DE10021946B4 - Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle, umfassend
ein Wasserzuführventil (11a), das für eine Zuführung einer Wassermenge verantwortlich ist, das von einem Wassertank (22) in einen Lufteinlassweg eingespeist wird,
einen Kompressor (7), der Luft, die von dem Lufteinlassweg nach der Wassereinspeisung entnommen wird, komprimiert,
einen Kühler (13), der komprimierte Luft kühlt, die von dem Kompressor (7) abgegeben wird, um die gekühlte Luft der Brennstoffzelle (8) zuzuführen,
eine Gruppe von Detektoren (16, 17, 18), die eine Strömungsgeschwindigkeit, einen Druck und eine Temperatur der komprimierten Luft ermitteln, die der Brennstoffzelle (8) zugeführt wird,
eine Wassermengen-Berechnungseinrichtung, die eine erforderliche Wassermenge für die Brennstoffzelle (8) berechnet basierend auf einer ermittelten Strömungsgeschwindigkeit, einem Druck und einer Temperatur der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle (8) zugeführt wird, und
ein Wassermengen-Steuergerät, das das Wasserzuführventil (11a) steuert, um die erforderliche Wassermenge zuzuführen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle zum Zuführen komprimierter Luft, die eine ideale Feuchtigkeit für die Brennstoffzelle hat.
  • 8 zeigt einen bekannten Schrauben-Luftkompressor.
  • In diesem Kompressor wird Wasser, das von einem Wassertank 104 einströmt, durch eine Wasserpumpe 105 unter Druck gesetzt, und Wasser wird von einem Wasserzuführventil 106 in ein Einlassrohr 102 gemischt, das stromaufwärts eines Schrauben-Luft-Kompressors 101 positioniert ist, der ein vermindertes Entweichen der komprimierten Luft an Spalten in der Schraube innerhalb des Luftkompressors 101 hat, so dass der volumetrische Wirkungsgrad verbessert wird, eine unwirtschaftliche Luftkompression vermindert wird und die Kompressionsarbeit infolge einer Latentwärme der Wasserverdampfung vermindert wird, wodurch der adiabatische Kompressionswirkugsgrad verbessert wird.
  • Die Leckwege des Luftkompressors 101 sind abgedichtet, und eine große Wassermenge wird zugeführt, um den adiabatischen Kompressionswirkungsgrad zu verbessern.
  • Daher strömt bei der Anwendung für ein Brennstoffzellensystem Wasser direkt in die Brennstoffzelle, was eine Kondensation bewirkt, die durch eine Innentemperatur der Brennstoffzelle verursacht wird; und Wasser kann sich in den Luftströmungswegen innerhalb der Brennstoffzelle sammeln, wodurch die Strömung der Luft behindert wird und der Erzeugungswirkungsgrad von elektrischer Leistung der Brennstoffzelle vermindert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf solche Punkte gemacht. Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle zu schaffen, welches nicht nur eine hochpräzise Steuerung der Feuchtigkeit erzielt, sondern auch den maximal möglichen Erzeugungswirkungsgrad der elektrischen Leistung erzielt.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Erreichung des Zieles besteht in einem Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle mit einem Wasserzuführventil, das für eine Zuführwassermenge verantwortlich ist, das von einem Wassertank in einen Lufteinlassweg eingespeist wird, einem Kompressor, der Luft komprimiert, das aus dem Lufteinlassweg nach dem Wassereinspritzen entnommen wird, einem Kühler, der komprimierte Luft kühlt, die von dem Kompressor abgegeben wird, um der Brennstoffzelle gekühlte Luft zuzuführen, einer Gruppe von Detektoren, die eine Strömungsgeschwindigkeit, einen Druck und eine Temperatur komprimierter Luft ermittelt, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, einer Wassermengen-Recheneinrichtung, die eine erforderliche Wassermenge für die Brennstoffzelle berechnet basierend auf einer ermittelten Strömungsgeschwindigkeit, einem Druck und einer Temperatur der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, und einem Wassermengen-Steuergerät, das das Wasserzuführventil steuert, um die notwendige Wassermenge zuzuführen.
