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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
mit einem Brennstoffgas-Erzeugungsabschnitt, und im Spezielleren
auf eine Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung mit einem Öffnungs-/Schließungsabschnitt,
der dazu ausgelegt ist, einen Brennstoffgas-Erzeugungsabschnitt mit Rohbrennstoff,
der ein flüssiges
Rohmaterial enthält,
zu versorgen.
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2. Beschreibung
des verwandten Stands der Technik
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Bei
einer Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung aus dem verwandten
Stand der Technik, die einen Brennstoffgas-Erzeugungsabschnitt besitzt,
wird ein Rohbrennstoff, der einen flüssigen Rohstoff wie Kerosin
und Wasser enthält,
dem Brennstoffgas-Erzeugungsabschnitt zugeführt. Dieser Brennstoffgas-Erzeugungsabschnitt
erzeugt aus dem Rohbrennstoff ein Brennstoffgas, das Wasserstoff
enthält.
Dieses Brennstoffgas wird einer Brennstoffzelle zugeführt, um
dadurch elektrische Energie zu erzeugen. Bei einer solchen Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
muss die Durchflussrate eines flüssigen
Rohmaterials entsprechend der Lastbedingung der Brennstoffzelle
genau geregelt werden. Die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
aus dem verwandten Stand der Technik ist mit einer regelbaren Durchflusspumpe
und einem Durchflussmesser ausgestattet und verwendet ein Verfahren
zum Einstellen der Durchflussrate des flüssigen Rohmaterials über Rückkopplungsregelung.
Zusätzlich
ist ein Verfahren zur Verwendung einer Einspritzvorrichtung, die
zur Brennstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeugmotor als Zufuhrabschnitt
für ein
flüssiges
Rohmaterial verwendet wird, als ein Verfahren mit einer Auslegung
offenbart, das einfacher ist als das Verfahren, das die regelbare
Durchflusspumpe und den Durchflussmesser verwendet (siehe beispielsweise JP-A-2002-246047 (Seite 3, 3)).
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Für gewöhnlich wird
vorausgesetzt, dass eine zur Brennstoffeinspritzung in einen Motor
verwendete Einspritzvorrichtung eine Flüssigkeit mit hoher Schmierfähigkeit
(zum Beispiel Benzin) zuführt.
Somit kann in einem Fall, bei dem die Einspritzvorrichtung eine
Flüssigkeit
mit niedriger Schmierfähigkeit,
wie Wasser, zuführt,
die Nutzungsdauer und Zuverlässigkeit
der Einspritzvorrichtung herabgesetzt sein. Im Übrigen hängen Nutzungsdauer und Zuverlässigkeit
einer Einspritzvorrichtung von der Anzahl der Inbetriebsetzungen
der Einspritzvorrichtung und dem Anhaften von Fremdstoffen an einem
Düsenabschnitt
von dieser ab. Unter der Annahme, dass eine Haushalts-Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
10 Jahre lang mit einer Betriebsrate von 50% betrieben wird, liegt
die Nutzungsdauer der Haushalts- Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
schätzungsweise
bei ca. 40.000 Stunden. Da jedoch die Anzahl an verfügbaren Inbetriebsetzungen der
Einspritzvorrichtung mehrere hundert Millionen beträgt, liegt
die Nutzungsdauer der Einspritzvorrichtung nur bei ca. 5.000 Stunden.
Entsprechend braucht die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
einen periodischen Austausch der Einspritzvorrichtung. Unter der
Annahme, dass eine Haushalts-Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
verwendet wird, sind allerdings für die Wartungsarbeiten wie
etwa den Austausch der Einspritzvorrichtung erfahrene Arbeiter notwendig.
Somit hat die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung aus
dem verwandten Stand der Technik Probleme, die mit ihren Kosten
und ihrem Betrieb zusammenhängen.
Deshalb wird eine wartungsfreie Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
gewünscht.
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Wie
vorstehend beschrieben, hängt
die Nutzungsdauer der Einspritzvorrichtung von der Anzahl ihrer Inbetriebsetzungen
ab. Somit ist es zum Erzielen einer längeren Nutzungsdauer vorzuziehen,
die Ansteuerfrequenz der Einspritzvorrichtung zu reduzieren. Wird
jedoch die Ansteuerfrequenz reduziert, ist die einmalig aus der
Düse eingespritzte
Flüssigkeitsmenge
höher.
Auch ist die Leerlaufzeit der Einspritzvorrichtung höher, während der
sie keine Flüssigkeit
einspritzt. Dadurch ist auch das Pulsieren der Durchflussrate verstärkt. In
der Folge hat die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
aus dem verwandten Stand der Technik insofern ein Problem, als die
Ansteuerfrequenz der Einspritzvorrichtung nicht um den notwendigen
Betrag reduziert werden kann. Es wurde über ein Verfahren nachgedacht,
zwei oder mehr Einspritzvorrichtungen in der Vorrichtung als ein
Verfahren zur Verlängerung
der Nutzungsdauer bereitzustellen, ohne deren Ansteuerfrequenz zu
reduzieren. Wenn jedoch nur die Anzahl an Einspritzvorrichtungen
angehoben wird, vervielfacht sich die Nutzungsdauer jeder der Einspritzvorrichtungen
nur mit einem Verhältnis
einer Gesamtanzahl an Ausgangseinspritzvorrichtungen und der Anzahl
der neu hinzugekommenen mit der Anzahl der Ausgangseinspritzvorrichtungen.
Somit hat die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung aus
dem verwandten Stand der Technik insofern ein Problem, als keine
deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt eine Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
bereit, mit der eine Brennstoffeinspritzung ohne Pulsieren durchgeführt werden
kann, wenn ein flüssiges
Rohmaterial unter Verwendung mehrerer Öffnungs-/Schließungsabschnitte
eingespritzt wird, und bei der auch die Zuverlässigkeit deutlich verbessert
ist.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung:
eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen
einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas elektrische Energie
erzeugt; einen Brennstoffgaserzeugungsabschnitt, der mit der Brennstoffzelle
verbunden ist und das Brennstoffgas erzeugt; eine Rohbrennstoffzufuhrleitung,
die den Rohbrennstoff zum Brennstoffgaserzeugungsabschnitt zuführt; mehrere Öffnungs-/Schließungsabschnitte,
die ein flüssiges
Rohmaterial in die Rohbrennstoffleitung abgeben, wobei es sich bei
dem flüssigen
Rohmaterial um einen Teil des Rohbrennstoffs handelt; einen Druckabschnitt,
der das flüssige
Rohmaterial in die mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitte
einfließen
lässt;
und einen Steuerabschnitt, der mit den mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitten
verbunden ist und aufeinanderfolgend impulsartige Öffnungssignale
zeitversetzt jeweils an die mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitte überträgt.
