DE10220850A1 - Control device for an alkaline pressure electrolyzer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen alkalischen Druckelektrolyseur. DOLLAR A Die Regeleinrichtung umfasst Mittel zur unabhängigen Beeinflussung der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck. DOLLAR A Als Mittel kann ein Entkopplungsnetzwerk vorgesehen sein, welches Steuer- und Regeleingänge für die unabhängige Beeinflussung der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck bereitstellt. Das Entkopplungsnetzwerk sorgt dafür, dass über Handsteuereingänge entkoppelte und daher gefahrlose Handsteuerungen der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck durchführbar sind. DOLLAR A Die Aufgabe wird auch gelöst, indem die Regeleinrichtung einen oder mehrere P-Regler als Mittel umfasst, die die Regelgrößen Füllstandsdifferenz und/oder Gasdruck stabilisieren. Beide Regelungsmechanismen zusammen, also Entkopplungsnetzwerk und ein oder beide P-Regler, unterstützen sich gegenseitig, so dass sich die Regelqualität weiter verbessert. DOLLAR A Verfahren zur sicheren Regelung sehen vor, dass der Wasserstoffabblasgasfluss und der Sauerstoffabblasgasfluss auf ein Verhältnis von 2 : 1 geregelt werden, und/oder dass die Abblasvolumenflüsse der Gase so geregelt werden, dass die Summe der abgeblasenen Gasflussänderungen Null ergibt.The invention relates to a control device for an alkaline pressure electrolyzer. DOLLAR A The control device includes means for independently influencing the control variables level difference and gas pressure. DOLLAR A A decoupling network can be provided as a means, which provides control and regulating inputs for the independent influencing of the regulating variables level difference and gas pressure. The decoupling network ensures that decoupled and therefore safe manual controls of the control variables level difference and gas pressure can be carried out via manual control inputs. DOLLAR A The object is also achieved in that the control device comprises one or more P controllers as means which stabilize the control variables level difference and / or gas pressure. Both control mechanisms together, i.e. decoupling network and one or both P controllers, support each other, so that the control quality is further improved. DOLLAR A procedures for safe regulation provide that the hydrogen blow-off gas flow and the oxygen blow-off gas flow are regulated to a ratio of 2: 1 and / or that the blow-off volume flows of the gases are regulated in such a way that the sum of the blown-off gas flow changes results in zero.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen alkalischen Druckelektrolyseur gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff nach einem der Ansprüche 8 bis 10. The invention relates to a control device for an alkaline pressure electrolyzer according to Preamble of claim 1. The invention relates continue to follow a procedure according to the preamble one of claims 8 to 10.

Ein Elektrolyseur weist in der Regel eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Elektrolysezellen (Zellen) auf, wie der Druckschrift DE 196 07 235 C1 zu entnehmen ist. An electrolyser usually has a variety of electrolysis cells (cells) connected in series on how to see the document DE 196 07 235 C1 is.

Fig. 1 zeigt zur besseren Veranschaulichung des Sachverhalts zunächst den Stand der Technik eines Druckelektrolyseurs. Der unter Lauge stehende Elektrolyseblock 20 besteht aus einem Stapel von vielen identischen Zellen mit jeweils einer Anode 11, einer Kathode 12 und einem ionendurchlässigen Diaphragma 13. Die gestapelten Zellen sind elektrisch gut leitend und gasdicht miteinander verbunden. Fig. 1 of the facts initially art shows to better illustrate the state of a pressure electrolyzer. The electrolysis block 20, which is under lye, consists of a stack of many identical cells, each with an anode 11 , a cathode 12 and an ion-permeable diaphragm 13 . The stacked cells are electrically conductive and gas-tight.

Ein Betriebsmittel wird einem Elektrolyten zugegeben, den Elektroden zugeführt und in seine Bestandteile (Produktgase) zerlegt. Durch Zuführung von elektrischer Energie (z. B. aus regenerativen Quellen wie Wind oder Sonne) wird der Elektrolyseprozess in Gang gesetzt, wobei unter hohen Drücken an den Kathoden 12 Wasserstoff H₂ und an den Anoden 11 Sauerstoff O₂ freigesetzt wird. Die Gasprodukte H₂ und O₂ aller Elektrolysezellen werden getrennt gesammelt und abgeführt, wobei ein Gemisch aus H₂-Blasen und Lauge über eine Leitung 30 in den Gasabscheider 36 sowie ein Gemisch aus O₂-Blasen und Lauge über die Leitung 31 in den Gasabscheider 37 gelangt. In den Gasabscheidern erfolgt die Trennung der Gase von der Lauge, die durch die Rückflussleitung 35 in den Elektrolyseblock 20 zurückfließt. An operating medium is added to an electrolyte, fed to the electrodes and broken down into its components (product gases). The electrolysis process is started by supplying electrical energy (eg from regenerative sources such as wind or sun), hydrogen H ₂ being released at high pressures 12 and oxygen O ₂ at the anodes 11 . The gas products H ₂ and O _{2 of} all electrolysis cells are collected and discharged separately, a mixture of H ₂ bubbles and lye via a line 30 in the gas separator 36 and a mixture of O ₂ bubbles and lye via line 31 in the gas separator 37 arrives. In the gas separators, the gases are separated from the alkali, which flows back into the electrolysis block 20 through the return line 35 .

Das oder die produzierten Gase können von den Gasabscheidern an einen Speicher (z. B. Wasserstofftank, Hydridspeicherelement) unter Anwendung von Druck weitergeleitet werden. Das Gas kann von dort über Entnahmestationen in Flaschen abgefüllt werden (nicht dargestellt). The gas or gases produced can by the Gas separators to a storage tank (e.g. hydrogen tank, Hydride storage element) using pressure to get redirected. The gas can go from there Tapping stations are bottled (not ) Shown.

Der Gasabscheider 36 bildet zusammen mit dem Gasabscheider 37 und der Verbindung 34 ein System aus zwei kommunizierenden Röhren, das bis zu den Füllständen 24 und 25 mit den Laugensäulen 28 und 29 gefüllt ist. Diese Konstruktion trennt den H₂-Gasraum 26 vom O₂-Gasraum 27 und erlaubt wegen der Beweglichkeit der Laugensäulen den Druckausgleich zwischen den Gasräumen 26 und 27, der wegen der Druckempfindlichkeit des Diaphragmas 13 erforderlich ist. The gas separator 36 , together with the gas separator 37 and the connection 34, forms a system of two communicating tubes, which is filled with the alkali columns 28 and 29 up to the fill levels 24 and 25 . This construction separates the H ₂ gas space 26 from the O ₂ gas space 27 and, because of the mobility of the lye columns, permits the pressure equalization between the gas spaces 26 and 27 , which is necessary because of the pressure sensitivity of the diaphragm 13 .

Regelgrößen zum Betreiben des Elektrolyseurs sind der Gasdruck im gesamten System sowie die Differenz der Füllstände in den Gasabscheidern. An die Qualität der Regelung werden bei instationärem Elektrolysebetrieb erhöhte Anforderungen gestellt. Control variables for operating the electrolyzer are the Gas pressure in the entire system as well as the difference in Fill levels in the gas separators. The quality of the Regulation are in the case of transient electrolysis operation increased requirements.

Die vom Elektrolyseblock 20 produzierten Gase H₂ und O₂ erhöhen den Druck in den Gasräumen 26 und 27 und beeinflussen je nach der geometrischen Auslegung der Gasabscheider 36 und 37 mehr oder weniger die Füllstände 24 und 25 und damit auch die Füllstandsdifferenz. The gases H ₂ and O ₂ produced by the electrolysis block 20 increase the pressure in the gas spaces 26 and 27 and, depending on the geometric design of the gas separators 36 and 37, more or less influence the fill levels 24 and 25 and thus also the fill level difference.

