CN101258103B - 氢供给设备和燃料气体供给设备 - Google Patents

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Abstract

披露了一种甚至在低温也能够将添味剂与氢气混合且能够检测氢气泄漏的氢供给设备。该设备包括：气体存储装置，该气体存储装置用于在其内存储氢气；用于将添味剂添加到从气体存储装置供给的氢气中的添味剂添加装置；和温度控制装置，该温度控制装置用于控制存储在气体存储装置内的氢气、从气体存储装置供给的氢气和添味剂中的至少一个的温度。

Description

氢供给设备和燃料气体供给设备
技术领域
本发明涉及氢供给设备和燃料气体供给设备，特别地，它们中的每个都能够适合于在通过电化学反应而生成电能的燃料电池系统内使用。
背景技术
用于通过氢气和氧化气体之间的电化学反应获得电能的燃料电池系统是已知的。用作此燃料电池系统的燃料的氢气是可燃的和无味的。另一方面，在处理氢气时，优选的是能确定地辨认氢气的存在。
因此，已提供了将氢气与添味剂混合的氢供给设备，该添味剂的存在由于它的气味而可辨认(例如，见专利文献1)。在此氢供给设备中，因为氢气和添味剂混合，所以便于氢气的处理。进一步地，在已经发生氢气泄漏的情况中，例如，因添味剂的气味而能够立即检测到氢气泄漏。
专利文献1：JP2002-29701A
专利文献2：JP2002-216812A
专利文献3：JP2004-111167A
发明内容
本发明解决的问题
为检测氢气的泄漏，添味剂和氢气必须混合。然而，在氢气已经达到极低的温度的情况中，添味剂有时已被固化，且氢气和添味剂在一些情况中在极低的温度下没有混合。在用于在高压状态下存储氢气的系统例如特别是高压氢罐中，氢气因为在氢供给期间的绝热膨胀而已达到极低的温度，且在一些情况中氢气已在未与添味剂混合的同时被供给。
已经考虑到以上所述的各种问题而作出本发明，且本发明的目的是提供一种氢供给设备，该氢供给设备甚至能够在低温下将添味剂与氢气混合，且能够检测氢气泄漏。
解决问题的手段
为解决以上所述的问题，本发明采用如下手段。即，根据本发明的氢供给设备包括：用于存储氢气的气体存储装置；用于将添味剂添加到所述氢气的添味剂添加装置；和温度调节装置，该温度调节装置用于调节所述氢气、所述添味剂和已添加所述添味剂的所述氢气中的至少一个的温度。
在该氢供给设备中，当存储在气体存储装置内的氢气供给到气体存储装置的外部时，氢气的压力降低，且氢气经历绝热膨胀。因此，氢气的温度降低。当氢气的温度降低到等于或低于预定温度的水平时，待与氢气混合的添味剂固化或液化，且可能难于与氢气混合。
根据本发明的氢供给设备通过温度调节装置提高氢气和添味剂中的至少一个的温度以抑制氢气的温度降低，因此使得能够将添味剂维持在使添味剂能够与氢气混合的状态(或温度)。温度升高的氢气可以是存储在气体存储装置内的氢气，或者可以是从气体存储装置供给到外部的氢气。进一步地，供给到外部的氢气包括已添加添味剂的氢气。应注意的是，根据本发明的氢气供给设备能够通过包括添味剂添加装置而将添味剂添加到氢气。待添加添味剂的氢气可以是存储在气体存储装置内的氢气，或者可以是从气体存储装置排出的氢气。进一步地，已由添味剂添加装置添加添味剂的氢气被供给到用于氢气的供给目的地，即氢气利用设备例如燃料电池或氢发动机。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于检测存储在所述气体存储装置内的氢气的温度的存储气体温度检测装置，且特征可以在于温度调节装置具有气体温度降低抑制装置，该气体温度降低抑制装置用于当由所述存储气体温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度时抑制存储在所述气体存储装置内的氢气的温度降低。
当氢气的温度等于或低于所述预定温度时，气体温度降低抑制装置抑制氢气的温度降低，因此使得能够将添味剂维持在使添味剂能够与氢气混合的状态(或温度)。应注意的是氢气可以是混合有添味剂的氢气。通过使用混合有添味剂的氢气，能够供给与添味剂混合的氢气，且能够提高氢气泄漏的检测精度。所述预定温度指如下温度，在该温度以下添味剂改变为例如不能与氢气混合的固体形式，且根据添味剂的特性适当地设定该温度。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于检测从所述气体存储装置供给的氢气的温度的氢气温度检测装置，且特征可以在于温度调节装置具有加热装置，该加热装置用于当由所述氢气温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度时升高从所述气体存储装置供给的氢气的温度。