  • Entsprechend diesem Aspekt wird eine Wassermenge, die in den Lufteinlassweg aus dem Wassertank eingespeist wird, durch ein Wasserzuführventil zugeführt, Luft wird von dem Einlassweg entnommen und nach der Wassereinspeisung komprimiert, Luft, die von dem Kompressor abgegeben wird, wird gekühlt, und die gekühlte Luft wird der Brennstoffzelle zugeführt, eine ideale Sollmenge an Wasser für die Brennstoffzelle wird berechnet basierend auf der ermittelten Durchflussgeschwindigkeit, dem Druck und der Temperatur der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, und das Wasserzuführventil wird so gesteuert, dass diese Wassermenge erzielt wird, wodurch eine hochpräzise Feuchtigkeitssteuerung erzielt wird und auch der maximal mögliche elektrische Erzeugungswirkungsgrad erzielt wird.
  • Die obigen und weitere Ziele und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden vollständiger ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, das ein Brennstoffzellensystem zeigt, in welchem ein Wasserzuführsystem entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist,
  • 2 ein Flussplan ist, der die Steuerungsoperation in einem Wasserzuführsystem entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • 3 eine konzeptionelle Zeichnung ist, die eine Sollfeuchtigkeit zeigt, die für eine ideale Feuchtigkeit vorgesehen wurde,
  • 4 ein Blockdiagramm ist, das ein Brennstoffzellensystem zeigt, in welchem ein Wasserzuführsystem entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist,
  • 5 ein Flussplan ist, der die Steuerungsoperation in einem Wasserzuführsystem entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • 6 ein Blockdiagramm ist, das ein Brennstoffzellensystem zeigt, in welchem ein Wasserzuführsystem entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist,
  • 7 ein Blockdiagramm ist, das ein Brennstoffzellensystem zeigt, in welchem ein Wasserzuführsystem entsprechend der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist, und
  • 8 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Wasserzuführsystems für eine Brennstoffzelle ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im einzelnen beschrieben, wobei Bezug gemacht wird auf die relevanten beigefügten Zeichnungen. Gleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
  • In 1, die die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, durchströmt Luft einen Luftreiniger 9, um Staub zu entfernen, wonach sie von einem Rohr 10 in einen Kompressor 7 strömt. Luft, die durch den Luftkompressor 7 komprimiert wird, erreicht ein Maximum von 200°C, strömt aus einem Rohr 12 durch einen Nachkühler (after-cooler) 13, wodurch sie ihre verminderte Temperatur hat, und strömt aus einem Rohr 14 in eine Brennstoffzelle 8.
  • Die Brennstoffzelle 8 wird auf eine Innentemperatur von 90° bis 80°C gesteuert bzw. geregelt, und Luft, die die Brennstoffzelle 8 verlässt, strömt aus einem Rohr 15 zu einem Druckeinstellventil 19 und wird von dem Brennstoffumformer (fuel reformer) in die Atmosphäre abgegeben.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit, der Druck und die Temperatur der komprimierten Luft, die in die Brennstoffzelle 8 strömt, werden durch einen Durchflussmesser 16, ein Druckmessinstrument 17 und ein Temperaturmessinstrument 18 jeweils ermittelt. Der Durchflussmesser 16, dass Druckmessinstrument 17 und das Temperaturmessinstrument 18 sind mit einer Steuereinheit 20 zum Steuern der Brennstoffzelle 8 verbunden, wobei die Messsignale von jedem Messinstrument zu der Steuereinheit 20 abgegeben werden.
  • Die Steuereinheit 20 weist eine Steuer-ROM auf, in welcher ein Steuerprogramm und ein Sollfeuchtigkeits-Verzeichnis gespeichert sind, und ein RAM, das als ein Arbeitsbereich zum Ausführen der Steuerung dient, berechnet die ideale Wasserzuführmenge der Wasserzuführung basierend auf den Messsignalen von dem Durchflussmesser 16, dem Druckmessinstrument 17 und dem Temperaturmessinstrument 18, und gibt ein Steuersignal zu dem Wasserzuführventil 11a im Ansprechen auf das Ergebnis dieser Berechnung ab.