Während der Elektrolyse wird der Füllstand des Elektrolyts in den Gasabscheidern aus betriebs- und sicherheitstechnischen Gründen regelmäßig ermittelt. Die mittlere Füllstandhöhe wird genutzt, um die zu dosierende Betriebsmittelmenge über die Betriebsmittel- Zuleitungen zu steuern. In einem Wasser-Elektrolyseur wird beispielsweise bei einem zu niedrigen KOH- Füllstand Wasser zudosiert. Auch das Notabschaltsystem des Elektrolyseurs kann auf der Messung der Füllstandhöhen beruhen. During the electrolysis, the fill level of the Electrolytes in the gas separators from operational and regularly determined for safety reasons. The medium level is used to the dosing amount of equipment via the equipment To control supply lines. In a water electrolyser for example, if the KOH Level of water metered in. Even the emergency shutdown system of the electrolyzer can be based on the measurement of the Level heights are based.

Durch Verstellen des H₂-Abblasventils 22 oder des O₂-Abblasventils 23 lassen sich der Gasdruck in 26 und 27 und die Füllstände 24 und 25 steuern. Die Korrektur der Füllstände 24 und 25 muß wegen der Gefahr einer Knallgasexplosion durch Vermischung von H₂ und O₂ bei einer zu großen Füllstandsdifferenz automatisch erfolgen und wird daher von einer geeigneten Regeleinrichtung übernommen, die auch den Gasdruck regelt, wobei die Schwankungen der Gasvolumenflüsse in den Leitungen 30 und 31 als Störgrößen auf die Regelgrößen einwirken. By adjusting the H ₂ blow-off valve 22 or the O ₂ blow-off valve 23 , the gas pressure in 26 and 27 and the fill levels 24 and 25 can be controlled. The correction of the fill levels 24 and 25 must be carried out automatically due to the risk of a detonating gas explosion by mixing H ₂ and O ₂ when the fill level difference is too great and is therefore taken over by a suitable control device which also regulates the gas pressure, the fluctuations in the gas volume flows in the Lines 30 and 31 act as disturbance variables on the controlled variables.

Aus Mohr et al. (P. Mohr, V. Peinicke und T. Welfonder, 1996. "Konzeption und Realisierung der Druckregelung eines solar betriebenen Elektrolyseurs". In: Automatisierungstechnische Praxis 38, Heft 9, 42-48) ist hierzu eine Regeleinrichtung für einen Elektrolyseur bekannt (Fig. 2). From Mohr et al. (P. Mohr, V. Peinicke and T. Welfonder, 1996. "Concept and implementation of the pressure control of a solar-powered electrolyser". In: Automation Technology Practice 38 , Issue 9, 42-48), a control device for an electrolyzer is known for this ( Fig . 2).

Neben den Regelkreisen für den Gasdruck und die Füllstandsdifferenz in Fig. 2, sind aus Fig. 1 das Elektrolyse-Gasabscheidersystem 21, das H₂-Abblasventil 22 und das O₂-Abblasventil 23 in Fig. 2 übernommen. In addition to the control loops for the gas pressure and the level difference in FIG. 2, the electrolysis gas separator system 21 , the H ₂ blow-off valve 22 and the O ₂ blow-off valve 23 in FIG. 2 are taken from FIG. 1.

Der Füllstandsdifferenzregelkreis in Fig. 2 enthält die Füllstandsmesseinrichtung 51, die aus dem Elektrolyse- Gasabscheidersystem 21 die aktuelle Information 52 über den Füllstand 24 in Fig. 1 und die aktuelle Information 53 über den Füllstand 25 in Fig. 1 übernimmt und sie in das entsprechende elektrische Istwertsignal 54 für die Füllstandsdifferenz umwandelt. Dieses wird in der Vergleichstelle 66 mit dem Sollwert 68 für die Füllstandsdifferenz verglichen. Die Regeldifferenz wird dem Regler 64 für die Füllstandsdifferenz zugeleitet, dessen Stellausgang 70 mit dem Stelleingang 58 des H₂ -Abblasventils 22 über die Schnittstelle 99a verknüpft ist. The fill level difference control circuit in FIG. 2 contains the fill level measuring device 51 , which accepts the current information 52 about the fill level 24 in FIG. 1 and the current information 53 about the fill level 25 in FIG. 1 from the electrolysis gas separator system 21 and converts them into the corresponding electrical one Converted actual value signal 54 for the level difference. This is compared in the comparison point 66 with the target value 68 for the level difference. The control difference is fed to the controller 64 for the level difference, whose control output 70 is linked to the control input 58 of the H ₂ blow-off valve 22 via the interface 99 a.

Der Gasdruckregelkreis in Fig. 2 enthält die Druckmesseinrichtung 55, die aus dem Elektrolyse-Gasabscheidersystem 21 die aktuelle Gasdruckinformation 56 übernimmt und sie in das entsprechende elektrische Istwertsignal 57 für den Gasdruck umwandelt. Dieses wird in der Vergleichstelle 67 mit dem Gasdrucksollwert 69 verglichen. Die Regeldifferenz wird dem Regler 65 für den Gasdruck zugeleitet, dessen Stellausgang 71 mit Stelleingang 59 des O₂-Abblasventils 23 über die Schnittstelle 99b verknüpft ist. The gas pressure control circuit in FIG. 2 contains the pressure measuring device 55 , which takes over the current gas pressure information 56 from the electrolysis gas separator system 21 and converts it into the corresponding electrical actual value signal 57 for the gas pressure. This is compared in the comparison point 67 with the gas pressure setpoint 69 . The control difference is fed to the controller 65 for the gas pressure, the control output 71 of which is linked to the control input 59 of the O ₂ blow-off valve 23 via the interface 99 b.

Die Regler 64 und 65 in Fig. 2 sind gemäß Stand der Technik als konventionelle PID-Regler mit proportionalen, integralen und differentialen Übertragungsanteilen ausgeführt und sollen durch Steuern der Abblasventile 22 und 23 die Abblasflüsse 32 und 33 ständig so beeinflussen, daß die Regelgrößen Gasdruck und Füllstandsdifferenz auch bei instationärem Betrieb des Druckelektrolyseurs ihre vorgegebenen Sollwerte nicht verlassen. The controllers 64 and 65 in FIG. 2 are designed according to the prior art as conventional PID controllers with proportional, integral and differential transmission components and are intended to constantly influence the blow-off flows 32 and 33 by controlling the blow-off valves 22 and 23 in such a way that the controlled variables gas pressure and The level difference, even when the pressure electrolyser is not operating, does not leave its specified setpoints.

Nachteilig sind mit dieser Regeleinrichtung in der Praxis nur schlecht gedämpfte Regelergebnisse zu erzielen. Die in 21, Fig. 1 dargestellten Gasdruckräume 26 und 27 stellen die integralen Anteile der Regelstrecken dar, von denen man aus der Regelungstechnik weiß, daß diese bei einem Einsatz von Reglern mit ihrerseits integralen Anteilen meist nur unbefriedigend geregelt werden können, da sie mit ihrer dynamischen Qualität bereits an der Stabilitätsgrenze liegen. Man kann jedoch auf den I-Anteil des PID-Reglers nicht verzichten, wenn die auf die Regelgrößen einwirkenden Störungen, das sind die Schwankungen der Elektrolyseleistung, gut ausgeregelt werden sollen. The disadvantage of this control device is that poorly damped control results can be achieved in practice. The gas pressure spaces 26 and 27 shown in FIG. 21, FIG. 1 represent the integral parts of the controlled systems which are known from control engineering that when using regulators with their integral parts they can usually only be regulated unsatisfactorily, since they can be controlled with their dynamic quality are already at the stability limit. However, the I component of the PID controller cannot be dispensed with if the disturbances affecting the controlled variables, that is, the fluctuations in the electrolysis power, are to be controlled well.