以上所述的存储气体温度检测装置检测存储在气体存储装置内的氢气的温度；另一方面，氢气温度检测装置在气体存储装置的外部检测供给到气体存储装置的外部的氢气的温度。即，氢气温度检测装置能检测待供给到气体存储装置的外部的氢气的温度，该温度由于绝热膨胀而已降低。基于检测到的氢气的温度，温度调节装置提高从气体存储装置供给的氢气的温度，由此使得能够抑制由于温度已降低的氢对添味剂的冷却而导致的添味剂的液化或固化。应注意的是加热装置可以是只要能提高氢气的温度即可的任何装置，且加热装置的例子可以是加热器。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于检测将由所述添味剂添加装置添加的添味剂的温度的添味剂温度检测装置，其中所述温度调节装置具有加热装置，该加热装置用于当由所述添味剂温度检测装置检测到的添味剂的温度等于或低于预定温度时升高将由所述添味剂添加装置添加的添味剂的温度。
为增加添味剂的温度，优选的是：从检测到的添味剂的温度计算添味剂的蒸气压力，且施加热到添味剂使得添味剂达到需要的蒸气压力。需要的蒸气压力指使得添加到氢气的添味剂不液化或固化的压力。可以例如通过提供用于存储添味剂的添味剂存储装置、且通过使用例如加热器的加热装置升高添味剂存储装置的温度而进行对添味剂供给热。通过以此方式调节添味剂的蒸气压力，能够抑制添味剂的液化或固化。应注意的是加热装置可以是只要能提高添味剂的温度即可的任何装置，且加热装置的例子可以是加热器。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于检测从所述气体存储装置供给的氢气的温度的氢气温度检测装置；和用于检测由所述添味剂添加装置添加的添味剂的温度的添味剂温度检测装置，其中所述温度调节装置具有加热装置，该加热装置用于当由所述氢气温度检测装置检测到的氢气的温度和由所述添味剂温度检测装置检测到的添味剂的温度中的至少一个满足预定条件时升高所述添味剂的温度。
在本发明中，不仅基于由添味剂温度检测装置检测到的添味剂的温度调节添味剂的温度，而且基于由氢气温度检测装置检测到的氢气的温度调节添味剂的温度。所述预定条件指：由氢气温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度，或者由添味剂温度检测装置检测到的添味剂的温度等于或低于预定温度。应注意的是：采用的温度可以按优先级排序，且可以基于优先级高的温度升高添味剂的温度。加热装置可以是只要能提高氢气和/或添味剂的温度的任何装置，且加热装置的例子可以是加热器。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于检测从所述气体存储装置供给的氢气的温度的氢气温度检测装置，且特征可以在于温度调节装置具有加热装置，该加热装置用于当由所述氢气温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度时升高从所述气体存储装置供给的且已通过所述添味剂添加装置添加所述添味剂的氢气的温度。
根据本发明，调节已由添味剂添加装置添加添味剂的氢气的温度，因此抑制氢气内包含的添味剂的液化或固化。如上所述，当存储在气体存储装置内的氢气供给到气体存储装置的外部时，温度可能由于绝热膨胀而降低。然而，氢气的温度降低的原因不限制于此，且也可能的是例如由于将氢气供给设备放置在冰点以下的环境中而降低了氢气的温度。即使将氢气或添味剂加热，因这样的原因导致的氢气的温度降低也可能由于例如随后从氢气逐渐损失热而发生。根据本发明，添加添味剂后的氢气的温度能够升高，因此，即使氢气供给设备放置在冰点以下的环境中也能够防止添味剂的液化等。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于调节从所述气体存储装置供给的氢气的供给量的氢气供给量调节装置，且特征可以在于温度调节装置通过所述氢气供给量调节装置减少从所述气体存储装置供给的氢气的供给量，从而抑制氢气的温度降低。
当氢气从气体存储装置供给到气体存储装置的外部时，气体存储装置内的氢气减少，且氢气的温度由于绝热膨胀而降低。特别地，例如，如果氢气在高压氢罐内以高压状态存储，则压力急剧降低，这导致显著的温度降低。然而，当氢气的供给量减少时，减少了温度降低。
