DE19956224B4 - compressor control - Google Patents

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Abstract

Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette zwei voneinander unabhängige Gasventile (3; 4, 11) vorgesehen sind, wobei die beiden Gasventile (3; 4, 11) in Reihe zur Saugseite (19) des Verdichters (6) geschaltet sind, wobei das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (4) in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) gesteuert ist und über eine Steuerleitung (5) mit der Druckseite des Verdichters (6) verbunden ist oder das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (11) von einem mit der Saug- und der Druckseite des Verdichters (6) verbundenen Differenzdruckmesser (10) gesteuert ist, der über eine Signalleitung (12) mit diesem Gasventil (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) oder vom Differenzdruckmesser (10) gesteuerten Gasventil (4, 11) ein Rückschlagventil (8), welches bei Unterdruck auf der Saugseite (19) des Verdichters (6) öffnet, parallel geschaltet ist.Compressor control for a fuel cell assembly, in which for a gas side safety chain two independent gas valves (3; 4, 11) are provided, wherein the two gas valves (3; 4, 11) are connected in series to the suction side (19) of the compressor (6) in which the gas valve (4) immediately upstream of the compressor (6) is controlled as a function of the outlet pressure of the compressor (6) and is connected via a control line (5) to the pressure side of the compressor (6) or directly to the compressor (6) upstream gas valve (11) is controlled by a with the suction and the pressure side of the compressor (6) connected differential pressure gauge (10) which is connected via a signal line (12) with this gas valve (11), characterized in that to the in Depending on the output pressure of the compressor (6) or by the differential pressure gauge (10) controlled gas valve (4, 11), a check valve (8), which at negative pressure on the suction side (19) of Verdi chters (6) opens, is connected in parallel.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichtersteuerung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.The The invention relates to a compressor control according to the preamble of the independent Claim.

Zum Betrieb einer Brennstoffzelle ist ein bestimmter Druck auf der Gas- und der Luftseite erforderlich, der den Wirkungsgrad entscheidend beeinflusst. Mit zunehmender Verdichterarbeit wird jedoch der Systemwirkungsgrad einer Brennstoffzellenanlage, die einen Reformer, einen Verdichter, Pumpen, die eigentliche Brennstoffzelle und weitere Komponenten umfasst, reduziert. Daher ist es notwendig, einen geringen Druckverlust im System zu erreichen.To the Operation of a fuel cell is a certain pressure on the gas and the air side required, which determines the efficiency affected. However, with increasing compressor work, the system efficiency becomes a fuel cell plant comprising a reformer, a compressor, Pumps, the actual fuel cell and other components includes, reduced. Therefore, it is necessary to have a low pressure loss in the system.

Für eine gasseitige Sicherheitskette sind bei Gasgeräten zwei voneinander unabhängige Gasventile erforderlich, von denen eines in der Regel auch eine Gasdurchsatzregelung vornimmt. Bei einer Brennstoffzellenanordnung mit einem Verdichter muss jedoch sichergestellt werden, dass bei einem Betrieb des Verdichters die Gasventile geöffnet sind. Andernfalls könnte durch den Verdichter ein Unterdruck in den Gasleitungen gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt werden, der das Eindringen von Luft in den Gasweg möglich macht.For a gas side Safety chain are on gas appliances two independent Gas valves required, one of which is usually a Gas flow rate control makes. In a fuel cell assembly with a compressor, however, must be ensured at an operation of the compressor, the gas valves are open. Otherwise, could through the compressor is a negative pressure in the gas lines relative to the atmospheric pressure be generated, which makes the penetration of air into the gas path possible.

Aus DE 29 33 084 A1 ist eine Druckluftanlage bekannt, bei der in Abhängigkeit des Druckes auf der Druckseite eines Kompressors ein Ventil auf der Saugseite gesteuert wird. DE 33 01 049 A1 zeigt eine Schraubenverdichteranlage, bei der ebenfalls mittels des Druckes auf der Druckseite des Verdichters ein Ventil auf der Saugseite gesteuert wird.Out DE 29 33 084 A1 a compressed air system is known in which a valve on the suction side is controlled in dependence on the pressure on the pressure side of a compressor. DE 33 01 049 A1 shows a screw compressor system, in which also by means of the pressure on the pressure side of the compressor, a valve on the suction side is controlled.