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Erfindungsgemäß werden
impulsartige Öffnungssignale
aufeinanderfolgend und jeweils zeitversetzt an mehrere Öffnungs-/Schließungsabschnitte übertragen,
die dazu ausgelegt sind, ein flüssiges
Rohmaterial abzugeben. Auf diese Weise kann das flüssige Rohmaterial
eingespritzt werden, ohne ein Pulsieren zu verursachen. Auch sind
die Ansteuerfrequenzen der einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitte
reduziert. Folglich ist die Anzahl der Inbetriebsetzungen der einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitte
gering. Auch ist die Auftrittshäufigkeit
einer Fremdkörperanhaftung
an den Öffnungs-/Schließungsabschnitten
gesenkt. In der Folge kann die deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit
erreicht werden.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung, die eine Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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die 2A und 2B sind
grafische Darstellungen, die die Kennlinien eines Öffnungs-/Schließungsabschnitts
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigen;
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3 ist
ein erläuterndes
Schaubild, das ein Steuerverfahren für n der Öffnungs-/Schließungsabschnitte nach der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 ist
eine grafische Darstellung, die die Kennlinie des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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5 ist
ein erläuterndes
Schaubild, das den Öffnungs-/Schließungsabschnitt
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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die 6A, 6B und 6C sind
schematische Darstellungen, die den Aufbau eines Druckabschnitts
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigen;
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die 7A und 7B sind
erläuternde
Schaubilder, die ein Steuerverfahren für vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigen; und
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8 ist
ein erläuterndes
Schaubild, das ein Steuerverfahren für n Öffnungs-/Schließungsabschnitte nach einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
nach einer ersten Ausführungsform
zur Umsetzung der Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt
ist, ist ein Brennstoffgaserzeugungsabschnitt 2 an eine
Brennstoffzelle 1 angeschlossen. Ein Brennstoffgas wird der
Brennstoffzelle 1 aus dem Brennstoffgaserzeugungsabschnitt 2 zugeführt. Ein
Ende der Rohbrennstoffzufuhrleitung 3, die dazu ausgelegt
ist, Rohbrennstoff zuzuführen,
ist an den Brennstoffgaserzeugungsabschnitts 2 angeschlossen.
Ein Rohmaterialzufuhrabschnitt 4 ist an das andere Ende
der Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 angeschlossen. Auch ist
ein Oxidationsgaszufuhrabschnitt, der dazu ausgelegt ist, ein Oxidationsgas
zuzuführen,
an die Brennstoffzelle 1 angeschlossen. Die Beschreibung
des Oxidationsgaszufuhrabschnitts unterbleibt hier jedoch. Dann
sind auch n parallel angeschlossene Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 über ein
Flüssigkeitsverteilerrohr 5 an
einen Mittelabschnitt der Rohmaterialzufuhrleitung 3 angeschlossen.
Ein Druckabschnitt 8 ist über einen Filter 7 an
die Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 angeschlossen.
Ein Tank 9, in dem der Rohstoff Wasser vorgehalten wird,
bei dem es sich um ein flüssiges
Rohmaterial handelt, ist an den Druckabschnitt 8 angeschlossen.
Der im Tank 9 vorgehaltene Rohstoff Wasser wird durch den
Druckabschnitt 8 über
das Flüssigkeitsverteilerrohr 5 aus
den Öffnungs-/Schließungsabschnitten 6 in
die Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 eingespritzt. Ein Steuerabschnitt 10 ist
an die n Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 angeschlossen.
Der Steuerabschnitt 10 steuert das Öffnen/Schließen der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6.
Ein Druckmessabschnitt 11 ist in der Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 zwischen
dem Flüssigkeitsverteilerrohr 5 und
dem Rohmaterialzufuhrabschnitt 4 vorgesehen. Ein Druckmessabschnitt 12 ist
in der Rohrleitung zwischen dem Filter 7 und jedem der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 vorgesehen.
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Beispielsweise
kann ein Gebläse
als Rohmaterialzufuhrabschnitt 4 verwendet werden, das
dazu ausgelegt ist, den Druck von Stadtgas zu verstärken und
das druckverstärkte
Gas abzugeben. Auch kann als Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6 eine
Einspritzvorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in einen Automotor
verwendet werden. Als Druckmessabschnitte 11 und 12 können Drucksensoren
verwendet werden. Auch kann ein Mikrocomputer oder eine Ablaufsteuerung
als Steuerabschnitt 10 verwendet werden.
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Als
Nächstes
wird nachstehend ein Betrieb einer Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung nach
dieser Ausführungsform
beschrieben. Der Druck des im Tank 9 vorgehaltenen Rohstoffs
Wasser wird vom Druckabschnitt 8 so verstärkt, dass
der Druckunterschied zwischen den Druckmessabschnitten 11 und 12 (d
h. (der Druck am Druckmessabschnitt 11) – (dem Druck
am Druckabschnitt 12)) konstant ist. Wenn beispielsweise
der Sekundärdruck
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 (der
am Druckmessabschnitt 11 gemessene Druck) 0,2 kgf/cm2 beträgt,
wird der Primärdruck
am Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6 über den Steuerabschnitt 10 auf
0,5 kg/cm2 erhöht, so dass der Druckunterschied
zwischen dem Primärdruck
(dem am Druckabschnitt 12 gemessenen Druck) des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 und
sein Sekundärdruck
0,3 kgf/cm2 beträgt. Dabei ist die Durchflussrate
des Rohstoffs Wasser pro kW erzeugter elektrischer Energie kleiner
oder gleich ca. 15 cc/min, und ist deshalb gering. Somit gibt es
wenig Druckverlust im Flüssigkeitsverteilerrohr 5.