因此，当氢气的温度等于或低于预定温度时，氢气的供给量优选地通过氢气供给量调节装置来减少，且能够通过减少氢气的供给量来抑制温度降低以促进添味剂与氢气混合。
进一步地，根据本发明的氢气供给设备的特征可以在于所述预定温度等于或高于添味剂的熔点。即，当由存储气体温度检测装置或氢气温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于所述预定温度(所述预定温度等于或高于添味剂的熔点)时，温度调节装置升高存储在气体存储装置内的氢气、从气体存储装置供给的氢气和添味剂中的至少一个的温度。
添味剂的熔点是添味剂从固体形式改变为液体形式的温度。当添味剂的温度降低到低于其熔点时，添味剂转变为固体形式，该固体形式难于与氢气混合。在这样的温度，氢气和添味剂可能不混合，且氢气泄漏的检测精度可能降级。
因此，所述预定温度设定为等于或高于添味剂的熔点，以便当氢气的温度等于或低于所述预定温度时抑制氢气的温度降低，因此抑制添味剂的固化，且允许添味剂以液体形式或气体形式存在。一般地，难于将固体形式的添味剂与氢气混合，且因此添味剂以液体形式或气体形式提供，因此便于添味剂与氢气的混合。
应注意的是所述预定温度设定为等于或高于添味剂的熔点，因为所述预定温度适合于在液体状态下能与氢气混合或容易与氢气混合的添味剂，且根据添味剂的特性适当地改变此温度。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于所述预定温度设定为等于或高于添味剂的沸点。即，当由气体温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于所述预定温度(所述预定温度等于或高于添味剂的沸点)时，气体温度降低抑制装置升高存储在气体存储装置内的氢、从气体存储装置供给的氢气和添味剂中的至少一个的温度。
添味剂的沸点是添味剂从液体形式改变为气体形式的温度。当添味剂的温度降低到低于其沸点时，添味剂改变为液体形式，取决于添味剂的特性，该液体形式可能难于与氢气混合。在液体状态下不会与氢气混合或难于与氢气混合的添味剂可能使氢气泄漏的检测精度降级。
因此，通过当氢气的温度在等于或高于添味剂的沸点的所述预定温度时抑制氢气的温度降低，将添味剂保持在气体状态，从而使得能够便于将添味剂与氢气混合。
应注意的是将所述预定温度设定为等于或高于添味剂的沸点，因为所述预定温度适合于在气体状态下能与氢气混合或容易与氢气混合的添味剂，且适当地根据添味剂的特性改变此温度。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于包括：用于存储与添味剂混合的氢气的气体存储装置；用于从所述气体存储装置供给氢气的气体供给装置；用于检测存储在所述气体存储装置内的氢气的温度的气体温度检测装置；和气体温度降低抑制装置，该气体温度降低抑制装置用于当由所述气体温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度时抑制存储在所述气体存储装置内的氢气的温度降低。
通过当与添味剂混合的氢气的温度等于或低于所述预定温度时使用气体温度降低抑制装置抑制氢气的温度降低，能够将添味剂维持在使添味剂能够与氢气混合的状态(或温度)。因此，能够供给与添味剂混合的氢气，从而使得能提高氢气泄漏的检测精度。所述预定温度是如下温度，在该温度以下添味剂改变为例如不能与氢气混合的固体状态，且根据添味剂的特性适当地设定该温度。
进一步地，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于进一步包括用于检测从所述气体存储装置供给的氢气的温度的氢气温度检测装置，且特征可以在于温度调节装置具有加热装置，该加热装置用于当由氢气温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度时升高从气体存储装置供给的且已通过添味剂添加装置添加添味剂的氢气的温度。因此，能够提高已与添味剂混合的且将从气体存储装置供给到外部的氢气的温度。
此外，根据本发明的氢供给设备的特征可以在于气体温度降低抑制装置通过减少氢气的供给量而抑制氢气的温度降低。
