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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem
und insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem, das zwei Radiatoren
umfasst, d. h. einen Radiator für wässrige Lösung
und einen Gas-Flüssigkeitstrennradiator.
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Patentdokument
1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, das zwei Radiatoren umfasst,
d. h. einen Radiator für wässrige Lösung
zum Kühlen wässriger Methanollösung als
Brennstoff und einen Gas-Flüssigkeitstrennradiator für
eine Kondensation und Sammlung von Wasserdampf, der durch Reaktionen
in den Brennstoffzellen erzeugt wird.
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Bei
einem derartigen Brennstoffzellensystem wie dem obigen ist es bevorzugt,
eine unabhängige Steuerung für einen Lüfter,
der die Kühlkapazität des Radiators für
wässrige Lösung basierend auf derartigen Bedingungen
wie Temperatur und Ausgabe der Brennstoffzelle steuert, und eine
unabhängige Steuerung für einen Lüfter,
der die Kühlkapazität des Gas-Flüssigkeitstrennradiator
basierend auf derartigen Bedingungen wie der Menge an gesammeltem Wasser
und der Außenlufttemperatur steuert, vorzusehen.
- Patentdokument
1: WO2005/004267
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In
Fällen jedoch, in denen zwei Lüfter unabhängig
gesteuert sind, kann es eine Situation geben, bei der einer der
Lüfter angehalten wird, der Radiator, der zu diesem Lüfter
gehört, die Umgebungsluft erwärmt und diese erwärmte
Luft durch den anderen Lüfter aufgenommen wird und zu dem
anderen Radiator geliefert wird, der zu dem anderen Lüfter
gehört. Dies macht es unmöglich, eine genaue Steuerung der
Kühlkapazitäten der Radiatoren, d. h. der Kapazitäten,
um wässrige Brennstofflösung und Feuchtigkeit
zu kühlen, die aus der Brennstoffzelle entladen werden,
zu liefern.
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Um
dieses Problem zu verhindern, ist es nötig, einen unabhängigen
Kühlluftdurchgang für jeden der Radiatoren bereitzustellen
und zwei Kühllufteinlassöffnungen für
die jeweiligen Luftdurchgänge entfernt von den Radiatoren
anzuordnen. Diese Anordnung erfordert jedoch lange Kühlluftdurchgänge,
was zu einer gestiegenen Größe der Vorrichtung
führt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem
mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Daher
besteht eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das zum genauen Steuern
der wässrigen Brennstofflösung und der Feuchtigkeit,
die aus der Brennstoffzelle entladen werden, in der Lage ist, jedoch
größenmäßig klein gebaut werden
kann.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem
vorgesehen, das eine Brennstoffzelle, die eine Anode und eine Kathode
aufweist; ein erstes Rohr für einen Fluss von wässriger
Brennstofflösung, die von der Anode der Brennstoffzelle
entladen wird; ein zweites Rohr für einen Fluss von Feuchtigkeit,
die aus der Kathode der Brennstoffzelle entladen wird; einen Kühldurchgang, der
einen Zuflussdurchgang für einen Zufluss eines Fluids,
um das erste Rohr und das zweite Rohr zu kühlen, einen
ersten Kühldurchgang, der sich von dem Zuflussdurchgang
verzweigt, zum Liefern des Fluids an eine Außenumfangsseite
des ersten Rohrs, und einen zweiten Kühldurchgang, der
sich von dem Zuflussdurchgang verzweigt, zum Liefern des Fluids an
eine Außenumfangsseite des zweiten Rohrs aufweist; eine