Ein weiterer Nachteil dieser Regeleinrichtung ergibt sich daraus, daß sie den Handbetrieb des Druckelektrolyseurs nicht unterstützt. Der Handbetrieb kann bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder bei Wartungsarbeiten erforderlich sein und wird dadurch eingeleitet, daß man die Schnittstellen 99a und 99b auftrennt und die Stelleingänge 58 und 59 mit von Hand einstellbaren Signalen versorgt. Mit diesen Handstellsignalen ist es jedoch schwierig, die Regelgrößen Gasdruck und Füllstandsdifferenz gezielt zu verändern oder konstant zu halten, da beide Stellsignale gleichzeitig beide Regelgrößen beeinflussen. Erschwerend kommt für die Handregelung hinzu, daß es sich hier um Regelstrecken an der Stabilitätsgrenze handelt. Im Sicherheitsinteresse ist daher eine Eins-zu-Eins-Zuordnung von Stellsignalen und Regelgrößen sowie eine Stabilisierung der Regelstrecken zu fordern. Another disadvantage of this control device results from the fact that it does not support manual operation of the pressure electrolyzer. Manual operation may be necessary when starting up for the first time or during maintenance work and is initiated by separating the interfaces 99 a and 99 b and supplying the control inputs 58 and 59 with manually adjustable signals. With these manual control signals, however, it is difficult to specifically change the control variables gas pressure and level difference or to keep them constant, since both control signals influence both control variables simultaneously. To make matters more difficult for manual control, these are controlled systems at the stability limit. In the interest of safety, a one-to-one assignment of control signals and controlled variables and stabilization of the controlled systems are therefore required.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung bereit zu stellen, die ein verbessertes Regelverhalten aufweist und einen sichereren Handbetrieb ermöglicht. The object of the invention is a control device to provide an improved control behavior and allows a safer manual operation.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Regeleinrichtung nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Patentansprüchen. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß einer der Patentansprüche 8 bis 10. The task is solved by a control device according to claim 1. Advantageous embodiments result from the related Claims. The task is still solved by a Method according to one of the claims 8 to 10.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung umfaßt Mittel zur unabhängigen Beeinflussung der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck. Hierdurch wird die Betriebssicherheit des Elektrolyseurs entscheidend verbessert, und die Regelqualität wird erhöht. The control device according to the invention comprises means for independent influencing of the controlled variables Level difference and gas pressure. This will make the Operational reliability of the electrolyser significantly improved, and the control quality is increased.

Als Mittel kann ein Entkopplungsnetzwerk, welches Steuer- und Regeleingänge zur unabhängigen Beeinflussung der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck aufweist, vorgesehen sein. A decoupling network, which Control and regulating inputs for independent influencing the control variables level difference and gas pressure has to be provided.

Das Entkopplungsnetzwerk sorgt vorteilhaft dafür, dass über Handsteuereingänge entkoppelte und daher gefahrlose Handsteuerungen der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck durchführbar sind. The decoupling network advantageously ensures that decoupled via manual control inputs and therefore safe manual controls of the control variables level difference and gas pressure are feasible.

Um zu erreichen, daß die Regelgrößen Gasdruck und Füllstandsdifferenz unabhängig voneinander gesteuert und geregelt werden können, besteht das Entkopplungsnetzwerk aus Übertragungsblöcken, Summierern und gegebenenfalls aus einer festen Spannungsquelle. Die Übertragungsblöcke stellen die für die Entkopplungswirkung erforderlichen Übertragungsfaktoren bereit. Je zwei Summierer bilden die Eingangssignale und die Ausgangssignale des Entkopplungsnetzwerks. Die Spannungsquelle ist für die Entkopplung von Regelstrecken mit sogenannten gleichprozentigen Abblasventilen erforderlich. Dadurch wird das Entkopplungsnetzwerk auch für gleichprozentige Ventilkennlinien einsetzbar. In order to achieve that the controlled variables gas pressure and Level difference independently controlled and can be regulated, there is Decoupling network from transmission blocks, summers and if necessary from a fixed voltage source. The Transmission blocks represent the decoupling effect required transfer factors ready. Two each Totalizers form the input signals and the Output signals of the decoupling network. The voltage source is for the decoupling of controlled systems with so-called equal-percentage blow-off valves required. This also makes the decoupling network suitable for equal percentage valve characteristics can be used.

Insbesondere können mindestens vier Summierer und mindestens vier Übertragungsblöcke zusammen mit einer feststehenden Spannungsquelle so eingesetzt werden, dass entkoppelte Handsteuerungen der Füllstandsdifferenz und des Gasdrucks durchführbar sind. In particular, at least four summers and at least four frames together with one fixed voltage source can be used that decoupled hand controls the Level difference and the gas pressure are feasible.

Als Mittel können auch P-Regler, die die Regelgrößen Füllstandsdifferenz und/oder den Gasdruck stabilisieren, vorgesehen sein. P-controllers, which are the controlled variables, can also be used as a means Level difference and / or the gas pressure stabilize, be provided.

Hierdurch werden vorteilhaft die Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck so beeinflusst, dass diese bei Störungen mit einer endlichen Änderung der Istwerte reagieren. Dies bedeutet, dass die mit den P-Reglern ausgerüsteten Regelstrecken der Füllstandsdifferenz und des Gasdrucks proportionales Verhalten aufweisen, und damit weit entfernt von der Stabilitätsgrenze sind. This makes the controlled variables advantageous Level difference and gas pressure influenced so that this in the event of faults with a finite change in the actual values react. This means that with the P controls equipped control systems of the level difference and behavior proportional to the gas pressure, and are far from the stability limit.

Die Regeleinrichtung weist besonders vorteilhaft sowohl ein Entkopplungsnetzwerk als auch P-Regler auf. Das Entkopplungsnetzwerk kann, muß also nicht notwendigerweise zusammen mit einem oder beiden P-Reglern eingesetzt werden. In dem Falle, daß beide Regelungsmechanismen, also Entkopplungsnetzwerk und ein oder beide P-Regler zusammen eingesetzt werden, unterstützen sich die Mittel gegenseitig, d. h. sie beeinflussen die Regelgrößen so, dass sie gemeinsam zur Erhöhung der Betriebssicherheit und der Regelqualität beitragen. Hierdurch werden besonders vorteilhaft auch mit nicht optimal dimensionierten Regelmechanismen brauchbare Regelergebnisse erreicht. The control device particularly advantageously has both a decoupling network as well as P-controller. The Decoupling network can, therefore does not have to necessarily together with one or both P-controllers be used. In the event that both Control mechanisms, i.e. decoupling network and one or both P controllers used together support each other mutual funds, d. H. they influence the Controlled variables so that they together to increase the Operational safety and control quality contribute. This also makes it particularly advantageous with optimally dimensioned control mechanisms usable Rule results achieved.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Regeleinrichtungen P-Regler, die neben den Eingängen zum Anschluß der PID-Regler je einen zusätzlichen Sollwerteingang aufweisen. Hierdurch können die Regelvorgänge an den PID-Reglern vorbei beschleunigt werden, falls die integralen Anteile der PID-Regler zu unbefriedigend langsamen Regelergebnissen führen. In a further embodiment of the invention the control devices P-controller, in addition to the Inputs for connecting the PID controllers each have an additional one Have setpoint input. This allows the Control processes are accelerated past the PID controllers, if the integral parts of the PID controller too lead to unsatisfactory slow rule results.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass der Wasserstoffabblasgasfluss und der Sauerstoffabblasgasfluss auf ein Verhältnis von 2 : 1 geregelt werden. Dies Verhältnis entspricht dem bei der Elektrolyse auftretenden Elektrolysegasflüssen. Damit minimiert sich der Durchgriff auf die Füllstandsdifferenz, so dass diese konstant bleibt. A method according to the invention provides that the Hydrogen blowdown gas flow and the Oxygen blowdown gas flow can be regulated to a ratio of 2: 1. This ratio corresponds to that in electrolysis occurring electrolysis gas flows. This minimizes the access to the level difference, so that this remains constant.

