the impeller can be operated, the sensor device (S) being installed with or connected to the operating electronics (BE).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gebläsevorrichtung für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Gebläsevorrichtung.The present invention relates to a fan device for a hydrogen cycle in a fuel cell device and methods for operating a fan device.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Anwendung bekannter Brennstoffzellen-Systeme kann der nötige Wasserstoff im Anodenkreis der Brennstoffzelle im Kreis gefördert werden. Diese Kreisförderung ist als Rezirkulation bekannt, kann aber auch mit frischem Wasserstoff von einem Tank oder externer Zufuhr ergänzt werden. Für diese Rezirkulation kann unter anderem ein elektrisch angetriebenes Gebläse verwendet werden und beispielsweise auch eine Rezirkulationspumpe. Dabei kann für eine Verbindung zwischen dem elektrischen Gebläse, einem Antrieb und Elementen, welche mit Wasserstoff in Kontakt sein können, ein bestimmtes Sicherheitskonzept nötig sein. Üblicherweise kann die gesamte Elektronik des Gebläses vergossen sein, was teuer und nicht reversierbar (recycling) sein kann oder zumindest erschwert sein kann.When using known fuel cell systems, the necessary hydrogen can be circulated in the anode circuit of the fuel cell. This circulation is known as recirculation, but can also be supplemented with fresh hydrogen from a tank or external supply. For this recirculation, among other things, an electrically driven fan can be used and, for example, also a recirculation pump. A specific safety concept may be necessary for a connection between the electric fan, a drive and elements that can come into contact with hydrogen. Typically, all fan electronics can be potted, which can be expensive and irreversible (recyclable), or at least difficult.

In der DE112006003013B4 wird ein Tank mit einer Armatur und einem Ventil beschrieben, wobei das Ventil in der Armatur befestigt ist.In the DE112006003013B4 describes a tank with a fitting and a valve, the valve being mounted in the fitting.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Gebläsevorrichtung für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Gebläsevorrichtung nach Anspruch 9.The present invention provides a blowing device for a hydrogen cycle in a fuel cell device according to claim 1 and a method for operating a blowing device according to claim 9.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Gebläsevorrichtung für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Gebläsevorrichtung anzugeben, wobei ein Erkennen von einem Übertritt von Wasserstoff auf eine Elektronikseite verbessert werden kann.The idea on which the present invention is based is to specify a blower device for a hydrogen circuit in a fuel cell device and a method for operating a blower device, it being possible to improve detection of a transfer of hydrogen to an electronics side.

Erfindungsgemäß umfasst die Gebläsevorrichtung für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung ein Gehäuse mit einer dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite und einer dem Wasserstoffkreis abgewandten Seite; ein Laufrad an der Wasserstoffkreis zugewandten Seite, mit welchem der Wasserstoff im Wasserstoffkreis bewegbar ist; eine Sensoreinrichtung an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher ein Wasserstoffanteil und/oder eine Luftfeuchtigkeit und/oder eine Temperatur und/oder eine Druckvariation an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite detektierbar ist; und eine Betriebselektronik an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher das Laufrad betreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung mit der Betriebselektronik verbaut oder mit dieser verbunden ist.According to the invention, the blower device for a hydrogen cycle in a fuel cell device comprises a housing having a side facing toward the hydrogen cycle and a side facing away from the hydrogen cycle; an impeller on the hydrogen cycle side, with which the hydrogen in the hydrogen cycle is movable; a sensor device on the side facing away from the hydrogen circuit, with which a hydrogen content and/or an air humidity and/or a temperature and/or a pressure variation on the side facing away from the hydrogen circuit can be detected; and operating electronics on the side facing away from the hydrogen circuit, with which the impeller can be operated, the sensor device being built into or connected to the operating electronics.

Bei der Druckvariation kann es sich um einen Druckanstieg oder eine Druckverminderung handeln, und es kann erkannt werden, wenn dieser einen Grenzwert überschreitet.The pressure variation can be an increase or decrease in pressure and can be detected when it exceeds a threshold.