只要在氢气的温度等于或低于氢气难于与添味剂混合的预定温度时能够抑制氢气的温度降低，则根据本发明的氢供给设备就是令人满意的；例如，除以上所述的构造外，该设备可以设有限制器，该限制器用于当氢气的温度等于或低于所述预定温度时停止氢气的供给，以便防止氢存储装置内的氢气的减少且抑制氢气的温度降低，或者该设备可以设有多个气体存储装置，以便使用氢气的温度高于所述预定温度的气体存储装置内的氢气，而不使用氢气的温度低于所述预定温度的气体存储装置，因此维持待供给的氢气的温度在所述预定温度之上。
实际上，以上所述的氢供给设备中的每个氢供给设备是用于供给作为燃料气体的氢气的设备。应注意的是，添味剂在低温不固化和氢气在极低的温度不与添味剂混合的问题不限制于氢气，而是那些问题在一般的燃料气体中也是可能的。因此，本发明的目的是提供一种燃料气体供给设备，该燃料气体供给设备甚至在低温也能将添味剂与燃料气体混合，且能够检测燃料气体泄漏。
为解决以上所述的问题，本发明采用如下手段。即，根据本发明的燃料气体供给设备的特征在于包括：用于存储燃料气体的气体存储装置；用于将添味剂添加到所述燃料气体的添味剂添加装置；和温度调节装置，该温度调节装置用于调节所述氢气、所述添味剂和已添加所述添味剂的所述氢气中的至少一个的温度。
根据本发明的燃料气体供给设备具有与以上已经描述的每个氢供给设备的功能等同的功能。这是因为“燃料气体”是天然气、液化石油气等的一般名称，且在燃料气体中也包括氢气。因此，以上所述的燃料气体供给设备的构造可以通过将以上已经描述的每个氢供给设备内的氢气以燃料气体替换来描述。因此，将省略其描述。
应注意的是燃料气体的例子包括天然气和液化石油气(LPG)，该液化石油气(LPG)由丙烷和丁烷组成，且作为丙烷和丁烷的混合物而被利用。应注意的是天然气包括压缩天然气(后文中称为“CNG”)。进一步地，如果由重整器重整氢，则作为结果的重整气体也被包括在燃料气体内。进一步地，用于供给那些燃料气体的燃料气体供给设备可应用于例如作为消耗燃料气体的燃料气体消耗装置的燃料电池、氢发动机、CNG发动机、LPG发动机和用于重整燃料气体的重整器。应注意的是用于重整燃料气体的重整器指例如用于将燃料气体重整为氢的重整器。
根据本发明的氢供给设备，即使在低温也能够抑制氢气的温度降低，能够混合添味剂和氢气，且能够检测氢气泄漏。
附图的简单说明
图1是根据实施例1的燃料电池系统10的方框图。
图2是图示了在根据实施例1的燃料电池系统10中的氢气温度控制的流程图。
图3是图示了在根据实施例2的燃料电池系统10中的氢气温度控制的流程图。
图4是根据实施例3的水燃料电池系统11的方框图。
图5是图示了根据实施例3的氢气温度控制的流程图。
图6是必需的加热量的MAP图。
图7是根据实施例4的燃料电池系统12的方框图。
图8是图示了根据实施例4的添味剂蒸气压力控制的流程图。
图9是根据实施例5的燃料电池系统13的方框图。
图10是根据实施例6的燃料电池系统14的方框图。
图11是图示了根据实施例6的氢气温度控制的流程图。
实施本发明的最佳模式
将参考附图详细描述根据本发明的氢供给设备的实施例。
实施例1
图1是根据实施例1的包括氢供给设备的燃料电池系统10的系统方框图。此燃料电池系统包括：燃料电池1；高压氢罐2，该高压氢罐存储了用作燃料气体的氢气，且用作向燃料电池1供给氢气的氢供给设备；用于向燃料电池1供给空气的空气供给设备3；和用于控制各种设备的电子控制单元(ECU)4。
高压氢罐2包括：用作气体存储装置的罐21，与添味剂混合的氢气被存储在该罐21内；主停止阀22，氢气通过该主停止阀22供给到燃料电池1；加热器23，该加热器23用作用于增加罐21内的氢气的温度的加热装置；和温度计24，该温度计24用作用于检测罐21内的氢气的温度的气体温度检测装置。
燃料电池1导致氢气和氧化气体之间通过电极的电化学反应以获得电能。根据实施例1的燃料电池1是在电动汽车中经常使用的固体聚合物电极燃料电池，该电动汽车使用燃料电池作为电源。
存储在高压氢罐2内的氢气包含丙烯酸甲酯作为添味剂。添味剂通过将添味剂混合到无味的氢气内而为氢气赋予气味，且用于检测氢气泄漏。丙烯酸甲酯的沸点大约为80℃且熔点大约为-75℃。
主停止阀22用作供给口，氢气从罐21通过主停止阀22供给到燃料电池1，且通过主停止阀22的供给流量由ECU4控制。进一步地，主停止阀22是电磁阀，通过使电流经过主停止阀22来加热主停止阀22，且主停止阀22能够间接加热待供给到燃料电池1的氢气。即，主停止阀22和加热器23一样具有加热装置的功能。