Genauso gut kann eine Änderung des Steuersignals für einen als Handsteuereingang bezeichneten Regelmechanismus der Füllstandsdifferenz die Abblasvolumenflüsse der Gase so regeln, dass die Summe der abgeblasenen Gasflussänderungen Null ergibt. A change in the control signal for one called manual control input Control mechanism of the level difference the blow-off volume flows Control gases so that the total of the blown off Gas flow changes are zero.

Beispielsweise wird der Wasserstoffabblasvolumenfluss um einen bestimmten Betrag erhöht und dabei gleichzeitig der Sauerstoffabblasvolumenfluss um den gleichen Betrag erniedrigt, bzw. umgekehrt. Durch diesen Verfahrensschritt wird der Gasdruck konstant gehalten. For example, the hydrogen purge volume flow increased by a certain amount while doing so at the same time the oxygen blow-off volume flow around the same Amount decreased or vice versa. Through this Process step, the gas pressure is kept constant.

Wenn beide Regelungsschritte zusammen angewendet werden, wird erreicht, dass bei gleichzeitig beabsichtigten Verstellungen von Gasdruck und Füllstandsdifferenz die Regelungsschritte entkoppelt werden und sich nicht gegenseitig beeinflussen. If both control steps are applied together be achieved at the same time intended adjustments of gas pressure and level difference the regulatory steps are decoupled and not influence each other.

In dem Falle, daß P-Regler über Summierer des Entkopplungsnetzwerkes betrieben werden, ergibt sich vorteilhaft die Wirkung, daß die Entkopplung der Regelschritte automatisch erfolgt. In the event that P-controller via totalizer of Decoupling network operated, results advantageous the effect that the decoupling of the control steps done automatically.

Im weiteren wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. The invention is further illustrated by some Exemplary embodiments described in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 3 Erfindungsgemäße Regeleinrichtung Fig. 3 control device according to the invention

Fig. 4 Erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit Operationsverstärkern Fig. 4 control device according to the invention with operational amplifiers

Fig. 3 zeigt eine Regeleinrichtung 99 mit einem erfindungsgemäßen Entkopplungsnetzwerk, welches aus den Übertragungsblöcken 84, 85, 86 und 87, den Summierern 88, 89, 92 und 93 und der Spannungsquelle 90 besteht. Das Entkopplungsnetzwerk bewirkt bei Einhaltung von zwei sogenannten Entkopplungsbedingungen, dass durch das Ausgangssignal des Summierers 93 ausschließlich der Gasdruck und durch das Ausgangssignal des Summierers 92 ausschließlich die Füllstandsdifferenz geregelt wird. FIG. 3 shows a control device 99 with a decoupling network according to the invention, which consists of the transmission blocks 84 , 85 , 86 and 87 , the summers 88 , 89 , 92 and 93 and the voltage source 90 . If two so-called decoupling conditions are met, the decoupling network causes only the gas pressure to be regulated by the output signal of the summer 93 and only the level difference to be regulated by the output signal of the summer 92 .

Die Übertragungsblöcke, die Summierer und die Spannungsquelle können aus üblichen elektronischen Bauelementen wie Operationsverstärker, Widerständen und Kondensatoren bestehen. Übertragungsblöcke sind durch beliebige Signalübertragungsfaktoren gekennzeichnet, die Summierer durch ihre Summierfunktion mit den Übertragungsfaktoren eins und die Spannungsquelle durch die an ihrem Ausgang bereitgestellte elektrische Spannung. The transmission blocks, the summers and the Voltage source can be from usual electronic Components such as operational amplifiers, resistors and Capacitors exist. Frames are through marked any signal transmission factors that Totalizers by their summing function with the Transmission factors one and the voltage source through the electrical voltage provided at its output.

Die Entkopplungsvorschrift beispielsweise für den Handsteuereingang 95 für den Gasdruck lautet:
Die Übertragungsblöcke 85 und 87 und die Spannungsquelle 90 sind so zu dimensionieren, dass der H₂ -Abblasgasfluss 132 und der O₂-Abblasgasfluss 133 genau wie die Elektrolysegasflüsse im Verhältnis 2 : 1 stehen. Damit minimiert sich der Durchgriff vom Handsteuereingang für den Gasdruck 95 auf die Füllstandsdifferenz. For example, the decoupling rule for manual control input 95 for gas pressure is:
The transmission blocks 85 and 87 and the voltage source 90 are to be dimensioned such that the H ₂ blow-off gas flow 132 and the O ₂ blow-off gas flow 133 are in a ratio of 2: 1, just like the electrolysis gas flows. This minimizes access from the hand control input for gas pressure 95 to the level difference.

Die Dimensionierung der Übertragungsblöcke 85 und 87 und der Spannungsquelle 90 hängt von den Kennlinien der Abblasventile 122 und 123 ab, die die funktionalen Zusammenhänge der Gasvolumenflüsse 132 und 133 mit den Steuerspannungen 158 und 159 wiedergeben. Der H₂ -Gasvolumenfluss 132 habe das Formelzeichen vf₁₃₂. Der O₂-Gasvolumenfluss 133 habe das Formelzeichen vf₁₃₃. Die Ventilsteuerspannung 158 habe das Formelzeichen U₁₅₈. Die Ventilsteuerspannung 159 habe das Formelzeichen U₁₅₉. Die Handsteuerspannung 95 habe das Formelzeichen U₉₅. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 90 habe das Formelzeichen U₉₀. Die an den Ventilen 122 und 123 herrschenden Druckdifferenzen seien p₁₂₂ und p₁₂₃. In verfahrenstechnischen Anlagen häufig vorkommende Ventilkennlinien sind vom linearen oder vom gleichprozentigen (exponentiellen) Typ. The dimensions of the transmission blocks 85 and 87 and the voltage source 90 depend on the characteristics of the blow-off valves 122 and 123 , which represent the functional relationships of the gas volume flows 132 and 133 with the control voltages 158 and 159 . The H ₂ gas volume flow 132 has the formula symbol vf ₁₃₂ . The O ₂ gas volume flow 133 has the formula symbol vf ₁₃₃ . The valve control voltage 158 has the formula symbol U ₁₅₈ . The valve control voltage 159 has the formula symbol U ₁₅₉ . The hand control voltage 95 has the formula symbol U ₉₅ . The output voltage of voltage source 90 has the formula symbol U ₉₀ . The pressure differences prevailing at valves 122 and 123 are p ₁₂₂ and p ₁₂₃ . Valve characteristics that are common in process engineering systems are of the linear or equal percentage (exponential) type.

Für gleichprozentige Ventilkennlinien als Funktionen der Ventilhübe y₁₂₂ bzw. Y₁₂₃ können die folgenden Gleichungen angegeben werden:

Wasserstoffseite: vf₁₃₂ = p₁₂₂.Kv₁₂₂.exp{(y₁₂₂ - 1).ln(ST₁₂₂)

Y₁₂₂ = f_s.U₁₅₈

Sauerstoffseite: vf₁₃₃ = p₁₂₃.Kv₁₂₃.exp{(Y₁₂₃ - 1).ln(ST₁₂₃)}

Y₁₂₃ = f_s.U₁₅₉
The following equations can be given for equal-percentage valve characteristics as functions of the valve strokes y ₁₂₂ or Y ₁₂₃ :

Hydrogen side: vf ₁₃₂ = p ₁₂₂ .Kv ₁₂₂ .exp {(y ₁₂₂ - 1) .ln (ST ₁₂₂ )