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Der
aus dem Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6 abgegebene
Rohstoff Wasser fließt
durch das Flüssigkeitsverteilerrohr 5 zur
Rohrbrennstoffzufuhrleitung 3. Nachdem der Rohstoff Wasser
zur Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 geflossen ist, verbindet
er sich mit Stadtgas, bei dem es sich um ein Rohmaterial handelt,
das in der Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 fließt, und
bildet dadurch einen Rohbrennstoff, der ein Gemisch des Rohmaterials
und des Rohstoffs Wasser ist. Dieser Rohbrennstoff wird zum Brennstoffgaserzeugungsabschnitt 2 übertragen
Aus dem Brennstoff wird im Brennstofferzeugungsabschnitt 2 durch
eine Dampfreformierungsreaktion ein wasserstoffhaltiges Brennstoffgas
erzeugt, bei dem es sich um ein Gemisch des Stadtgases und Rohstoffs
Wasser handelt. Das Brennstoffgas wird der Anode der Brennstoffzelle 1 zugeführt, während das Oxidationsgas
zu deren Kathode geleitet wird. Auf diese Weise entsteht durch die
Nutzung einer elektrochemischen Reaktion zwischen diesen elektrische
Energie.
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Wenn
das Rohmaterial und der Rohstoff Wasser in der Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 gleichmäßig gemischt
werden, tritt ein Pulsieren, d.h. eine Druckschwankung auf. Es tritt
auch eine Schwankung im Dampf-/Kohlenstoffverhältnis (dem Molverhältnis zwischen
dem Rohmaterial und dem Rohstoff Wasser) auf. Dies führt zu einer
Schwankung beim Druck und Zusammensetzungsverhältnis des im Brennstoffgasabschnitt 2 erzeugten
Brennstoffgases. Im Ansprechen auf ein analoges, elektrisches Rechteckimpulssignal
erfolgt ein Öffnungsvorgang
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6.
Somit gibt der Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6 den
Rohstoff Wasser ab. Deshalb gibt der Abschnitt 6, wenn
ein Schließungsbetrieb
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 erfolgt,
den Rohstoff Wasser nicht ab. In der Folge kann ein Pulsieren auftreten.
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Um
das Auftreten dieses Phänomens
zu verhindern, sollte der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
vorzugsweise mit einer hohen Frequenz betrieben werden. Und zwar
kann das Pulsieren unterdrückt
werden, indem jede Schließungsbetriebszeit
(im Nachstehenden als Impuls-AUS-Zeit bezeichnet) des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
verkürzt
wird. Für
gewöhnlich
ist die Durchflussrate des Rohstoffs Wasser pro kW elektrischer Energie,
die von einer Brennstoffzelle erzeugt wird, kleiner oder gleich
ca. 15 cc/min, und ist deshalb gering. Somit besteht eine Einschränkung bei
der Anhebung der Ansteuerfrequenz des Öffnungs-/Schließungsabschnitts.
Auch die Nutzungsdauer des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
hängt von
der Ansteuerfrequenz ab. Deshalb ist in einem Fall, bei dem der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
mit einer hohen Frequenz betrieben wird, seine Nutzungsdauer deutlich
herabgesetzt. Beispielsweise verändert
sich das Ansprechverhalten der als Öffnungs-/Schließungsabschnitt
verwendeten Einspritzvorrichtung aufgrund ihres Verschleißes, der
durch das mechanische Anstoßen
und die Reibung des Rohmaterials an einem Ventilsitz verursacht
wird, bei dem es sich um einen Bestandteil der Einspritzvorrichtung
handelt. In der Folge wird die Durchflussratengenauigkeit des Abschnitts
herabgesetzt. Auch sammeln sich Feinpartikel, die vom Filter nicht
entfernt werden können
und im Wasserrohmaterial enthalten sind, in einem Düsenabschnitt
und am Ventilsitz der als Öffnungs-/Schließungsabschnitt
verwendeten Einspritzvorrichtung an. Das kann die Durchflussratengenauigkeit
herabsetzen. Ein Verfahren zum Reduzieren des Unterschieds zwischen
dem Primär-
und Sekundärdruck
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
wirkt als Verfahren zum Verkürzen
der Impuls-AUS-Zeit des Öffnungs-/Schließungsabschnitts.
Allerdings wird die Durchflussgenauigkeit aufgrund der Schwankung
im Sekundärdruck
herabgesetzt. Wenn der Primärdruck
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
auf einen niedrigen Pegel gesenkt wird, kann die Flüssigkeit
nicht daraus abgegeben werden.
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Nachstehend
wird der Fall der Abgabe des Rohmaterials beschrieben, das sich
in einem flüssigen
Zustand befindet. Die 2A und 2B sind
grafische Kennliniendarstellungen, die das Verhältnis zwischen der Ansteuerfrequenz
und der Abgabedurchflussmenge des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
darstellen. Wie in 2B dargestellt ist, wird, wenn
der Rohstoff Wasser so abgegeben wird, dass sich die Abgabedurchflussrate
wie ein Impuls verändert,
die Abgabedurchflussrate durch den Unterschied zwischen dem Sekundär- und Primärdruck und
einer Abgabeimpulsdauer bestimmt. Eine Zeit zwischen Abgabeimpulsen,
in der Rohstoff Wasser nicht abgegeben wird, ist so eingestellt,
dass es sich dabei um eine Impuls-AUS-Zeit handelt. Wenn die Impuls-AUS-Zeit
lang ist, tritt ein Pulsieren auf. Deshalb muss die Impuls-AUS-Zeit
auf einen Wert gesenkt werden, bei dem das Pulsieren zulässig ist.
Folglich wird eine dem Pulsieren entsprechende zulässige Impuls-AUS-Zeit
bestimmt. Dann wird der Unterschied zwischen dem Primär- und Sekundärdruck des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
im Ansprechen auf die Schwankung beim Sekundärdruck bestimmt. Es wird auch
die Durchflussmenge pro Einheitszeit bestimmt. In der Folge wird
eine Kennlinie bestimmt, die das Verhältnis der Durchflussrate zur
Ansteuerfrequenz darstellt, wie in 2A gezeigt
ist. Andererseits wird eine notwendige Abgabedurchflussrate für ein flüssiges Rohmaterial
bestimmt, das die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung braucht.