DE 2 003 005 A befasst sich mit einer Pressluftversorgung, bei der der Differenzdruck am Kompressor zur Steuerung einer Drosselklappe im Luftweg dient. DE 2 003 005 A deals with a compressed air supply in which the differential pressure at the compressor is used to control a throttle in the airway.

DE 31 36 949 A1 zeigt eine Drucklufterzeugeranlage mit Druckregeleinrichtung. DE 40 01 329 C2 zeigt eine Gasarmatur mit Gasdruckregler. DE 31 36 949 A1 shows a compressed air generator system with pressure control device. DE 40 01 329 C2 shows a gas fitting with gas pressure regulator.

Aus DE 42 01 795 A1 ist eine Brennstoffzellenanlage bekannt, welche auf der Brenngasseite über einen Kreislaufverdichter zur Beeinflussung des Brenngasstroms verfügt.Out DE 42 01 795 A1 a fuel cell system is known, which has on the fuel gas side via a cycle compressor for influencing the fuel gas flow.

Ziel der Erfindung ist es, eine Verdichtersteuerung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.aim The invention is a compressor control of the type mentioned to propose, which is characterized by a simple structure.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Verdichtersteuerung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs erreicht.According to the invention this is in a compressor control of the type mentioned by the characterizing Features of the independent claim reached.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei dem sich im Normalbetrieb ein nur sehr geringer Druckverlust ergibt.By the proposed measures This results in a very simple structure in which in normal operation a very low pressure loss results.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird es möglich, dass bei geöffnetem elektromagnetisch betätigtem Gasventil der Verdichter anläuft, wobei er zunächst einen Unterdruck an der Saugseite aufbaut, wodurch sich das Rückschlagventil öffnet. Das Rückschlagventil ist so ausgelegt, dass es beim Anliegen des normalen Gasanschlußdruckes geschlossen bleibt, auch wenn das zweite Ventil geöffnet ist. Damit wird ein zu großer Unterdruck im Gasweg vermieden, und der Verdichter beginnt an seiner Druckseite einen Überdruck aufzubauen. Ist dabei ein bestimmter Druck oder Druckverlust erreicht, so öffnet das druckabhängig gesteuerte Gasventil und das Rückschlagventil schließt.By the proposed measures will be it is possible that when open Electromagnetically actuated Gas valve of the compressor starts, being first builds a negative pressure on the suction side, whereby the check valve opens. The check valve is designed to withstand the normal gas connection pressure remains closed, even if the second valve is open. This is too big Negative pressure in the gas path avoided, and the compressor starts at its pressure side an overpressure build. Is this a certain pressure or pressure loss reached, so opens the pressure-dependent controlled gas valve and the check valve closes.

Durch die Merkmale des abhängigen Anspruches ist es ebenfalls möglich, eine Regelung des Gasdurchsatzes vorzunehmen.By the characteristics of the dependent Claim it is also possible to regulate the gas flow rate.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die 1, 2 und 4 schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verdichtersteuerung.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. The show 1 . 2 and 4 schematically different embodiments of a compressor controller according to the invention.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile.Same Reference numerals in all figures mean the same items.

