DE102004055728A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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DE102004055728A1
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Takayuki Kariya Hirano
Kazuho Kariya Yamada
Masanao Kariya Kagami
Toshiro Kariya Fujii
Tatsuyuki Kariya Hoshino
Katsutoshi Kariya Shiromaru
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Toyota Industries Corp
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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel, eine Wasserstoffflussleitung, eine Luftflussleitung und ein Kontrollventil. Zumindest einer der Gasflusskanäle beinhaltet einen Bypass, eine Auswahlvorrichtung, eine Gasströmvorrichtung und eine Kontrolleinheit. Der Bypass ermöglicht es einem Gas hindurchzufließen, sodass der Brennstoffzellenstapel und das Kontrollventil umgangen werden. Die Auswahlvorrichtung wählt einen der Kanäle aus, der durch den Brennstoffzellenstapel und den Bypass führt. Die Gasströmvorrichtung strömt das Gas zum Bypass. In der Kontrolleinheit wird die Durchlaufleitung durch die Auswahlvorrichtung gewählt, wenn das System betrieben wird. Der Bypass wird von der Auswahlvorrichtung gewählt, wenn der Betrieb des Systems gestoppt wird. Das Gas wird zum Bypass durch das Betreiben der Gasströmungsvorrichtung geströmt, wenn das Kontrollventil gefroren ist, wodurch das Kontrollventil beheizt wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die folgende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem, welches durch die Zufuhr von Wasserstoff und Luft zu einem Brennstoffzellenstapel jeweils durch eine Wasserstoffflussleitung und eine Luftflussleitung Strom erzeugt.
  • In den letzten Jahren sind Brennstoffzellensysteme, die Strom durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen, als Energiequelle attraktiv geworden. Wenn die Außenlufttemperatur in einem solchen Brennstoffzellensystem unter Null Grad fällt, kondensiert die in einem von einem Brennstoffzellenstapel ausgestoßenen Gas enthaltene Feuchtigkeit und gefriert an einem Kontrollventil, wie z.B. einem Entlüftungsventil oder an einem Absperrventil, das sich an der Gasflussleitung befindet, oder die in der Gasflussleitung verbleibende Feuchtigkeit gefriert am Kontrollventil wodurch das Kontrollventil am Öffnen und Schließen gehindert wird. In diesem Fall kann das System nicht gestartet werden, bis das gefrorene Kontrollventil aufgetaut ist und eine relativ lange Zeit bis zum Start des Systems ist notwendig.
  • Andererseits hat ein in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 2002/313389 offenbartes Brennstoffzellensystem folgende Merkmale. Dieses Brennstoffzellensystem nach dem Stand der Technik weist ein in einem Aufwärmbehälter angeordnetes Kontrollventil wie z.B. ein Entlüftungsventil oder ein Absperrventil auf, eine Flussteilungsleitung, welche die stromabwärts liegende Seite eines Luftkompressors und den Aufwärmbehälter verbindet, und ein Flussteilungsventil, das Umlauf in der Flussteilungsleitung oder deren Absperrung ermöglicht. Wenn das Kontrollventil gefroren ist, wird die Flussteilungsleitung zwischen der stromabwärts des Luftkompressors gelegenen Seite und dem Aufwärmbehälter durch das Öffnen des Flussteilungsventils geöffnet wodurch Luft hoher Temperatur, welche durch adiabatische Verdichtung im Luftkompressor erhalten wird, dem Aufwärmbehälter zugeführt wird. Dadurch wird das Kontrollventil beheizt und aufgetaut.
  • Jedoch benötigt das Brennstoffzellensystem des Stands der Technik nicht nur einen darin angeordneten Aufwärmbehälter, in dem das Kontrollventil untergebracht ist, sondern auch sowohl die Flusstrennungsleitung, welche die stromabwärtsliegende Seite eines Luftkompressors mit dem Aufwärmbehälter verbindet, als auch das Flussteilungsventil, welches dem Umlauf in der Flussteilungsleitung oder deren Absperrung ermöglicht. Deshalb weist das Brennstoffzellensystem des Standes der Technik als Ganzes einen komplizierten Aufbau auf.
  • Obwohl jedes Kontrollventil durch die Installation darauf einer Beheizungseinheit wie z.B. eines Erhitzers geheizt werden kann, benötigt jedes Kontrollventil die Installation einer ausschließlichen Beheizungseinheit darauf. Deshalb weist selbst in diesem Fall das Brennstoffzellensystem als Ganzes einen komplizierten Aufbau auf.
  • Wenn andererseits die Außenlufttemperatur unter Null Grad fällt, friert auch die Feuchtigkeit in einem Gas, das sich innerhalb einer Wasserstoffpumpe befindet. Selbst wenn der Betrieb der Pumpe in einem Zustand gestartet wird, in dem das Kontrollventil gefroren ist, wird die Pumpe durch das in der Pumpe gefrorene Eis daran gehindert, betrieben zu werden. In einem Fall, in dem die Pumpe also nicht betrieben werden kann, wird das Kontrollventil nicht geheizt, selbst wenn der im Brennstoffzellensystem nach dem Stand der Technik beschriebene Aufwärmbehälter benutzt wird, und eine verhältnismäßig lange Zeitspanne wird benötigt bis das System gestartet wird.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein einfach aufgebautes Brennstoffzellensystem, dessen Betrieb frühzeitig durch effizientes Beheizen eines Kontrollventils gestartet wird.
  • Die vorliegende Erfindung sieht folgendes Merkmal vor. Ein Brennstoffzellensystem beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel, eine Wasserstoffflussleitung, eine Luftflussleitung und ein Kontrollventil. Im Brennstoffzellenstapel wird Strom durch Reaktion von Wasserstoff und Luft erzeugt. Die Wasserstoffflussleitung ist mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden, um die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff zu ermöglichen. Die Luftflussleitung ist mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden, um die Zufuhr von Luft zum Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen. Das Kontrollventil ist auf der Wasserstoffflussleitung und der Luftflussleitung platziert. Zumindest eine der genannten Flussleitungen, die Wasserstoffflussleitung oder die Luftflussleitung, beinhaltet eine Überströmleitung (Bypass), eine Auswahlvorrichtung, eine Gasflussvorrichtung und eine Kontrolleinheit. Die Überströmleitung (Bypass) ermöglicht einem Gas den Durchfluss, um so den Brennstoffzellenstapel und das Kontrollventil zu umgehen. Die Auswahlvorrichtung wählt eine der Leitungen aus, die den Brennstoffzellenstapel und die Überströmleitung (Bypass) durchläuft. Die Gasflussvorrichtung lässt das Gas durch die Überströmleitung (den Bypass) fließen. Die Kontrolleinheit ist mit dem Kontrollventil, der Auswahlvorrichtung und der Gasflussvorrichtung verbunden, sodass die Durchflussleitung durch die Auswahlvorrichtung ausgewählt wird, wenn das System in Betrieb ist, dass die Überströmleitung (Bypass) durch die Auswahlvorrichtung ausgewählt wird, wenn der Betrieb des Systems gestoppt ist, und das Gas durch die Überströmleitung (den Bypass) durch den Betrieb der Gasflussvorrichtung geschleust wird falls das Kontrollventil gefroren ist, und dadurch dass Kontrollventil beheizt wird.
  • Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung illustrieren, offensichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, welche als neu erachtet werden, sind besonders in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung kann zusammen mit deren Aufgaben und Vorteilen am besten unter Bezug auf die nachfolgende Beschreibung der derzeitig bevorzugten Ausführungsformen verstanden werden, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
  • 1 eine schematische Ansicht ist, die ein Brennstoffzellensystem entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine schematische Ansicht ist, die ein Brennstoffzellensystem entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 eine schematische Ansicht ist, die ein Brennstoffzellensystem zeigt, das mit einem Frostschutzsystem entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist; und
  • 4 eine schematische Ansicht ist, die ein anderes Brennstoffzellensystem zeigt, das mit einem Frostschutzsystem entsprechend der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung (detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) Ein Brennstoffzellensystem entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der 1 beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des Brennstoffzellensystems entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird angemerkt, dass die Bezugszeichen „n/o", „n/c" jeweils „normal offen" und „normal geschlossen" bezeichnen. Das Brennstoffzellensystem beinhaltet einen Stapel 1 von Brennstoffzellen (im Folgenden mit BZ-Stapel 1 bezeichnet), in dem Strom durch elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und atmosphärischem Sauerstoff erzeugt wird, und das in der Lage ist vom BZ-Stapel 1 erzeugte elektrische Energie als Kraftquelle eines Fahrzeugs zu verwenden. Ebenso beinhaltet das Brennstoffzellensystem eine Wasserstoffflussleitung 2, um den Zufluss von Wasserstoff zu einer Wasserstoffelektrode des BZ-Stapels 1 zu ermöglichen, und eine Luftflussleitung 3, um die Zufuhr von Luft (oder Sauerstoff) zu einer Sauerstoffelektrode des BZ-Stapels 1 zu ermöglichen.
  • Die Wasserstoffflussleitung 2 beinhaltet eine Leitung 2a, die den BZ-Stapel 1 durchläuft, um die Zufuhr von Wasserstoff zur Wasserstoffelektrode zu ermöglichen (im Folgenden als erste Durchlaufleitung 2a bezeichnet), eine erste Zufuhrleitung 2b, die mit einer Zufuhrseite der ersten Durchlaufleitung 2a verbunden ist, und eine erste Abgasleitung 2c, die mit einer Abgasseite der ersten Durchlaufleitung 2a verbunden ist. Mit der ersten Zufuhrleitung 2b ist ein Hochdruckwasserstofftank 4 verbunden, und erste und zweite Druckregelventile 5, 6 sind abwärts des Wasserstofftanks 4 platziert. Andererseits ist an die erste Abgasleitung 2c ein erstes Rückdruck-Regelventil 7 zum Regeln des Drucks im BZ-Stapel 1 platziert, und abwärts des ersten Rückdruck-Regelventils 7 ist eine Wasserstoffpumpe 8 platziert, die z.B. von einem Roots-Kompressor dargestellt ist. Des weiteren ist abwärts der Wasserstoffpumpe 8 ein erstes Absperrventil 9 platziert. Die stromabwärts gelegene Seite des ersten Absperrventils 9 ist zur Atmosphäre hin geöffnet. Es ist zu beachten, dass die ersten und zweiten Druckregelventile 5, 6, das erste Rückdruck-Regelventil 7 und das erste Absperrventil 9 jeweils als Kontrollventile dienen.
  • Zwischen der ersten Zufuhrleitung 2b und der ersten Abgasleitung 2c ist ein erster Bypass 10 ausgebildet, welcher den BZ-Stapel 1, das zweite Druckregelventil 6 und das erste Rückdruck-Regelventil 7 umgeht, und am ersten Bypass 10 ist ein zweites Absperrventil 11 platziert, das als Auswahlvorrichtung dient. Abwärts der Wasserstoffpumpe 8 ist eine erste Gasumlaufleitung 12 zum Ablassen von Wasserstoffabgas ausgebildet, welches von der ersten Durchlaufleitung 2a des BZ-Stapels 1 zur ersten Abgasleitung 2c ausgestoßen wird, um zur ersten Zufuhrleitung 2b mittels der Wasserstoffpumpe 8 zirkuliert zu werden. Auf der ersten Gasumlaufleitung 12 ist ein Kontrollventil 13 platziert, um zu verhindern, dass Gas rückwärts von der ersten Zufuhrleitung 2b zur ersten Abgasleitung 2c fließt. Das Regelventil 13 dient als Kontrollventil.
  • In einer ähnlichen Weise zur Wasserstoffflussleitung 2 beinhaltet die Luftflussleitung 3 ebenso eine Leitung 3a, welche durch den BZ-Stapel 1 führt, um Luft (oder Sauerstoff) zur Sauerstoffelektrode zuführen zu lassen (im Nachfolgenden als zweite Durchlaufleitung 3a bezeichnet), eine zweite Zufuhrleitung 3b, die mit einer zuführenden Seite der zweiten Durchlaufleitung 3a verbunden ist, und eine zweite Abgasleitung 3c, die mit einer Abgasseite der zweiten Durchlaufleitung 3a verbunden ist. Die stromaufwärts gelegene Seite der zweiten Zuführleitung 3b und die stromabwärts gelegene Seite der zweiten Abgasleitung 3c sind zur Atmosphäre hin offen. Auf der zweiten Zufuhrleitung 3b und der zweiten Abgasleitung 3c ist ein Befeuchtungsmodul 14 platziert. Auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Befeuchtungsmoduls 14 der zweiten Zufuhrleitung 3b ist die Luftpumpe 15, wie z.B. ein Roots-Kompressor, platziert. Andererseits ist auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Befeuchtungsmoduls 14 der zweiten Abgasleitung 3c ein zweites Rückdruck-Regelventil 16 platziert, um den Druck im BZ-Stapel 1 zu regeln. Das zweite Rückdruck-Regelventil 16 dient als Kontrollventil.