  • Das Wasserzuführventil 11a ist in dem Rohr 10 vorgesehen, das stromaufwärts des Kompressors 7 angeordnet ist, wobei Wasser, das in einem Wassertank 22 gespeichert wird, durch eine Wasserpumpe 21 unter Druck gesetzt wird, wobei ein geeigneter Druck durch einen Druckregler 23 aufrechterhalten wird, und Wasser wird mit Luft innerhalb des Rohrs 10 mittels des Wasserzuführventils 11a gemischt. Das Wasserzuführventil 11a kann, wie in 1 gezeigt ist, direkt an dem Kompressor 7 montiert sein.
  • Die Steuerungsoperation dieses Wasserzuführsystems entsprechend dem Steuer-Flussplan von 2 wird nachstehend beschrieben, wobei eine Bezugnahme auf das Sollfeuchtigkeits-Verzeichnis (demanded humidity map) für eine ideale Feuchtigkeit genommen wird. Der Flussplan und das Feuchtigkeitsverzeichnis, die in 2 und 3 gezeigt sind, sind in dem ROM der Steuereinheit 20 als ein Steuerprogramm und eine Datentabelle gespeichert.
  • Zuerst liest in Stufe S10 die Steuereinheit 20 die Temperatur T der komprimierten Luft aus dem Temperaturmessinstrument 18 ein, dass an dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist. Dann wird in Stufe S20 der Druck P der komprimierten Luft von dem Druckmessinstrument 17 eingelesen, der an dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist.
  • In der Stufe S30 liest die Steuereinheit 20, basierend auf der Temperatur T und dem Druck P, die von dem Temperaturmessinstrument 18 und dem Druckmessinstrument 17 eingelesen werden, von dem inneren ROM eine Sollfeuchtigkeit (demanded humidity) Hy ein, die in dem Sollfeuchtigkeits-Verzeichnis festgelegt ist, die sich auf Temperaturen bezüglich Feuchtigkeiten bezieht. Die Sollfeuchtigkeit Hy ist die ideale Feuchtigkeit für einen maximalen elektrischen Erzeugungswirkungsgrad in der Brennstoffzelle 8, und der elektrische Erzeugungswirkungsgrad ist maximal bei einer relativen Feuchtigkeit von 60% bis 100% in der Luft in der Brennstoffzelle 8. Bei einer relativen Feuchtigkeit von weniger als 60% wird der elektrische Erzeugungswirkungsgrad vermindert, und bei über 100% kondensiert Wasser innerhalb der Brennstoffzelle 8, wodurch ein Abfall des elektrischen Erzeugungswirkungsgrades bewirkt wird.
  • In der Stufe S40 wird die Luftströmungsgeschwindigkeit Ra von dem Durchflussmesser 16 eingelesen, der an dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist. In der Stufe S50 wird die ideale Wassermenge Rs durch Multiplizieren der Luftströmungsgeschwindigkeit Ra mit der Sollfeuchtigkeit Hy (Rs = Rx·Hy) berechnet.
  • In der Stufe S60 wird eine Steuermenge (control quantity) S für das Wasserzuführventil 11a basierend auf der idealen Wassermenge Rs berechnet. Dann wird in Stufe S70 ein Steuersignal zu dem Wasserzuführventil 11a gesendet. Im Ansprechen auf dieses Steuersignal öffnet das Wasserzuführventil 11a, um so Wasser mit der idealen Wassermenge von dem Druckregler 23 zur Innenseite des Rohrs 10 zuzuführen.