Bei dem Wasserstoffkreis kann es sich beispielsweise um den Anodenkreis handeln. Als dem Wasserstoff zugewandte Seite kann jedes Bauteil oder Ausrichtung oder Abschnitt verstanden werden, welcher den Wasserstoffleitungen zugewandt sein kann, dabei indirekt oder direkt mit dem Wasserstoff in Kontakt stehen kann oder dafür ausgelegt sein kann mit Wasserstoff in Berührung zu kommen. Die dem Wasserstoff abgewandte Seite kann dann jede Orientierung oder Positionierung der einzelnen Bauteile oder der gesamten Gehäuseseite betreffen so dass diese nach vorgesehener Ausrichtung und Betrieb keinen oder wenig und kurzzeitigen Kontakt mit dem Wasserstoff haben, dabei indirekt oder direkt in Kontakt. So kann die Sensoreinrichtung üblicherweise eine Luft oder eine andere Umgebung von Bauteilen oder eines Gehäusebereichs überwachen und dabei mit sehr wenig oder keinem Wasserstoff in Kontakt stehen, wenn ein Normalbetrieb vorliegt. Im Falle eines Wasserstofflecks, also eines Übertrags von Wasserstoff von der dem Wasserstoff zugewandten Seite auf die abgewandte Seite und zur Sensoreinrichtung kann dann ein Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts einer Wasserstoffkonzentration in der Umgebung der Sensoreinrichtung durch letztere erkannt werden und an eine Steuereinrichtung zur Auswertung und/oder zum Auslösen eines Alarms und/oder zum Aufzeigen der Information über das Überschreiten des Grenzwerts ausgegeben werden oder dass die Wahrscheinlichkeit dazu erhöht ist. Auf diese Weise kann die Betriebselektronik vor dem Wasserstoff geschützt werden oder die Gefahr dieses verringert werden und auch die Gefahr, dass eine heiße Betriebselektronik den Wasserstoff zündet zumindest verringert werden, wobei auch eine Temperatur der Betriebselektronik ermittelt und/oder reduziert werden kann, etwa durch einen Temperatursensor und durch die Steuereinrichtung, welche den Betrieb der Betriebselektronik entsprechend zurückfahren oder beibehalten kann.The hydrogen circuit can be the anode circuit, for example. The side facing the hydrogen can be understood to mean any component or orientation or section which can face the hydrogen lines, while being in direct or indirect contact with the hydrogen or being designed to be in contact with the hydrogen. The side facing away from the hydrogen can then relate to any orientation or positioning of the individual components or the entire side of the housing so that after the intended alignment and operation they have little or no short-term contact with the hydrogen, thereby indirectly or directly in contact. Thus, the sensor device can typically monitor an air or other environment of components or a housing area and be in contact with very little or no hydrogen when normal operation is present. In the event of a hydrogen leak, i.e. a transfer of hydrogen from the side facing the hydrogen to the side facing away and to the sensor device, exceeding a predetermined limit value of a hydrogen concentration in the vicinity of the sensor device can then be detected by the latter and sent to a control device for evaluation and/or to trigger an alarm and/or to display information about exceeding the limit value or that the probability of this is increased. In this way, the operating electronics can be protected from the hydrogen or the risk of this can be reduced and the risk of hot operating electronics igniting the hydrogen can also be at least reduced, with a temperature of the operating electronics being able to be determined and/or reduced, for example by a Temperature sensor and by the control device, which can retract or maintain the operation of the operating electronics accordingly.

Die Gebläsevorrichtung kann vorteilhaft für alle Brennstoffzellensysteme mit Wasserstoffdosierventil und Rezirkulation genutzt werden.The blower device can be used advantageously for all fuel cell systems with a hydrogen metering valve and recirculation.

Die Sensoreinrichtung kann mit der Betriebselektronik verbaut sein, also mit dieser integriert oder nah (innerhalb des Gehäuses) an dieser montiert sein, so dass die Umgebungsbedingungen in der Nähe der Betriebselektronik erfasst werden können.The sensor device can be installed with the operating electronics, that is to say integrated with it or mounted close to it (within the housing), so that the environmental conditions in the vicinity of the operating electronics can be detected.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung ist die Sensoreinrichtung als separates Bauteil an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite im Gehäuse montiert oder in die Betriebselektronik integriert.According to a preferred embodiment of the blower device, the sensor device is mounted as a separate component on the side facing away from the hydrogen circuit in the housing or is integrated into the operating electronics.

Die Sensoreinrichtung kann mit der Betriebselektronik kombiniert sein, wodurch ein kompaktes Bauteil erzeugt werden kann. Alternativ dazu kann die Sensoreinrichtung auch von der Betriebselektronik getrennt sein, etwa für den Fall, dass eine Wärmebeeinflussung der Sensoreinrichtung durch eine Wärme der Betriebselektronik verringert werden soll.The sensor device can be combined with the operating electronics, as a result of which a compact component can be produced. As an alternative to this, the sensor device can also be separate from the operating electronics, for example in the event that a thermal effect on the sensor device due to heat from the operating electronics is to be reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung ist die dem Wasserstoffkreis abgewandte Seite gegenüber der dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite durch eine Dichtungseinrichtung abgedichtet.According to a preferred embodiment of the blower device, the side facing away from the hydrogen circuit is sealed off from the side facing the hydrogen circuit by a sealing device.

