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WO2003088401A2 - Method and device for controlling a reformer for fuel cells - Google Patents

Method and device for controlling a reformer for fuel cells Download PDF

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WO2003088401A2
WO2003088401A2 PCT/DE2002/001752 DE0201752W WO03088401A2 WO 2003088401 A2 WO2003088401 A2 WO 2003088401A2 DE 0201752 W DE0201752 W DE 0201752W WO 03088401 A2 WO03088401 A2 WO 03088401A2
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WO
WIPO (PCT)
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oxidizing gas
mass flow
gas mass
reformer
measured value
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PCT/DE2002/001752
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German (de)
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WO2003088401A3 (en
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Bernd Mittmann
Felix Wolf
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Webasto Thermosysteme GmbH
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Publication date
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling a reformer for fuel cells having a reaction chamber, in particular for use in a vehicle, in which, depending on a sensor signal representing a measured value, an oxidizing gas mass flow sensor of the oxidizing gas arranged in an oxidizing gas channel. Mass flow is controlled.
  • Such a reformer is used to generate hydrogen or a hydrogen-containing gas from liquid or gaseous fuels which is suitable for operating a fuel cell.
  • the reaction taking place in the reformer is determined, inter alia, by the amount of oxidizing gas supplied, for example air.
  • An oxidizing gas blower can be used for feeding.
  • fuel is fed to the reaction chamber via a fuel delivery device.
  • a control circuit is usually formed by the measurement value acquisition and the control of the oxodation gas stream.
  • the control takes place on the basis of the mass flow output signal or measured value of the sensor, the speed of the electric motor of the oxidizing gas fan being regulated in real time as a function of this measured value.
  • This real-time control means that the speed of the electric motor is a function of the oxidizing gas mass flow measured in the oxidizing gas channel.
  • the object of the present invention is to provide a method which allows simplified control of a generic reformer and to provide a device for controlling a reformer which is simple in construction and reliable in operation.
  • the oxidizing gas mass flow is controlled when a respective measured value of the oxidizing gas mass flow sensor lies above an upper limit value or below a lower limit value of the oxidizing gas mass flow, a control or regulating operation is only carried out when the Limit values executed, but not in the area between the limit values. This reduces the effort required for control. In this way, a constant quality of mixture formation can be guaranteed by the essentially constant oxidizing gas mass flow with little control effort.
  • this control system can be used to achieve an optimized response that takes into account changes in the relevant parameters of air pressure and air temperature. B. occur when driving in the mountains or as a difference between summer or winter.
  • the speed of an oxidizing gas blower and in particular of an electric motor driving the blower is expediently increased or reduced in order to control the oxidizing gas mass flow.
  • the limit values can be stored in a control unit that controls the electric motor.
  • a measurement interval between the acquisition of two measurement values of the sensor signal can advantageously be approximately 0.5 up to 1 sec or a longer time depending on the application.
  • the reformer can preferably be switched off with the method when the measured value reaches or falls below a protection limit value.
  • the reformer is expediently switched off when the measured value falls below a protective limit value and at the same time an electric blower motor of the oxidizing gas blower unit is operating with a defined output, in particular 100%.
  • the oxidizing gas mass flow sensor has a PTC element ("positive temperature coefficient" element), the measuring current of which changes at constant measuring voltage with the temperature of the oxidizing gas mass flow in which the PTC element is arranged. Since strong changes in resistance occur in PTC elements in certain temperature ranges, a very precise measured value can be achieved with the appropriate design.
  • the temperature-dependent measured value is compared with the respective limit value, the measured value preferably being the current which flows through the PTC element and which changes at a constant voltage depending on the relative temperature change of the PTC element.
  • the measuring current of the PTC element depends directly on the oxidizing gas mass flow conveyed by the blower.
  • the protection limit corresponds to a value at which no or very little oxidizing gas is produced.
  • the current through the PTC element approaches zero. If the value falls below this protection limit and the blower or blower motor is already operating at 100% power, the reformer can be switched off. It is not necessary to check the PTC element during operation, since if the PTC element fails, the current drops to zero, so that the protection mentioned responds and the device switches off.
  • An oxidizing gas temperature is expediently also detected and used as a control parameter for controlling the oxidizing gas mass flow. So z. B. a temperature measuring point in the vicinity of the PTC element to compensate for the influence of ambient temperature by the control or regulation of the oxidizing gas blower.
  • the method can also be carried out in such a way that the amount of fuel fed into the reaction chamber is additionally controlled. This means that you can respond flexibly to the respective operating conditions.
  • the above-mentioned limit values are then adjusted accordingly in order to maintain an optimal reaction process.
  • a control unit controls the oxidizing gas mass flow when the measured value lies above an upper limit value or below a lower limit value.
  • the upper and lower limit values are expediently stored in this control unit.
  • the oxidizing gas mass flow sensor contains, for example, a PTC element.
  • the device preferably contains a protective device which switches off the reformer when a measured value of the oxidizing gas mass flow sensor reaches a protective limit value.
  • Fig. 3 is a diagram showing a flow of control of the
  • FIGS. 4 and 5 show two exemplary embodiments for arrangements with a reformer and a fuel cell.
  • a reformer comprises a housing 2 with a reaction chamber 4 arranged therein and surrounded by an annular space 3 of the housing 2.
  • the reaction chamber has a mixture formation zone 8 and a reforming zone 5.
  • the mixture formation zone 8 is fueled by a fuel delivery device 9 6, for example gasoline or diesel, are supplied in a predetermined, fixed quantity in accordance with the required quantity of reformate.
  • the actual reforming takes place in the reforming zone 5, which has a ceramic matrix for this purpose.
  • the reformate leaves the reaction chamber 4 via an outlet 19.
  • oxidizing gas (see arrow 12) is fed to the mixture formation zone 8 via an oxidizing gas channel 13.
  • the oxidizing gas is air.
  • a schematically indicated mass flow sensor 14 is arranged in the oxidation gas channel 13.
  • the oxidizing gas blower unit 11 contains an electric motor 15, which drives a blower 17 via its drive shaft 16.
  • a temperature sensor 18 for detecting the temperature of the supplied oxidizing gas is arranged in the oxidizing gas channel 13. 2 and 3, the mass flow sensor 14 and the temperature sensor 15 are arranged between the blower 17 and the mixture formation zone 8. In another embodiment, it would be just as possible, already during the intake the temperature and the mass flow of the oxidizing gas.
  • a control unit 10 receives a sensor signal from the mass flow sensor 14 and from the temperature sensor 18 and delivers a control signal determined therefrom to the electric motor 15.
  • the mass flow sensor 14 detects the oxidizing gas mass flow conveyed by the blower 17 in measuring cycles or measuring intervals, which can take from fractions of a second to several seconds, and delivers a corresponding measured value as a sensor signal to the control unit 10, in which a lower one and an upper limit value UG or OG for the oxidizing gas mass flow is stored (see FIG. 3).
  • the respective measured value is compared in the control unit 10 in the predetermined measuring cycles with the lower and the upper limit value UG or OG.
  • the voltage of the electric motor 15 of the blower 17 is reduced, whereby the speed of the blower 17 is reduced and the oxidizing gas mass flow is reduced. When a minimum voltage is reached, it is not reduced further.
  • the voltage of the electric motor 15 of the blower 17 is raised, as a result of which the speed of the blower 17 is increased and the oxidizing gas mass flow conveyed is increased. When a maximum voltage is reached, it is not increased further.
  • FIG. 3 shows an example of an operating behavior of the vehicle heater over the time axis, in which the oxidizing gas mass flow initially lies between the upper and the lower lower limit OG or UG and then falls below the lower limit UG.
  • the control unit 10 increases the voltage of the electric motor 15 by a predetermined value ⁇ U.
  • the increase in the fan speed stops a further decrease in the oxidizing gas mass flow.
  • the control unit 10 increases the voltage of the electric motor 15 again by a predetermined value ⁇ U up to U max , so that the electric motor 15 or the fan 17 works at full power.
  • the control unit 10 reduces the voltage of the electric motor 15 by a fixed value ⁇ U, so that the fan speed is also reduced. Since the four following measured values Md to Mg continue to signal an oxidizing gas mass flow that is above the upper limit value OG, the voltage of the electric motor 15 is lowered by a fixed value ⁇ U until a subsequent measured value Mh indicates that the upper limit value OG is undershot and that Control unit 10 consequently does not further lower the voltage.
  • the hysteresis behavior of the control unit results from this exemplary representation. ner more complex real-time control has a simple, yet effective control behavior.
  • the upper and lower limit values OG and UG of the oxidizing gas mass flow are determined in dependence on the amount of fuel 6 supplied by the fuel delivery device 9 and the maximum delivery rate of the blower 17 in such a way that the reformer operates under control within a specified range between an excess fuel and an excess oxidizing gas becomes. If the supplied fuel is narrow 6 varied, the upper and lower limit OG and UG are adjusted accordingly.
  • control unit 10 switches the reformer completely off when the measured value 10 signals an oxidizing gas mass flow which is below the lower limit value UG or below an additionally defined lower protection limit value, and at the same time the fan 17 with a Power of 100% runs or the electric motor 15 is operated at the maximum voltage.
  • the mass flow sensor 14 is designed as a PTC element or has such a PTC element.
  • the oxidizing gas mass flow flowing past the PTC element produces a cooling of the PTC element and a temperature-related change in the resistance. With a constant voltage applied to the PCT element, this results in a change in the measuring current, by means of which the oxidizing gas mass flow conveyed by the blower 17 can be determined.
  • the electrical measuring current flowing through the PTC element and directly dependent on the mass flow conveyed is compared in the manner described above with the limit values stored in the control unit 10 of the oxidizing gas blower unit 11.
  • FIGS. 4 and 5 show two arrangements with a reformer 1, as has already been described with reference to FIGS. 1 to 3, and a fuel cell 20.
  • oxidizing gas 12 is fed to the reformer.
  • a blower is arranged in an oxidizing gas blower unit 11 that supplies the oxidizing gas 12, for example air, to the reaction chamber 4.
  • the mass flow sensor 14 described is arranged in front of the fan.
  • the oxidizing gas blower unit can also be assigned further components which serve to process the oxidizing gas.
  • the reformate 30 containing hydrogen obtained in the reformer 1 is either fed directly to the fuel cell 20 or processed in further steps and then fed to the fuel cell.
  • the fuel cell is also shown schematically and has an anode 21, a cathode 22 and an electrolyte 23.
  • the reformate 30 is supplied on the anode side, while air 27 is supplied on the cathode side.
  • the generated current 25 can be tapped directly.
  • the anode exhaust gas 31 is post-combusted together with the cathode exhaust air 28 emerging at the cathode 22 in a burner 24 before it escapes into the environment as exhaust gas 29. This is necessary because the reformate 30 is not fully implemented on the anode side.
  • the cathode exhaust air supplies the oxygen for combustion in the afterburner.
  • FIG. 5 differs from FIG. 4 in that the mass flow sensor 14 is not arranged in front of the blower, but between the blower and the reaction chamber 4. Whether this arrangement or the arrangement of fi gur 4 applies, is at the discretion of the specialist and depends on the respective application. The arrangement and mode of operation of the fuel cell corresponds to that of FIG. 4.
  • An additional temperature sensor 18 to be used is expediently arranged in close proximity to the mass flow sensor. Although taking the mass flow into account is sufficient in many cases, the use of a temperature sensor is advantageous for further optimization of the system.