加热器23设置在罐21的下部处，且能够利用ECU4的控制来直接加热罐21内的氢气。加热器23放置的位置可以是任何位置，只要罐21内的氢气能够被加热即可，且该位置不限制于罐21的下部；然而，当添味剂呈固体形式或呈液体形式时，氢气积聚在罐21的下部处，因此，通过将加热器23放置在罐21的下部处能有效地加热氢气。
温度计24用于检测罐21内的氢气温度，且温度计24被构成为使得检测到的氢气温度被输入到ECU4。ECU4基于由温度计24检测到的氢气温度控制主停止阀22或加热器23，由此将罐21内的氢气维持在适当的温度。
下文将详细描述如上所述构成的燃料电池系统10内的氢气温度控制。下文描述的各种控制中的每个控制由ECU4执行，且是以规则间隔重复的程序。
实施例1提供在氢气供给开始前的温度控制，且实施例1是如下的实施例，其中当高压氢罐2内的氢气温度等于或低于预定温度时，通过加热器23或主停止阀22升高氢气温度，以形成促进添味剂与氢气混合的状态，从而把与添味剂混合的氢气供给到燃料电池。图2是图示了根据实施例1的氢气温度控制的流程图。
首先，在从高压氢罐2到燃料电池1的氢气供给开始时，由温度计24检测罐21内的氢气温度(步骤101)。检测到的温度被输入到ECU4，且ECU4确定检测到的温度是否等于或低于预定温度T1(步骤102)。
在实施例1中，使用丙烯酸甲酯作为添味剂，且所述预定温度T1设定为-70℃，该温度比-75℃即丙烯酸甲酯的熔点高5℃。即，在比所述预定温度T1高的温度下，丙烯酸甲酯呈现为液体，且处于丙烯酸甲酯易于与氢气混合的状态。
当检测到的氢气温度等于或低于所述预定温度T1时，ECU4执行加热过程以防止添味剂固化(步骤103)。在加热过程中，可以通过使电流经过加热器23来直接加热氢气，或者可以通过使电流经过主停止阀22来间接加热待供给的氢气。在已经通过任何一种方法执行加热过程一定时间段后，由温度计24再次检测罐21内的氢气温度(步骤101)。
再次确定检测到的氢气温度是否等于或低于T1(步骤102)，且重复加热过程直至确定罐21内的氢气温度高于所述预定温度T1。如果作为步骤102的确定结果确定由温度计24检测到的氢气温度高于所述预定温度T1，则确定用作添味剂的丙烯酸甲酯呈液体形式且与氢气混合，因此开始氢气供给(步骤104)。
应注意的是：如果氢气供给持续，则氢气的温度因氢气的绝热膨胀而降低，因此，即使在氢气供给已经开始后，也以一定时间段重复本控制。如上所述，根据实施例1，能以使得添味剂容易与氢气混合的温度供给氢气，因此促进了氢气与添味剂的混合，且使得能提高氢气泄漏的检测精度。
进一步地，在实施例1中，氢气的温度控制在氢气供给开始前进行，但温度控制不一定必须在氢气供给开始前进行，且可以在氢气供给期间进行。应注意的是：当在氢气供给期间进行温度控制时，如果氢气温度等于或低于所述预定温度T1，则可以进一步提供用于停止氢气供给的氢气供给停止装置。通过提供氢供给停止装置，等于或低于所述预定温度的氢气的供给被停止，因此使得能够防止在低温下不与添味剂混合的氢气被供给到燃料电池1。
实施例2
在实施例2中，当高压氢罐2内的氢气温度等于或低于所述预定温度时，待供给到燃料电池1的氢气的流量降低，从而防止罐21内的氢气的减少。通过防止罐21内的氢气减少，抑制了氢气由于绝热膨胀的温度降低。根据实施例2的氢气温度控制是在氢气供给期间执行的温度控制。应注意的是燃料电池系统的构造大致与实施例1中相同；因此，相同的部件通过相同的附图标记标识，且将省略对它们的描述。
在根据实施例2的燃料电池系统10中，用作气体温度控制装置的ECU4具有调节从高压氢罐2供给到燃料电池1的氢气供给流量的功能。如果由用作气体温度检测装置的温度计24所指示的温度等于或低于预定温度，则ECU4降低氢气供给流量以抑制罐21内的氢气的绝热膨胀且抑制罐21内的氢气的温度降低。通过以此方式抑制氢气的温度降低，在氢气内包含的添味剂能够被维持在比添味剂容易与氢气混合的恒定温度高的温度，且与添味剂混合的氢气能够被供应到燃料电池1。
图3是图示了根据实施例2的氢气温度控制的流程图。首先，氢气以供给流量Q1从高压氢罐2供给到燃料电池1(步骤S201)。在自从氢气供给起已经经过一定时间段后，温度计24检测罐21内的氢气温度(步骤202)。检测到的温度被输入到ECU4，且ECU4确定检测到的氢气温度是否等于或低于预定温度T2(步骤203)。