Einstelleinrichtung zum Einstellen von Durchgangswiderständen
des ersten Kühldurchgangs und des zweiten Kühldurchgangs
in dem Kühldurchgang; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der
Einstelleinrichtung aufweist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind der erste Kühldurchgang
und der zweite Kühldurchgang unabhängig voneinander
von dem Zuflussdurchgang in dem Kühldurchgang abzweigend
vorgesehen und ist der Durchgangswiderstand jedes Kühldurchgangs durch
die Einstelleinrichtung eingestellt. Bei dieser Einstellung fließt
das Fluid von dem Zuflussdurchgang zu dem ersten Kühldurchgang
und dem zweiten Kühldurchgang hin und daher werden die
Außenumfangsseite des ersten Rohrs und die Außenumfangsseite
des zweiten Rohrs mit den jeweiligen Mengen des Fluidflusses gemäß den
Durchgangswiderständen derselben versorgt. Selbst falls
der Zuflussdurchgang in dem Kühldurchgang kurz ist, kommt
es in diesem Fall nicht vor, dass das Fluid, das einmal in einen
des ersten Kühldurchgangs und des zweiten Kühldurchgangs
eingetreten ist, in den anderen fließt. Daher ist es beispielsweise
möglich, einen Fall zu verhindern, bei dem das Fluid, das
in einem der Kühlluftdurchgänge erwärmt
wurde, zu dem anderen Kühldurchgang geliefert wird. Deshalb
wird es möglich, die Kühlkapazitäten
des ersten Rohrs und des zweiten Rohrs, d. h. die Kapazitäten,
um wässrige Brennstofflösung und Feuchtigkeit
zu kühlen, die aus der Brennstoffzelle entladen werden,
genau zu steuern. Ferner macht es die Anordnung möglich,
einen kurzen Abstand von dem Eintritt des Kühldurchgangs zu
dem Eintritt des ersten Kühldurchgangs oder des zweiten
Kühldurchgangs zu ergeben, d. h. die Länge des Zuflussdurchgangs
kann kurz sein. Dies macht es möglich, die Größe
der Vorrichtung zu verringern.
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Vorzugsweise
umfasst das Brennstoffzellensystem ferner eine Fluidzufuhreinrichtung
zum Zuführen des Fluids zu der Außenumfangsseite
des ersten Rohrs und zu der Außenumfangsseite des zweiten
Rohrs. In diesem Fall ist es möglich, die Fluidzufuhr zu
dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang
durch Antreiben der Fluidzufuhreinrichtung, wie beispielsweise eines
Lüfters, zu beschleunigen. Durch Einstellen des Durchgangswiderstands
jedes Kühldurchgangs kann auch die Menge an Fluid eingestellt
werden, die an die Außenumfangsseite des ersten Rohrs sowie
die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs geliefert werden
soll. Somit besteht kein Bedarf danach, die Fluidzufuhreinrichtung
für jeden der Kühldurchgänge vorzusehen,
und die Fluidzufuhreinrichtung kann durch die Kühldurchgänge
gemeinschaftlich verwendet werden. Deshalb ist die vorliegende Erfindung
frei von derartigen Rauschproblemen, die durch eine Mehrzahl von
Lüftern bewirkt sind, die in gegenseitiger Nähe
zueinander in den jeweiligen Kühldurchgängen derselben
vorgesehen sind. Zusätzlich macht es die vorliegende Erfindung
möglich, einen Leistungsverbrauch zu verringern.
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Ferner
bevorzugt umfasst die Einstelleinrichtung ferner ein Plattenbauglied,
das in dem Kühldurchgang vorgesehen ist, zum Einstellen
der Durchgangswiderstände; und eine Antriebseinrichtung
zum Bewegen des Plattenbauglieds. In diesem Fall kann der Durchgangswiderstand
ohne weiteres einfach durch Bewegen des Plattenbauglieds mit der
Antriebseinrichtung eingestellt werden.