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Abstract

The invention relates to a method and device for controlling a reformer (1) comprising a reaction chamber (4) and provided for fuel cells, particularly for use in a vehicle. According to the invention, the mass flow of oxidation gas is controlled according to a sensor signal, which represents a measured value, of an oxidation gas mass flow sensor (14) located inside an oxidation gas channel (13). In order to achieve a simple and reliable control, the invention provides that a control of the oxidation gas mass flow ensues when a respective measured value of the oxidation gas mass flow sensor (14) is greater than an upper limit value or is less than a lower limit value of the oxidation gas mass flow.

Description

Beschreibungdescription

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Reformers für BrennstoffzellenMethod and device for controlling a reformer for fuel cells

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines eine Reaktionskammer aufweisenden Reformers für Brennstoffzellen, insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug, bei dem in Abhängigkeit von einem einen Meßwert repräsentierenden Sensorsignal eines in einem Oxidationsgaskanal angeordneten Oxidationsgas-Massenstromsen- sors der Oxidationsgas-Massenstrom gesteuert wird.The present invention relates to a method and a device for controlling a reformer for fuel cells having a reaction chamber, in particular for use in a vehicle, in which, depending on a sensor signal representing a measured value, an oxidizing gas mass flow sensor of the oxidizing gas arranged in an oxidizing gas channel. Mass flow is controlled.