  • Zwischen der zweiten Zufuhrleitung 3b und der zweiten Abgasleitung 3c ist ein zweiter Bypass 17 zum Umgehen des BZ-Stapels 1, des zweiten Rückdruck-Regelventils 16 und des Befeuchtungsmoduls 14 ausgebildet. An einer Stelle, an der der zweite Bypass 17 von der zweiten Zufuhrleitung 3b abzweigt, ist ein Dreiwegventil 18 platziert.
  • Das Brennstoffzellensystem entsprechend der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Kontrolleinheit 20, mit welcher die Wasserstoffpumpe 8, das erste Druckregelventil 5, das zweite Druckregelventil 6, das erste Rückdruck-Regelventil 7, das erste Absperrventil 9, das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10, die Luftpumpe 15, das zweite Rückdruck-Regelventil 16 und das Dreiwegventil 18 jeweils elektrisch verbunden sind.
  • Im normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems öffnet die Kontrolleinheit 20 die ersten und zweiten Druckregelventile 5, 6 und regelt ein Öffnen des ersten Rückdruck-Regelventils 7 und schließt das erste Absperrventil 9 und das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10. Zusätzlich regelt die Kontrolleinheit 20 ein Öffnen des zweiten Rückdruck-Regelventils 16, und wählt die zweite Durchlaufleitung 3a durch Einstellen des Dreiwegeventils 18, sodass der zweite Bypass 17 abgesperrt ist.
  • Im normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems wird Luft von der Luftpumpe 15 der Luftflussleitung 3 zur zweiten Durchlaufleitung 3a durch die zweite Zufuhrleitung 3b zugeführt, während Wasserstoff, welcher vom Wasserstofftank 4 zur ersten Zufuhrleitung 2b der Wasserstoffflussleitung 2 zugeführt wurde, der ersten Durchlaufleitung 2a unter vorbestimmten Druck durch die ersten und zweiten Druckregelventile 5 und 6 zugeführt wird. Derartig in den BZ-Stapel 1 zugeführter Wasserstoff und atmosphärischer Sauerstoff reagieren elektrochemisch miteinander, wodurch Elektrizität erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des Wasserstoffabgases, welcher vom BZ-Stapel 1 zur ersten Abgasleitung 2c der Wasserstoffflussleitung 2 abgeführt wurde, mittels der Wasserstoffpumpe 8 durch die erste Gasumlaufleitung 12 zur ersten Zufuhrleitung 2b zirkuliert. Dadurch wird unverbrauchter Wasserstoff im Wasserstoffabgas zur ersten Zufuhrleitung 2b durch die erste Gasumlaufleitung 12 zirkuliert und wird im BZ-Stapel 1 wiederverwendet.
  • Wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wird, schließt die Kontrolleinheit 20 die ersten und zweiten Druckregelventile 5, 6 und öffnet das erste Rückdruck-Regelventil 7 und das erste Abführventil 9, sodass der innere Raum des BZ-Stapels 1 zur Atmosphäre hin geöffnet wird. Zusätzlich schließt die Kontrolleinheit 20 das zweite Rückdruck-Regelventil 16.
  • Des weiteren wählt die Kontrolleinheit 20 den zweiten Bypass 17 durch Einstellen des Dreiwegeventils 18 derartig aus, dass der Luftfluss zur zweiten Durchlaufleitung 3a abgeschnitten wird, während die Kontrolleinheit 20 das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 öffnet und den ersten Bypass 10 zirkulieren lässt. Danach schließt die Kontrolleinheit 20 das erste Absperrventil 9 in der Wasserstoffflussleitung 2. Wenn die Luftaußentemperatur unter Null Grad fällt und Feuchtigkeit im Wasserstoffabgas und in der Luft in einem Zustand, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt ist, kondensiert und dementsprechend friert, oder wenn in der Wasserstoffflussleitung 2 und der Luftflussleitung 3 verbleibende Feuchtigkeit kondensiert, kann das Kontrollventil wie z.B. das erste Rückdruck-Regelventil 7 in der Wasserstoffflussleitung 2 oder das zweite Rückdruck-Regelventil 16 in der Luftflussleitung 3 aufgrund seines Gefrierens beim Start des Betriebs des Brennstoffzellensystems versagen. Wenn die Kontrolleinheit 20 das Gefrieren des Kontrollventils feststellt, betreibt die Kontrolleinheit 20 die Wasserstoffpumpe 8 und die Luftpumpe 15 vor dem Start des Brennstoffzellensystems. Die Wasserstoffpumpe 8 und die Luftpumpe 15 dienen jeweils als Gasflussvorrichtung.
  • Da das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 geöffnet ist und das erste Absperrventil 9 geschlossen ist, wird zu diesem Zeitpunkt Luft in den ersten Bypass 10 durch die Wasserstoffpumpe 8 geströmt und das zweite Druckregelventil 6 und das erste Rückdruck-Regelventil 7, welche in der Nähe des ersten Bypass 10 platziert sind, werden entsprechend geheizt. Zusätzlich dient das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 auch als Rückdruckregelventil zum Regeln des Rückdrucks in der Wasserstoffpumpe 8 und adiabatische Kompression der Luft wird auf der stromaufwärts gelegenen Seite des zweiten Absperrventils 11 erreicht, wodurch ein Hochdruckheizgas hergestellt wird.
  • Da das Dreiwegeventil 18 den zweiten Bypass 17 auswählt, wird Luft durch die Luftpumpe 15 in den zweiten Bypass 17 geströmt und das Befeuchtungsmodul 14 und das zweite Rückdruckregelventil 16, welche in der Nähe des zweiten Bypasses 17 platziert sind, werden dementsprechend geheizt. Zusätzlich dient das Dreiwegeventil 18 auch als Rückdruckregelventil zum Regeln des Rückdrucks in der Luftpumpe 15, und adiabatische Kompression von Luft wird auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Dreiwegeventils 18 erreicht, wodurch ein Hochdruckheizgas erzeugt wird.