Bei einer intakten Dichtungseinrichtung kann ein Übertrag von Wasserstoff auf die dem Wasserstoff abgewandte Seite nahezu vermieden werden oder die Gefahr dazu zumindest signifikant verringert sein. Die Sensoreinrichtung kann den Gehalt des Wasserstoffs an der dem Wasserstoff abgewandten Seite ermitteln, und dadurch darauf rückschließen, in welchem Grad die Dichtungseinrichtung noch intakt ist.If the sealing device is intact, a transfer of hydrogen to the side facing away from the hydrogen can be almost completely avoided or the risk of this can at least be significantly reduced. The sensor device can determine the content of the hydrogen on the side facing away from the hydrogen and can thus draw conclusions as to the degree to which the sealing device is still intact.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung umfasst die Dichtungseinrichtung einen O-Ring.According to a preferred embodiment of the blower device, the sealing device comprises an O-ring.

Mit einem O-Ring kann vorteilhaft eine den Stator oder ein anderes Bauteil der Gebläsevorrichtung, welches sich mit einem Übergangsbereich von einer dem Wasserstoff zugewandten Seite zu einer dem Wasserstoff abgewandten Seite erstreckt, an diesem Übergangsbereich vorteilhaft dicht oder größtenteils dicht für einen Übertrag des Wasserstoffs abgeschlossen /abgedichtet sein.With an O-ring, the stator or another component of the blower device, which extends with a transition area from a side facing the hydrogen to a side facing away from the hydrogen, can advantageously be closed tightly or mostly tightly at this transition area for a transfer of the hydrogen /be sealed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung umfasst die Betriebselektronik eine Steuereinrichtung, mit welcher ein Messsignal der Sensoreinrichtung auswertbar ist und bei Überschreiten eines Grenzwertes für die Temperatur und/oder des Wasserstoffanteils und/oder der Luftfeuchtigkeit und/oder des Drucks ein Betrieb der Gebläsevorrichtung verringerbar oder einstellbar ist.According to a preferred embodiment of the blower device, the operating electronics include a control device with which a measurement signal of the sensor device can be evaluated and, if a limit value for the temperature and/or the hydrogen content and/or the humidity and/or the pressure is exceeded, operation of the blower device can be reduced or adjusted is.

Durch die Steuereinrichtung kann mit den Messdaten von der Sensoreinrichtung auf einen bestehenden Übertrag von Wasserstoff auf die dem Wasserstoff abgewandte Seite rückgeschlossen werden und auch der Grad oder der Anteil des übertretenden Wasserstoffs bestimmt werden. Dieser Übertrag kann aus der Temperatur, der Luftfeuchte und/oder des direkt gemessenen Wasserstoffanteils ermittelt werden. So kann beispielsweise eine ansteigende Luftfeuchte auf einen Übertrag bestimmter Mengen Wasserstoff erkennen lassen, da sich dieser mit der Luft dann als Feuchtigkeit ausbilden kann. Ebenso kann eine Veränderung der Temperatur auf einen Wärmefluss oder latente Wärmeprozesse rückschließen lassen, welche dann auf die Anwesenheit von Wasserstoff hinweisen können.The control device can use the measurement data from the sensor device to draw conclusions about an existing transfer of hydrogen to the side facing away from the hydrogen and also to determine the degree or proportion of the transferred hydrogen. This transfer can be determined from the temperature, the air humidity and/or the directly measured hydrogen content. For example, increasing humidity can indicate a transfer of certain amounts of hydrogen, since this can then form as moisture with the air. Likewise, a change in temperature can indicate a heat flow or latent heat processes, which can then indicate the presence of hydrogen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung umfasst diese einen Stator mit einem Elektromagnet und einen Rotor, wobei der Elektromagnet mit der Betriebselektronik verbunden und durch diese steuerbar ist.According to a preferred embodiment of the blower device, it comprises a stator with an electromagnet and a rotor, the electromagnet being connected to the operating electronics and controllable by them.

Der Betrieb des Elektromagneten kann dadurch in Abhängigkeit von dem an der Sensoreinrichtung ermittelten Wasserstoffgehaltes an der Sensoreinrichtung betrieben werden.As a result, the operation of the electromagnet can be operated as a function of the hydrogen content determined at the sensor device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung ist die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet, eine vorbestimmte Konzentration eines Kohlenwasserstoffes zu detektieren.According to a preferred embodiment of the blower device, the sensor device is set up to detect a predetermined concentration of a hydrocarbon.