类似于实施例1，在实施例2中也使用丙烯酸甲酯作为添味剂。然而，所述预定温度T2设定为-65℃，该温度比-75℃即丙烯酸甲酯的熔点高10℃。将所述预定温度T2设定为比实施例1中的所述预定温度高的原因是：在实施例1中，因为氢气被加热装置加热，将温度降低到所述预定温度T1或更低是不可能的，但在实施例2中，因为在不进行任何加热过程的情况下抑制温度降低，将温度轻微降低到所述预定温度T2或更低是可能的。因此，在实施例2中所述预定温度T2设定为比实施例1中的所述预定温度T1高5℃。
如果检测到的氢气温度等于或低于所述预定温度T2，则ECU4将氢气供给流量从Q1改变为Q2(其中Q2＜Q1)，以便抑制氢气的温度降低(步骤204)。通过降低氢气的供给流量，抑制了罐21内的氢气的绝热膨胀，且抑制了氢气的温度降低。
在已经以供给流量Q2向燃料电池1供给氢气一定时间段后，再次检测氢气温度(步骤202)。ECU4确定检测到的氢气温度是否等于或低于所述预定温度T2(步骤203)，且以供给流量Q2供给氢气，直至确定氢气温度高于所述预定温度T2。作为步骤203的确定结果，如果由温度计24检测到的氢气温度被确定为高于所述预定温度T2，则将氢气供给流量从Q2改变为Q1，且以供给流量Q1供给氢气(步骤205)。
通过在氢气供给期间检测氢气温度且当氢气温度降低到接近熔点时以此方式降低氢气供给流量，能以添味剂容易与氢气混合的温度供给氢气，因此使得能够促进氢气与添味剂的混合且提高氢气泄漏的检测精度。
替代地，在另一个实施例中，包括所述多个高压氢罐2的燃料电池系统可以被构成为使得：作为在氢气温度等于或低于所述预定温度T2时降低氢气供给流量的替代，选择氢气温度高于所述预定温度T2的高压氢罐来从高压氢罐向燃料电池供给氢气。
实施例3
接下来，将描述根据实施例3的包括氢供给设备的燃料电池系统11。在根据实施例1的燃料电池系统10内，通过ECU4的控制直接加热罐21内的氢气。另一方面，在根据实施例3的燃料电池系统11内，将已经经历绝热膨胀且待从高压氢罐2供给的氢气加热。当高压氢罐2内的氢气供给到罐外时，待供给的氢气可能因为压力下降而经历绝热膨胀，且其温度可能降低。进一步地，在冰点以下的环境中，氢气的温度降低。当氢气温度降低时，发生待与氢气混合的添味剂液化或固化的问题。根据实施例3的燃料电池系统11解决了这种问题。
图4是根据实施例3的包括氢供给设备的燃料电池系统11的系统方框图。燃料电池系统11包括：燃料电池1；高压氢罐2；空气供给设备3；ECU4；添味剂罐5；缓冲罐6；加热器23a；温度计24a；氢气供给通道30；空气供给通道31；阳极废气通道32；循环气体通道33；和氢气供给分支通道34。应注意的是以上已描述的部件以相同的附图标记标识，且因此将省略对它们的详细描述。
氢气供给通道30在其一端连接到高压氢罐2，且在其另一端连接到燃料电池1的阳极侧以将氢气引导到燃料电池1。氢气供给通道30从氢气流的上游侧起依次设有氢流量计27、温度计24a和加热器23a。
氢流量计27检测从高压氢罐2供给的氢气的流量。氢流量计27电连接到ECU4，且检测到的氢流量被输入到ECU4。进一步地，温度计24a检测从高压氢罐2供给的氢气温度。温度计24a电连接到ECU4，且检测到的温度被输入到ECU4。
将加热器23a设置到氢供给通道30，且通过ECU4的控制来加热经过氢供给通道30的氢气。加热器23a可以例如放置在氢供给通道30的下部处，但优选地放置为覆盖氢气供给通道30。这是因为以这种构造能够有效地加热经过氢气供给通道30的氢气。
氢气供给分支通道34在加热器23a的下游侧从氢气供给通道30分支，且与氢气供给通道30再次汇合。进一步地，氢气供给分支通道34从氢气流的上游侧起依次设有泵25、添味剂罐5、缓冲罐6和喷射器26。
泵25调节待添加添味剂的氢气的流量。添味剂罐5存储待添加到从高压氢罐2供给的氢气中的添味剂。缓冲罐6临时地保持从高压氢罐2供给的氢气，将存储在添味剂罐5内的添味剂添加到氢气，且执行搅动。进一步地，喷射器26被供给有来自高压氢罐2的添加了添味剂的氢气，且将此氢气与被引导经过用作主通道的氢气供给通道30的氢气混合。
空气供给通道31在其一端连接到空气供给设备3，且在其另一端连接到燃料电池1的阴极侧以将空气引导到燃料电池1。阳极废气通道32将从燃料电池1的阳极侧排出的阳极废气引导到燃料电池系统11的外部。循环气体通道33从阳极废气通道分支，且与氢气供给通道汇合以将阳极废气内包含的氢气再次引导到燃料电池1。
后文中将详细描述如上所述构成的燃料电池系统11内的氢气温度控制。下述各种控制中的每个控制由以上所述的ECU4执行，且是以规则间隔重复的程序。