Auf diese Weise wird eine in den 2A und 2B gezeigte
unterste Ansteuerfrequenz bestimmt.
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Die
Anzahl von Nutzungsjahren (Jahren) des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
ergibt sich entsprechend der Nutzungsdauer, die als Anzahl (Häufigkeiten)
von Malen dargestellt wird, die sie angesteuert wird, und einer
jährlichen
Betriebszeit der Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung,
indem die Nutzungsdauer, die als Anzahl (Häufigkeiten) von Malen dargestellt
wird, die der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
angesteuert wird, geteilt wird durch [eine jährliche Betriebszeit (Stunden) × die niedrigste
Ansteuerfrequenz (Hz) des Öffnungs-/Schließungsabschnitts × 3600 (Sekunden)].
Die Nutzungsdauer des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
hängt von
der Art der Flüssigkeit
ab. Insbesondere wenn eine gering schmierfähige Flüssigkeit wie Wasser im Öffnungs-/Schließungsabschnitt
verwendet wird, muss dieser Abschnitt unter ausreichender Berücksichtigung
der Sicherheit ausgelegt sein. Im Allgemeinen wird die Anzahl von
Jahren, die erhalten wird, indem die Zielnutzungsdauer der Haushalts-Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
mit (1/n) multipliziert wird (n ist eine optionale ganze Zahl),
als Nutzungsdauer eines einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts festgesetzt.
Deshalb muss die Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung in einem
Fall, bei dem die Zuverlässigkeit
berücksichtigt
wird, n parallel angeschlossene Öffnungs-/Schließungsabschnitte
angeschlossen haben. Jedoch wird nach einem Verfahren zum parallelen
Anschließen
von n der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
und einzelnem Nutzen der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
und Ersetzen des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
durch einen anderen, wenn der einzelne Öffnungs-/Schließungsabschnitt
kurz vor dem Ende seiner Nutzungsdauer steht, die Nutzungsdauer
der gesamten n Öffnungs-/Schließungsabschnitte
einfach nur auf das n-Fache ihrer ursprünglichen Nutzungsdauern erhöht. Jedoch
kann nach einem Steuerverfahren dieser Ausführungsform eine lange Nutzungsdauer
erzielt werden, die größer oder
gleich dem n-Fachen seiner ursprünglichen
Nutzungsdauer ist.
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3 ist
ein erläuterndes
Schaubild, das ein Verfahren zum Steuern von n Öffnungs-/Schließungsabschnitten
(I1, I2, ..., In (n ist eine ganze Zahl, die 1 oder mehr beträgt)) nach
dieser Ausführungsform
zeigt. Die Ansteuerfrequenz für
jeden der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
ist auf eine Frequenz F (Hz) eingestellt, die das (1/n)- Fache der niedrigsten
Ansteuerfrequenz f (Hz) beträgt,
die durch Bezug auf die 2A und 2B erhalten
wird. Die Öffnungs-/Schließungsabschnitte
werden aufeinanderfolgend und zu Zeiten angesteuert, deren angrenzende
Zeiten um eine Zeit versetzt sind, bei der es sich um ein Umkehrprodukt
aus der Anzahl n von Öffnungs-/Schließungsabschnitten
und deren Ansteuerfrequenz F handelt. Im Spezielleren werden Öffnungssignale
aufeinanderfolgend vom Steuerabschnitt 10 an die Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 zu
Zeiten geschickt, deren angrenzende Zeiten um eine Zeit {1/(n × F)} (Sekunden)
verzögert
sind. Dabei befindet sich jeder der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 in
einem geschlossenen Zustand, wenn das Signal nicht gesendet wird.
Auf diese Weise empfängt
jeder der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 ein Öffnungssignal,
das einen der entsprechenden Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 eine
Zeit lang in einen geöffneten
Zustand versetzt, die einer Impulsdauer entspricht, die durch die
zulässige
Impuls-AUS-Zeit und die niedrigste Ansteuerfrequenz bestimmt ist.
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4 ist
eine grafische Kennliniendarstellung, die das Verhältnis zwischen
der Impulsdauer und der Abgabedurchflussrate des Öffnungssignals
darstellt, das den Öffnungs-/Schließungsabschnitt
in einen geöffneten
Zustand versetzt. In einem weiten Bereich der Impulsdauer ist die
Abgabedurchflussrate proportional zur Impulsdauer.
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5 ist
ein erläuterndes
Schaubild, das die Schwankung des Drucks darstellt, mit dem der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
beaufschlagt wird. Der Einfachheit der Beschreibung halber wird
nachstehend eine Vorrichtung beschrieben, die zwei Öffnungs-/Schließungsabschnitte
I1, I2 einsetzt. Wenn der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 in einem Zustand geöffnet
wird, in dem der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I2 in einem geschlossenen Zustand ist, nimmt der Druck, der von
dem dem Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 nachgeordneten Druckmessabschnitt 11 gemessen wird,
schrittweise zu. Wenn dieser Druck ansteigt, nimmt der Druck, der
von dem dem Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 vorgeordneten Druckmessabschnitt 12 gemessen wird, schrittweise
ab. Wenn der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 geschlossen ist, sinkt der Druck, der vom Druckmessabschnitt 11 gemessen
wird, während
der Druck steigt, der vom Druckmessabschnitt 12 gemessen
wird. Wenn der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I2 in einem Zustand geöffnet
wird, in dem der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 in einem geschlossenen Zustand ist, tritt eine Veränderung
im Druck, die der Druckveränderung entspricht,
die beim Öffnen
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
I1 bewirkt wird, in jedem der Druckmessabschnitte 11 und 12 auf.
Obwohl der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 seinen geschlossenen Zustand beibehält, erfährt er eine Druckveränderung,
die durch den Öffnungs-/Schließungsvorgang
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
I2 bewirkt wird. Selbst dann, wenn der einzelne Öffnungs-/Schließungsabschnitt auf- oder zugeht
oder mehrere Öffnungs-/Schließungsabschnitte
gleichzeitig auf- oder zugehen, erfährt jeder der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
nur die Druckschwankung, die durch den Öffnungs-/Schließungsvorgang
jedes der anderen Öffnungs-/Schließungsabschnitte
bewirkt wird. Nach dieser Ausführungsform
werden die mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitte
jedoch zeitversetzt geöffnet
oder geschlossen. Somit erfahren die Öffnungs-/Schließungsabschnitte
auch dann, wenn jeder sich in einem geschlossen Zustand befindet,
ständig
die Druckveränderung.