Durch die Bildung von Kohlenwasserstoffen kann auf den Übertrag von Wasserstoff und auch auf eine Menge dieses rückgeschlossen werden, insbesondere wenn die Art des Kohlenwasserstoffes oder dessen Menge mit einem Referenzwert verglichen werden.The formation of hydrocarbons allows conclusions to be drawn about the transfer of hydrogen and also about a quantity of this, in particular if the type of hydrocarbon or its quantity is compared with a reference value.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Gebläsevorrichtung ist für einen Normalbetrieb der Gebläsevorrichtung eine Vorgabemenge an Luft in dem Gehäuse an der dem Wasserstoffkreis abgewandten Seite enthalten.According to a preferred embodiment of the blower device, a default quantity of air is contained in the housing on the side facing away from the hydrogen circuit for normal operation of the blower device.

Dadurch kann eine vorbestimmte Messung der Umgebung der Sensoreinrichtung bekannt sein und ab einer bestimmten Abweichung davon, etwa in der Luftgüte, Temperatur, Feuchtigkeit oder ähnliches, kann auf ein Vorliegen eines Übertrags an Wasserstoff geschlossen werden. Dazu kann es zum Überschreiten eines Grenzwerts kommen.As a result, a predetermined measurement of the surroundings of the sensor device can be known and from a specific deviation therefrom, for example in the air quality, temperature, humidity or the like, it can be concluded that there is a transfer of hydrogen. This can result in a limit value being exceeded.

Durch die Gebläsevorrichtung kann die dem Wasserstoff abgewandte Seite, etwa als die elektrische Seite des Gebläses (beispielsweise mit der Betriebselektronik und Steuereinrichtung versehene Seite) mit der Steuereinrichtung oder einer anderen Überwachungseinrichtung ausgestattet sein, die alle kritischen Zustände erfassen kann.The blower device allows the side facing away from the hydrogen, for example as the electrical side of the blower (for example the side provided with the operating electronics and control device), to be equipped with the control device or another monitoring device that can detect all critical states.

Die Sensoreinrichtung kann dazu auf der Betriebselektronik als integrierte Elektronik zur Drehzahlregelung des Gebläses als Luftgütesensor oder eine andere Sensorart integriert sein. Dabei kann sich nach der Montage/Herstellung der Gebläsevorrichtung nur Luft oder verschwindet wenig Fremdsubstanzen im Bereich der Sensoreinrichtung befinden, wenn die Dichtungseinrichtung in Ordnung ist. Das dann erhaltene Signal des Luftgütesensors kann als Referenz abgelegt werden um die Detektionsschwelle (Grenzwert) hinsichtlich der Feinfühligkeit zu verbessern. Damit können auch ausgasende Elektronikbauteile mit abgeglichen und erkannt oder für die Luftgütemessung und den Wasserstoffgehalt als Referenz berücksichtigt werden. Wird die Dichtungseinrichtung zwischen Wasserstoff und Elektronik fehlerhaft, kann die Sensoreinrichtung dieses besonders früh erkennen, da diese zur Erkennung auf kleinste Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen, zu denen auch Wasserstoff zählt, ausgelegt sein kann.For this purpose, the sensor device can be integrated on the operating electronics as integrated electronics for controlling the speed of the blower as an air quality sensor or another type of sensor. After the assembly/manufacture of the blower device, only air or a few foreign substances can disappear in the area of the sensor device if the sealing device is in order. The signal then obtained from the air quality sensor can be stored as a reference in order to improve the detection threshold (limit value) in terms of sensitivity. This means that outgassing electronic components can also be compared and recognized or taken into account as a reference for air quality measurement and the hydrogen content. If the sealing device between the hydrogen and the electronics is defective, the sensor device can detect this particularly early, since it can be designed to detect the smallest concentrations of hydrocarbons, which also include hydrogen.

Eine Undichtigkeit der Dichtungseinrichtung kann auch zu einem Druckanstieg und/oder Temperaturveränderung im Gehäuse führen, welche wiederum von der Sensoreinrichtung erfasst werden kann. Reagiert in die dem Wasserstoff abgewandte Seite eintretender Wasserstoff mit dem vorhandenen Sauerstoff, so entsteht Produktwasser, welches wiederum über die steigende Luftfeuchte vom Sensor erfasst werden kann. Der integrierte Temperatursensor kann zusätzlich vor einer überhitzten Elektronik warnen.A leak in the sealing device can also lead to a pressure increase and/or temperature change in the housing, which in turn can be detected by the sensor device. If hydrogen entering the side facing away from the hydrogen reacts with the oxygen present, product water is produced, which in turn can be detected by the sensor via the increasing humidity. The integrated temperature sensor can also warn of overheated electronics.