  • Deshalb wird Luft in den ersten Bypass 10 in der ersten Wasserstoffflussleitung 2 und den zweiten Bypass 17 in der Luftflussleitung 3 geströmt, und das gefrorene Kontrollventil wird effizient geheizt und dementsprechend aufgetaut.
  • Deswegen muss keine ausschließliche Beheizungseinheit wie z.B. ein Erhitzer an jedem Kontrollventil installiert werden, und das Kontrollventil wird effizient durch einen einfachen Systemaufbau beheizt. Folglich wird das gesamte System effizient aufgewärmt, wodurch das System frühzeitig gestartet wird.
  • Da in einem Zustand, in dem das Kontrollventil beheizt ist, das zweite Druckregelventil 6 in der Wasserstoffflussleitung 2 geschlossen ist, wodurch die stromaufwärts gelegene Seite des zweiten Absperrventils 11 im ersten Bypass 10 und die erste Durchlaufleitung 2a abgeschnitten sind, muss keine durch die Wasserstoffpumpe 8 komprimierte Hochdruckluft an der ersten Durchlaufleitung 2a angewendet werden, d.h. es ist nicht zu befürchten, dass der innere Teil des BZ-Stapels 1 beschädigt wird. Da die erste Durchlaufleitung 2a in Verbindung mit der stromabwärts gelegenen Seite des zweiten Absperrventils 11 im ersten Bypass 10 steht, ist es zusätzlich möglich, dass die dekomprimierte Heizluft die erste Durchlaufleitung 2a erreicht. Daher ist es möglich, dass der innere Abschnitt des BZ-Stapels 1 aufgewärmt wird.
  • Da das Dreiwegeventil 18 in der Luftflussleitung 3 den zweiten Bypass 17 auswählt, wodurch die stromaufwärts gelegene Seite des Dreiwegeventils 18 in der zweiten Zuführleitung 3b und die zweite Durchlaufleitung 2a abgeschnitten werden, muss keine durch die Luftpumpe 15 komprimierte Hochdruckluft auf die zweite Durchlaufleitung 3a angewendet werden. D.h., es ist nicht zu befürchten, dass der innere Teil des BZ-Stapels 1 beschädigt wird.
  • Wenn die Wasserstoffpumpe 8 in der Wasserstoffflussleitung 2 Luft in den ersten Bypass 10 strömen lässt, formen der erste Bypass 10, die Wasserstoffpumpe 8 und die erste Gasumlaufleitung 12 einen geschlossenen Kreislauf, in dem Luft zirkuliert wird, und deren adiabatische Kompression mittels der Wasserstoffpumpe 8 erreicht wird, sodass die komprimierte Luft eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Selbst wenn das erste Druckregelventil 5, das Kontrollventil 13 und das erste Absperrventil 9 frieren, werden sie deshalb von der zirkulierenden Luft geheizt und aufgetaut. Das gesamte System inklusive des Kontrollventils wird so effizient aufgewärmt.
  • Durch das vorangehende Öffnen des zweiten Absperrventils 11 im ersten Bypass 10 und das Auswählen des zweiten Bypasses 17 durch das Dreiwegeventil 18 wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wird, wird Luft in den ersten Bypass 10 in der Wasserstoffflussleitung 2 und in den zweiten Bypass 17 in der Luftflussleitung 3 durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 8 und der Luftpumpe 15 eingeströmt und dadurch das Kontrollventil beheizt, selbst wenn das zweite Absperrventil 11 in der Wasserstoffflussleitung 2 und das Dreiwegeventil 18 in der Luftflussleitung 3 gefroren sind, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestartet wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform zu der oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform, d.h. anstelle des Öffnens des BZ-Stapels 1 zur Atmosphäre hin durch das Öffnen des ersten Rückdruckregelventils 7 und des ersten Absperrventils 9 in einem Zustand in dem das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, schließt die Kontrolleinheit 20 das zweite Druckregelventil 6 und das erste Rückdruckregelventil 7 und öffnet das erste Druckregelventil 5, das erste Absperrventil 9 und das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 bevor der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wird, wodurch trockener Wasserstoff, welcher nicht durch den BZ-Stapel 1 geflossen ist, vom Wasserstofftank 4 zur Wasserstoffpumpe 8 durch das erste Druckregelventil 5 und das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 geströmt wird, sodass die Wasserstoffflussleitung 2 gespült wird. Daraufhin werden das erste Druckregelventil 5 und das erste Absperrventil 9 geschlossen und der Betrieb des Brennstoffzellensystems wird gestoppt. Da in diesem Fall das erste Druckregelventil 5, das zweite Druckregelventil 6, das erste Rückdruckregelventil 7 und das erste Absperrventil 9 geschlossen sind und das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 geöffnet ist, in einem Zustand in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt ist, verbleibt der trockene Wasserstoff im geschlossenen Kreislauf, welcher durch den ersten Bypass 10, die Wasserstoffpumpe 8 und die erste Gasumlaufleitung 12 gebildet wird. Deswegen wird, wenn die Wasserstoffpumpe 8 in einem Zustand, in dem das Kontrollventil gefroren ist, betrieben wird, der trocken Wasserstoff im geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Da Wasserstoff in den ersten Bypass 10 geströmt wird und dadurch das Kontrollventil beheizt wird, werden so ähnliche Effekte zu denen der ersten bevorzugten Ausführungsform erhalten.
  • In einer alternativen Ausführungsform zur oben beschriebenen alternativen Ausführungsform, d.h. in einem Fall in dem der trockene Wasserstoff vom Wasserstofftank 4 zur Wasserstoffpumpe 8 durch das erste Druckregelventil 5 und das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 geströmt wird, sodass die Wasserstoffflussleitung 2 gespült wird, bevor der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wird und danach der Betrieb der Brennstoffzellensystems in einem Zustand gestoppt wird, in dem das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 geöffnet ist, öffnet die Kontrolleinheit 20 das erste Druckregelventil 5 und betreibt die Wasserstoffpumpe 8 in einem Zustand, in dem das Kontrollventil gefroren ist, sodass Wasserstoff vom Wasserstofftank zum ersten Bypass 10 geströmt wird und dadurch das Kontrollventil beheizt wird. So werden ähnliche Effekte zu denen der ersten bevorzugten Ausführungsform erhalten.