Y ₁₂₂ = f _see U ₁₅₈

Oxygen side: vf ₁₃₃ = p ₁₂₃ .Kv ₁₂₃ .exp {(Y ₁₂₃ - 1) .ln (ST ₁₂₃ )}

Y ₁₂₃ = f _see U ₁₅₉

Die Werte für die Durchflussbeiwerte Kv₁₂₂, Kv₁₂₃ und die Stellverhältnisse ST₁₂₂, ST₁₂₃ sowie für die Steuerfaktoren f_s ergeben sich aus den Datenblättern der Ventile 122 und 123. Setzt man für 87 aus Gründen der Vereinfachung den Übertragungsfaktor eins an, erhält man U₁₅₈ = U₉₅. Mit der Entkopplungsvorschrift für 95 vf₁₃₂/vf₁₃₃ = 2 und der Annahme p₁₂₂ = p₁₂₃ ergibt sich eine Beziehung für die Steuerspannung U₁₅₉:

U₁₅₉ = U₉₅.K₈₅ + U₉₀

K₈₅ = ln(ST₁₂₂)/ln(ST₁₂₃)

U₉₀ = {1 - K₈₅ - ln(2.KV₁₂₃/Kv₁₂₂)/ln(ST₁₂₃)}/f_s
The values for the flow coefficients Kv ₁₂₂ , Kv ₁₂₃ and the control ratios ST ₁₂₂ , ST ₁₂₃ as well as for the control factors f _s result from the data sheets of the valves 122 and 123 . If we apply the transfer factor one for 87 for reasons of simplification, we get U ₁₅₈ = U ₉₅ . With the decoupling specification for 95 vf ₁₃₂ / vf ₁₃₃ = 2 and the assumption p ₁₂₂ = p ₁₂₃ , there is a relationship for the control voltage U ₁₅₉ :

U ₁₅₉ = U ₉₅ .K ₈₅ + U ₉₀

K ₈₅ = ln (ST ₁₂₂ ) / ln (ST ₁₂₃ )

U ₉₀ = {1 - K ₈₅ - ln (2.KV ₁₂₃ / Kv ₁₂₂ ) / ln (ST ₁₂₃ )} / f _s

Damit bekommt der Block 85 den Übertragungsfaktor K₈₅, und die Spannungsquelle 90 gibt den konstanten Wert U₉₀ ab. The block 85 thus has the transmission factor K ₈₅ , and the voltage source 90 outputs the constant value U ₉₀ .

Für lineare Ventilkennlinien können die folgenden Gleichungen angegeben werden:

Wasserstoffseite: vf₁₃₂ = p₁₂₂.Kv₁₂₂.f_s.U₁₅₈

Sauerstoffseite: Vf₁₃₃ = p₁₂₃.Kv₁₂₃.f_s.U₁₅₉
The following equations can be given for linear valve characteristics:

Hydrogen side: vf ₁₃₂ = p ₁₂₂ .Kv ₁₂₂ .f _s .U ₁₅₈

Oxygen side: Vf ₁₃₃ = p ₁₂₃ .Kv ₁₂₃ .f _s .U ₁₅₉

Die Werte für die Durchflussbeiwerte Kv₁₂₂, Kv₁₂₃ und die Steuerfaktoren f_s ergeben sich aus den Datenblättern der Ventile 122 und 123. Mit der Entkopplungsvorschrift für 95 Vf₁₃₂/vf₁₃₃ = 2, der Annahme p₁₂₂ = p₁₂₃ und mit U₁₅₈ = U₉₅ ergibt sich eine Beziehung für die Steuerspannung U₁₅₉:

U₁₅₉ = U₉₅.K₈₅

K₈₅ = Kv₁₂₂/(2.Kv₁₂₃)
The values for the flow coefficients Kv ₁₂₂ , Kv ₁₂₃ and the control factors f _s result from the data sheets of the valves 122 and 123 . With the decoupling specification for 95 Vf ₁₃₂ / vf ₁₃₃ = 2, the assumption p ₁₂₂ = p ₁₂₃ and with U ₁₅₈ = U ₉₅ , there is a relationship for the control voltage U ₁₅₉ :

U ₁₅₉ = U ₉₅ .K ₈₅

K ₈₅ = Kv ₁₂₂ /(2.Kv ₁₂₃ )

Der Block 87 bekommt _wieder den Übertragungsfaktor eins, der Block 85 bekommt den Übertragungsfaktor K₈₅, und für die Spannungsquelle 90 ergibt sich der Spannungswert U₉₀ = 0. The block 87 receives _w ieder the transmission factor of one, the block 85 receives the gain K _85, and for the voltage source 90 results in the voltage value U ₉₀ = 0th

Die Entkopplungsvorschrift beispielsweise für den Handsteuereingang 94 für die Füllstandsdifferenz lautet: Die Übertragungsblöcke 84 und 86 sind so zu dimensionieren, dass eine Änderung des Steuersignals 94 den H₂-Abblasvolumenfluss 132 um einen bestimmten Betrag erhöht (absenkt) und dabei gleichzeitig den O₂ -Abblasvolumenfluss 133 um den gleichen Betrag absenkt (erhöht), d. h. die Summe aus 132 und 133 verändert sich nicht und der Gasdruck bleibt konstant. Die Formel für die Entkopplungsvorschrift für 94 lautet:

Δvf₁₃₂ + Δvf₁₃₃ = 0.
For example, the decoupling rule for the manual control input 94 for the level difference is: The transmission blocks 84 and 86 are to be dimensioned such that a change in the control signal 94 increases (decreases) the H ₂ blowdown volume flow 132 by a certain amount and at the same time the O ₂ blowdown volume flow 133 lowered (increased) by the same amount, ie the sum of 132 and 133 does not change and the gas pressure remains constant. The decoupling formula for 94 is:

Δvf ₁₃₂ + Δvf ₁₃₃ = 0.

Mit der Annahme, dass auch die Entkopplungsvorschrift vf₁₃₂/vf₁₃₃ = 2 für 95 eingehalten wird, gewinnt man durch Differenzieren der Gleichungen für die Ventilkennlinien nach den Ventilstellsignalen 158 und 159 einen funktionalen Zusammenhang der Steuerspannungsänderungen ΔU₁₅₈ und ΔU₁₅₉. Setzt man für 86 entsprechend Übertragungsblock 87 z. B. den Übertragungsfaktor eins an, erhält man ΔU₁₅₉ = ΔU₉₄, wenn ΔU₉₄ das Formelzeichen für die Änderung der Handsteuerspannung 94 ist. With the assumption that the decoupling provision vf ₁₃₂ / Vf ₁₃₃ = 2 for 95 adhered, is obtained by differentiating the equations for the valve characteristics according to the valve control signals 158 and 159, a functional relationship of the control voltage changes .DELTA.U ₁₅₈ and .DELTA.U _159th If one sets 86 for transmission block 87 z. B. the transmission factor one, ΔU ₁₅₉ = ΔU _{94 is obtained} if ΔU _{94 is} the formula symbol for the change in the manual control voltage 94 .

Für gleichprozentige Ventilkennlinien ergibt sich:

ΔU₁₅₈ = ΔU₉₄.K₈₄

K₈₄ = -0.5.ln(ST₁₂₃)/ln(ST₁₂₂)
For equal percentage valve characteristics, the following results:

ΔU ₁₅₈ = ΔU ₉₄ .K ₈₄

K ₈₄ = -0.5.ln (ST ₁₂₃ ) / ln (ST ₁₂₂ )

Damit bekommt der Block 84 den Übertragungsfaktor K₈₄. Block 84 thus has the transmission factor K ₈₄ .

Für lineare Ventilkennlinien ergibt sich unabhängig von der Entkopplungsvorschrift für 95:

ΔU₁₅₈ = ΔU₉₄.K₈₄

K₈₄ = -KV₁₂₃/KV₁₂₂
For linear valve characteristics, regardless of the decoupling specification for 95:

ΔU ₁₅₈ = ΔU ₉₄ .K ₈₄

K ₈₄ = -KV ₁₂₃ / KV ₁₂₂

Der Block 84 bekommt den Übertragungsfaktor K₈₄. Block 84 gets the transmission factor K ₈₄ .