  • Als ein Ergebnis besteht ein Effekt der ersten Ausführungsform darin, dass bei Zuführen von Wasser zu dem Kompressor 7, es möglich ist, das Lecken der komprimierten Luft aus einem Spalt in der Schraube innerhalb des Kompressors durch Abdichten zu vermindern, wodurch eine Verbesserung bei dem volumetrischen Wirkungsgrad ermöglicht wird. Zusätzlich ist es möglich, eine unwirtschaftliche Kompression zu vermindern, die durch die Rückströmung der Luft innerhalb des Kompressors 7 bewirkt wird. Mit einem Ansteigen der Temperatur besteht eine Verdampfung des Wassers, so dass eine Verminderung bei der Temperatur innerhalb des Kompressors wegen der Latentwärme der Verdampfung besteht, wodurch eine Verminderung bei der Kompressionsarbeit ermöglicht wird.
  • Durch Messen der Luftbedingungen an dem Luftströmungsweg, das so nahe wie möglich an der Brennstoffzelle 8 erfolgt, wird eine hochpräzise Feuchtigkeitssteuerung ausgeführt, wodurch der maximale elektrische Erzeugungswirkungsgrad in der Brennstoffzelle 8 ermöglicht wird.
  • Da die Abgastemperatur des Kompressors 7 vermindert wird, ist es möglich, einen Nachkühler (after-cooler) mit einem niedrigen Leistungsvermögen zu verwenden, wodurch eine Verminderung in der Größe und dem Gewicht des Nachkühlers zusätzlich zur Erzielung eines niedrigen Druckverlustes ermöglicht wird, wodurch ein hoher Wirkungsgrad und niedrige Kosten bei dem Brennstoffzellensystem ermöglicht werden.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser zweiten Ausführungsform ist der Basisaufbau der gleiche, wie der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, mit den entsprechenden Elementen in 4, die mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wurden und hierin nicht explizit beschrieben werden.
  • Ein Merkmal der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass, wie in 4 gezeigt ist, ein Feuchtigkeitsmessinstrument 25 zum Ermitteln der Feuchtigkeit der komprimierten Luft, die in das Rohr strömt, in dem Rohr 14 nahe dem Eintritt zur Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist. Dieses Feuchtigkeitsmessinstrument 25 ist mit der Steuereinheit 20 verbunden, die die Brennstoffzelle 8 steuert, und sendet ein Messsignal an die Steuereinheit 20. Ein Korrekturkoeffizient-Verzeichnis zum Korrigieren der Wasserzuführungsmenge ist in überschreibbarer Form in einem RAM eingeschrieben, das in der Steuereinheit 20 vorgesehen ist. Der Inhalt des Korrekturkoeffzient-Verzeichnis ist so gesteuert, dass alle Anfangswerte 1 sind.
  • Die Steuerungsoperation dieses Wasserzuführsystems entsprechend dem Flussplan von 5 wird nachstehend beschrieben. Der Steuer-Flussplan von 5 ist als ein Steuerprogramm in einem internen ROM der Steuereinheit 20 gespeichert.
  • In der Stufe S10 liest die Steuereinheit 20 die Temperatur T der komprimierten Luft aus dem Temperaturmessinstrument 18 ein, das in dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist. Dann liest sie in Stufe S20 den Druck P der komprimierten Luft von dem Druckmessinstrument 17 ein, das an dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist.
  • In der Stufe S30 liest die Steuereinheit 20 basierend auf der Temperatur T und dem Druck P, die von dem Temperaturmessinstrument 18 und dem Druckmessinstrument 17 gelesen werden, von dem inneren ROM eine Sollfeuchtigkeit Hy ein, die in dem Sollfeuchtigkeits-Verzeichnis von 3 festgelegt ist, das sich auf Temperaturen in bezug zu Feuchtigkeiten bezieht.
  • In der Stufe S40 wird die Luftströmungsgeschwindigkeit Ra von dem Durchflussmesser 16 eingelesen, der an dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist.
  • In der Stufe S45 wird basierend auf der Temperatur T und dem Druck P, die von dem Temperaturmessinstrument 18 und dem Druckmessinstrument 17 gelesen werden, ein Korrekturkoeffizient k, der für ein Korrekturkoeffizient-Verzeichnis festgelegt ist, in einen inneren RAM eingelesen.