  • In der oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Wasserstoffpumpe 8 weiter belastet und dadurch Gas relativ hoher Temperatur in den ersten Bypass 10 geströmt, wenn der erste Bypass 10 in der Wasserstoffflussleitung 2 eine Drossel darauf darstellt, oder wenn der Durchmesser des Rohrs des ersten Bypasses 10 so geformt ist, dass er kleiner ist als jener der Wasserstoffflussleitung 2 oder wenn beide der oben genannten Strukturen im ersten Bypass zum Tragen kommen. Folglich wird die Effizienz für das Aufwärmen des Brennstoffzellensystems verbessert. Ähnlich wie bei der Wasserstoffflussleitung 2 wird die Luftpumpe 15 weiter belastet und dadurch ein Gas relativ hoher Temperatur in den zweiten Bypass 17 geströmt, wenn der zweite Bypass 17 in der Luftstromleitung 3 eine Drossel darauf darstellt, oder wenn der Durchmesser des Rohrs des zweiten Bypasses 17 so geformt ist, dass er kleiner ist als jener der Luftflussleitung 3, oder wenn beide der oben genannten Strukturen im zweiten Bypass 17 zum Tragen kommen. Folglich wird die Effizienz zum Aufwärmen des Brennstoffzellensystems verbessert.
  • Anstatt dass das zweite Absperrventil 11 im ersten Bypass 10 vorgesehen ist, kann ein Dreiwegeventil ähnlich zum Dreiwegeventil in der Luftflussleitung 3 an einer Stelle angeordnet werden, an der der erste Bypass 10 von der ersten Zuführleitung 2b abzweigt. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Öffnen des Dreiwegeventils in einem Fall, in dem das Dreiwegeventil die erste Durchlaufleitung 2a auswählt, so eingestellt wird, dass es die gleiche Öffnung hat wie das zweite Druckregelventil 6, wird das zweite Druckregelventil 6 nicht gebraucht.
  • Ein Brennstoffzellensystem entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf 2 beschrieben. Das Brennstoffzellensystem entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine zweite Gasumlaufleitung 21 in der Luftflussleitung 3 im Brennstoffzellensystem entsprechend der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verfügung. Insbesondere ist die zweite Gasumlaufleitung 21 in der Luftflussleitung 3 so angeordnet, dass ein Ende davon mit der stromaufwärts gelegenen Seite der Luftpumpe 15 verbunden ist und das andere Ende davon mit der stromabwärts gelegenen Seite des Punktes verbunden ist, an dem der zweite Bypass 17 von der zweiten Abgasleitung 3c abzweigt. Da der Aufbau und der Betrieb der Wasserstoffflussleitung 2 der zweiten bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen dieselben sind, wie jene der ersten bevorzugten Ausführungsform, wird von deren Erklärung abgesehen.
  • Selbst in einem Fall, in dem die zweite Gasumlaufleitung 21 auf diese Weise in der Luftflussleitung 3 angeordnet ist, wird Luft, wenn die Kontrolleinheit 20 die Luftpumpe 15 in einem Zustand betreibt, indem das Kontrollventil gefroren ist, in den zweiten Bypass 17 geströmt, sodass der BZ-Stapel 1, das zweite Rückdruckregelsystem 16 und das Befeuchtungsmodul 16 umgangen werden und dadurch das Kontrollventil beheizt wird. Ähnliche Effekte zu denen der ersten bevorzugten Ausführungsform werden so erzielt.
  • Da das Brennstoffzellensystem entsprechend der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zweite Gasumlaufleitung 21 aufweist, formen zusätzlich der zweite Bypass 17, die Luftpumpe 15 und die zweite Gasumlaufleitung 21 einen geschlossenen Kreislauf, in dem Luft zirkuliert wird und deren adiabatische Kompression durch die Luftpumpe 15 erreicht wird, sodass die komprimierte Luft eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Das ganze System inklusive des Kontrollventils wird somit effizient aufgewärmt.
  • Wenn in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die zweite Gasumlaufleitung 21 in der Luftflussleitung 3 eine Drossel darauf darstellt, oder wenn der Durchmesser des Rohres der zweiten Gasumlaufleitung 21 so geformt ist, dass er kleiner als jene der Luftflussleitung 3 ist oder wenn beide der oben genannten Strukturen in der zweiten Gasumlaufleitung 21 zum Tragen kommen, wird die Luftpumpe 15 weiter belastet. Deswegen wird Gas relativ hoher Temperatur geströmt. Folglich wird die Effizienz des Aufwärmens des Brennstoffzellensystems verbessert. Im Fall, in dem auf diese Weise die Luftpumpe 15 belastet wird, muss auf der stromabwärts gelegenen Seite des Punktes, an dem die zweite Gasumlaufleitung 21 von der zweiten Abgasleitung 3c abzweigt, ein Absperrventil angeordnet werden, welches während des Aufwärmens des Brennstoffzellensystems oder des Beheizens des Kontrollventils geschlossen ist.
  • In den oben beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen ist die Kontrolleinheit 20 mit einem Außenlufttemperatursensor zur Messung der Außenlufttemperatur versehen, wodurch das Gefrieren des Kontrollventils erfasst wird, wenn die mit dem Außenlufttemperatursensor gemessene Außenlufttemperatur gleich oder kleiner einer vorbestimmten Temperatur wird. Die Kontrolleinheit 20 ist ebenso mit einem Zustandssensor zur Feststellung eines Öffnungszustands des Kontrollventils versehen und kann entscheiden, dass das Kontrollventil gefroren ist, wenn der vom Zustandssensor festgestellte Öffnungszustand des Kontrollventils einen unerwarteten Zustand beim Steuern des Öffnungszustands des Kontrollventils annimmt. In diesem Fall wird jedes Kontrollventil erfasst, ob das Kontrollventil nun gefroren ist oder nicht. Obwohl in den oben beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen die Kontrolleinheit 20 sowohl die Wasserstoffpumpe 8 als auch die Luftpumpe 15 in einem Zustand, in dem das Kontrollventil gefroren ist, betreibt, kann in einem Fall in dem ein gefrorener Zustand auf diese Weise an jedem Kontrollventil erfasst wird, nur eine Pumpe in einer Gasflussleitung betrieben werden, welcher zumindest ein gefrorenes Kontrollventil der Wasserstoffflussleitung 2 und der Luftflussleitung 3 aufweist. In diesem Fall wird elektrische Energie, die auf das Aufwärmen des Brennstoffzellensystems vor dem Start des Betriebs des Brennstoffzellensystems verwendet wird, reduziert, wodurch ein energiesparendes Brennstoffzellensystem realisiert wird.