Bei der Ausführungsform nach der 1 ist an eine Gaszuleitung 1 zu einem Reformer 23 einer Brennstoffzelle 24 ein Gasfilter 2 angeschlossen, dem ein Gasventil 3 mit elektromagnetischem Antrieb 15 nachgeschaltet ist. Diesem Gasventil 3 ist eine Parallelschaltung 22 nachgeschaltet, die aus einem weiteren Gasventil 4, das von einem Druckgeber 17 gesteuert ist, und einem Rückschlagventil 8 gebildet ist, das über Rohrleitungen 7 mit dem Gasventil 4 verbunden ist. Dabei ist dieser Parallelschaltung 22 ein von einem Motor 20 angetriebener Verdichter 6 nachgeschaltet, wobei an die Druckseite 16 des Verdichters 6 eine Steuerleitung 5 angeschlossen ist, die zum Antrieb 17 des Gasventiles 4 führt. Eine Steuerung 21 wirkt auf den Motor 20 und den Antrieb 15 ein. Bevor der Motor 20 des Verdichters 4 anläuft, wird das Gasventil 3 von der Steuerung 21 geöffnet.In the embodiment of the 1 is to a gas supply line 1 to a reformer 23 a fuel cell 24 a gas filter 2 connected to the a gas valve 3 with electromagnetic drive 15 is downstream. This gas valve 3 is a parallel connection 22 downstream from another gas valve 4 that from a pressure transducer 17 controlled, and a check valve 8th is formed, that over pipelines 7 with the gas valve 4 connected is. Here is this parallel circuit 22 one from a motor 20 driven compressor 6 downstream, with the pressure side 16 of the compressor 6 a control line 5 connected to the drive 17 of the gas valve 4 leads. A controller 21 acts on the engine 20 and the drive 15 one. Before the engine 20 of the compressor 4 starts, the gas valve 3 from the controller 21 open.

Wenn bei dieser Ausführungsform der Verdichter 6 anläuft, so baut er zunächst einen Unterdruck auf, durch den das Rückschlagventil 8 öffnet. Dadurch wird vermieden, daß ein zu großer Unterdruck im Gasweg entsteht, und der Verdichter beginnt auf der Druckseite 16 einen Überdruck aufzubauen. Wenn der Verdichter 6 einen Mindestüberdruck erreicht hat, wird das Gasventil 4 geöffnet und der Durchströmungsweg freigegeben, wobei das Rückschlagventil 8 schließt.If in this embodiment the compressor 6 starts, he first builds a negative pressure, through which the check valve 8th opens. This avoids that too much negative pressure in the gas path is formed, and the compressor starts on the pressure side 16 build up an overpressure. If the compressor 6 has reached a minimum pressure, the gas valve 4 opened and the flow path released, the check valve 8th closes.

Dadurch wird der Druckverlust über die Parallelschaltung sehr niedrig gehalten. Die Gasdurchsatzregelung erfolgt dabei durch die Veränderung der Verdichterleistung mittels der Steuerung 21.As a result, the pressure loss via the parallel circuit is kept very low. The gas flow rate control is done by changing the compressor capacity by means of the controller 21 ,

Bei der Ausführungsform nach der 2, deren Aufbau im wesentlichen jener nach der 1 ähnlich ist, ist statt des druckgesteuerten Gasventiles 4 ein Gasventil 11 vorgesehen, dessen elektromagnetischer Antrieb 18 von einem Differenzdruckmesser 10 gesteuert ist. Dabei ist der Differenzdruckmesser 10 über Steuerleitungen 9 mit der Saug- 19 und der Druckseite 16 des Verdichters 6 verbunden. Dabei ist der Differenzdruckmesser 10 über eine Signalleitung 12 mit dem Elektromagneten 18 des Gasventiles 11 verbunden.In the embodiment of the 2 whose structure is essentially that of the 1 is similar, is instead of the pressure-controlled gas valve 4 a gas valve 11 provided, whose electromagnetic drive 18 from a differential pressure gauge 10 is controlled. Here is the differential pressure gauge 10 via control lines 9 with the suction 19 and the print side 16 of the compressor 6 connected. Here is the differential pressure gauge 10 via a signal line 12 with the electromagnet 18 of the gas valve 11 connected.