Mit dem Entkopplungsnetzwerk, bestehend aus den Übertragungsblöcken 84, 85, 86 und 87, den Summierern 88, 89, 92 und 93 und der Spannungsquelle 90 wird erreicht, dass über die Handsteuereingänge 94 und 95 entkoppelte und daher gefahrlose Handsteuerungen von Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck durchführbar sind. Hierdurch wird auch ein verbessertes Regelverhalten erzielt. Die Regelgrößen Gasdruck und Füllstandsdifferenz werden unabhängig voneinander beeinflusst. With the decoupling network, consisting of the transmission blocks 84 , 85 , 86 and 87 , the summers 88 , 89 , 92 and 93 and the voltage source 90 , decoupled and therefore safe manual controls of control variables, level difference and gas pressure can be carried out via the manual control inputs 94 and 95 are. This also improves control behavior. The control variables gas pressure and level difference are influenced independently of each other.

Darüber hinaus unterstützt das Entkopplungsnetzwerk auch den geregelten Betrieb, wenn die in der Regelungseinrichtung 99 in Fig. 3 enthaltenen Regler 82 und 83 über die Summierer 92 und 93 wirksam sind. In addition, the decoupling network also supports controlled operation if the controllers 82 and 83 contained in the control device 99 in FIG. 3 are active via the summers 92 and 93 .

Der Regler 82 ist für die Stabilisierung der Füllstandsdifferenz zuständig und wird über die Vergleichsstelle 80 von der Abweichung des Istwertes 154 der Füllstandsdifferenz von ihrem Sollwert 168 informiert. Er ist als P-Regler ausgeführt und bewirkt, dass die Füllstandsdifferenz bei Störungen mit einer endlichen Änderung ihres Istwerts reagiert, d. h. die mit dem P-Regler ausgerüstete Regelstrecke der Füllstandsdifferenz hat proportionales Verhalten und ist damit weit weg von der Stabilitätsgrenze. The controller 82 is responsible for stabilizing the level difference and is informed via the comparison point 80 of the deviation of the actual value 154 of the level difference from its setpoint 168 . It is designed as a P controller and has the effect that the level difference reacts with a finite change in its actual value in the event of malfunctions, ie the controlled system of the level difference equipped with the P controller has proportional behavior and is therefore far from the stability limit.

Der Regler 83 ist für die Stabilisierung des Gasdrucks zuständig und wird über die Vergleichsstelle 81 von der Abweichung des Istwertes 157 des Gasdrucks von seinem Sollwert 169 informiert. Er ist als P-Regler ausgeführt und bewirkt, dass der Gasdruck bei Störungen mit einer endlichen Änderung seines Istwerts reagiert, d. h. die mit dem P-Regler ausgerüstete Regelstrecke des Gasdrucks hat proportionales Verhalten und ist damit weit weg von der Stabilitätsgrenze. The controller 83 is responsible for stabilizing the gas pressure and is informed via the comparison point 81 of the deviation of the actual value 157 of the gas pressure from its target value 169 . It is designed as a P controller and causes the gas pressure to react with a finite change in its actual value in the event of malfunctions, ie the controlled system of the gas pressure equipped with the P controller has proportional behavior and is therefore far from the stability limit.

Die Bemessung der Proportionalbeiwerte für 82 und 83 ist unproblematisch und erfolgt nach üblichen Methoden der Regelungstechnik. The dimensioning of the proportional coefficients for 82 and 83 is unproblematic and takes place according to usual methods control technology.

Die stabilisierenden Wirkungen der P-Regler unterstützen auch die in Fig. 3 enthaltenen PID-Regler 164 und 165. Deren Aufgabe ist es, die bleibenden Regelabweichungen der P-Regler 82 und 83 zu eliminieren, indem sie den Vergleichsstellen 80 und 81 die Kompensationssignale 170 und 171 zuführen. Aus der Tatsache, dass die PID-Regler in Fig. 3 mit proportionalen Regelstrecken anstatt mit solchen an der Stabilitätsgrenze, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zusammen geschaltet sind, resultieren für die Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck kürzere Ausregelzeiten und kleinere Überschwingweiten. The PID controllers 164 and 165 contained in FIG. 3 also support the stabilizing effects of the P controllers. Their task is to eliminate the permanent control deviations of the P-controller 82 and 83 by supplying the comparison signals 80 and 81 with the compensation signals 170 and 171 . The fact that the PID controllers in FIG. 3 are connected together with proportional control systems instead of those at the stability limit, as is known from the prior art, results in shorter control times and smaller overshoot ranges for the control variables level difference and gas pressure.

Der Füllstandsdifferenzregelkreis in Fig. 3 enthält weiterhin die Füllstandsmesseinrichtung 151, die aus dem Elektrolyse-Gasabscheidersystem 121 die aktuellen Informationen 152 und 153 über die Füllstände im H₂- bzw. O₂-Gasraum übernimmt und sie in das entsprechende elektrische Istwertsignal 154 für die Füllstandsdifferenz umwandelt. Dieses wird in der Vergleichstelle 166 mit dem Sollwert 168 für die Füllstandsdifferenz verglichen. Die Regeldifferenz wird dem Regler 164 für die Füllstandsdifferenz zugeleitet, dessen Stellausgang 170 über die Vergleichsstelle 80 des Reglers 82 mit dem Stelleingang 158 des H₂ -Abblasventils 122 sowie mit dem Stelleingang 159 des O₂ -Abblasventils 123 verknüpft ist. The level difference control loop in FIG. 3 also contains the level measuring device 151 , which accepts the current information 152 and 153 about the levels in the H ₂ and O ₂ gas space from the electrolysis gas separator system 121 and into the corresponding electrical actual value signal 154 for the level difference transforms. This is compared in the comparison point 166 with the setpoint 168 for the level difference. The control difference is fed to the controller 164 for the level difference, the control output 170 of which is linked via the comparison point 80 of the controller 82 to the control input 158 of the H ₂ blow-off valve 122 and to the control input 159 of the O ₂ blow-off valve 123 .

Der Gasdruckregelkreis in Fig. 3 enthält weiterhin die Druckmesseinrichtung 155, die aus dem Elektrolyse- Gasabscheidersystem 121 die aktuelle Gasdruckinformation 156 übernimmt und sie in das entsprechende elektrische Istwertsignal 157 für den Gasdruck umwandelt. Dieses wird in der Vergleichsstelle 167 mit dem Gasdrucksollwert 169 verglichen. Die Regeldifferenz wird dem Regler 165 für den Gasdruck zugeleitet. Dessen Stellausgang 171 ist über die Vergleichsstelle 81 des Reglers 83 mit dem Stelleingang 159 des O₂-Abblasventils 123 sowie mit dem Stelleingang 158 des H₂-Abblasventils 122 verknüpft. Die Abblasflüsse werden durch die Bezugszeichen 132 und 133 dargestellt. The gas pressure control circuit in FIG. 3 also contains the pressure measuring device 155 , which accepts the current gas pressure information 156 from the electrolysis gas separator system 121 and converts it into the corresponding electrical actual value signal 157 for the gas pressure. This is compared in the comparison point 167 with the gas pressure setpoint 169 . The control difference is fed to the controller 165 for the gas pressure. Its control output 171 is linked via the reference junction 81 of the controller 83 to the control input 159 of the O ₂ blow-off valve 123 and to the control input 158 of the H ₂ blow-off valve 122 . The blowdown flows are represented by reference numerals 132 and 133 .