  • In einem Fall in dem jedes Brennstoffzellensystem entsprechend der oben beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen von der Art eines Batterie-Antriebs ist, steuert die Kontrolleinheit 20 bevorzugt die Betriebszeit der Wasserstoffpumpe 8 und der Luftpumpe 15 oder deren Auftauzeit, und die Flussrate des Gases, welches von diesen Pumpen 8, 11 zirkuliert wird, gemäß der Ladekapazität der Batterie, sodass die zum Betrieb des Brennstoffzellensystems benötigte Ladekapazität nach Start des Betriebes des Brennstoffzellensystems gewährleistet ist.
  • Ebenfalls kann die Auftauzeit vorher in der Kontrolleinheit 20 bestimmt werden, wodurch das Brennstoffzellensystem für die so bestimmte Zeit aufgewärmt wird. Ebenso kann ein Außenlufttemperatursensor im Brennstoffzellensystem angeordnet werden, wodurch die Auftauzeit entsprechend der vom Außenlufttemperatursensor gemessenen Außenlufttemperatur variiert. Ebenso kann, wie oben beschrieben, die Kontrolleinheit 20 mit einem Zustandssensor zur Erfassung des Öffnungszustands des Kontrollventils versehen werden, sodass das Aufwärmen und der Start des Betriebes des Brennstoffzellensystems gestoppt wird, wenn der vom Zustandssensor erfasste Öffnungszustand des Kontrollventils einen erwünschten Öffnungszustand erreicht.
  • Ein Brennstoffzellensystem entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf 3 beschrieben. Das Brennstoffzellensystem entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von jenem entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass der zweite Bypass 17, welcher den BZ-Stapel 1, das zweite Rückdruckregelventil 16 und das Befeuchtungsmodul 14, die zwischen der zweiten Zufuhrleitung 3b und der Abgasleitung 3c ausgebildet sind, umgeht, und das Dreiwegeventil 18, das an einer Stelle, an der der zweite Bypass 17 von der zweiten Zufuhrleitung 3b abgezweigt, liegt, aus dem Brennstoffzellensystem entsprechend der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entfernt werden. Das Brennstoffzellensystem entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewahrt die Wasserstoffpumpe 8 ebenso vor dem Gefrieren. Wenn die Wasserstoffpumpe 8 gefriert, ist die Verwendung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wirkungsvoll, da nicht nur die Wasserstoffpumpe 8 nicht betrieben werden kann, sondern auch das Kontrollventil nicht beheizt werden kann. Da der Aufbau und der Betrieb der Wasserstoffflussleitung 2 der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ähnlich zu jener der ersten bevorzugten Ausführungsform oder anderer, zur ersten bevorzugten Ausführungsform alternativer Ausführungsformen ist, wird die Erklärung des Aufbaus und Betriebs weggelassen. Auf das Verhältnis zwischen der Wasserstoffpumpe 8 und einem Temperatursensor 22, welcher für die vorliegende bevorzugte Ausführungsform relevant ist, wird Bezug genommen werden.
  • In der Wasserstoffpumpe 8 ist der Temperatursensor 22 zur Messung der Temperatur der Wasserstoffpumpe 8 installiert, und sowohl Wasserstoffpumpe 8 als auch Temperatursensor 22 sind elektrisch mit der Kontrolleinheit 20 verbunden. Die Kontrolleinheit 20 hat eine Vielzahl von Referenztemperaturen „t1" bis „tn", die voneinander verschieden sind. Das Verhältnis zwischen „t1" bis „tn" ist „t1 > t2 ... > tn". Es wird bemerkt, dass die Kontrolleinheit 20 und der Temperatursensor 22 ein Frostschutzsystem für die Wasserstoffpumpe 8 bilden.
  • Wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystem angehalten wird, wird in die Wasserstoffpumpe 8 der trockene Wasserstoff eingeströmt, welcher nicht durch den BZ-Stapel 1 vom Hochdruckwasserstofftank 4 durch den ersten Bypass 10 geflossen ist, bevor der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt wurde. Selbst wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems nach dem Spülen der Wasserstoffpumpe 8 auf diese Weise gestoppt wird, kondensiert beim Fallen der Temperatur im Brennstoffsystem Feuchtigkeit im Gas in der Wasserstoffpumpe 8 der Wasserstoffflussleitung 2 und verbleibt in der Wasserstoffpumpe 8. Wenn eine vom Temperatursensor 22 gemessene Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 auf z.B. die Referenztemperatur „t1" fällt in einem Zustand, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt ist, wird die Wasserstoffpumpe 8 für eine vorbestimmte Zeit von der Kontrolleinheit 20 des Frostschutzsystems betrieben und die in der Wasserstoffpumpe 8 verbleibende Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas werden aus der Wasserstoffpumpe 8 dementsprechend ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt bilden der erste Bypass 10, die Wasserstoffpumpe 8 und die erste Gasumlaufleitung 12 einen geschlossenen Kreislauf, und das Gas, welches durch adiabatische Kompression in der Wasserstoffpumpe 8 erhalten wird, zirkuliert im geschlossenen Kreislauf und fördert dadurch die Austrocknung der Wasserstoffpumpe 8.
  • Zusätzlich wird die Wasserstoffpumpe 8 für eine vorbestimmte Zeit von der Kontrolleinheit 20 betrieben, jedes Mal wenn die Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 auf die Referenztemperaturen „t2 bis tn" fällt.
  • Da die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas für das befürchtet wird, dass es in einem Zustand tiefer Temperatur gefriert, auf diese Weise aus der Wasserstoffpumpe 8 durch das Frostschutzsystem ausgestoßen werden, wird ein Zustand vermieden, in dem aufgrund des Gefrierens der Feuchtigkeit der Betrieb der Wasserstoffpumpe 8 nicht möglich ist, selbst wenn die Außenlufttemperatur z.B. unter Null Grad fällt. Deshalb kann die Wasserstoffpumpe 8 selbst unter tiefen Temperaturen leicht betrieben werden, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestartet wird, und dadurch das Brennstoffzellensystem aufgewärmt werden, sodass das Brennstoffzellensystem frühzeitig gestartet wird.