In der Folge wird die Wahrscheinlichkeit, dass sich Feinpartikel,
die der Filter nicht aus dem Rohstoff Wasser entfernen kann, am
Düsenabschnitt
und Ventilsitz der als Öffnungs-/Schließungsabschnitt
verwendeten Einspritzvorrichtung ansammeln, extrem reduziert.
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Im Übrigen wird
in dieser Ausführungsform
davon ausgegangen, dass die Zielnutzungsdauer der Brennstoffzellenvorrichtung
10 Jahre, die jährliche
Betriebszeit der Brennstoffzellenvorrichtung 8.000 Stunden, die
Nutzungsdauer bezogen auf die Anzahl der Inbetriebsetzungen des
einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
dreihundert Millionen, die zulässige
Impuls-AUS-Breite 100 ms beträgt,
und der Unterschied zwischen dem Primär- und Sekundärdruck jeder
der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 von
25 kPa bis 100 kPa reicht. Dann bewegt sich die niedrigste Ansteuerfrequenz
für jeden
der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 zwischen 5
Hz und 20 Hz. Falls der Unterschied zwischen dem Primär- und dem
Sekundärdruck
jeder der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 unter
Berücksichtigung
des Energieverbrauchs und der Nutzungsdauer des Druckabschnitts 8 auf
25 kPa eingestellt wird, beträgt
die niedrigste Ansteuerfrequenz f für jeden der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
5 Hz. Dabei beträgt
die Nutzungsdauer des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
ca. 2 Jahre (= dreihundert Millionen/[8.000 (Stunden) × 5 (Hz) × 3600 (Sekunden)]).
Um die 10 Jahre betragende Zielnutzungsdauer zu erreichen, sind
deshalb 5 Öffnungs-/Schließungsabschnitte
nötig (10
(Jahre)/2 (Jahre) = 5). In diesem Fall sind 5 Öffnungs-/Schließungsabschnitte parallel angeschlossen.
Die Ansteuerfrequenz für
jeden der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
beträgt
1 Hz (= 5 (Hz) × 1/5).
Eine Verzögerungszeit zwischen
den benachbarten Öffnungs-/Schließungsabschnitten
beträgt
0,2 Sekunden (= 1/[5 × 1
(Hz)]).
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Als
Nächstes
wird nachstehend der Druckabschnitt 8 dieser Ausführungsform
im Einzelnen beschrieben. Die 6A bis 6C sind
schematische Darstellungen, die den Aufbau des in dieser ersten
Ausführungsform
vorgesehenen Druckabschnitts 8 zeigen. Obwohl ein Filter
zwischen dem Druckabschnitt 8 und dem Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6 angeschlossen
ist, unterbleibt die Beschreibung dieses Filters hier. Obwohl die
Vorrichtung eigentlich mit mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitten 6 versehen
ist, ist nur einer der Öffnungs-/Schließungsabschnitte 6 in
den 6A bis 6C gezeigt.
Wie in 6A gezeigt ist, umfasst der
Druckabschnitt 8 eine Druckerhöhungspumpe 21, ein
Durchflussmessventil 22, das der Druckerhöhungspumpe 21 nachgeordnet
eingesetzt ist, und eine Rückflussleitung 23,
die die Sekundärdruckseite
dieses Durchflussmessventils 22 mit dem Tank 9 in
Verbindung setzt. Der Primärdruck
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 wird
eingestellt, indem das Durchflussmessventil 22 gesteuert
wird. Wenn die Druckerhöhungspumpe 21 durch
Rückkopplungsregelung
so angesteuert wird, dass der Druckunterschied zwischen den Druckmessabschnitten 11 und 12,
d. h. der Unterschied zwischen dem Primär- und Sekundärdruck des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 konstant
ist, nimmt der Druck zu, mit dem die Leitungen zwischen dem Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6,
dem Durchflussmessventil 22 und der Druckerhöhungspumpe 21 beaufschlagt
werden. Überschüssiger Rohstoff
Wasser fließt über die
Rückflussleitung 23 zum
Tank 9 zurück.
Der Vorgang, den Unterschied zwischen dem Primär- und Sekundärdruck des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 so
zu steuern, dass er konstant ist, ermöglicht es der Vorrichtung,
mit einer Zunahme des Druckverlusts aufgrund von vom Filter 7 aufgefangenen
Verunreinigungen und Störgrößen fertig
zu werden, die durch die Schwankung des Sekundärdrucks verursacht werden.
Auch kann der Unterschied zwischen dem Primär- und Sekundärdruck des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 reduziert
werden. In der Folge kann der Energieverbrauch des Druckabschnitts 8 gesenkt
werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform
so aufgebaut, dass der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
vorteilhaft genutzt wird, der den Rohstoff Wasser zu niedrigen Kosten
mit hoher Genauigkeit zuführen
kann, so dass n der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
parallel angeschlossen sind, jeder der Öffnungs-/Schließungsabschnitte mit der Frequenz
F angesteuert wird, die das (1/n)-Fache der niedrigsten Ansteuerfrequenz
beträgt,
und die Öffnungs-/Schließungsabschnitte
aufeinanderfolgend und zu versetzten Zeiten angesteuert werden,
deren angrenzende Zeiten durch das Umkehrprodukt der Anzahl n der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
und deren Ansteuerfrequenz F verzögert werden. Ein solcher Steuervorgang ermöglicht es,
die Frequenz jedes der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
auf das (1/n)-Fache der niedrigsten Ansteuerfrequenz zu senken,
ohne ein Pulsieren zu verursachen. Auch die Durchflussrate des Rohstoffs
Wasser, der durch jeden der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
fließt,
kann auf das (1/n)-Fache der Durchflussrate aller Öffnungs-/Schließungsabschnitte
gesenkt werden. So kann eine Menge an Fremdstoffen reduziert werden,
die sich am Düsenabschnitt
der als Öffnungs-/Schließungsabschnitt
verwendeten Einspritzvorrichtung absetzen. In der Folge kann die
Nutzungsdauer der Vorrichtung sichergestellt werden, die gleich
einem oder höher
als ein Wert ist, der erhalten wird, wenn die Nutzungsdauer des
einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
mit der Anzahl n von Öffnungs-/Schließungsabschnitten
(einem Wert, der das n-Fache der Nutzungsdauer des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
oder mehr beträgt)
multipliziert wird. Auf diese Weise kann der Rohstoff Wasser auf
lange Sicht stabil abgegeben werden. Folglich kann eine wartungsfreie
Wasserzufuhrvorrichtung bewerkstelligt werden.