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Bevorzugt
umfasst das Brennstoffzellensystem ferner eine Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung
zum Erhalten von Flüssigkeitstemperaturinformationen hinsichtlich
einer Temperatur der wässrigen Brennstofflösung;
eine Sammeleinrichtung zum Sammeln von Wasser, das in der Feuchtigkeit
enthalten ist; und eine Wassermengenerhaltungseinrichtung zum Erhalten
von Wassermengeninformationen hinsichtlich der Menge an Wasser in
der Sammeleinrichtung. Bei dieser Anordnung steuert die Steuereinrichtung
die Einstelleinrichtung basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen,
die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung
erhalten werden, und den Wassermengeninformationen, die durch die
Wassermengenerhaltungseinrichtung erhalten werden. Durch Steuern
der Einstelleinrichtung basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen
hinsichtlich einer Temperatur der wässrigen Brennstofflösung
sowie den Wassermengeninformationen hinsichtlich einer Menge von
Wasser in der Sammeleinrichtung, wodurch die Durchgangswiderstände
des ersten Kühldurchgangs und des zweiten Kühldurchgangs
eingestellt werden, können die Kapazität zum Kühlen
der wässrigen Brennstofflösung und die Kapazität
zum Trennen der Feuchtigkeit in Gas und Flüssigkeit ohne
weiteres eingestellt werden.
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Bevorzugt
steuert die Steuereinrichtung die Einstelleinrichtung, so dass der
Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs größer
als der Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs ist,
wenn die Temperatur, die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen
angegeben ist, niedriger als ein erster Schwellenwert ist. Wenn
die Flüssigkeitstemperatur, die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen
angegeben ist, niedriger als der erste Schwellenwert ist, d. h.
wenn die Temperatur der wässrigen Brennstofflösung
niedrig ist, gibt es keinen Bedarf danach, ein Kühlen der
wässrigen Brennstofflösung zu beschleunigen. Somit
wird der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs
größer als der Durchgangswiderstand des zweiten
Kühldurchgangs gemacht, so dass das Fluid einfacher zu dem
zweiten Kühldurchgang fließt. Dies verlangsamt ein
Kühlen der wässrigen Brennstofflösung,
während die Gas-Flüssigkeitstrennung der Feuchtigkeit
beschleunigt und eine Wassersammlung erleichtert wird.
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Ferner
bevorzugt umfasst das Brennstoffzellensystem ferner eine Fluidversorgungseinrichtung bzw.
Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite
des ersten Rohrs und an die Außenumfangsseite des zweiten
Rohrs. Bei dieser Anordnung hält die Steuereinrichtung
die Fluidzufuhreinrichtung an, falls die Menge an Wasser, die durch
die Wassermengeninformationen angegeben ist, nicht kleiner als ein
zweiter Schwellenwert ist. Die Steuereinrichtung treibt jedoch die
Fluidzufuhreinrichtung an, falls die Menge an Wasser, die durch
die Wassermengeninformationen angegeben ist, kleiner als der zweite
Schwellenwert ist. Wie es beschrieben ist, gibt es, falls die Menge
an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen angegeben ist,
nicht kleiner als der zweite Schwellenwert ist, keinen Bedarf danach,
eine Wassersammlung zu beschleunigen, und so wird die Fluidzufuhreinrichtung
angehalten. Falls jedoch die Menge an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen
angegeben ist, kleiner als der zweite Schwellenwert ist, wird die
Fluidzufuhreinrichtung angetrieben, um eine Wassersammlung zu beschleunigen.
Wie es oben beschrieben ist, ist es möglich, den Betrieb
der Fluidzufuhreinrichtung gemäß der Menge an
Wasser in der Sammeleinrichtung zu steuern, so dass eine Einstellung
der Menge an Wassersammlung vorgenommen wird.
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Bevorzugt
steuert die Steuereinrichtung ferner die Einstelleinrichtung, so
dass der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs
kleiner als der Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs
ist, falls die Temperatur, die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen
angegeben ist, nicht niedriger als ein erster Schwellenwert ist
und die Menge an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen
angegeben ist, nicht geringer als ein zweiter Schwellenwert ist.
Wie es beschrieben ist, wird der Durchgangswiderstand des ersten
Kühldurchgangs kleiner als der Durchgangswiderstand des
zweiten Kühldurchgangs gemacht, wenn die Flüssigkeitstemperatur,
die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen angegeben
ist, nicht niedriger als der erste Schwellenwert ist und die Menge
an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen angegeben ist,
nicht geringer als der zweite Schwellenwert ist, d. h. wenn die
Temperatur der wässrigen Brennstofflösung hoch
ist und die Menge an Wasser in der Sammeleinrichtung groß ist.