  • Zudem hat die Kontrolleinheit 20 eine Vielzahl von Referenztemperaturen „t1 bis tn" und, nachdem die Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 durch Betriebs des Systems auf eine relativ hohe Temperatur ansteigt, wird die Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 allmählich durch das Anhalten des Systems gesenkt. Jedes Mal, wenn die Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 irgendeinen Wert von den Referenztemperaturen „t1 bis tn erreicht, wird die Wasserstoffpumpe 8 für eine vorbestimmte Zeit durch die Kontrolleinheit 20 betrieben. Deshalb werden die Feuchtigkeit in der Wasserstoffpumpe 8 und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas effizient aus der Pumpe 8 ausgestoßen.
  • Wenn oder nachdem die vom Temperatursensor 22 gemessene Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 irgendeinen Wert der Referenztemperaturen „t1" bis „tn" erreicht und die Kontrolleinheit 20 die Wasserstoffpumpe 8 betreibt, öffnet die Kontrolleinheit 20 das erste Absperrventil 9 für eine vorbestimmte Zeit, sodass die Wasserstoffpumpe 8 zur Atmosphäre hin geöffnet wird, und dadurch verflüssigte Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit beinhaltende Gas, die vom Inneren der Wasserstoffpumpe 8 ausgestoßen werden, durch die erste Abgasleitung 2c aus dem Brennstoffzellensystem heraus ausgestoßen werden. Wenn die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas, für die befürchtet wird, dass sie bei tiefen Temperaturen frieren, auf diese Weise aus dem Brennstoffzellensystem heraus ausgestoßen werden, ist kein Gefrieren zu befürchten. Deshalb ist das Brennstoffzellensystem zusätzlich in der Lage früher gestartet zu werden. Ebenso kann in einem Fall, in dem das erste Absperrventil 9 zur Atmosphäre hin geöffnet ist, wenn die Wasserstoffpumpe 8 betrieben wird, die Kontrolleinheit 20 weiter das erste Druckregelventil 5 des Brennstoffzellensystems öffnen, sodass Wasserstoff vom Wasserstofftank 4 zur Wasserstoffpumpe 8 zugeführt wird. In diesem Fall wird vom Wasserstofftank 4 zugeführter Wasserstoff in die Wasserstoffpumpe 8 durch den ersten Bypass 10 geströmt und dadurch das Austrocknen der Wasserstoffpumpe 8 weiter gefördert.
  • Wenn der erste Bypass 10, welcher den BZ-Stapel 1 der Wasserstoffflussleitung 2 des Brennstoffzellensystems umgeht, aus 3 entfernt wird, wie in 4 gezeigt, wird der Frostschutz der Wasserstoffpumpe 8 das erste Ziel. In diesem Fall, nachdem das erste Druckregelventil 5, das zweite Druckregelventil 6, das Rückdruckregelventil 7 und das erste Absperrventil 9 in der Wasserstoffflussleitung 2 geöffnet sind, sodass die Wasserstoffflussleitung 2 als Ganzes gespült wird, selbst wenn im Fall, in dem das erste Druckregelventil 5 und das erste Abfüllventil 9 geschlossen sind und der Betrieb des Systems gestoppt ist, und danach die Kontrolleinheit 20 die Wasserstoffpumpe 8 für eine vorbestimmte Zeit betreibt, wenn die vom Temperatursensor 14 gemessene Temperatur T der Wasserstoffpumpe 8 irgendeinen Wert der Referenztemperaturen „t1" bis „tn" erreicht, werden die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas von der Wasserstoffpumpe 8 ausgestoßen.
  • Des weiteren, in einem Fall, in dem der erste Bypass 10 aus der 3 entfernt wird und wenn die Kontrolleinheit 20 das erste Absperrventil 9 während des Betriebs der Wasserstoffpumpe 8 öffnet, sodass die Wasserstoffpumpe 8 zur Atmosphäre hin geöffnet ist, werden die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas, welches von der Wasserstoffpumpe 8 ausgestoßen wurde, aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen. Zusätzlich, wenn das erste Druckregelventil 5 geöffnet wird, wird Wasserstoff vom Wasserstofftank 4 zur Wasserstoffpumpe 8 geströmt, und dadurch die Austrocknung der Wasserstoffpumpe 8 gefördert.
  • In der dritten bevorzugten Ausführungsform weist die Kontrolleinheit 20 eine Vielzahl von Referenztemperaturen „t1" s „tn" auf, welche voneinander verschieden sind. In einer alternativen Ausführungsform zur dritten bevorzugten Ausführungsform weist die Kontrolleinheit 20 eine einzelne Referenztemperatur „t0" anstatt der Referenztemperaturen „t1" bis „tn" auf. Die Kontrolleinheit 20 betreibt die Wasserstoffpumpe 8, wenn die vom Temperatursensor 22 gemessene Temperatur T der der Wasserstoffpumpe 8 unter die Referenztemperaturen „t0" fällt. In diesem Fall werden die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas von der Wasserstoffpumpe 8 ausgestoßen.
  • Die folgende Temperaturmessvorrichtung kann anstelle des Temperatursensors 22 verwendet werden, welche die Temperatur der Wasserstoffpumpe 8 misst. Z.B. werden ein Temperatursensor, der die Temperatur des Inneren des Brennstoffzellensystems wie z.B. des BZ-Stapel 1, eines Ventils und eines Rohres misst, oder ein Temperatursensor, welcher die Luftaußentemperatur misst, verwendet.
  • Wie oben beschrieben, wenn eine Rotationspumpe wie z.B. Roots-Kompressor als Wasserstoffpumpe 8 verwendet wird, wird Wasser gut abgeleitet und die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit beinhaltende Gas werden effizient von der Wasserstoffpumpe 8 ausgestoßen.
  • Das Frostschutzsystem kann ganzheitlich mit dem Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden. Wenn das Frostschutzsystem getrennt vom Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird, muss das Brennstoffzellensystem in einem Zustand, in dem der Betrieb des Systems gestoppt ist, nicht als Ganzes beim Betreiben der Wasserstoffpumpe 8 betrieben werden, wenn die von einem Temperatursensor in einem vorbestimmten Ort gemessene Temperatur unter die Referenztemperatur fällt. Folglich wird ein Energiespareffekt erhalten.
  • Wenn das Frostschutzsystem nur in einem Zustand betrieben wird, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt ist, kann ein höherer Energiespareffekt erzielt werden.
  • Die folgenden technischen Ideen werden aus der dritten bevorzugten Ausführungsform und ihren Beispielen erhalten.