In Fig. 4 ist eine Schaltung angegeben, in der die Regeleinrichtung 99 in Fig. 3 mit Operationsverstärkern ausgeführt wird. Die Bezugszahlen der Operationsverstärker, der acht Eingänge und der zwei Ausgänge entsprechen den Bezeichnungen der Komponenten, Eingänge und Ausgänge der Regeleinrichtung 99 in Fig. 3. Es kommen Operationsverstärker vom Typ OP741 zum Einsatz. Mit dem Widerstand R82 wird die Verstärkung des P-Reglers 82 vorgegeben. Mit dem Widerstand R83 wird die Verstärkung des P-Reglers 83 vorgegeben. Mit den Widerständen R84 bis R87 werden die Übertragungsfaktoren 84 bis 87 des Entkopplungsnetzwerks vorgegeben. Mit dem Potentiometer R90 wird die Spannungsquelle 90 eingestellt. Alle nicht gekennzeichneten Widerstände haben konstante Werte von 10 kΩ. In FIG. 4, a circuit is shown in which the control device 99 is executed in Fig. 3 using operational amplifiers. The reference numbers of the operational amplifiers, the eight inputs and the two outputs correspond to the designations of the components, inputs and outputs of the control device 99 in FIG. 3. OP741 type operational amplifiers are used. The gain of the P controller 82 is specified with the resistor R82. The gain of the P-controller 83 is specified with the resistor R83. With the resistors R84 to R87 the transmission factors 84 to 87 of the decoupling network are specified. The voltage source 90 is set using the potentiometer R90. All unmarked resistors have constant values of 10 kΩ.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch, daß man die Schaltung von Fig. 4 als ANSI-C-Code in dem integrierten digitalen Datenakquisitionssystem ADuC812 der Firma Analog Devices implementiert. Dieses System hat acht analoge Eingänge und zwei analoge Ausgänge. Zur komfortablen Generierung des C-Codes wird die Schaltung mit dem für regelungstechnische Entwürfe geeigneten Simulationsprogramm 20-sim 3.1 Pro der Firma Controllab Products B. V. simuliert. Von dem lauffähigen Modell der Schaltung generiert 20-sim 3.1 Pro den ANSI- C-Code. Dieser wird mit der Entwicklungsumgebung WEdit32 der Firma Raisonance S.A. bearbeitet und kompiliert. Das Kompilat wird mit dem eigenen Ladeprogramm auf das Datenakquisitionssystem ADuC812 übertragen und dort lauffähig gemacht. Bezugszeichenliste zu Fig. 1 (Stand der Technik) 11, 12, 13 Anode, Kathode, Diaphragma
20 Elektrolyseblock
21 Elektrolyse-Gasabscheidersystem
22, 23 H₂-Abblasventil, O₂-Abblasventil
24, 25 Füllstände im H₂-, O₂-Gasabscheider
26, 27 H₂-Gasraum, O₂-Gasraum
28, 29 Laugensäulen im H₂- und O₂-Gasabscheider
30, 31 Leitungen zum H₂- und O₂-Gasabscheider
32, 33 H₂-, O₂-Abblasgasflüsse
34 Verbindung zwischen dem H₂- und O₂-Gasabscheider
35 Rückflussleitung in den Elektrolyseblock
36, 37 H₂-Gasabscheider, O₂-Gasabscheider
Zusätzliche Bezugszeichen zu Fig. 2 (Stand der Technik):
51 Füllstandsmesseinrichtung
52, 53 Information zum Füllstand im H₂-, O₂-Gasraum
54 Istwert-Signal für die Füllstandsdifferenz
55 Druckmesseinrichtung
56 aktuelle Gasdruck-Information
57 Istwert-Signal für den Gasdruck
58, 59 Stelleingang des H₂-, O₂-Abblasventils
64, 65 PID-Regler für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
66, 67 Vergleichsstellen (Soll-Wert minus Ist-Wert) für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
68, 69 Soll-Werte für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
70, 71 Stellausgänge der PID-Regler 64, 65 für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
99a Schnittstelle; verknüpft Stelleingang 58 des H₂-Abblasventils 22 mit Stellausgang 70 des PID- Reglers 64 im Füllstandsdifferenz-Regelkreis
99b Schnittstelle; verknüpft Stelleingang 59 des O₂-Abblasventils 23 mit Stellausgang 71 des PID- Reglers 65 im Gasdruck-Regelkreis
Bezugszeichen zu Fig. 3 (erfindungsgemäße Regeleinrichtung):
80, 81 Vergleichsstellen
82, 83 P-Regler
84, 85, 86, 87 Übertragungsblöcke
88, 89, 92, 93 Summierer
90 Spannungsquelle
94 Handsteuereingang für die Füllstandsdifferenz
95 Handsteuereingang für den Gasdruck
99 Regeleinrichtung (Punkt-Strich-Linien)
121 Elektrolyse-Gasabscheidersystem
122, 123 H₂-Abblasventil, O₂-Abblasventil
132, 133 H₂-, O₂-Abblasgasflüsse
151 Füllstandsmesseinrichtung
152, 153 Information zum Füllstand im H₂-, O₂-Gasraum
154 Istwert-Signal für die Füllstandsdifferenz
155 Druckmesseinrichtung
156 aktuelle Gasdruck-Information
157 Istwert-Signal für den Gasdruck
158, 159 Stelleingang des H₂-, O₂-Abblasventils
164, 165 PID-Regler für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
166, 167 Vergleichsstellen (Soll-Wert minus Ist-Wert) für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
168, 169 Soll-Werte für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
170, 171 Stellausgänge der PID-Regler 164, 165 für Füllstandsdifferenz und Gasdruck
Zusätzliche Bezugszeichen zu Fig. 4 (erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit Operationsverstärkern):
R82, R83, R84, R85, R86, R87 Widerstände
R90 Potentiometer
Another exemplary embodiment results from the fact that the circuit of FIG. 4 is implemented as ANSI-C code in the integrated digital data acquisition system ADuC812 from Analog Devices. This system has eight analog inputs and two analog outputs. To generate the C code conveniently, the circuit is simulated with the 20-sim 3.1 Pro simulation program from Controllab Products BV, which is suitable for control engineering designs. 20-sim 3.1 Pro generates the ANSI-C code from the executable model of the circuit. This is processed and compiled with the development environment WEdit32 from Raisonance SA. The compilat is transferred to the ADuC812 data acquisition system with its own load program and made executable there. 1 (prior art) 11 , 12 , 13 anode, cathode, diaphragm
20 electrolysis block
21 Electrolysis gas separator system
22 , 23 H ₂ blow-off valve, O ₂ blow-off valve
24 , 25 levels in the H ₂ , O ₂ gas separator
26 , 27 H ₂ gas space, O ₂ gas space
28 , 29 lye columns in the H ₂ and O ₂ gas separator
30 , 31 lines to the H ₂ and O ₂ gas separator
32 , 33 H ₂ , O ₂ blowdown gas flows
34 Connection between the H ₂ and O ₂ gas separators
35 Return line in the electrolysis block
36 , 37 H ₂ gas separator, O ₂ gas separator
Additional reference numerals to Fig. 2 (prior art):
51 level measuring device
52 , 53 Information on the level in the H ₂ , O ₂ gas space
54 Actual value signal for the level difference
55 pressure measuring device
56 current gas pressure information
57 Actual value signal for gas pressure
58 , 59 Control input of the H ₂ , O ₂ blow-off valve
64 , 65 PID controller for level difference and gas pressure
66 , 67 reference points (target value minus actual value) for level difference and gas pressure
68 , 69 Target values for level difference and gas pressure
70 , 71 control outputs of PID controllers 64 , 65 for level difference and gas pressure
99 a interface; links control input 58 of the H ₂ blow-off valve 22 with control output 70 of the PID controller 64 in the level difference control circuit
99 b interface; links control input 59 of the O ₂ blow-off valve 23 with control output 71 of the PID controller 65 in the gas pressure control circuit
Reference number for FIG. 3 (control device according to the invention):
80 , 81 comparison points
82 , 83 P controller
84 , 85 , 86 , 87 frames
88 , 89 , 92 , 93 totalizer
90 voltage source
94 Manual control input for the level difference
95 manual control input for gas pressure
99 control device (dot-dash lines)
121 Electrolysis gas separator system
122 , 123 H ₂ blow-off valve, O ₂ blow-off valve
132 , 133 H ₂ , O ₂ blowdown gas flows
151 level measuring device
152 , 153 Information on the level in the H ₂ , O ₂ gas space
154 Actual value signal for the level difference
155 pressure measuring device
156 Current gas pressure information
157 Actual value signal for gas pressure
158 , 159 Control input of the H ₂ , O ₂ blow-off valve
164 , 165 PID controller for level difference and gas pressure
166 , 167 comparison points (target value minus actual value) for level difference and gas pressure
168 , 169 Target values for level difference and gas pressure
170 , 171 control outputs of the PID controllers 164 , 165 for level difference and gas pressure
Additional reference numerals to FIG. 4 (control device according to the invention with operational amplifiers):
R82, R83, R84, R85, R86, R87 resistors
R90 potentiometer

