DE19956224B4

DE19956224B4 - Verdichtersteuerung

Info

Publication number: DE19956224B4
Application number: DE19956224A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Nunn; Jochen Paulus; Dirk Steinberg
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: CH690740A5; DE19956224A1

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.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichtersteuerung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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.
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.
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.
DE 2 003 005 A befasst sich mit einer Pressluftversorgung, bei der der Differenzdruck am Kompressor zur Steuerung einer Drosselklappe im Luftweg dient.
DE 31 36 949 A1 zeigt eine Drucklufterzeugeranlage mit Druckregeleinrichtung. DE 40 01 329 C2 zeigt eine Gasarmatur mit Gasdruckregler.
Aus DE 42 01 795 A1 ist eine Brennstoffzellenanlage bekannt, welche auf der Brenngasseite über einen Kreislaufverdichter zur Beeinflussung des Brenngasstroms verfügt.
Ziel der Erfindung ist es, eine Verdichtersteuerung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Verdichtersteuerung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei dem sich im Normalbetrieb ein nur sehr geringer Druckverlust ergibt.
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.
Durch die Merkmale des abhängigen Anspruches ist es ebenfalls möglich, eine Regelung des Gasdurchsatzes vorzunehmen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die 1, 2 und 4 schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verdichtersteuerung.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile.
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.
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.
Dadurch wird der Druckverlust über die Parallelschaltung sehr niedrig gehalten. Die Gasdurchsatzregelung erfolgt dabei durch die Veränderung der Verdichterleistung mittels der Steuerung 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.
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.
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.
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.
Weiters ist es auch möglich, den Gasdruckregler 13 und das Gasregelventil 14 auch bei den übrigen Ausführungsformen vorzusehen.

Claims

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.
Verdichtersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckseite des Verdichters (6) ein Druckregler (13) und ein Gasregelventil (14) in Reihe nachgeschaltet ist.