    • 1. Ein Frostschutzsystem zur Verhinderung des Gefrierens einer Wasserstoffpumpe in einem Brennstoffzellensystem beinhaltet eine Temperaturmessvorrichtung zum Messen einer Temperatur an einer vorbestimmten Stelle und eine Kontrolleinheit zum Betreiben der Wasserstoffpumpe, sodass Feuchtigkeit in der Wasserstoffpumpe und ein die Feuchtigkeit enthaltendes Gas aus der Wasserstoffpumpe 8 ausgestoßen werden, wenn die von der Temperaturmessvorrichtung gemessene Temperatur eine vorbestimmte Referenztemperatur annimmt oder unter eine vorbestimmte Referenztemperatur fällt, in einem Zustand, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems gestoppt ist.
    • 2. Das Frostschutzsystem entsprechend des oben genannten Punkts 1, wobei die Kontrolleinheit eine Vielzahl von Referenztemperaturen aufweist, welche voneinander unterschiedlich sind, und die Kontrolleinheit die Wasserstoffpumpe für eine vorbestimmte Zeit jedes Mal betreibt, wenn die von der Temperaturmessvorrichtung gemessene Temperatur jede der Referenztemperaturen erreicht.
    • 3. Das Frostschutzsystem entsprechend des oben genannten Punkts 1 oder 2, wobei die Temperaturmessvorrichtung einen Temperatursensor zur Messung von Temperatur im Brennstoffzellensystem ist.
    • 4. Das Frostschutzsystem entsprechend des oben genannten Punkts 3, wobei die Temperaturmessvorrichtung einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Wasserstoffpumpe ist.
    • 5. Das Frostschutzsystem entsprechend des oben genannten Punkts 1 oder 2, wobei die Temperaturmessvorrichtung einen Temperatursensor zur Messung der Außenlufttemperatur ist.
    • 6. Das Frostschutzsystem entsprechend einem der oben genannten Punkte 1 bis 5, wobei die Wasserstoffpumpe eine Rotationspumpe (Kreiselpumpe) ist.
    • 7. Das Frostschutzsystem entsprechend einem der oben genannten Punkte 1 bis 6, wobei die Kontrolleinheit eine Wasserstoffflussleitung im Brennstoffzellensystem zur Atmosphäre hin öffnet, während die Kontrolleinheit die Wasserstoffpumpe betreibt, wodurch die Feuchtigkeit und das die Feuchtigkeit enthaltende Gas, welches von der Wasserstoffpumpe ausgestoßen wurde, aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen werden.
    • 8. Das Frostschutzsystem entsprechend des oben genannten Punkts i, wobei Wasserstoff von einem Wasserstofftank, welcher Wasserstoff zur Wasserstoffflussleitung im Brennstoffzellensystem zuführt, in die Wasserstoffpumpe geströmt wird, während die Kontrolleinheit die Wasserstoffpumpe betreibt.
  • Deshalb sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als Veranschaulichung und als nicht einschränkend zu betrachten, und die Erfindung ist nicht auf die hier angeführten Details zu beschränken, sondern kann abgeändert werden.

Claims (9)

  1. Brennstoffzellensystem beinhaltend einen Brennstoffzellenstapel, in dem Elektrizität durch Reaktion von Wasserstoff und Luft erzeugt wird, eine Wasserstoffflussleitung, eine Luftflussleitung und ein Kontrollventil, wobei die Wasserstoffflussleitung mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist, um die Zufuhr von Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen, und wobei die Luftflussleitung mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist, um die Zufuhr von Luft zum Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen, und wobei das Kontrollventil auf der Wasserstoffflussleitung und der Luftflussleitung platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Gasflussleitung von der Wasserstoffflussleitung und der Luftflussleitung einen Bypass beinhaltet, um einem Gas den Durchfluss dadurch zu ermöglichen, sodass der Brennstoffzellenstapel und das Kontrollventil umgangen werden, eine Vorrichtung zur Auswahl eines der Kanäle beinhaltet, welcher durch den Brennstoffzellenstapel und den Bypass führt, eine Vorrichtung zum Strömen des Gases in den Bypass beinhaltet, eine mit dem Kontrollventil, der Auswahlvorrichtung und der Gasströmungsvorrichtung verbundene Kontrolleinheit beinhaltet, sodass die Durchlaufleitung von der Auswahlvorrichtung gewählt wird, wenn das System betrieben wird, und sodass der Bypass von der Auswahlvorrichtung ausgewählt wird, wenn der Betrieb des Systems gestoppt wird, und sodass das Gas durch den Bypass durch den Betrieb der Gasströmungsvorrichtung geströmt wird in einem Fall, in dem das Kontrollventil gefroren ist, und dadurch das Kontrollventil geheizt wird.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Bypass, die Auswahlvorrichtung und die Gasströmungsvorrichtung jede an sowohl der Wasserstoffflussleitung als auch der Luftflussleitung platziert sind.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest eine Gasflussleitung von der Wasserstoffflussleitung und der Luftflussleitung weiter eine Gasumlaufleitung umfasst, um ein Abgas, welches aus dem Brennstoffzellenstapel ausgestoßen wird, in Richtung einer stromaufwärts gelegenen Seite des Brennstoffzellenstapels zirkulieren zu lassen, wobei die Gasumlaufleitung, der Bypass, die Auswahlvorrichtung und die Gasströmungsvorrichtung einen geschlossen Kreislauf bilden, wenn der Betrieb des Systems gestoppt ist.
  4. Brennstoffzellensystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auswahlvorrichtung ein Absperrventil ist, das an dem Bypass platziert ist.
  5. Brennstoffzellensystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auswahlvorrichtung ein Dreiwegeventil ist, welches an dem Punkt platziert ist, an dem der Bypass von der Durchlaufleitung abzweigt.
  6. Brennstoffzellensystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Bypass mit einer Drossel daran versehen ist.
  7. Brennstoffzellensystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Durchmesser eines Rohrs des Bypass so gebildet ist, dass er kleiner als jener der Gasflussleitung ist.
  8. Brennstoffzellensystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kontrolleinheit die Betriebszeit der Gasflussvorrichtung oder die Flussrate des Gases steuert, welches durch die Gasflussvorrichtung entsprechend der Ladekapazität einer Batterie zirkuliert wird.
  9. Brennstoffzellensystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gasflussvorrichtung eine Pumpe ist, um das Gas in die Durchlaufleitung zu strömen, wenn das System betrieben wird.
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