Dies macht es möglich, das Kühlen der wässrigen
Brennstofflösung zu beschleunigen, während die
Gas-Flüssigkeitstrennung der Feuchtigkeit verlangsamt wird.
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Bevorzugt
steuert die Steuereinrichtung die Einstelleinrichtung, so dass der
Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs und der
Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs im Wesentlichen
einander gleich werden, falls die Temperatur, die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen
angegeben ist, nicht niedriger als ein erster Schwellenwert ist
und die Menge an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen
angegeben ist, geringer als ein zweiter Schwellenwert ist. Wie es beschrieben
ist, macht die Einstelleinrichtung den Durchgangswiderstand des
ersten Kühldurchgangs und diesen des zweiten Kühldurchgangs
im Wesentlichen einander gleich, wenn die Flüssigkeitstemperatur,
die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen angegeben
ist, nicht niedriger als der erste Schwellenwert ist und die Menge
an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen angegeben ist,
geringer als der zweite Schwellenwert ist, d. h. wenn die Temperatur
der wässrigen Brennstofflösung hoch ist und die
Menge an Wasser in der Sammeleinrichtung gering ist. Dies macht
es möglich, eine Gas-Flüssigkeitstrennung an der
Feuchtigkeit durchzuführen und Wasser zu sammeln, während
die wässrige Brennstofflösung gekühlt
wird.
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Ferner
bevorzugt umfasst das Brennstoffzellensystem ferner eine Fluidversorgungseinrichtung bzw.
Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite
des ersten Rohrs und an die Außenumfangsseite des zweiten
Rohrs. Bei dieser Anordnung steuert die Steuereinrichtung die Fluidzufuhreinrichtung
basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen,
die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung
erhalten werden. Falls in diesem Fall die Temperatur der wässrigen Brennstofflösung
niedrig ist, wird eine Zufuhrkapazität der Fluidzufuhreinrichtung
verringert, um die Fluidzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang
zu verringern, wodurch die Temperatur der wässrigen Brennstofflösung
erhöht wird. Falls jedoch die Temperatur der wässrigen
Brennstofflösung hoch ist, wird die Zufuhrkapazität
der Fluidzufuhreinrichtung erhöht, um die Fluidzufuhr zu
dem ersten Kühldurchgang zu beschleunigen, wodurch die
Temperatur der wässrigen Brennstofflösung gesenkt
wird.
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Bevorzugt
steuert die Steuereinrichtung ferner die Einstelleinrichtung basierend
auf einer Menge einer Wassersammlung, falls die Flüssigkeitstemperatur,
die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen angegeben
ist, nicht niedriger als ein erster Schwellenwert ist und die Menge
an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen angegeben ist,
geringer als ein zweiter Schwellenwert ist. In diesem Fall verringert,
falls die Menge einer Wassersammlung gering ist, die Einstelleinrichtung
den Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs, wodurch
eine Wassersammlung beschleunigt wird. Falls jedoch die Menge an
Wassersammlung groß ist, erhöht die Einstelleinrichtung
den Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs, wodurch
die Wassersammlung verlangsamt wird.
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Bevorzugt
umfasst das Brennstoffzellensystem ferner eine Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung
zum Erhalten von Fluidtemperaturinformationen hinsichtlich einer
Temperatur des Fluids; und eine Fluidversorgungseinrichtung bzw.
Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite
des ersten Rohrs und an die Außenumfangsseite des zweiten
Rohrs. Bei dieser Anordnung steuert die Steuereinrichtung die Fluidzufuhreinrichtung
basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen,
die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung
erhalten werden, und den Fluidtemperaturinformationen, die durch
die Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden. Je größer
der Wert der „Temperatur von wässriger Brennstofflösung
minus Temperatur des Fluids” ist, desto wirksamer kann
die wässrige Brennstofflösung durch das Fluid
gekühlt werden, wohingegen die Wirkung eines Kühlens
der wässrigen Brennstofflösung durch das Fluid
um so geringer ist, je kleiner der Wert der „Temperatur
von wässriger Brennstofflösung minus Temperatur
des Fluids” ist. Falls daher die „Temperatur von
wässriger Brennstofflösung minus Temperatur des
Fluids” einen großen Wert aufweist, wird die Zufuhrkapazität
der Fluidzufuhreinrichtung gesenkt, um die Menge einer Fluidzufuhr
zu dem ersten Kühldurchgang zu verringern, wodurch die
Kapazität zum Kühlen wässriger Brennstofflösung
stabilisiert wird. Falls jedoch die „Temperatur von wässriger
Brennstofflösung minus Temperatur des Fluids” einen
kleinen Wert aufweist, wird die Zufuhrkapazität der Fluidzufuhreinrichtung
erhöht, um die Menge einer Fluidzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang
zu erhöhen, wodurch die Kapazität zum Kühlen
wässriger Brennstofflösung stabilisiert wird.
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Ferner
bevorzugt steuert die Steuereinrichtung die Einstelleinrichtung
basierend auf einer Menge an Wassersammlung und einer Menge an Wasserverbrauch,
falls die Flüssigkeitstemperatur, die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen
angegeben ist, nicht niedriger als ein erster Schwellenwert ist
und die Menge an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen
angegeben ist, geringer als ein zweiter Schwellenwert ist. Falls
in diesem Fall die „Menge an Sammlung minus Menge an Verbrauch” von
Wasser einen großen Wert aufweist, erhöht die Einstelleinrichtung
den Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs und
verringert den Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs,
so dass die Menge an Wasser, die gesammelt werden soll, verringert
wird. Falls jedoch die „Menge an Sammlung minus Menge an
Verbrauch” von Wasser einen kleinen Wert aufweist, verringert
die Einstelleinrichtung den Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs
und erhöht den Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs,
so dass eine Wassersammlung beschleunigt wird.
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Bevorzugt
umfasst das Brennstoffzellensystem ferner eine Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung
zum Erhalten von Fluidtemperaturinformationen hinsichtlich einer
Temperatur des Fluids; ein Plattenbauglied, das verschiebbar in
dem Kühldurchgang vorgesehen ist, zum Einstellen des Durchgangswiderstands;
und eine Fluidversorgungseinrichtung bzw. Fluidzufuhreinrichtung
zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite des ersten
Rohrs und an die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs. Bei
dieser Anordnung steuert die Steuereinrichtung die Fluidzufuhreinrichtung
basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen,
die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung
erhalten werden, Fluidtemperaturinformationen, die durch die Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung
erhalten werden, und einer Position des Plattenbauglieds. In diesem Fall
wird die Menge an Fluid, die an den ersten Kühldurchgang
geliefert werden soll, auf der Basis der „Temperatur von
wässriger Brennstofflösung minus Temperatur des
Fluids” erhalten und wird dann die Zufuhrkapazität
der Fluidzufuhreinrichtung, die erforderlich ist, um die Zufuhrmenge
zu erreichen, auf der Basis der Position des Plattenbauglieds erhalten. Falls
die Kapazität zum Kühlen wässriger Brennstofflösung
beispielsweise auf einem konstanten Pegel beibehalten werden soll,
ist die Menge des Fluids, das zu dem ersten Kühldurchgang
geliefert werden muss, umso geringer, je größer
der Wert der „Temperatur von wässriger Brennstofflösung
minus Temperatur des Fluids” ist. Je kleiner jedoch der
Wert der „Temperatur von wässriger Brennstofflösung
minus Temperatur des Fluids” ist, desto größer
ist die Menge des Fluids, das zu dem ersten Kühldurchgang
geliefert werden muss. Basierend auf der Menge des Fluids, das geliefert
werden muss, und der Position des Plattenbauglieds wird dann die
Zufuhrkapazität der Fluidzufuhreinrichtung bestimmt. Dies
macht es möglich, die Fähigkeit zum Kühlen
wässriger Brennstofflösung weiter zu stabilisieren.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Begriff „Durchgangswiderstand” einen
Schwierigkeitspegel für ein Fluid, in einem Durchgang zu
fließen.