Bekannte Bauteiltemperaturen verbessern auch die Regelung, da der Toleranzvorhalt für die Bauteile reduziert werden kann. Die genutzten Sensoren sind mit ca. 3×3×0.8 mm3 sehr klein und lassen sich gut integrieren. Damit lassen sich auch redundante Schaltungen aufbauen. Teure Vergussprozesse können entfallen. Ein Recyclingkonzept kann ebenso gegeben sein. Fehlerquellen können besser identifiziert werden.Knowing the component temperatures also improves the control since the tolerance allowance for the components can be reduced. The sensors used are very small at approx. 3×3×0.8 mm 3 and can be easily integrated. This means that redundant circuits can also be set up. Expensive casting processes can be omitted. A recycling concept can also be given. Sources of error can be better identified.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Gebläsevorrichtung; ein Ermitteln einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite über die Sensoreinrichtung; ein Vergleichen der Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur mit einem jeweiligen vorbestimmten Grenzwert; ein Betreiben der Betriebselektronik und/oder des Laufrads oder Einstellen des Betriebs der Betriebselektronik und/oder des Laufrads in Abhängigkeit von der ermittelten Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite.According to the invention, a blower device according to the invention is provided in the method; determining an air humidity and/or a temperature on the side facing away from the hydrogen circuit via the sensor device; a comparison of the air humidity and/or temperature with a respective predetermined limit value; operating the operating electronics and/or the impeller or adjusting the operation of the operating electronics and/or the impeller depending on the determined air humidity and/or temperature on the side facing away from the hydrogen circuit.

Bei dem Einstellen kann ein Ausschalten erfolgen oder es kann der Betrieb nur reduziert werden, also eine Rückmeldung an das zentrale Steuergerät erfolgen, dass dieser Betriebspunkt so nicht zu betreiben ist und auf eine alternative Betriebsstrategie umgeschaltet werden soll. Erst wenn eine Vorgabe verletzt wird, kann abgeschaltet werden (das könnte ein großes Leck sein).During the setting, the system can be switched off or the operation can only be reduced, ie feedback can be given to the central control unit that this operating point cannot be operated in this way and an alternative operating strategy should be switched to. Only when a specification is violated can it be shut down (that could be a big leak).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird mit der Sensoreinrichtung eine Temperatur der Betriebselektronik und/oder eine Luftfeuchtigkeit an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite ermittelt und daraus auf eine Konzentration des Wasserstoffs in einem Übertrag von der Wasserstoffkreis zugewandten Seite zur Wasserstoffkreis abgewandten Seite ermittelt.According to a preferred embodiment of the method, the sensor device is used to determine a temperature of the operating electronics and/or an air humidity on the side facing away from the hydrogen circuit and from this a concentration of the hydrogen in a transfer from the side facing the hydrogen circuit to the side facing away from the hydrogen circuit is determined.

Die Gebläsevorrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The fan device can also be characterized by the features mentioned in connection with the method and its advantages and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention result from the following description with reference to the attached drawings.

Figurenlistecharacter list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Gebläsevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Gebläsevorrichtung in einem Wasserstoffzulauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Betreiben einer Gebläsevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fan device according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a schematic representation of a fan device in a hydrogen inlet according to an embodiment of the present invention;
  • 3 a block diagram of method steps of the method for operating a fan device according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote the same elements or elements with the same function.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gebläsevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of a fan device according to an embodiment of the present invention.