Bei der Ausführungsform nach der 3, welches nicht unter die Erfindung fällt, ist auf das zweite Gasventil verzichtet. Dabei ist an der Gaszuleitung 1 ein Gasfilter 2 angeschlossen, dem ein Gasventil 3 nachgeschaltet ist. Weiters ist dem Gasventil 3 ein Rückschlagventil 8 nachgeschaltet, das der Saugseite des Verdichters 6 vorgeschaltet ist.In the embodiment of the 3 , which does not fall under the invention, is dispensed with the second gas valve. It is at the gas inlet 1 a gas filter 2 connected to the a gas valve 3 is downstream. Furthermore, the gas valve 3 a check valve 8th downstream of the suction side of the compressor 6 upstream.

Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ein hohes Maß an Einfachheit aus, wobei sich allerdings ein, verglichen mit den Ausführungsformen nach den 1 und 2 etwas höherer Druckverlust ergibt.This embodiment is characterized by a high degree of simplicity, but a, compared with the embodiments of the 1 and 2 gives slightly higher pressure drop.

Bei der Ausführungsform nach der 4 ist der Saugseite des Verdichters 6 ein Gasfilter 2 und ein Gasventil 3 vorgeschaltet. Dabei ist der Druckseite des Verdichters 6 ein Druckregler 13 und diesem ein Gasregelventil 14 nachgeschaltet. Dabei kann der Druckregler 13 und das Gasregelventil 14 in einem Ventil kombiniert sein. Bei dieser Ausführung ist es auf einfache Weise möglich, den Gasdurchsatz zu regeln.In the embodiment of the 4 is the suction side of the compressor 6 a gas filter 2 and a gas valve 3 upstream. Here is the pressure side of the compressor 6 a pressure regulator 13 and this a gas control valve 14 downstream. In doing so, the pressure regulator 13 and the gas control valve 14 be combined in a valve. In this embodiment, it is possible in a simple manner to regulate the gas flow rate.

Weiters ist es auch möglich, den Gasdruckregler 13 und das Gasregelventil 14 auch bei den übrigen Ausführungsformen vorzusehen.Furthermore, it is also possible to use the gas pressure regulator 13 and the gas control valve 14 also to provide in the other embodiments.

Claims (2)

Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette zwei voneinander unabhängige Gasventile (3; 4, 11) vorgesehen sind, wobei die beiden Gasventile (3; 4, 11) in Reihe zur Saugseite (19) des Verdichters (6) geschaltet sind, wobei das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (4) in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) gesteuert ist und über eine Steuerleitung (5) mit der Druckseite des Verdichters (6) verbunden ist oder das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (11) von einem mit der Saug- und der Druckseite des Verdichters (6) verbundenen Differenzdruckmesser (10) gesteuert ist, der über eine Signalleitung (12) mit diesem Gasventil (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) oder vom Differenzdruckmesser (10) gesteuerten Gasventil (4, 11) ein Rückschlagventil (8), welches bei Unterdruck auf der Saugseite (19) des Verdichters (6) öffnet, parallel geschaltet ist.Compressor control for a fuel cell assembly, in which for a gas-side safety chain two independent gas valves ( 3 ; 4 . 11 ), the two gas valves ( 3 ; 4 . 11 ) in series to the suction side ( 19 ) of the compressor ( 6 ), wherein the compressor ( 6 ) immediately upstream gas valve ( 4 ) depending on the outlet pressure of the compressor ( 6 ) and via a control line ( 5 ) with the pressure side of the compressor ( 6 ) or the compressor ( 6 ) immediately upstream gas valve ( 11 ) of one with the suction and the pressure side of the compressor ( 6 ) associated differential pressure gauge ( 10 ) controlled by a signal line ( 12 ) with this gas valve ( 11 ), characterized in that depending on the output pressure of the compressor ( 6 ) or the differential pressure gauge ( 10 ) controlled gas valve ( 4 . 11 ) a check valve ( 8th ), which at negative pressure on the suction side ( 19 ) of the compressor ( 6 ) opens, is connected in parallel. Verdichtersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckseite des Verdichters (6) ein Druckregler (13) und ein Gasregelventil (14) in Reihe nachgeschaltet ist.Compressor control according to claim 1, characterized in that the pressure side of the compressor ( 6 ) a pressure regulator ( 13 ) and a gas control valve ( 14 ) is connected in series.
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