  • In der Stufe S50 wird die ideale Wassermenge Rs durch Multiplizieren der Luftströmungsgeschwindigkeit Ra mit der Sollfeuchtigkeit Hy (Rs = Rx·Hy) berechnet.
  • Eine andere Berechnung wird ausgeführt, um die korrigierte ideale Wassermenge Rsh durch Multiplizieren der idealen Wassermenge mit dem Korrekturkoeffizienten k (Rsh = Rs·k) zu bestimmen.
  • In der Stufe 60 wird eine Steuermenge für das Wasserzuführventil 11a basierend auf der korrigierten idealen Wassermenge Rsh berechnet. Dann wird in einer Stufe S70 ein Steuersignal zu dem Wasserzuführventil 11a gesendet. Im Ansprechen auf dieses Steuersignal öffnet das Wasserzuführventil 11a, um so Wasser mit der idealen Wassermenge von dem Druckregler 23 in das Innere des Rohres 10 zuzuführen.
  • In der Stufe S110 wird der ermittelte Wert Hj der Feuchtigkeit der komprimierten Luft von dem Feuchtigkeitsmessinstrument 25 eingelesen, dass an dem Lufteinlass der Brennstoffzelle 8 vorgesehen ist.
  • Dann wird in der Stufe S120 ein neuer Korrekturkoeffizient k aus der Sollfeuchtigkeit Hy und dem ermittelten Wert der Feuchtigkeit Hj (k = Hj/Hy) berechnet.
  • In der Stufe S130 wird basierend auf der Temperatur T und dem Druck P, die in den Stufen S10 und S20 verwendet wurden, ein Korrekturkoeffizient K, der in dem inneren RAM-Korrekturkoeffzient-Verzeichnis festgelegt wurde, aktualisiert, um den neu berechneten Koeffizienten k, der in Stufe S120 erzielt wurde, widerzuspiegeln. An diesem Punkt kehrt die Programmsteuerung zur Stufe S10 zurück, von welchem die obige Verarbeitung wiederholt wird.
  • Durch Wiederholen der Verarbeitung der Stufen S10 bis S130 ist es möglich, die Feuchtigkeit der Luft, die der Brennstoffzelle 8 zugeführt wird, zu korrigieren, um dadurch die Einhaltung der konstanten idealen Bedingungen zu ermöglichen.
  • Als ein Ergebnis hat zusätzlich zur Erzielung des gleichen Effektes, wie bei der ersten Ausführungsform, die zweite Ausführungsform den zusätzlichen Effekt des Lesens der Luftfeuchtigkeit kurz vor der Brennstoffzelle 8, und nutzt diesen gelesenen Wert zur Ausführung einer Regelung der zugeführten Wassermenge, um dadurch eine Korrektur der zugeführten Wassermenge zu ermöglichen, um die Feuchtigkeit innerhalb der Brennstoffzelle 8 zu kompensieren und eine Verschlechterung des Wasserzuführventils 11a durch Ablagerungen (aging) zu kompensieren.
  • 6 zeigt eine Wasserzuführungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Basisaufbau dieser Ausführungsform ist der gleiche, wie die erste Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, mit korrespondierenden Elementen in 6, die mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet wurden und hierin nicht explizit beschrieben wurden.
  • Ein Merkmal der dritten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, besteht darin, dass das Temperaturmessinstrument 18 und das Druckmessinstrument 17 innerhalb der Brennstoffzelle 8 vorgesehen sind.
  • Während die Steuerungsoperation des Kompressors entsprechend dem Sollfeuchtigkeits-Verzeichnis von 3 unter Bezugnahme auf den in 2 gezeigten Flussplan beschrieben werden könnte, ist diese Operation gleich zu der Operation in der ersten Ausführungsform, was hierin nicht beschrieben werden wird.
  • Zusätzlich zur Erzielung des Effektes der ersten Ausführungsform ermöglicht die dritte Ausführungsform durch Vorsehen des Temperaturmessinstrumentes 18 und des Druckmessinstrumentes 17 innerhalb der Brennstoffzelle 8 die Messung der Innentemperatur und des Innendruckes innerhalb der Brennstoffzelle 8 selbst, wodurch eine hochpräzise Feuchtigkeitssteuerung und die Erzielung eines weiter verbesserten elektrischen Erzeugungswirkungsgrades ermöglicht wird.