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Auch
sind n der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
an den einzelnen Druckabschnitt parallel angeschlossen, so dass
die Ansteuerfrequenz für
jeden der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
so ausgelegt ist, dass sie das (1/n)-Fache von deren ursprünglicher
Ansteuerfrequenz beträgt.
Auch werden die Öffnungs-/Schließungsabschnitte
zeitversetzt angesteuert, obwohl die Anzahl der Öffnungs-/Schließungsabschnitte erhöht ist. Somit
nimmt der Energieverbrauch der Vorrichtung nicht zu. Das heißt, die Öffnungs-/Schließungsabschnitte können so
angesteuert werden, dass deren Energieverbrauch im Wesentlichen
gleich demjenigen des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
ist.
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Im Übrigen umfasst
nach dieser Ausführungsform
der Druckabschnitt die Druckerhöhungspumpe,
das Durchflussmessventil und die Rückflussleitung, wie in 6A gezeigt
ist. Der Aufbau des Druckabschnitts ist aber nicht darauf beschränkt. Zum
Beispiel kann der Druckabschnitt eine Druckerhöhungspumpe verwenden, die die
Eigenschaft hat, den Primärdruck
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 konstant
zu halten, d.h. die Eigenschaft, die Durchflussrate zu senken, wenn
der Abgabedruck der Druckerhöhungspumpe
steigt. Auch kann der Druckabschnitt die Druckerhöhungspumpe 21,
einen der Druckerhöhungspumpe 21 nachgeordneten Gegendruckregler 24,
und die Rückflussleitung 23 umfassen,
die die Sekundärdruckseite
des Gegendruckreglers 24 mit dem Tank 9 in Verbindung
setzt, wie in 6B gezeigt ist. Mit dieser Auslegung
wird der Gegendruckregler 24 auf einen Druck eingestellt,
der gleich dem Primärdruck
des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 ist.
Wenn die Druckerhöhungspumpe 21 angesteuert
wird, kann überschüssiger Rohstoff
Wasser durch die Rückflussleitung 23 zurückfließen, so
dass der Druck, mit dem die Leitungen zwischen dem Öffnungs-/Schließungsabschnitt 6,
dem Gegendruckregler 24 und der Druckerhöhungspumpe 21 beaufschlagt
werden, einen Wert des Drucks beibehalten kann, der durch den Gegendruckregler 24 festgelegt
wird. Alternativ kann der Druckabschnitt die Druckerhöhungspumpe 21 und
einen der Druckerhöhungspumpe 21 nachgeordneten
gewöhnlichen
Regler 25 umfassen, wie in 6C gezeigt
ist. In diesem Fall sollte die Druckerhöhungspumpe 21 die
Eigenschaft haben, die Durchflussrate im Wesentlichen auf Null herunterzufahren,
wenn der Abgabedruck auf den durch den Regler 25 eingestellten
Druck steigt. Mit einer solchen Auslegung kann, auch wenn sich der Abgabedruck
der Druckerhöhungspumpe 21 so
verändert,
dass sich der Primärdruck
des Reglers 25 verändert,
der Sekundärdruck
des Reglers 25, d.h. der Primärdruck des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 so
aufrechterhalten werden, dass er annähernd konstant ist.
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Auch
ist diese Ausführungsform
so aufgebaut, dass, nachdem sich der Rohstoff Wasser und das Rohmaterial
in der Brennstoffzufuhrleitung 3 vermischt haben, das Gemisch
zum Brennstoffgaserzeugungsabschnitt 2 weitergeleitet wird.
Die Vorrichtung kann jedoch auch so ausgelegt sein, dass das in 1 gezeigte Flüssigkeitsverteilerrohr
direkt an den Brennstoffgaserzeugungsabschnitt 2 angeschlossen
wird, der Rohstoff Wasser allein zum Brennstoffgaserzeugungsabschnitt 2 geleitet
und in diesem verdampft wird, und, nachdem er zu Dampf geworden
ist, mit dem Rohmaterial gemischt wird.
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Obwohl
der Druckmessabschnitt 11 in dieser Ausführungsform
an der Rohbrennstoffzufuhrleitung 3 angeordnet ist, kann
er auch am Flüssigkeitsverteilerrohr 5 angeordnet
sein, solange nur der Sekundärdruck des Öffnungs-/Schließungsabschnitts 6 vom
Druckmessabschnitt 11 gemessen werden kann.
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In
der vorstehenden Beschreibung wurde diese Ausführungsform so beschrieben,
dass Stadtgas als Rohmaterial verwendet wird. Das Rohmaterial ist
jedoch nicht darauf beschränkt.
Materialien, die als Wasserstoffquelle dienen, wie Kohlenstoffhydrid
und Alkohole, lassen sich als Rohmaterialien verwenden. Zum Beispiel
können
gasförmige
Stoffe wie Propan und Butan und flüssige Stoffe auf Carbidbasis
verwendet werden, wie Kerosin, Methanol und Dimethylether. Im Falle,
dass flüssige
Stoffe auf Carbidbasis verwendet werden, können die flüssigen Rohstoffe unter Verwendung
des Tanks, des Druckabschnitts, des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
und des Flüssigkeitsverteilerrohrs
entsprechend dem Fall, bei dem der Rohstoff Wasser verwendet wird,
zugeführt
werden.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
die zur Brennstoffeinspritzung in einen Automotor verwendete Einspritzvorrichtung
als Öffnungs-/Schließungsabschnitt
hergenommen wird, kann beispielsweise auch ein direkt betriebenes
Magnetventil oder ein lineares Steuerventil, das in einer Klimaanlage
verwendet wird, als Öffnungs-/Schließungsabschnitt
verwendet werden. Wenn im Übrigen
diese Öffnungs-/Schließungsabschnitte verwendet
werden, muss ein Material als Material für den Öffnungs-/Schließungsabschnitt
hergenommen werden, das widerstandsfähig gegen das flüssige Rohmaterial
und den Rohstoff Wasser ist.