图5是图示了根据实施例3的氢气温度控制的流程图。首先，ECU4获得了从高压氢罐2供给到燃料电池1的氢气流量(步骤S301)。氢气流量可以由氢流量计27获得。
然后，ECU4从MAP图确定与所获得的氢流量相关的加热器加热量(步骤302)。在这方面，所需加热量的MAP图在图6中示出。如在图6中示出，水平轴表示氢流量(NL/min)，垂直轴表示加热器加热量(W)，且直线P1表示加热器加热量的变化。所需加热量的这种MAP图例如可以预先存储在ECU4的存储器等内。
然后，ECU4获得从高压氢罐2供给的氢气的温度(步骤303)。氢气温度可以通过温度计24a获得。随后，ECU4确定所获得的氢气温度是否足够高(步骤304)。应注意的是：足够高的氢气温度指待添加的添味剂不液化或固化的温度，且可以取决于待添加的添味剂而适当地设定。如果所获得的氢气温度确定为足够高，则根据实施例3，ECU4终止用于氢气的温度控制过程。
另一方面，如果所获得的氢气温度被确定为不是足够高，则ECU4确定所获得的氢气温度是否等于或低于预定温度T3(步骤305)。如果氢气温度被确定为等于或低于所述预定温度T3，则ECU4增加加热量(步骤306)，且终止根据实施例3的用于氢气的温度控制过程。应注意的是所述预定温度T3可以是添味剂的熔点或沸点。
如上所述，在根据实施例3的氢气温度控制中，ECU4从MAP图确定加热器加热量，且通过所获得的温度修正所确定的加热器加热量。因此，ECU4能够获得更精确的加热器加热量。作为结果，在待供给的氢气温度因绝热膨胀等而降低的情况中，能够防止添味剂被液化或固化。
实施例4
接着，将描述根据实施例4的包括氢供给设备的燃料电池系统12。图7是根据实施例4的包括氢供给设备的燃料电池系统12的系统方框图。根据实施例4的燃料电池系统12的构造基本上类似于以上所述的根据实施例3的燃料电池系统11的构造。根据实施例4的燃料电池系统12与根据实施例3的燃料电池系统11的不同在于提供了加热器23b和温度计24b。应注意的是：以上已描述的部件以相同的附图标记标识，且因此将省略对它们的详细描述。
温度计24b检测存储在添味剂罐5内的添味剂的温度。检测到的温度被输入到ECU4。加热器23b设置在添味剂罐5的下部处，且通过ECU4的控制加热存储在添味剂罐5内的添味剂。加热器23b放置的位置可以是任何位置，只要存储在添味剂罐5内的添味剂能够被加热即可，且该位置不限制于添味剂罐5的下部。然而，呈固体形式或呈液体形式的添味剂在添味剂罐5的下部处积聚，因此通过将加热器23b放置在添味剂罐5的下部处能够有效地加热添味剂。
接着，将描述根据实施例4的添味剂蒸气压力控制。图8是图示了根据实施例4的添味剂蒸气压力控制的流程图。首先，ECU4通过温度计24b获得存储在添味剂罐5内的添味剂的温度(步骤401)。
然后，ECU4预测从高压氢罐2供给的氢气的温度因绝热膨胀而降低的状况(步骤402)。预先获得因为绝热膨胀导致的氢气温度变化作为数据，且基于此数据能够预测氢气温度因绝热膨胀而降低的状况。进一步地，可以对一定时间段测量从高压氢罐2供给的氢气的温度，且基于此测量可以预测随后温度降低的状况。
随后，ECU4通过加热器23b加热存储在添味剂罐5内的添味剂，使得添味剂达到需要的蒸气压力(步骤403)。ECU4能够基于所获得的添味剂温度、对氢气温度降低的状况的预测和添味剂特性来确定加热器加热量。
如上所述，通过执行控制使得基于添味剂温度、氢气温度和添味剂特性来确定加热器加热量，预先升高待添加到氢气的添味剂的温度，且添味剂达到需要的蒸气压力，能够防止由于温度已降低的氢气对添味剂的冷却所导致的添味剂的液化或固化。
实施例5
除了以上所述的实施例之外，例如，可以加热已添加添味剂的氢气。图9是根据实施例5的示出了包括氢供给设备的燃料电池系统13的示意方框图。根据实施例5的燃料电池系统13的构造基本上类似于根据实施例3的燃料电池系统11的构造。根据实施例5的燃料电池系统13与根据实施例3的燃料电池系统11在构造上的不同在于进一步提供了加热器23c和温度计24c。根据实施例5的燃料电池系统13包括加热器23c，因此使得能够加热已通过缓冲罐6添加了添味剂的氢气。
应注意的是，例如，除了执行与根据实施例3的氢气温度控制类似的控制之外，可以通过获得已添加了添味剂的氢气的温度、和通过将已添加添味剂的氢气加热到添味剂不会液化或固化的程度而进行对已添加添味剂的氢气的加热。