Ein derartiger Reformer kommt zum Einsatz, um Wasserstoff bzw. ein Wasserstoffhaltiges Gas aus flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen zu erzeugen, das zum Betrieb einer Brennstoffzelle geeignet ist. Die in dem Reformer ablaufende Reaktion wird dabei unter anderem von der Menge des zugeführten Oxidationsgases, beispielsweise Luft, bestimmt. Zur Zuführung kann ein Oxidationsgasgeblase eingesetzt werden. Zusätzlich wird der Reaktionskammer über eine Brennstofffördervorrich- tung Brennstoff zugeführt .Such a reformer is used to generate hydrogen or a hydrogen-containing gas from liquid or gaseous fuels which is suitable for operating a fuel cell. The reaction taking place in the reformer is determined, inter alia, by the amount of oxidizing gas supplied, for example air. An oxidizing gas blower can be used for feeding. In addition, fuel is fed to the reaction chamber via a fuel delivery device.

Durch die Meßwerterfassung und die Steuerung der Oxodations- gasstromes ist üblicherweise ein Regelkreis gebildet. Die Steuerung erfolgt aufgrund des Massenstromausgangssignals oder -meßwerts des Sensors, wobei in Abhängigkeit von diesem Meßwert die Drehzahl des Elektromotors des Oxidationsgasge- bläses in Echtzeit geregelt wird. Durch diese Echtzeitrege- lung ist die Drehzahl des Elektromotors eine Funktion des in dem Oxidationsgaskanal gemessenen Oxidationsgas-Massenstroms.A control circuit is usually formed by the measurement value acquisition and the control of the oxodation gas stream. The control takes place on the basis of the mass flow output signal or measured value of the sensor, the speed of the electric motor of the oxidizing gas fan being regulated in real time as a function of this measured value. This real-time control means that the speed of the electric motor is a function of the oxidizing gas mass flow measured in the oxidizing gas channel.

Diese Regelung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und stellt hohe Anforderungen an den die Meßwerte erfassenden Sensor. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine vereinfachte Steuerung eines gattungsgemäßen Reformers gestattet sowie eine Vorrichtung zur Steuerung eines Reformers anzugeben, die einfach aufgebaut und be- triebssicher ist.However, this regulation is relatively complex and places high demands on the sensor that records the measured values. The object of the present invention is to provide a method which allows simplified control of a generic reformer and to provide a device for controlling a reformer which is simple in construction and reliable in operation.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er- findung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 11. Advantageous refinements of the invention are specified in the subclaims.

Dadurch, daß eine Steuerung des Oxidationsgas-Massenstroms erfolgt, wenn ein jeweiliger Meßwert des Oxidationsgas-Mas- senstromsensors oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unter- halb eines unteren Grenzwertes des Oxidationsgas-Massenstroms liegt, wird ein Steuer- oder Regelvorgang nur bei Erreichen oder Überschreiten der Grenzwerte ausgeführt, nicht jedoch im Bereich zwischen den Grenzwerten. Dadurch wird der für die Steuerung erforderliche Aufwand verringert. So kann mit ge- ringem Steueraufwand eine gleichbleibende Gemischbildungsgüte durch den im wesentlichen konstanten Oxidationsgas-Massenstrom gewährleistet werden.Because the oxidizing gas mass flow is controlled when a respective measured value of the oxidizing gas mass flow sensor lies above an upper limit value or below a lower limit value of the oxidizing gas mass flow, a control or regulating operation is only carried out when the Limit values executed, but not in the area between the limit values. This reduces the effort required for control. In this way, a constant quality of mixture formation can be guaranteed by the essentially constant oxidizing gas mass flow with little control effort.

Insbesondere beim Einsatz in einem Fahrzeug kann durch diese Steuerung bzw. Regelung eine optimierte Reaktion erreicht werden, die Änderungen der relevanten Parameter Luftdruck und Lufttemperatur berücksichtigt, die z. B. bei Fahrten im Gebirge oder als Unterschied zwischen Sommer oder Winter auftreten.In particular when used in a vehicle, this control system can be used to achieve an optimized response that takes into account changes in the relevant parameters of air pressure and air temperature. B. occur when driving in the mountains or as a difference between summer or winter.

Zweckmäßigerweise wird zur Steuerung des Oxidationsgas-Massenstroms die Drehzahl eines Oxidationsgasgebläses und insbesondere eines das Gebläse antreibenden Elektromotors erhöht bzw. reduziert. Die Grenzwerte können in einer Steuereinheit abgespeichert werden, die die Steuerung des Elektromotors ausführt. Vorteilhafterweise kann ein Meßintervall zwischen dem Erfassen von zwei Meßwerten des Sensorsignals etwa 0,5 bis 1 sec oder je nach Anwendungsfall auch eine größere Zeitdauer betragen.The speed of an oxidizing gas blower and in particular of an electric motor driving the blower is expediently increased or reduced in order to control the oxidizing gas mass flow. The limit values can be stored in a control unit that controls the electric motor. A measurement interval between the acquisition of two measurement values of the sensor signal can advantageously be approximately 0.5 up to 1 sec or a longer time depending on the application.

Vorzugsweise kann mit dem Verfahren der Reformer abgeschaltet werden, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert erreicht bzw. unterschreitet. Zweckmäßigerweise wird der Reformer abgeschaltet, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert unterschreitet und gleichzeitig ein Elektro-Gebläsemotor der Oxidations- gasgebläseeinheit mit einer definierten Leistung, insbeson- dere 100%, arbeitet.The reformer can preferably be switched off with the method when the measured value reaches or falls below a protection limit value. The reformer is expediently switched off when the measured value falls below a protective limit value and at the same time an electric blower motor of the oxidizing gas blower unit is operating with a defined output, in particular 100%.