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Im Übrigen bediente
sich die vorstehende Beschreibung dieser Ausführungsform des Falls, bei dem die
Anzahl der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
2 beträgt.
Vorzugsweise bewegt sich die Anzahl der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
von 2 bis 10. Bevorzugter reicht die Anzahl der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
von 4 bis 8. Die Anzahl der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
kann entsprechend der Zielnutzungsdauer der Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung,
den Nutzungsdauern des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
und einer Betriebsart der Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
(z. B. einem durchgehenden Lauf oder einem unterbrochenen Lauf,
der eine Abschaltung umfasst, die periodisch alle 24 Stunden ausgelöst wird)
angemessen bestimmt werden.
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Zweite Ausführungsform
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Obwohl
die vorausgehende Beschreibung der ersten Ausführungsform das Steuerverfahren
für die mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitte
in einem Nennbetrieb der Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung,
und zwar bei einer bestimmten Durchflussrate des Rohstoffs Wasser
beschrieben hat, beschreibt die folgende Beschreibung eine zweite
Ausführungsform,
die so ausgelegt ist, dass die Anzahl der angesteuerten Öffnungs-/Schließungsabschnitte
im Ansprechen auf eine Schwankung bei der Durchflussrate des Rohstoffs
Wasser entsprechend der Lastbedingung der Brennstoffzelle in einer
Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung mit einer der Auslegung
der ersten Ausführungsform
entsprechenden Auslegung verändert werden
kann.
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Um
die Durchflussrate des Rohbrennstoffs in einem Niederlastbetrieb
entsprechend der Ansteuerfrequenz des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
im Nennbetrieb der Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
zu senken, muss eine Menge eines aus dem Rohmaterialzufuhrabschnitt
zugeführten
Rohmaterials, wie etwa Stadtgas, reduziert und die Impulsdauer eines
an den Öffnungs-/Schließungsabschnitt übertragenen Öffnungssignals
verkürzt
werden, um die Durchflussrate des Rohstoffs Wasser zu senken, das
heißt,
eine Schließungszeit,
in der der Öffnungs-/Schließungsabschnitt
geschlossen ist, wird verlängert.
Wenn diese Schließungszeit
länger
ist als die zulässige
Impuls-AUS-Zeit, tritt ein Pulsieren auf. Um die Impulsdauer des Öffnungssignals
zu verkürzen,
ohne die Schließungszeit
zu verlängern,
muss die Ansteuerfrequenz erhöht
werden. In einem solchen Fall wird die Nutzungsdauer des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
reduziert. Die zweite Ausführungsform
ist dazu ausgelegt, die Durchflussrate des Rohstoffs Wasser dadurch
zu senken, dass die Anzahl angesteuerter Öffnungs-/Schließungsabschnitte
verändert
wird, um dadurch die Scheinansteuerfrequenz des Öffnungs-/Schließungsabschnitts
zu erhöhen.
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Die
folgende Beschreibung bedient sich der Kürze der Beschreibung halber
eines Falls, bei dem vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
parallel angeschlossen sind. Bei den 7A und 7B handelt
es sich um ein erläuterndes
Schaubild, das ein Steuerverfahren für die vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
der zweiten Ausführungsform
darstellt. 7A stellt ein Steuerverfahren
für die Öffnungs-/Schließungsabschnitte
in einem Nennbetrieb dar, d.h. in einem 100%-igen Lastbetrieb. Der
Rohstoff Wasser wird abgegeben, indem die beiden Öffnungs-/Schließungsabschnitte
I1 und I2 von den vier Öffnungs-/Schließungsabschnitten
(nachstehend durch I1 bis I4 bezeichnet) angesteuert werden. Als
Nächstes
werden in einem wie in 7B gezeigten 50%-igen Lastbetrieb
alle vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
angesteuert. Es werden auch durch Ansteuern aller vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
als Öffnungssignale
dienende Impulse aufeinanderfolgend zu Zeiten an sie übertragen,
deren angrenzende Zeiten um eine Zeit versetzt sind, die durch ein
Umkehrprodukt der Anzahl von Öffnungs-/Schließungsabschnitten
und deren Ansteuerfrequenz erhalten wird. Im Spezielleren wird ein
Impuls an den Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I3 übertragen,
nachdem eine Zeit 1/[4 × F(Hz)]
(Sekunden) seit dem Übertragen
eines Impulses an den Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 verstrichen ist. Darüber
hinaus wird, nachdem eine gleiche Zeit seit dann verstrichen ist,
ein Impuls an den Abschnitt I2 geschickt. Darüber hinaus wird, nachdem eine
gleiche Zeit seit dann verstrichen ist, ein Impuls an den Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I4 geschickt. Mit einer solchen Auslegung wird die Impuls-AUS-Zeit
im einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitt
erhöht.
Jedoch wird insgesamt bei allen vier Öffnungs-/Schließungsabschnitten der Abgabezeitabschnitt,
in dem der Rohstoff Wasser abgegeben wird, kürzer als der Abgabezeitabschnitt
im 100%-igen Lastbetrieb. In der Folge kann das Auftreten eines
Pulsierens verhindert werden.
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Somit
sind nach dieser Ausführungsform
mehrere Öffnungs-/Schließungsabschnitte
parallel angeschlossen. Die Anzahl der angesteuerten Öffnungs-/Schließungsabschnitte
wird entsprechend der notwendigen Durchflussrate des Rohstoffs Wasser
verändert.
In der Folge kann sogar dann, wenn die Durchflussrate des Rohstoffs
Wasser im Niederlastbetrieb gesenkt wird, das Auftreten des Pulsierens
des Rohstoffs Wasser verhindert werden. Die Ansteuerfrequenz für jeden
der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
kann gesenkt werden. Somit kann die Menge an Fremdstoffen reduziert
werden, die sich am Düsenabschnitt
der Einspritzvorrichtung ansetzen. In der Folge kann die Nutzungsdauer
der Vorrichtung sichergestellt werden, die gleich einem oder höher als
ein Wert ist, der erhalten wird, wenn die Nutzungsdauer des einzelnen Öffnungs- /Schließungsabschnitt
mit der Anzahl n von Öffnungs-/Schließungsabschnitten
multipliziert wird. Der Rohstoff Wasser kann auf lange Sicht stabil
abgegeben werden. Folglich kann eine wartungsfreie Wasserzufuhrvorrichtung
bewerkstelligt werden.