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Der
Begriff „Feuchtigkeit” ist ferner ein Konzept,
das Wasser in flüssiger Form und Wasser in gasförmiger
Form (Wasserdampf) umfasst.
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Die
oben beschriebenen Aufgaben, andere Aufgaben, Charakteristika, Aspekte
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlicher.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellensystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Radiatoreinheit;
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3 ein
allgemeines Konfigurationsdiagramm, das Bestandteilelemente des
Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ein
elektrisches Blockdiagramm des Brennstoffzellensystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ein
erläuterndes Diagramm eines Beispiels einer Radiatoreinheit;
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6 ein
Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Brennstoffzellensystems
zeigt;
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7 ein
Flussdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Betriebs des Brennstoffzellensystems zeigt;
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8 ein
Flussdiagramm, das noch ein anderes Beispiel eines Betriebs des
Brennstoffzellensystems zeigt;
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9 einen
Graphen, der eine entsprechende Beziehung zwischen „Temperatur
von wässriger Methanollösung minus Umgebungstemperatur” und der
Anzahl von Umdrehungen eines Lüfters zeigt;
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10 einen
Graphen, der eine entsprechende Beziehung zwischen „Menge
an Sammlung minus Menge an Verbrauch” von Wasser pro Zeiteinheit
und einem Verhältnis der Menge an Luft auf einer Seite
eines Radiators für wässrige Lösung zeigt;
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11 einen
Graphen, der eine entsprechende Beziehung zwischen „Temperatur
von wässriger Methanollösung minus Umgebungstemperatur” und
der Menge an Luft, die für den Radiator für wässrige
Lösung erforderlich ist, zeigt; und
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12A bis 12D erläuternde
Diagramme sind, die Variationen eines Plattenbauglieds zeigen.
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Hierin
werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 1 handelt es sich bei einem
Brennstoffzellensystem 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung um ein Direktmethanolbrennstoffzellensystem,
das Methanol (wässrige Methanollösung) direkt
für eine Erzeugung elektrischer Energie (Leistungserzeugung)
ohne einen Veredelungsprozess verwendet. 1 ist eine
perspektivische Ansicht des Brennstoffzellensystems 10.
Das Brennstoffzellensystem 10 ist als ein tragbares System
beispielsweise für eine Verwendung bei einem Außenmusikkonzert
als eine Leistungsversorgung für elektronische Instrumente,
wie beispielsweise eine Audioausrüstung, entworfen. Als
ein Leistungsgenerator weist das Brennstoffzellensystem 10 ein
Gewicht von näherungsweise 25 kg und eine maximale Ausgabe
von näherungsweise 1 kW auf.
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Das
Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Brennstoffzellen-Zellenstapel
(hierin im Folgenden einfach Zellenstapel genannt) 12,
einen Tank 14 für wässrige Lösung
und einen Wassertank 16, die unterhalb des Zellenstapels 12 vorgesehen
sind, und eine Radiatoreinheit 18, die an einer Seite des
Zellenstapels 12 vorgesehen ist. Der Zellenstapel 12, der
Tank 14 für wässrige Lösung
und der Wassertank 16 sind durch einen Rahmen 20 gehalten
und die Radiatoreinheit 18 ist an einem doppelten Boden 20a des
Rahmens 20 platziert. Die Radiatoreinheit 18 ist an
einem oberen Boden des doppelten Bodens 20a platziert und
der obere Boden weist eine Öffnung für die Radiatoreinheit 18 auf,
um Abgas zu entladen. Der doppelte Boden 20a weist einen
Raum zwischen den zwei Böden auf, der als ein Abgastor 22 dient.