Der Oxidationsgas-Massenstromsensor weist in einer bevorzugten Ausführung ein PTC-Element ("positive temperature coefficient" Element) auf, dessen Meßstrom sich bei konstan- ter Meßspannung mit der Temperatur des Oxidationsgas-Massenstroms, in dem das PTC-Element angeordnet ist, ändert. Da bei PTC-Elementen in bestimmten Temperaturbereichen starke Änderungen des Widerstands auftreten, kann bei entsprechender Auslegung ein sehr genauer Meßwert erzielt werden.In a preferred embodiment, the oxidizing gas mass flow sensor has a PTC element ("positive temperature coefficient" element), the measuring current of which changes at constant measuring voltage with the temperature of the oxidizing gas mass flow in which the PTC element is arranged. Since strong changes in resistance occur in PTC elements in certain temperature ranges, a very precise measured value can be achieved with the appropriate design.

Der temperaturabhängige Meßwert wird mit dem jeweiligen Grenzwert verglichen, wobei der Meßwert vorzugsweise der Strom ist, der das PTC-Element durchströmt und der sich bei konstanter Spannung abhängig von der relativen Temperaturän- derung des PTC-Elementes ändert. Der Meßstrom des PTC-Elementes hängt dabei direkt von dem durch das Gebläse geförderten Oxidationsgas-Massenstrom ab.The temperature-dependent measured value is compared with the respective limit value, the measured value preferably being the current which flows through the PTC element and which changes at a constant voltage depending on the relative temperature change of the PTC element. The measuring current of the PTC element depends directly on the oxidizing gas mass flow conveyed by the blower.

Der Schutzgrenzwert entspricht einem Wert, bei dem kein oder nur sehr wenig Oxidationsgas gefördert wird. Der Strom durch das PTC-Element geht dabei gegen Null. Wird dieser Schutzgrenzwert unterschritten und arbeitet das Gebläse bzw. der Gebläsemotor bereits bei 100% Leistung, kann der Reformer abgeschaltet werden. Eine Kontrolle des PTC-Elementes während des Betriebs wird unnötig, da bei einem Ausfall des PTC-Elementes der Strom auf Null sinkt, so daß der genannte Schutz anspricht und das Gerät abschaltet. Zweckmäßigerweise wird auch eine Oxidationsgas-Temperatur erfaßt und als Steuerparameter für die Steuerung des Oxidationsgas-Massenstroms verwendet. So kann z. B. eine Temperaturmeßstelle in der Nähe des PTC-Elementes zur Kompensation des Umgebungstemperatureinflusses durch die Steuerung bzw. die Regelung des Oxidationsgasgebläses vorgesehen sein.The protection limit corresponds to a value at which no or very little oxidizing gas is produced. The current through the PTC element approaches zero. If the value falls below this protection limit and the blower or blower motor is already operating at 100% power, the reformer can be switched off. It is not necessary to check the PTC element during operation, since if the PTC element fails, the current drops to zero, so that the protection mentioned responds and the device switches off. An oxidizing gas temperature is expediently also detected and used as a control parameter for controlling the oxidizing gas mass flow. So z. B. a temperature measuring point in the vicinity of the PTC element to compensate for the influence of ambient temperature by the control or regulation of the oxidizing gas blower.

Das Verfahren kann auch derart ausgeführt werden, daß zusätzlich die in den Reaktionskammer zugeführte Brennstoffmenge gesteuert wird. Damit kann flexibel auf die jeweiligen Betriebsbedingungen eingegangen werden. Die oben genannten Grenzwerte werden dann dementsprechend angepaßt, um einen optimalen Reaktionsablauf beizubehalten.The method can also be carried out in such a way that the amount of fuel fed into the reaction chamber is additionally controlled. This means that you can respond flexibly to the respective operating conditions. The above-mentioned limit values are then adjusted accordingly in order to maintain an optimal reaction process.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß eine Steuereinheit den Oxidationsgas-Massenstrom steuert, wenn der Meßwert oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt. Zweckmäßigerweise sind der obere und der untere Grenzwert in dieser Steuerein- heit abgespeichert. Der Oxidationsgas-Massenstromsensor beinhaltet beispielsweise ein PTC-Element.In the device according to the invention it is provided that a control unit controls the oxidizing gas mass flow when the measured value lies above an upper limit value or below a lower limit value. The upper and lower limit values are expediently stored in this control unit. The oxidizing gas mass flow sensor contains, for example, a PTC element.

Bevorzugt enthält die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung, die den Reformer abschaltet, wenn ein Meßwert des Oxidationsgas- Massenstromsensors einen Schutzgrenzwert erreicht.The device preferably contains a protective device which switches off the reformer when a measured value of the oxidizing gas mass flow sensor reaches a protective limit value.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The method according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment of the device according to the invention with reference to drawings. It shows:

Fig. 1 einen Reformer in einer schematischen Darstellung,1 shows a reformer in a schematic representation,

Fig. 2 die Anordnung zur Zuführung von Oxidationsgas in einer Blockdiagramm-Darstellung, Fig. 3 ein Diagramm, das einen Ablauf der Steuerung der2 shows the arrangement for supplying oxidizing gas in a block diagram representation, Fig. 3 is a diagram showing a flow of control of the

Spannung eines Elektromotors eines Oxidationsgasge- bläses eines Reformers für ein Fahrzeug darstellt,Represents voltage of an electric motor of an oxidizing gas blower of a reformer for a vehicle,

Fig. 4 und Fig. 5 zwei Ausführungsbeispiele für Anordnungen mit einem Reformer und einer Brennstoffzelle.FIGS. 4 and 5 show two exemplary embodiments for arrangements with a reformer and a fuel cell.

Gemäß der Darstellung von Figur 1 umfaßt ein Reformer ein Gehäuse 2 mit einer darin angeordneten und von einem Ringraum 3 des Gehäuses 2 umgebenen Reaktionskammer 4. Die Reaktionskammer besitzt eine Gemischbildungszone 8 und eine Reformierzone 5. Der Gemischbildungszone 8 wird über eine Brennstoffförder- vorrichtung 9 Brennstoff 6, beispielsweise Benzin oder Diesel, in einer vorgegebenen, festgelegten Menge entsprechend der erforderlichen Menge an Reformat zugeführt. Die eigentliche Refomierung erfolgt in der Reformierzone 5, die dazu eine keramische Matrix besitzt. Das Reformat verläßt die Reaktionskammer 4 über einen Auslaß 19.According to the illustration in FIG. 1, a reformer comprises a housing 2 with a reaction chamber 4 arranged therein and surrounded by an annular space 3 of the housing 2. The reaction chamber has a mixture formation zone 8 and a reforming zone 5. The mixture formation zone 8 is fueled by a fuel delivery device 9 6, for example gasoline or diesel, are supplied in a predetermined, fixed quantity in accordance with the required quantity of reformate. The actual reforming takes place in the reforming zone 5, which has a ceramic matrix for this purpose. The reformate leaves the reaction chamber 4 via an outlet 19.