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Im Übrigen werden
in dieser Ausführungsform
in einem Niederlastbetrieb Impulse in gleichmäßigen Abständen 1/[4 × F (Hz)] (Sekunden) an die
vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
geschickt. Solange kein Pulsieren auftritt, müssen die Impulse nicht immer
in gleichmäßigen Abständen übertragen
werden. Wenn die vier Öffnungs-/Schließungsabschnitte
als Ganzes genommen werden, können
die Impulse in unterschiedlichen Abständen übertragen werden, solange nur
der Abgabezeitabschnitt kürzer
ist als die zulässige
Impuls-AUS-Zeit. Die vorstehende Beschreibung dieser Ausführungsform
bediente sich eines Beispiels, bei dem alle Öffnungs-/Schließungsabschnitte
in einem Niederlastbetrieb laufen. Jedoch ist die Anzahl der angesteuerten Öffnungs-/Schließungsabschnitte
nicht darauf beschränkt.
Die Anzahl der angesteuerten Öffnungs-/Schließungsabschnitte
kann nacheinander entsprechend dem Leistungsgrad des Lastbetriebs
verändert
werden. Die vorstehende Beschreibung dieser Ausführungsform bediente sich auch
eines Beispiels, bei dem die Öffnungs-/Schließungsabschnitte
I1 und I2 in einem 100%-igen Lastbetrieb laufen. Die Vorrichtung kann
jedoch so ausgelegt werden, dass die angesteuerten Öffnungs-/Schließungsabschnitte
nicht festgelegt sind und die angesteuerten Öffnungs-/Schließungsabschnitte
angemessen gewechselt werden. Solch ein Steuervorgang ermöglicht es,
dass die Häufigkeit,
mit der die mehreren Öffnungs-/Schließungsabschnitte
angesteuert werden, einheitlich ausgelegt werden kann. In der Folge
kann die Zuverlässigkeit
der Gesamtheit der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
verbessert werden.
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Dritte Ausführungsform
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In
der ersten und zweiten Ausführungsform
werden immer mindestens zwei Öffnungs-/Schließungsabschnitte
angesteuert. Die folgende Beschreibung einer dritten Ausführungsform
bedient sich jedoch eines Steuerverfahrens, nach dem immer nur ein Öffnungs-/Schließungsabschnitt
angesteuert wird. Die Auslegung der Brennstoffzellen-Energieerzeugungsvorrichtung
nach dieser Ausführungsform
ist ähnlich
derjenigen der Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform.
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8 ist
ein erläuterndes
Schaubild, das das Steuerverfahren für n der Öffnungs-/Schließungsabschnitte nach dieser
Ausführungsform
darstellt. Von den n Öffnungs-/Schließungsabschnitten
wird jedes Mal immer nur einer der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
auf einmal angesteuert. Zum Beispiel wird der einzelne Öffnungs-/Schließungsabschnitt
I1 eine bestimmte Zeit lang angesteuert, in der die anderen Öffnungs-/Schließungsabschnitte
I2 bis In angehalten sind. Im Übrigen
wird die Ansteuerungszeit für
den einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitt
so eingestellt, dass sie 1 Tag bis 7 Tage beträgt. Der anzusteuernde Öffnungs-/Schließungsabschnitt
wird so eingesetzt, dass der Reihe nach zwischen den n Öffnungs-/Schließungsabschnitten
I1 bis In gewechselt wird.
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Nach
einem solchen Steuerverfahren kann die Nutzungsdauer jedes der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
im Vergleich zu dem Verfahren erhöht werden, bei dem die n Öffnungs-/Schließungsabschnitte
einzeln nacheinander angesteuert und einer der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
ausgetauscht wird, wenn dieser angesteuerte Öffnungs-/Schließungsabschnitt das Ende seiner
Nutzungsdauer erreicht. Das ist deswegen so, weil ein Öffnungs-/Schließungsabschnitt,
der dem Rohstoff Wasser ausgesetzt war, ohne eine lange Zeit ( z. B.
mehrere Jahre) angesteuert worden zu sein, in der Zuverlässigkeit
den Öffnungs-/Schließungsabschnitten unterlegen
ist, die in regelmäßigen, vorbestimmten
Zeitabständen
angesteuert werden. So mag es unmöglich sein, die Nutzungsdauer
der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
einfach auf das n-Fache der Nutzungsdauer des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
anzuheben. In einem Fall jedoch, bei dem jeder der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
in jedem vorbestimmten Zeitabstand angesteuert wird, kann die Zuverlässigkeit der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
sichergestellt werden. Die Nutzungsdauer der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
kann sicher auf das n-Fache der Nutzungsdauer des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts angehoben
werden.
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Im Übrigen bediente
sich die Beschreibung dieser Ausführungsform des Falls, bei dem
jeweils immer nur einer der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
auf einmal angesteuert wird. Jedoch ist die Anzahl der Öffnungs-/Schließungsabschnitte,
die jedes Mal nur auf einmal angesteuert werden können, nicht
auf 1 beschränkt.
Die Vorrichtung kann ein Verfahren einsetzen, das so ausgelegt ist,
dass die n Öffnungs-/Schließungsabschnitte
in mehrere Gruppen unterteilt werden, dass in jeder der Gruppen
die Öffnungs-/Schlie ßungsabschnitte
entsprechend der ersten Ausführungsform
angesteuert werden, und dass die Ansteuerung der Gruppe der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
in jedem vorbestimmten Zeitabstand der Reihe nach zu einer anderen
der Gruppen wechselt. Nach diesem Verfahren kann die Nutzungsdauer
der Öffnungs-/Schließungsabschnitte
mit Gewissheit auf das n-Fache oder mehr der Nutzungsdauer des einzelnen Öffnungs-/Schließungsabschnitts
angehoben werden.
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