Claims (11)

1. Regeleinrichtung mit integral wirkenden Reglern für die Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck für einen alkalischen Druckelektrolyseur, gekennzeichnet durch Mittel zur unabhängigen Beeinflussung der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck. 1. Control device with integrally acting regulators for the control variables level difference and gas pressure for an alkaline pressure electrolyser, characterized by means for independently influencing the control variables level difference and gas pressure. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Entkopplungsnetzwerk (84, 85, 86, 87, 88, 89, 92, 93) mit Steuer- und Regeleingängen als Mittel zur unabhängigen Beeinflussung der Regelgrößen Füllstandsdifferenz und Gasdruck. 2. Control device according to claim 1, characterized by a decoupling network ( 84 , 85 , 86 , 87 , 88 , 89 , 92 , 93 ) with control and control inputs as a means for independently influencing the control variables level difference and gas pressure. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungsnetzwerk (84, 85, 86, 87, 88, 89, 92, 93) vier Übertragungsblöcke (84, 85, 86, 87) mit vier Übertragungsfaktoren zur Darstellung der Entkopplungsfunktion und vier Summierer (88, 89, 92, 93) zur Bildung der Eingangssignale für das Entkopplungsnetzwerk und der Stellsignale für Abblasventile (122, 123) umfasst. 3. Control device according to claim 2, characterized in that the decoupling network ( 84 , 85 , 86 , 87 , 88 , 89 , 92 , 93 ) four transmission blocks ( 84 , 85 , 86 , 87 ) with four transmission factors to represent the decoupling function and four Summers ( 88 , 89 , 92 , 93 ) for forming the input signals for the decoupling network and the control signals for blow-off valves ( 122 , 123 ). 4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungsnetzwerk (84, 85, 86, 87, 88, 89, 92, 93) eine feste Spannungsquelle (90) umfasst. 4. Control device according to claim 2 or 3, characterized in that the decoupling network ( 84 , 85 , 86 , 87 , 88 , 89 , 92 , 93 ) comprises a fixed voltage source ( 90 ). 5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen P-Regler (82) als Mittel, welcher die Regelgröße Füllstandsdifferenz stabilisiert. 5. Control device according to one of claims 1 to 4, characterized by a P controller ( 82 ) as a means which stabilizes the controlled variable level difference. 6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen P-Regler (83) als Mittel, welcher die Regelgröße Gasdruck stabilisiert. 6. Control device according to one of claims 1 to 5, characterized by a P controller ( 83 ) as a means which stabilizes the controlled variable gas pressure. 7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die P-Regler (82, 83) je einen zusätzlichen Sollwerteingang aufweisen. 7. Control device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the P-controller ( 82 , 83 ) each have an additional setpoint input. 8. Verfahren zur Regelung eines alkalischen Druckelektrolyseurs, umfassend - einen Handsteuereingang (95) und einen integral wirkenden Regler (165) für die Regelgröße Gasdruck, - ein Entkopplungsnetzwerk (84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 92, 93), welches Steuer- und Regeleingänge für die unabhängige Beeinflussung von Füllstandsdifferenz und Gasdruck bereitstellt, - sowie Wasserstoff- und Sauerstoffabblasventile (122, 123), dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffabblasgasfluss und der Sauerstoffabblasgasfluss auf ein Verhältnis von 2 : 1 geregelt werden. 8. A method of controlling an alkaline pressure electrolyzer comprising a manual control input ( 95 ) and an integrally acting controller ( 165 ) for the controlled variable gas pressure, a decoupling network ( 84 , 85 , 86 , 87 , 88 , 89 , 90 , 92 , 93 ), which provides control and regulating inputs for the independent influencing of level difference and gas pressure, - as well as hydrogen and oxygen blow-off valves ( 122 , 123 ), characterized in that the hydrogen blowdown gas flow and the oxygen blowdown gas flow are regulated to a ratio of 2: 1. 9. Verfahren zur Regelung eines alkalischen Druckelektrolyseurs, umfassend 9. Method of regulating an alkaline Pressure electrolyser comprising - einen Handsteuereingang (94) und einen integral wirkenden Regler (164) für die Regelgröße Füllstandsdifferenz, - sowie ein Entkopplungsnetzwerk (84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 92, 93), welches Steuer- und Regeleingänge für die unabhängige Beeinflussung von Füllstandsdifferenz und Gasdruck bereitstellt, - sowie Wasserstoff- und Sauerstoffabblasventile (122, 123), dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Steuersignals für den Handsteuereingang der Füllstandsdifferenz (94) die Abblasvolumenflüsse der Gase so regelt, dass die Summe der abgeblasenen Gasflussänderungen Null ergibt. a manual control input ( 94 ) and an integrally acting controller ( 164 ) for the control variable level difference, - as well as a decoupling network ( 84 , 85 , 86 , 87 , 88 , 89 , 90 , 92 , 93 ), which provides control and regulation inputs for the independent influencing of level difference and gas pressure, - as well as hydrogen and oxygen blow-off valves ( 122 , 123 ), characterized in that a change in the control signal for the manual control input of the level difference ( 94 ) regulates the blow-off volume flows of the gases such that the sum of the blow-off gas flow changes results in zero. 10. Verfahren zur Regelung eines alkalischen Druckelektrolyseurs, umfassend - je einen Handsteuereingang (94, 95) und je einen integral wirkenden Regler (164, 165) für die Regelgrößen Gasdruck und Füllstandsdifferenz, - ein Entkopplungsnetzwerk (84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 92, 93), welches Steuer- und Regeleingänge für die unabhängige Beeinflussung von Füllstandsdifferenz und Gasdruck bereitstellt, - sowie Wasserstoff- und Sauerstoffabblasventile (122, 123),
dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffabblasgasfluss und der Sauerstoffabblasgasfluss auf ein Verhältnis von 2 : 1 geregelt werden, und daß eine Änderung des Steuersignals für den Handsteuereingang der Füllstandsdifferenz die Abblasvolumenflüsse der Gase so regelt, daß die Summe der abgeblasenen Gasflussänderungen Null ergibt, und dass dadurch die Regelgrößen Gasdruck und Füllstandsdifferenz gleichzeitig und voneinander unabhängig beeinflußt werden. 10. A method of controlling an alkaline pressure electrolyzer comprising a manual control input ( 94 , 95 ) and an integrally acting controller ( 164 , 165 ) for the control variables gas pressure and level difference, a decoupling network ( 84 , 85 , 86 , 87 , 88 , 89 , 90 , 92 , 93 ), which provides control and regulating inputs for the independent influencing of level difference and gas pressure, - as well as hydrogen and oxygen blow-off valves ( 122 , 123 ),
characterized in that the hydrogen blow-off gas flow and the oxygen blow-off gas flow are regulated to a ratio of 2: 1, and in that a change in the control signal for the manual control input of the fill level difference regulates the blow-off volume flows of the gases in such a way that the sum of the blown-off gas flow changes results in zero, and that thereby the Control variables gas pressure and level difference can be influenced simultaneously and independently of one another.