Mittels einer Oxidationsgasgebläseeinheit 11 wird Oxidationsgas (siehe Pfeil 12) über einen Oxidationsgaskanal 13 der Gemischbildungszone 8 zugeführt. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Oxidationsgas um Luft. In dem Oxidationsgaskanal 13 ist ein schematisch angedeuteter Massenstromsensor 14 an- geordnet.Using an oxidizing gas blower unit 11, oxidizing gas (see arrow 12) is fed to the mixture formation zone 8 via an oxidizing gas channel 13. In the simplest case, the oxidizing gas is air. A schematically indicated mass flow sensor 14 is arranged in the oxidation gas channel 13.

In Figur 2 ist die Oxidationsgaszuführung in einer schematischen Darstellung detaillierter gezeigt. Die Oxidationsgasgebläseeinheit 11 enthält einen Elektromotor 15, der über seine Antriebswelle 16 ein Gebläse 17 antreibt. Im Oxidationsgaskanal 13 ist ein Temperatursensor 18 zum Erfassen der Temperatur des zugeführten Oxidationsgases angeordnet. In der Darstellung der Figuren 2 und 3 sind der Massenstromsensor 14 und der Temperatursensor 15 zwischen dem Gebläse 17 und der Gemischbildüngszone 8 angeordnet. In einer anderen Ausgestaltung wäre es aber genauso möglich, bereits bei der Ansaugung des Oxidationsgases dessen Temperatur und den Massenstrom zu erfassen.In Figure 2, the oxidizing gas supply is shown in more detail in a schematic representation. The oxidizing gas blower unit 11 contains an electric motor 15, which drives a blower 17 via its drive shaft 16. A temperature sensor 18 for detecting the temperature of the supplied oxidizing gas is arranged in the oxidizing gas channel 13. 2 and 3, the mass flow sensor 14 and the temperature sensor 15 are arranged between the blower 17 and the mixture formation zone 8. In another embodiment, it would be just as possible, already during the intake the temperature and the mass flow of the oxidizing gas.

Eine Steuereinheit 10 erhält ein Sensorsignal von dem Massen- stromsensor 14 und von dem Temperatursensor 18 und liefert ein daraus ermitteltes Steuersignal an den Elektromotor 15.A control unit 10 receives a sensor signal from the mass flow sensor 14 and from the temperature sensor 18 and delivers a control signal determined therefrom to the electric motor 15.

Der Massenstromsensor 14 erfaßt den von dem Gebläse 17 geförderten Oxidationsgas-Massenstrom in Meßtakten oder Meßinter- vallen, die eine Zeitdauer von Bruchteilen einer Sekunde bis zu mehreren Sekunden aufweisen können, und liefert einen entsprechenden Meßwert als Sensorsignal an die Steuereinheit 10, in der ein unterer und ein oberer Grenzwert UG bzw. OG für den Oxidationsgas-Massenstrom gespeichert sind (siehe Fig. 3) . Der jeweilige Meßwert wird in der Steuereinheit 10 in den vorgegebenen Meßtakten mit dem unteren und dem oberen Grenzwert UG bzw. OG verglichen.The mass flow sensor 14 detects the oxidizing gas mass flow conveyed by the blower 17 in measuring cycles or measuring intervals, which can take from fractions of a second to several seconds, and delivers a corresponding measured value as a sensor signal to the control unit 10, in which a lower one and an upper limit value UG or OG for the oxidizing gas mass flow is stored (see FIG. 3). The respective measured value is compared in the control unit 10 in the predetermined measuring cycles with the lower and the upper limit value UG or OG.

Wenn der Oxidationsgasmassenstrom für die dem Reaktionsraum zugeführte Brennstoffmenge zu groß ist und folglich der Meßwert bzw. der Oxidationsgas-Massenstrom größer als der obere Grenzwert OG ist, so wird die Spannung des Elektromotors 15 des Gebläses 17 abgesenkt, wodurch die Drehzahl des Gebläses 17 reduziert und der geförderte Oxidationsgas-Massenstrom verringert wird. Wenn eine minimale Spannung erreicht ist, so wird sie nicht weiter abgesenkt .If the oxidizing gas mass flow for the amount of fuel supplied to the reaction chamber is too large and consequently the measured value or the oxidizing gas mass flow is greater than the upper limit value OG, the voltage of the electric motor 15 of the blower 17 is reduced, whereby the speed of the blower 17 is reduced and the oxidizing gas mass flow is reduced. When a minimum voltage is reached, it is not reduced further.

Ist der Meßwert bzw. der Oxidationsgas-Massenstrom kleiner als der untere Grenzwert UG, so wird die Spannung des Elek- tromotors 15 des Gebläses 17 angehoben, wodurch die Drehzahl des Gebläses 17 erhöht und der geförderte Oxidationsgas-Massenstrom gesteigert wird. Wenn eine maximale Spannung erreicht ist, so wird sie nicht weiter erhöht.If the measured value or the oxidizing gas mass flow is less than the lower limit value UG, the voltage of the electric motor 15 of the blower 17 is raised, as a result of which the speed of the blower 17 is increased and the oxidizing gas mass flow conveyed is increased. When a maximum voltage is reached, it is not increased further.