  • 7 zeigt ein Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Basisaufbau dieser Ausführungsform ist der gleiche, wie der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei die entsprechenden Elemente in 7 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wurden und hierin nicht explizit beschrieben werden.
  • Ein Merkmal der vierten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt ist, besteht darin, dass der Durchflussmesser 16 stromaufwärts von dem Wasserzuführventil 11a des Luftströmungsweges vorgesehen ist.
  • Während die Steuerungsoperation des Kompressors entsprechend zu dem Sollfeuchtigkeits-Verzeichnis von 3 unter Bezugnahme auf den in 2 gezeigten Flussplan beschrieben werden könnte, ist diese Arbeitsweise gleich zu der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform, und wird hierin nicht beschreben.
  • Zusätzlich zur Erzielung des Effektes der ersten Ausführungsform sind bei der vierten Ausführungsform durch Vorsehen des Durchflussmessers 16 stromaufwärts von dem Kompressor 7 und dem Wasserzuführventil 11a die Bereiche der Betriebstemperatur und der absoluten Feuchtigkeit eng ausgeführt, wodurch die Genauigkeit der Luftströmung verbessert wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorhergehenden Ausführungsformen umfasst ein Wasserzuführsystem zum Zuführen von Luft zu einer Brennstoffzelle nach dem Kühlen ein Wasserzuführventil zum Einstellen der zugeführten Wassermenge, wenn Wasser in einen Lufteinlassweg von einem Wassertank eingespeist wird, umfasst einen Kompressor zum Einlassen und Komprimieren von Luft nach der Wassereinspeisung, umfasst einen Kühler zum Kühlen von Luft, die von dem Kompressor abgegeben wird, umfasst einen Detektor zum Nachweisen der Strömungsgeschwindigkeit der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, umfasst einen Detektor zum Nachweisen des Druckes der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, umfasst einen Detektor zum Ermitteln der Temperatur der der Brennstoffzelle zugeführten komprimierten Luft, umfasst eine Einrichtung zum Berechnen der idealen Sollwassermenge für die Brennstoffzelle basierend auf der Strömungsgeschwindigkeit, dem Druck und der Temperatur der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, und umfasst eine Einrichtung zum Steuern des Wasserzuführventils, um die Sollwassermenge zu erzielen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt hat die Wassermengen-Berechnungseinrichtung eine Einrichtung zum Berechnen der idealen Sollfeuchtigkeit für die Brennstoffzelle basierend auf dem ermittelten Druck und der ermittelten Temperatur der komprimierten Luft, und weist eine Einrichtung zum Berechnen der idealen Sollwassermenge auf basierend auf der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit der komprimierten Luft und der Sollfeuchtigkeit. Entsprechenderweise wird die ideale Sollfeuchtigkeit für die Brennstoffzelle basierend auf dem Druck und der Temperatur der komprimierten Luft berechnet, und die ideale Sollwassermenge wird berechnet basierend auf der Menge der komprimierten Luftströmung und der berechneten Feuchtigkeit, um dadurch eine hochpräzise Feuchtigkeitssteuerung zu erzielen.
  • Gemäß einem dritten Aspekt schließt das Wasserzuführsystem ferner einen Feuchtigkeitsdetektor zum Ermitteln der Feuchtigkeit der komprimierten Luft ein, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, wobei die Wassermengen-Berechnungseinrichtung die Menge des zugeführten Wassers basierend auf der Feuchtigkeit der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, berechnet. Entsprechenderweise wird die Feuchtigkeit der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, ermittelt, und eine Berechnung wird ausgeführt, um die zugeführte Wassermenge zu korrigieren basierend auf der Feuchtigkeit der kompnmierten Luft, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, um dadurch den maximal möglichen elektrischen Erzeugungswirkungsgrad durch Korrigieren der zugeführten Wassermenge zu erzielen und um dadurch eine Verschlechterung durch Ablagerungen zu kompensieren.