即使由加热器23a加热氢气，在冰点以下的环境等中，此后氢气温度也逐渐降低。然而，根据实施例5的燃料电池系统13能够在添味剂已添加到氢气后再次加热氢气，且能够防止添味剂的液化或固化。
实施例6
进一步地，在混合有添味剂的氢气被存储在高压氢罐2内的情况中，混合有添味剂的氢气可以在高压氢罐的外部被加热。图10是示出了根据实施例6的包括氢供给设备的燃料电池系统14的示意方框图。根据实施例6的燃料电池系统14的构造基本上类似于根据实施例1的燃料电池系统10。根据实施例6的燃料电池系统14与根据实施例1的燃料电池系统10在结构上的不同在于，作为实施例1中的加热器23和温度计24的替代而分别设置了加热器23d和温度计24d。根据实施例6的燃料电池系统14包括加热器23d和温度计24d，因此使得能够加热与添味剂混合的从高压氢罐2供给的氢气。作为结果，能够防止添味剂液化或固化。
应注意的是，与添味剂混合的氢气的温度控制可以由ECU4基于由温度计24d检测到的与添味剂混合的氢气的温度来进行。图11是图示了根据实施例6的氢气温度控制的流程图。ECU4通过温度计24d获得了与添味剂混合的氢气温度(步骤501)，且确定所获得的与添味剂混合的氢气的温度是否等于或低于预定温度T4(步骤502)。然后，如果与添味剂混合的氢气的温度被确定为等于或低于所述预定温度T4，则ECU4通过加热器23d加热与添味剂混合的氢气(步骤503)。另一方面，如果与添味剂混合的氢气的温度未被确定为等于或低于所述预定温度T4，则ECU4终止对与添味剂混合的氢气的温度控制。应注意的是，所述预定温度T4可以是添味剂的熔点或沸点。
以此方式，只要将待供给的氢气的温度能够维持为使氢气容易地与添味剂混合的温度，根据本发明的氢供给设备就是令人满意的，所以本发明不限制于前述的实施例，且还包括实施例的尽可能的组合。
应注意的是已使用将氢气用作燃料气体的例子描述每个实施例。然而，本发明不限制于此，而是燃料气体的例子包括天然气和液化石油气。因此，本发明可以被实施为燃料气体供给设备。
根据本发明的燃料气体供给设备甚至在低温下也能抑制燃料气体的温度降低，且对于当添味剂和燃料气体混合时检测燃料气体的泄漏有用。
(注1)
氢供给设备的特征在于包括：用于存储与添味剂混合的氢气的气体存储装置；用于从气体存储装置供给氢气的气体供给装置；用于检测存储在气体存储装置内的氢气的温度的气体温度检测装置；和气体温度降低抑制装置，当由气体温度检测装置检测到的氢气的温度等于或低于预定温度时，该气体温度降低抑制装置用于抑制在气体存储装置内存储的氢气的温度降低。
(注2)
根据注1的氢供给设备，其特征在于所述预定温度等于或高于添味剂的熔点。
(注3)
根据注1的氢供给设备，其特征在于所述预定温度等于或高于添味剂的沸点。
(注4)
根据注1至注3中的任一个的氢供给设备，其特征在于还包括用于升高氢气温度的加热装置，其中气体温度降低抑制装置通过加热装置抑制氢气的温度降低。
(注5)
根据注1至注3中的任一个的氢供给设备，其特征在于气体温度降低抑制装置降低由气体供给装置供给的氢气的量，由此抑制氢气的温度降低。

Claims (4)

1.一种燃料气体供给设备，包括：
用于存储燃料气体的高压氢罐；
用于将添味剂添加到所述燃料气体的添味剂添加装置；
温度调节装置，该温度调节装置用于调节所述添味剂的温度，以便抑制与所述燃料气体混合的所述添味剂固化或液化；和
用于检测将由所述添味剂添加装置添加的添味剂的温度的添味剂温度检测装置，
其中预先获得因绝热膨胀导致的所述燃料气体的温度变化作为数据，且基于此数据预测所述燃料气体的温度因绝热膨胀而降低的状况，
其中所述温度调节装置具有加热装置，该加热装置用于当由所述添味剂温度检测装置检测到的添味剂的温度等于或低于预定温度时升高由所述添味剂添加装置添加的添味剂的温度，
其中通过所述加热装置加热存储在添味剂罐内的添味剂，使得该添味剂达到需要的蒸气压力，并且
其中能够基于所获得的添味剂的温度、对燃料气体温度降低的状况的预测和添味剂特性来确定所述加热装置的加热量。
2.根据权利要求1所述的燃料气体供给设备，其中所述预定温度等于或高于所述添味剂的熔点。
3.根据权利要求1所述的燃料气体供给设备，其中所述预定温度等于或高于所述添味剂的沸点。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料气体供给设备，
其中，所述燃料气体是氢气。
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