In Figur 3 ist ein Betriebsverhalten des Fahrzeugheizgeräts über die Zeitachse beispielhaft dargestellt, bei dem der Oxidationsgas-Massenstrom anfangs zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert OG bzw. UG liegt und anschließend unter den unteren Grenzwert UG abfällt. Aufgrund des ersten Meßwertes Ma, der unter dem unteren Grenzwert UG liegt, wird von der Steuereinheit 10 die Spannung des Elektromotors 15 um einen festgelegten Wert ΔU erhöht. Die Erhöhung der Gebläsedrehzahl stoppt ein weiteres Absinken des Oxidationsgas-Massenstroms. Da der nächste Meßwert Mj-, weiterhin einen unter dem unteren Grenzwert UG liegenden Oxidationsgas-Massenstrom erfaßt, wird von der Steuereinheit 10 die Spannung des Elektromotors 15 nochmals um einen festgelegten Wert ΔU bis auf Umax erhöht, so daß der Elektromotor 15 bzw. das Gebläse 17 mit voller Leistung arbeitet.FIG. 3 shows an example of an operating behavior of the vehicle heater over the time axis, in which the oxidizing gas mass flow initially lies between the upper and the lower lower limit OG or UG and then falls below the lower limit UG. On the basis of the first measured value M a , which is below the lower limit value UG, the control unit 10 increases the voltage of the electric motor 15 by a predetermined value ΔU. The increase in the fan speed stops a further decrease in the oxidizing gas mass flow. Since the next measured value M j - continues to detect an oxidizing gas mass flow below the lower limit value UG, the control unit 10 increases the voltage of the electric motor 15 again by a predetermined value ΔU up to U max , so that the electric motor 15 or the fan 17 works at full power.

Im weiteren Betrieb des Reformers steigt entsprechend den Be- triebsbedingungen der Oxidationsgas-Massenstrom wieder über den unteren Grenzwert UG an. Solange weitere um Meßtakte zeitlich versetzte Meßwerte zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert OG bzw. UG liegen, erfolgt keine weitere Steuerung, so daß die Spannung auf ihrem maximalen Wert Umax ver- bleibt.As the reformer continues to operate, the oxidizing gas mass flow rises again above the lower limit value UG in accordance with the operating conditions. As long as further measured values staggered by measuring cycles lie between the upper and lower limit values OG or UG, no further control takes place, so that the voltage remains at its maximum value U max .

Im weiteren Betrieb des Reformers steigt entsprechend den Betriebsbedingungen der Oxidationsgas-Massenstrom über den oberen Grenzwert OG an. Aufgrund des nächsten Meßwertes Mc, der oberhalb des oberen Grenzwertes OG liegt, wird von der Steuereinheit 10 die Spannung des Elektromotors 15 um einen festgelegten Wert ΔU reduziert, so daß damit auch die Gebläsedrehzahl reduziert wird. Da die vier folgenden Meßwerte Md bis Mg weiterhin jeweils einen über dem oberen Grenzwert OG liegenden Oxidationsgas-Massenstrom signalisieren, wird die Spannung des Elektromotors 15 jeweils um einen festgelegten Wert ΔU abgesenkt, bis ein folgender Meßwert Mh ein Unterschreiten des oberen Grenzwertes OG anzeigt und die Steuereinheit 10 folglich die Spannung nicht weiter absenkt.As the reformer continues to operate, the oxidizing gas mass flow rises above the upper limit value OG in accordance with the operating conditions. On the basis of the next measured value M c , which lies above the upper limit value OG, the control unit 10 reduces the voltage of the electric motor 15 by a fixed value ΔU, so that the fan speed is also reduced. Since the four following measured values Md to Mg continue to signal an oxidizing gas mass flow that is above the upper limit value OG, the voltage of the electric motor 15 is lowered by a fixed value ΔU until a subsequent measured value Mh indicates that the upper limit value OG is undershot and that Control unit 10 consequently does not further lower the voltage.

Aus dieser beispielhaften Darstellung ergibt sich das hysteresische Verhalten der Steuereinheit, die im Gegensatz zu ei- ner aufwendigeren EchtzeitSteuerung ein einfacheres, aber dennoch wirksames Steuerverhalten aufweist . Der obere und der untere Grenzwert OG bzw. UG des Oxidationsgas-Massenstroms sind in Abhängigkeit der von der Brennstofffördervorrichtung 9 zugeführten Brennstoffmenge 6 und der maximalen Förderleistung des Gebläses 17 derart festgelegt, daß der Reformer innerhalb eines spezifizierten Bereichs zwischen einem BrennstoffÜberschuß und einem Oxidationsgasüberschuß gesteuert betrieben wird. Wenn die zugeführte Brennstoff enge 6 variiert wird, werden der obere und der untere Grenzwert OG bzw. UG entsprechend angepaßt.The hysteresis behavior of the control unit results from this exemplary representation. ner more complex real-time control has a simple, yet effective control behavior. The upper and lower limit values OG and UG of the oxidizing gas mass flow are determined in dependence on the amount of fuel 6 supplied by the fuel delivery device 9 and the maximum delivery rate of the blower 17 in such a way that the reformer operates under control within a specified range between an excess fuel and an excess oxidizing gas becomes. If the supplied fuel is narrow 6 varied, the upper and lower limit OG and UG are adjusted accordingly.

Des weiteren ist zum Schutz des Reformers vorgesehen, daß die Steuereinheit 10 den Reformer vollständig abschaltet, wenn der Meßwert 10 einen Oxidationsgas-Massenstrom signalisiert, der unter dem unteren Grenzwert UG oder unter einem zusätzlich festgelegten unteren Schutzgrenzwert liegt, und gleichzeitig das Gebläse 17 mit einer Leistung von 100% läuft bzw. der Elektromotor 15 mit der maximalen Spannung betrieben wird.It is also provided to protect the reformer that the control unit 10 switches the reformer completely off when the measured value 10 signals an oxidizing gas mass flow which is below the lower limit value UG or below an additionally defined lower protection limit value, and at the same time the fan 17 with a Power of 100% runs or the electric motor 15 is operated at the maximum voltage.