  • Gemäß einem vierten Aspekt sind die Temperaturmesseinrichtung und die Druckmesseinrichtung innerhalb der Brennstoffzelle vorgesehen. Entsprechenderweise werden durch Messen der inneren Brennstoffzellentemperatur und des inneren Brennstoffzellendrucks eine hochpräzise Feuchtigkeitssteuerung und der maximal mögliche elektrische Erzeugungswirkungsgrad erzielt.
  • Gemäß einem fünften Aspekt ist die Strömungsgeschwindigkeitsmesseinrichtung stromaufwärts von dem Wasserzuführventil vorgesehen. Entsprechenderweise sind durch Messen der Luftströmungsgeschwindigkeit in dem Luftströmungsweg stromaufwärts von dem Wasserzuführventil die Bereiche der Betriebstemperatur und der absoluten Feuchtigkeit eng ausgeführt, wodurch die Genauigkeit der Luftströmungsmessung verbessert wird.
  • Der Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-126024 wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
  • Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezifischer Terminologie beschrieben wurden, ist eine solche Beschreibung für darstellende Zwecke, und es ist verständlich, dass Änderungen und Variationen gemacht werden können, ohne vom Geist oder Schutzumfang der folgenden Patentansprüche abzuweichen.

Claims (5)

  1. Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle, umfassend ein Wasserzuführventil (11a), das für eine Zuführung einer Wassermenge verantwortlich ist, das von einem Wassertank (22) in einen Lufteinlassweg eingespeist wird, einen Kompressor (7), der Luft, die von dem Lufteinlassweg nach der Wassereinspeisung entnommen wird, komprimiert, einen Kühler (13), der komprimierte Luft kühlt, die von dem Kompressor (7) abgegeben wird, um die gekühlte Luft der Brennstoffzelle (8) zuzuführen, eine Gruppe von Detektoren (16, 17, 18), die eine Strömungsgeschwindigkeit, einen Druck und eine Temperatur der komprimierten Luft ermitteln, die der Brennstoffzelle (8) zugeführt wird, eine Wassermengen-Berechnungseinrichtung, die eine erforderliche Wassermenge für die Brennstoffzelle (8) berechnet basierend auf einer ermittelten Strömungsgeschwindigkeit, einem Druck und einer Temperatur der komprimierten Luft, die der Brennstoffzelle (8) zugeführt wird, und ein Wassermengen-Steuergerät, das das Wasserzuführventil (11a) steuert, um die erforderliche Wassermenge zuzuführen.
  2. Wasserzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermengen-Berechnungseinrichtung umfasst: eine Berechnungseinrichtung, die eine ideale Sollfeuchtigkeit für die Brennstoffzelle (8) berechnet basierend auf dem ermittelten Druck und der ermittelten Temperatur der komprimierten Luft, und eine Berechnungseinrichtung, die eine ideale Sollwassermenge berechnet basierend auf der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit der komprimierten Luft und der Sollfeuchtigkeit.
  3. Wasserzuführsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch: einen Detektor (25), der eine Feuchtigkeit der komprimierten Luft ermittelt, die der Brennstoffzelle (8) zugeführt wird, wobei die Wassermengen-Berechnungseinrichtung die erforderliche Wassermenge basierend auf einer ermittelten Feuchtigkeit der komprimierten Luft berechnet, die der Brennstoffzelle (8) zugeführt wird.
  4. Wasserzuführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (8) einen Detektor aufweist, der die Temperatur ermittelt und einen anderen Detektor aufweist, der den Druck ermittelt.
  5. Wasserzuführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektor, der die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt, auf dem Lufteinlassweg stromaufwärts des Wasserzuführventils (11a) installiert ist.
DE10021946A 1999-05-06 2000-05-05 Wasserzuführsystem für eine Brennstoffzelle Expired - Fee Related DE10021946B4 (de)

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JP12602499A JP4505874B2 (ja) 1999-05-06 1999-05-06 燃料電池の水供給装置

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