Die Gebläsevorrichtung 10 für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung umfasst ein Gehäuse G mit einer dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite ZS und einer dem Wasserstoffkreis abgewandten Seite AS; ein Laufrad SR an der Wasserstoffkreis zugewandten Seite ZS, mit welchem der Wasserstoff im Wasserstoffkreis bewegbar ist; eine Sensoreinrichtung S an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite AS, mit welcher ein Wasserstoffanteil und/oder eine Luftfeuchtigkeit und/oder eine Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite detektierbar ist; und eine Betriebselektronik BE an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher das Laufrad betreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung S mit der Betriebselektronik BE verbaut oder mit dieser verbunden ist. Es kann vorteilhaft die dem Wasserstoffkreis abgewandte Seite AS gegenüber der dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite ZS durch eine Dichtungseinrichtung DE abgedichtet sein. Dabei kann die Dichtungseinrichtung DE einen O-Ring umfassen. Es kann die Betriebselektronik BE eine Steuereinrichtung SE umfassen oder mit einer solchen verbunden sein, mit welcher ein Messsignal der Sensoreinrichtung S auswertbar sein kann und bei Überschreiten eines Grenzwertes für die Temperatur und/oder des Wasserstoffanteils und/oder der Luftfeuchtigkeit ein Betrieb der Gebläsevorrichtung 10 verringerbar oder einstellbar sein kann. Die Gebläsevorrichtung 10 kann einen Stator ST (schematisch angedeutet, beispielsweise im Querschnitt) mit einem Elektromagnet oder einer Magneteinrichtung als Spule ME und einen Rotor umfassen, wobei der Elektromagnet oder die Magneteinrichtung mit der Betriebselektronik BE verbunden und durch diese steuerbar sein kann.The fan device 10 for a hydrogen circuit in a fuel cell device comprises a housing G with a side ZS facing the hydrogen circuit and a side AS facing away from the hydrogen circuit; an impeller SR on the side ZS facing the hydrogen circuit, with which the hydrogen can be moved in the hydrogen circuit is; a sensor device S on the side AS facing away from the hydrogen circuit, with which a hydrogen content and/or an air humidity and/or a temperature on the side facing away from the hydrogen circuit can be detected; and operating electronics BE on the side facing away from the hydrogen circuit, with which the impeller can be operated, the sensor device S being built into or connected to the operating electronics BE. Advantageously, the side AS facing away from the hydrogen circuit can be sealed off from the side ZS facing the hydrogen circuit by a sealing device DE. The sealing device DE can include an O-ring. The operating electronics BE can include a control device SE or can be connected to such a device, with which a measurement signal from the sensor device S can be evaluated and, if a limit value for the temperature and/or the hydrogen content and/or the air humidity is exceeded, operation of the blower device 10 can be reduced or can be adjustable. The blower device 10 can include a stator ST (schematically indicated, for example in cross section) with an electromagnet or a magnetic device as a coil ME and a rotor, wherein the electromagnet or the magnetic device can be connected to the operating electronics BE and can be controlled by them.

Das Gehäuse G kann so an der dem Wasserstoff zugewandten Seite ZS die wasserstoffbenetzten Teile wie Laufrad SR mit der Beschaufelung BS umfassen.The housing G can thus include the hydrogen-wetted parts, such as the impeller SR with the blading BS, on the side ZS facing the hydrogen.

Die Betriebselektronik BE kann als Elektronikbaugruppe ausgeformt sein. Im Luftraum, auf der Elektronikplatine der Betriebselektronik BE kann der Luftgütesensor integriert sein.The operating electronics BE can be formed as an electronic assembly. The air quality sensor can be integrated in the air space on the circuit board of the operating electronics BE.

Tritt nun Wasserstoff über die Dichtung DE auf die dem Wasserstoff abgewandte Seite AS kann dies durch den Sensor auf vielfache Art detektiert werden. Es kann durch den Wasserstoff selbst der Luftgütesensor ansprechen, der Druckanstieg (Druck im Anodenkreis ist höher als in der Umgebung der Elektronik) kann ebenfalls erkannt werden und kommt es zu einer Reaktion mit dem vorhandenen Sauerstoff so steigt die Luftfeuchte an, die ebenfalls von dem Sensor gemessen werden kann. Die integrierte Temperaturmessung kann zu Überwachung der Schaltung verwendet werden - aber auch zur Verbesserung der Regelgüte, da die Betriebstemperaturen der elektronischen Bauteile bekannt sein können.If hydrogen now occurs via the seal DE on the side AS facing away from the hydrogen, this can be detected by the sensor in many ways. The air quality sensor can respond through the hydrogen itself, the pressure increase (pressure in the anode circuit is higher than in the area around the electronics) can also be detected and if there is a reaction with the available oxygen, the air humidity increases, which is also detected by the sensor can be measured. The integrated temperature measurement can be used to monitor the circuit - but also to improve the control quality, since the operating temperatures of the electronic components can be known.