Der Massenstromsensor 14 ist in einer besonders geeigneten Ausführung als ein PTC-Element ausgebildet bzw. besitzt eine solches PTC-Element. Der an dem PTC-Element vorbeiströmende Oxidationsgas-Massenstrom erzeugt eine Abkühlung des PTC-Elements und durch eine temperaturbedingte Veränderung des Widerstands. Bei einer an dem PCT-Element angelegten konstanten Spannung resultiert dies in einer Änderung des Meßstromes, über die der vom Gebläse 17 geförderte Oxidationsgas-Massen- ström bestimmt werden kann. Der durch das PTC-Element fließende und direkt von dem geförderten Massenstrom abhängige elektrische Meßstrom wird in der oben beschriebenen Weise mit den in der Steuereinheit 10 der Oxidationsgasgebläseeinheit 11 abgelegten Grenzwerten verglichen.In a particularly suitable embodiment, the mass flow sensor 14 is designed as a PTC element or has such a PTC element. The oxidizing gas mass flow flowing past the PTC element produces a cooling of the PTC element and a temperature-related change in the resistance. With a constant voltage applied to the PCT element, this results in a change in the measuring current, by means of which the oxidizing gas mass flow conveyed by the blower 17 can be determined. The electrical measuring current flowing through the PTC element and directly dependent on the mass flow conveyed is compared in the manner described above with the limit values stored in the control unit 10 of the oxidizing gas blower unit 11.

Mittels des Temperatursensors 18, der in der Nähe des Massen- stromsensors 14 bzw. des PTC-Elementes angeordnet ist, können Umgebungstemperatureinflüsse, die den Oxidationsgas-Massenstrom beeinflussen, erkannt und durch die Steuereinheit 10 kompensiert werden.By means of the temperature sensor 18, which is arranged in the vicinity of the mass flow sensor 14 or the PTC element, respectively Ambient temperature influences that influence the oxidizing gas mass flow are recognized and compensated for by the control unit 10.

Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei Anordnungen mit einem Reformer 1, wie er bereits anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde, und einer Brennstoffzelle 20.FIGS. 4 and 5 show two arrangements with a reformer 1, as has already been described with reference to FIGS. 1 to 3, and a fuel cell 20.

In der Ausführung von Figur 4 wird Oxidationsgas 12 dem Re- former zugeführt. In einer Oxidationsgasgebläseeinheit 11 ist unter anderem ein Gebläse angeordnet, daß das Oxidationsgas 12, beispielsweise Luft, der Reaktionskammer 4 zuführt. Vor dem Gebläse ist der beschriebene Massenstromsensor 14 angeordnet. Der Oxidationsgasgebläseeinheit können aber auch noch weitere, der Aufbereitung des Oxidationsgases dienende Komponenten zugeordnet sein.4, oxidizing gas 12 is fed to the reformer. A blower is arranged in an oxidizing gas blower unit 11 that supplies the oxidizing gas 12, for example air, to the reaction chamber 4. The mass flow sensor 14 described is arranged in front of the fan. However, the oxidizing gas blower unit can also be assigned further components which serve to process the oxidizing gas.

Das in dem Reformer 1 gewonnene, Wasserstoff beinhaltende Reformat 30 wird der Brennstoffzelle 20 entweder direkt zuge- führt oder in weiteren Schritten aufbereitet und anschließend der Brennstoffzelle zugeführt. Die Brennstoffzelle ist ebenfalls schematisch dargestellt und weist eine Anode 21, eine Kathode 22 und einen Elektrolyten 23 auf. Die Zuführung des Reformats 30 erfolgt anodenseitig, während kathodenseitig Luft 27 zugeführt wird. Der erzeugte Strom 25 ist direkt abgreifbar. Das Anodenabgas 31 wird gemeinsam mit der an der Kathode 22 austretenden Kathodenabluft 28 in einem Brenner 24 nachverbrannt, bevor es als Abgas 29 in die Umgebung entweicht. Dies ist erforderlich, weil das Reformat 30 anoden- seitig nicht vollständig umgesetzt wird. Die Kathodenabluft liefert dabei den Sauerstoff für die Verbrennung im Nachbrenner.The reformate 30 containing hydrogen obtained in the reformer 1 is either fed directly to the fuel cell 20 or processed in further steps and then fed to the fuel cell. The fuel cell is also shown schematically and has an anode 21, a cathode 22 and an electrolyte 23. The reformate 30 is supplied on the anode side, while air 27 is supplied on the cathode side. The generated current 25 can be tapped directly. The anode exhaust gas 31 is post-combusted together with the cathode exhaust air 28 emerging at the cathode 22 in a burner 24 before it escapes into the environment as exhaust gas 29. This is necessary because the reformate 30 is not fully implemented on the anode side. The cathode exhaust air supplies the oxygen for combustion in the afterburner.

Die in Figur 5 gezeigte Ausführung unterscheidet sich darin von Figur 4, daß der Massenstromsensor 14 nicht vor dem Gebläse, sondern zwischen dem Gebläse und der Reaktionskammer 4 angeordnet ist. Ob diese Anordnng oder die Anordnung von Fi- gur 4 Anwendung findet, liegt im Ermessen des Fachmanns und ist von dem jeweiligen Einsatzfall abhängig. Die Anordnung und Funktionsweise der Brennstoffzelle entspricht der von Figur 4.The embodiment shown in FIG. 5 differs from FIG. 4 in that the mass flow sensor 14 is not arranged in front of the blower, but between the blower and the reaction chamber 4. Whether this arrangement or the arrangement of fi gur 4 applies, is at the discretion of the specialist and depends on the respective application. The arrangement and mode of operation of the fuel cell corresponds to that of FIG. 4.

Ein zusätzlich einzusetzender Temperatursensor 18 ist zweckmäßigerweise in räumlicher Nähe zu dem Massenstromsensor angeordnet. Obwohl in vielen Fällen eine Berücksichtigung des Massenstromes genügt, ist der Einsatz eine Temperatursensors zur weiteren Optimierung des Systems von Vorteil. An additional temperature sensor 18 to be used is expediently arranged in close proximity to the mass flow sensor. Although taking the mass flow into account is sufficient in many cases, the use of a temperature sensor is advantageous for further optimization of the system.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Reformer 2 Gehäuseeinheit1 reformer 2 housing unit

