AT407316B

AT407316B - Verdichtersteuerung für eine brennstoffzellenanordnung

Info

Publication number: AT407316B
Application number: AT0052299A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2001-02-26
Also published as: ATA52299A

Description

AT 407 316 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichtersteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

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, einen Reformer, einen Verdichter, Pumpen, Brennstoffzelle und weitere Komponenten umfaßt, reduziert. Daher ist es notwendig, einen geringen Druckverlust im System zu erreichen. Für die 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 Unterdrück in den Gasleitungen gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt werden, der das Eindringen von Luft in den Gasweg möglich macht.

Aus der US 4 973 528 ist eine Brennstoffeellenanordnung bekannt geworden, die einen von einem Turbokompressor gespeisten Hilfsbrenner aufweist.

Aus der JP 60-262364 ist gleichermaßen eine Brennstoffeellenanordnung bekannt geworden, bei der Temperatur und Druck der Brennstoffeelle durch einen Turbokompressor als Druckmittelquelle bestimmt wird.

Die DE 42 01 795 lehrt ein Verfahren zur Leistungssteigerung einer Wasserstoff/Luft-Brenn-stoffeelle, bei der der Sauerstoffpartialdruck der der Brennstoffeelle zuströmenden Luft über einen Verdichter erhöht wird.

Die JP 07-49037 beschreibt eine fluorcarbonfreie Autokühlung mit Wärmetauschern und Pumpen unter Verwendung einer Brennstoffzelle. Dies ist auch das bei der US 5 678 410 bekannte Problem. Die DE 198 31 100 beschreibt eine Brennstoffeellensystem vom Festpolymerelektrolyt-Typ, bei der ein Verdichter vorgesehen ist, dessen Umdrehungsanzahl durch bestimmte Mittel deutlich erhöht werden kann.

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 Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei dem sich im Normalbetrieb ein nur sehr geringer Druckverlust ergibt.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Merkmale des Anspruches 2 vorzusehen.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird es möglich, daß bei geöffnetem elektromagnetisch betätigtem Gasventil der Verdichter anläuft, wobei er zunächst einen Unterdrück 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 Unterdrück im Gasweg vermieden, und der Verdichter beginnt an seiner Druckseite einen Überdruck aufeubauen. Ist dabei ein bestimmter Druck erreicht, so öffnet das druckabhängig gesteuerte Gasventil und das Rückschlagventil schließt.

Nach einer Variante der Erfindung sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen.

Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau, bei dem im Normalbetrieb ebenfalls ein nur geringer Druckverlust auftritt

Bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 4 vorzusehen. Durch diese Maßnahmen wird während der Startphase der Druckverlust minimiert.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, bei dem sich allerdings etwas höhere Druckverluste ergeben.

Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil, daß eine Regelung des Gasdurchsatzes vorgenommen werden kann.

Durch die Merkmale des Anspruches 7 ist es ebenfalls möglich, eine Regelung des Gasdurchsatzes vorzunehmen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert Dabei zeigen die Fig. 1 bis 4 schematisch verschiedene Ausfuhrungsformen einer erfindungsgemäßen Verdichtersteuerung.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile. 2

Claims

AT 407 316 B Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist an eine Gaszuleitung 1 ein Gasfilter 2 angeschlossen, dem ein Gasventil 3 mit elektromagnetischem Antrieb 15 nachgeschaltet ist. Diesem Gasventil 3 ist eine Parallelschaltung nachgeschaltet, die aus einem weiteren Gasventil 4, das druckgesteuert ist, und einem Rückschlagventil 8 gebildet ist, das über Rohrleitungen 7 mit dem Gasventil 4 verbunden ist. Dabei ist dieser Parallelschaltung ein Verdichter 6 nachgeschaltet, wobei an die Druckseite 16 des Verdichters 6 eine Steuerleitung 5 angeschlossen ist, die zum Rückantrieb 17 des Gasventiles 4 führt. Wenn bei dieser Ausführungsform der Verdichter 6 anläuft, so baut er zunächst einen Unterdrück auf, durch den das Rückschlagventil 8 öffnet. Dadurch wird vermieden, daß ein zu großer Unterdrück im Gasweg entsteht und der Verdichter beginnt auf der Druckseite 16 einen Überdruck aufzubauen. Wenn der Verdichter 6 einen Mindestdruck erreicht hat, wird das Gasventil 4 geöffnet und der Durchströmungsweg freigegeben, wobei das Rückschlagventil 8 schließt. Dadurch wird der Druckverlust sehr niedrig gehalten. Die Gasdurchsatzregelung erfolgt dabei durch die Veränderung der Verdichterleistung. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2, deren Aufbau im wesentlichen jener nach der Fig. 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 dieser Ausführungsform kann, ebenso wie auch bei der Ausführung nach der Fig. 1, je nach dem Volumen der Gasleitung zwischen dem Gasventil 3 und dem Verdichter 6 auf das Rückschlagventil 8 verzichtet werden. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 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 Fig. 1 und 2 etwas höherer Druckverlust ergibt. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 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. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette zwei voneinander unabhängige Gasventile (3, 4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gasventile (3, 4) 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.
2. Verdichtersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck des Verdichters (6) gesteuerten Gasventil (4) ein Rückschlagventil (8) parallel geschaltet ist.
3. Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette zwei voneinander unabhängige Gasventile (3, 4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gasventile (3, 4) in Reihe zur Saugseite des Verdichters (6) geschaltet sind, wobei das dem Verdichter (6) unmittelbar vorgeschaltete Gasventil (4) von einem mit der Saug- und der Druckseite des Verdichters (6) verbunde- 3 AT 407 316 B nen Differenzdruckmesser (10) gesteuert ist, der über eine Signalleitung (12) mit diesem Gasventil (4) verbunden ist.
4. Verdichtersteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem vom Differenzdruckmesser (10) gesteuerten Gasventil (4) ein Rückschlagventil (8) parallel geschaltet ist.
5. Verdichtersteuerung für eine Brennstoffzellenanordnung, bei der für eine gasseitige Sicherheitskette ein Gasventii (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite des Verdichters (6) mit dem Gasventil (3) unter Zwischenschaltung eines Rückschlag ventiies (8) in Reihe geschaltet ist.
6. Verdichtersteuerung für eine Brennstoffeellenanordnung bei der für eine gasseitige Sicherheitskette ein Magnetventil (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (3) der Saugseite des Verdichters (6) vorgeschaltet ist und der Druckseite des Verdichters (6) ein Druckregler (13) und ein Gasregelventil (14) in Reihe nachgeschaltet ist.
7. Verdichtersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckseite des Verdichters (6) ein Druckregler (13) und ein Gasregelventil (14) in Reihe nachgeschaltet ist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 4