Da diese Sorte Sensoren sehr klein baut, kann in dem vorhandenen Bauraum auch eine redundante Überwachungsschaltung umgesetzt werden. Die 1 zeigt insgesamt einen schematischen Schnitt durch ein Rezirkulationsgebläse des Anodenkreises.Since this type of sensor is very small, a redundant monitoring circuit can also be implemented in the available space. The 1 shows overall a schematic section through a recirculation fan of the anode circuit.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Gebläsevorrichtung in einem Wasserstoffzulauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic representation of a fan device in a hydrogen inlet according to an embodiment of the present invention.

Die Gebläsevorrichtung 10 kann in einen Anodenkreis einer Brennstoffzelle BZ verschaltet sein. Dabei kann ein Rezirkulationskreis RZ (nur teilweise gezeigt) des Wasserstoffs vorhanden sein und Wasserstoff von der Anodenseite der Brennstoffzelle über die Gebläsevorrichtung 10 wieder zurück zur Brennstoffzelle führen. Des Weiteren kann eine Zuleitung ZL vorhanden sein und (frischen) Wasserstoff von einer externen Quelle oder einem Tank der Brennstoffzelle zuführen. Dieser zugeführte Wasserstoff kann dann mit der Rezirkulation vermischt werden und durch das Gebläse zur Brennstoffzelle geleitet werden, wobei die dem Wasserstoff zugewandten Bereiche der Gebläsevorrichtung 10 vom Wasserstoff durchströmt oder zumindest in Kontakt sein können.The blower device 10 can be connected into an anode circuit of a fuel cell BZ. In this case, a recirculation circuit RZ (only partially shown) for the hydrogen can be present and can conduct hydrogen from the anode side of the fuel cell back to the fuel cell via the blower device 10 . Furthermore, a supply line ZL can be present and supply (fresh) hydrogen from an external source or a tank to the fuel cell. This supplied hydrogen can then be mixed with the recirculation and passed through the blower to the fuel cell, wherein the hydrogen can flow through or at least be in contact with the regions of the blower device 10 facing the hydrogen.

3 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Betreiben einer Gebläsevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a block diagram of method steps of the method for operating a blower device according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren erfolgt ein Bereitstellen S1 einer erfindungsgemäßen Gebläsevorrichtung; ein Ermitteln S2 einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite über die Sensoreinrichtung; ein Vergleichen S3 der Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur mit einem jeweiligen vorbestimmten Grenzwert; ein Betreiben S4 der Betriebselektronik und/oder des Laufrads oder Einstellen des Betriebs der Betriebselektronik und/oder des Laufrads in Abhängigkeit von der ermittelten Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite.In the method, a blower device according to the invention is provided S1; determining S2 an air humidity and/or a temperature on the side facing away from the hydrogen circuit via the sensor device; a comparison S3 of the air humidity and/or temperature with a respective predetermined limit value; operating S4 the operating electronics and/or the impeller or setting the operation of the operating electronics and/or the impeller depending on the determined air humidity and/or temperature on the side facing away from the hydrogen circuit.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto but can be modified in a variety of ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 112006003013 B4 [0003]DE 112006003013 B4 [0003]

Claims (10)