3 Ringraum3 annulus

4 Reaktionskammer4 reaction chamber

5 Reformierzone5 reforming zone

6 Einlaß 8 Gemischbildungszone6 inlet 8 mixture formation zone

9 Brennstofffördervorrichtung9 Fuel delivery device

10 Steuereinheit10 control unit

11 Oxidationsgasgebläseeinheit11 Oxidation gas blower unit

12 Oxidationsgas 13 Oxidationsgaskanal12 Oxidation gas 13 Oxidation gas channel

14 Massenstromsensor14 mass flow sensor

15 Elektromotor15 electric motor

16 Antriebswelle16 drive shaft

17 Gebläse 18 Temperatursensor17 blower 18 temperature sensor

19 Auslaß19 outlet

20 Brennstoffzelle20 fuel cell

21 Anode21 anode

22 Elektrolyt 23 Kathode22 electrolyte 23 cathode

24 Brenner24 burners

25 Elektrischer Strom25 Electric current

26 Brenstoff26 fuel

27 Luft 28 Kathodenabluft27 Air 28 Cathode exhaust air

29 Abgas29 exhaust gas

30 Reformat30 reformate

31 Anodenabgas 31 anode exhaust

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zur Steuerung eines eine Reaktionskammer (4) aufweisenden Reformers (1) für Brennstoffzellen, insbesondere für den Einsatz im einem Fahrzeug, bei dem in Abhängigkeit von einem einen Meßwert repräsentierenden Sensorsignal eines in einem Oxidationsgaskanal (13) angeordneten Oxidationsgas- Massenstromsensors (14) der Oxidationsgas-Massenstrom gesteuert wird d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß eine Steuerung des1. A method for controlling a reaction chamber (4) having a reformer (1) for fuel cells, in particular for use in a vehicle, in which, depending on a sensor signal representing a measured value, an oxidizing gas mass flow sensor (14) arranged in an oxidizing gas channel (13) ) the oxidizing gas mass flow is characterized by the fact that ß a control of the Oxidationsgas-Massenstroms erfolgt, wenn ein Meßwert des Oxidationsgas-Massenstromsensors (14) oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes des Oxidationsgas-Massenstroms liegt.Oxidation gas mass flow occurs when a measured value of the oxidizing gas mass flow sensor (14) lies above an upper limit value or below a lower limit value of the oxidizing gas mass flow. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Oxidationsgas-Massenstroms die Drehzahl eines Oxidationsgas- gebläses (17) erhöht bzw. reduziert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the speed of an oxidizing gas fan (17) is increased or reduced to control the oxidizing gas mass flow. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte in einer Steuereinheit (10) abgespeichert werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the limit values are stored in a control unit (10). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßintervall zwischen dem Erfassen von zwei Meßwerten des Sensorsignals etwa 0,5 bis 1 sec beträgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a measurement interval between the detection of two measured values of the sensor signal is approximately 0.5 to 1 sec. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer (1) abgeschaltet wird, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert unterschreitet .5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reformer (1) is switched off when the measured value falls below a protection limit. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer (1) abgeschaltet wird, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert un- terschreitet und gleichzeitig ein Elektro-Gebläse otor (15) der Oxidationsgasgebläseeinheit (11) mit einer definierten Leistung, insbesondere 100%, arbeitet.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reformer (1) is switched off when the measured value is a protection limit ters and at the same time an electric blower otor (15) of the oxidizing gas blower unit (11) works with a defined power, in particular 100%. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationsgas- Massenstromsensor (14) ein PTC-Element aufweist.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the oxidizing gas mass flow sensor (14) has a PTC element. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidationsgas- Temperatur erfaßt und als Steuerparameter für die Steuerung des Oxidationsgas-Massenstroms verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that an oxidizing gas temperature is detected and used as a control parameter for controlling the oxidizing gas mass flow. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine in die Reaktionskämmer zugeführte Brennstoffmenge gesteuert wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that an amount of fuel fed into the reaction chambers is additionally controlled. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung des oberen und des unteren Grenzwertes in Abhängigkeit von der Menge des zugeführten Brennstoffs (6; 26) erfolgt.10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the upper and lower limit values are determined as a function of the amount of fuel supplied (6; 26). 11. Vorrichtung zur Steuerung eines eine Reaktionskammer (4) aufweisenden Reformers (1) für Brennstoffzellen, insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug, bei dem in Abhängigkeit von einem einen Meßwert repräsentierenden Sensorsignal eines in einem Oxidationsgaskanal (13) angeordneten Oxidationsgas- Massenstromsensors (14) der Oxidationsgas-Massenstrom steuer- bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (10) zur Steuerung des Oxidationsgas-Massenstromes vorgesehen ist mit einem Vergleicher, wobei eine Steuerung des Oxidati- onsgas-Massenstromes erfolgt, wenn der Meßwert oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt. 11. Device for controlling a reformer (4) having a reformer (1) for fuel cells, in particular for use in a vehicle, in which, depending on a sensor signal representing a measured value, an oxidizing gas mass flow sensor (14) arranged in an oxidizing gas channel (13) ) the oxidizing gas mass flow is controllable, characterized in that a control unit (10) for controlling the oxidizing gas mass flow is provided with a comparator, the oxidizing gas mass flow being controlled when the measured value is above an upper limit value or is below a lower limit. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Grenzwert in der Steuereinheit (10) abgespeichert sind.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the upper and lower limit values are stored in the control unit (10). 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationsgas- Massenstromsensor (14) ein PTC-Element aufweist.13. The apparatus of claim 11 or 12, characterized in that the oxidizing gas mass flow sensor (14) has a PTC element. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die den Reformer (1) abschaltet, wenn ein Meßwert des Oxidationsgas-Massenstromsensors (14) einen Schutzgrenzwert erreicht.14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that a protective device is provided which switches off the reformer (1) when a measured value of the oxidizing gas mass flow sensor (14) reaches a protective limit value. 15. BrennstoffZeilenanordnung mit einer Brennstoffzelle (20) und einem mit dieser verbundenem Reformer nach einem der Ansprüche 10 bis 13 .zur Bereitstellung eines Brennstoffs für die Brennstoffzelle. 15. Fuel line arrangement with a fuel cell (20) and a reformer connected thereto according to one of claims 10 to 13. For providing a fuel for the fuel cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS622462A (en) * 1985-06-27 1987-01-08 Toshiba Corp Air flow rate control system for fuel cell power generation system
JPH04243538A (en) * 1991-01-24 1992-08-31 Fuji Electric Co Ltd Catalyst layer temperature control method and device for fuel reformer for fuel cells
JP3212181B2 (en) * 1993-05-20 2001-09-25 東京瓦斯株式会社 Method and apparatus for controlling combustion air amount of fuel cell fuel off-gas
JP3678118B2 (en) * 2000-06-01 2005-08-03 日産自動車株式会社 Fuel reforming system

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