Gebläsevorrichtung (10) für einen Wasserstoffkreis in einer Brennstoffzelleneinrichtung umfassend: - ein Gehäuse (G) mit einer dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite und einer dem Wasserstoffkreis abgewandten Seite; - ein Laufrad (SR) an der Wasserstoffkreis zugewandten Seite, mit welchem der Wasserstoff im Wasserstoffkreis bewegbar ist; - eine Sensoreinrichtung (S) an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher ein Wasserstoffanteil und/oder eine Luftfeuchtigkeit und/oder eine Temperatur und/oder eine Druckvariation an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite detektierbar ist; und - eine Betriebselektronik (BE) an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite, mit welcher das Laufrad betreibbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (S) mit der Betriebselektronik (BE) verbaut oder mit dieser verbunden ist.Fan device (10) for a hydrogen circuit in a fuel cell device comprising: - A housing (G) having a side facing the hydrogen circuit and a side facing away from the hydrogen circuit; - An impeller (SR) on the side facing the hydrogen circuit, with which the hydrogen in the hydrogen circuit can be moved; - a sensor device (S) on the side facing away from the hydrogen circuit, with which a hydrogen content and/or an air humidity and/or a temperature and/or a pressure variation on the side facing away from the hydrogen circuit can be detected; and - Operating electronics (BE) on the side facing away from the hydrogen circuit, with which the impeller can be operated, the sensor device (S) being installed with the operating electronics (BE) or connected to it. Gebläsevorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei welcher die Sensoreinrichtung (S) als separates Bauteil an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite im Gehäuse (G) montiert ist oder in die Betriebselektronik (BE) integriert ist.Fan device (10) after claim 1 In which the sensor device (S) is mounted as a separate component on the side facing away from the hydrogen circuit in the housing (G) or is integrated into the operating electronics (BE). Gebläsevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die dem Wasserstoffkreis abgewandte Seite (AS) gegenüber der dem Wasserstoffkreis zugewandten Seite (ZS) durch eine Dichtungseinrichtung (DE) abgedichtet ist.Fan device (10) after claim 1 or 2 , in which the side facing away from the hydrogen circuit (AS) is sealed off from the side (ZS) facing the hydrogen circuit by a sealing device (DE). Gebläsevorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei welcher die Dichtungseinrichtung (DE) einen O-Ring umfasst.Fan device (10) after claim 3 , in which the sealing device (DE) comprises an O-ring. Gebläsevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Betriebselektronik (BE) eine Steuereinrichtung (SE) umfasst, mit welcher ein Messsignal der Sensoreinrichtung (S) auswertbar ist und bei Überschreiten eines Grenzwertes für die Temperatur und/oder des Wasserstoffanteils und/oder der Luftfeuchtigkeit und/oder des Drucks ein Betrieb der Gebläsevorrichtung (10) verringerbar oder einstellbar ist.Fan device (10) according to one of Claims 1 until 4 , in which the operating electronics (BE) comprises a control device (SE) with which a measurement signal from the sensor device (S) can be evaluated and when a limit value for the temperature and/or the hydrogen content and/or the humidity and/or the pressure is exceeded Operation of the fan device (10) can be reduced or adjusted. Gebläsevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche einen Stator mit einem Elektromagnet (ME) und einen Rotor umfasst, wobei der Elektromagnet (ME) mit der Betriebselektronik (BE) verbunden und durch diese steuerbar ist.Fan device (10) according to one of Claims 1 until 5 , which comprises a stator with an electromagnet (ME) and a rotor, wherein the electromagnet (ME) is connected to the operating electronics (BE) and can be controlled by it. Gebläsevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Sensoreinrichtung (S) dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Konzentration eines Kohlenwasserstoffes zu detektieren.Fan device (10) according to one of Claims 1 until 6 , in which the sensor device (S) is set up to detect a predetermined concentration of a hydrocarbon. Gebläsevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher für einen Normalbetrieb der Gebläsevorrichtung eine Vorgabemenge an Luft in dem Gehäuse (G) an der dem Wasserstoffkreis abgewandten Seite (AS) enthalten ist.Fan device (10) according to one of Claims 1 until 7 , in which for normal operation of the blower device a default amount of air is contained in the housing (G) on the side facing away from the hydrogen circuit (AS). Verfahren zum Betrieben einer Gebläsevorrichtung (10), umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S1) einer Gebläsevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8; - Ermitteln (S2) einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite (AS) über die Sensoreinrichtung (S); - Vergleichen (S3) der Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur mit einem jeweiligen vorbestimmten Grenzwert; - Betreiben (S4) der Betriebselektronik (BE) und/oder des Laufrads (SR) oder Einstellen des Betriebs der Betriebselektronik (BE) und/oder des Laufrads (SR) in Abhängigkeit von der ermittelten Luftfeuchtigkeit und/oder Temperatur an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite (AS).Method for operating a blower device (10), comprising the steps: - Providing (S1) a blower device (10) according to one of Claims 1 until 8th ; - Determining (S2) an air humidity and/or a temperature on the side (AS) facing away from the hydrogen circuit via the sensor device (S); - Comparing (S3) the humidity and/or temperature with a respective predetermined limit value; - Operating (S4) the operating electronics (BE) and/or the impeller (SR) or setting the operation of the operating electronics (BE) and/or the impeller (SR) depending on the determined humidity and/or temperature on the side facing away from the hydrogen circuit (AS). Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem mit der Sensoreinrichtung (S) eine Temperatur der Betriebselektronik (BE) und/oder eine Luftfeuchtigkeit an der Wasserstoffkreis abgewandten Seite (AS) ermittelt wird und daraus auf eine Konzentration des Wasserstoffs in einem Übertrag von der Wasserstoffkreis zugewandten Seite (ZS) zur Wasserstoffkreis abgewandten Seite (AS) ermittelt wird.procedure after claim 9 , in which the sensor device (S) is used to determine a temperature of the operating electronics (BE) and/or an air humidity on the side (AS) facing away from the hydrogen circuit and from this a concentration of the hydrogen in a transfer from the side (ZS) facing the hydrogen circuit to Hydrogen circuit side facing away (AS) is determined.
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