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3 ist
ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das Elemente des Brennstoffzellensystems 10 zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 3 umfasst der Zellenstapel 12 eine
Mehrzahl von Brennstoffzellen (Brennstoffzelle-Zellen) 24,
die jeweils zum Erzeugen von Elektrizität durch elektrochemische
Reaktionen zwischen Wasserstoffionen auf Methanolbasis und Sauerstoff
(Oxidationsmittel) in der Lage sind. Die Brennstoffzellen 24 sind
aufeinander gestapelt, wobei ein Separator 26 zwischen
zwei gegenseitig angrenzenden Brennstoffzellen 24 platziert
ist. Jede Brennstoffzelle 24 umfasst einen Elektrolytfilm 24a, der
durch beispielsweise einen Feststoffpolymerfilm vorgesehen ist,
und ein Paar einer Anode (Brennstoffelektrode) 24b und
einer Kathode (Luftelektrode) 24c, die einander gegenüberliegen,
wobei sich der Elektrolytfilm 24a zwischen denselben befindet.
Die Anode 24b sowie die Kathode 24c umfassen eine Platinkatalysatorschicht,
die auf der Seite derselben vorgesehen ist, die dem Elektrolytfilm 24a zugewandt ist.
Der Zellenstapel 12 weist einen Anodeneinlass A1 auf, nahe
dem ein Temperatursensor 28 zum Erfassen einer Temperatur
von wässriger Methanollösung vorgesehen ist, die
die Temperatur des Zellenstapels 12 darstellt.
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Der
Tank 14 für wässrige Lösung
enthält wässrige Methanollösung, die
eine Konzentration (beispielsweise Methanol zu näherungsweise
3 Gew.-% enthaltend) aufweist, die für die elektrochemischen
Reaktionen in dem Zellenstapel 12 geeignet ist, und innerhalb
des Tanks 14 für wässrige Lösung ist
ein Pegelsensor 30 (siehe 4) zum Erfassen eines
Flüssigkeitspegels vorgesehen.
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Der
Wassertank 16 enthält Wasser, das zu dem Tank 14 für
wässrige Lösung geliefert werden soll, und innerhalb
des Wassertanks ist ein Pegelsensor 32 (siehe 4)
zum Erfassen eines Flüssigkeitspegels vorgesehen.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Radiatoreinheit 18.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 2 umfasst die Radiatoreinheit 18 ein
Gehäuse 34, das wie ein hohles quadratisches Rohr
beispielsweise ist. Das Gehäuse 34 weist eine
obere Oberfläche und eine untere Oberfläche auf,
die Öffnungen 36a bzw. 36b aufweisen.
Luft fließt von der Öffnung 36a in der oberen
Oberfläche des Gehäuses 34 ein, wobei
Luft aus der Öffnung 36b in der unteren Oberfläche
des Gehäuses 34 ausfließt. In einem mittleren
Abschnitt, aber bei einer etwas niedrigeren Position in dem Gehäuse 34 sind
ein Radiator 38a für wässrige Lösung und
ein Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b nebeneinander
in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Gehäuses 34 platziert.
Der Radiator 38a umfasst ein Radiatorrohr 40a und
ein Rippenbauglied 42a, das beispielsweise aus rostfreiem
Stahl hergestellt ist. Das Radiatorrohr 40a ist beispielsweise
zu einer Spirale ausgebildet. Das Rippenbauglied 42a umfasst
eine Mehrzahl von plattenähnlichen Rippen, die sich in
die Längsrichtung des Gehäuses 34 erstrecken.
Gleichermaßen umfasst der Radiator 38b ein Radiatorrohr 40b und
ein Rippenbauglied 42b, das beispielsweise aus rostfreiem
Stahl hergestellt ist. Das Radiatorrohr 40b ist beispielsweise
zu einer Spirale ausgebildet und das Rippenbauglied 42b umfasst
eine Mehrzahl von plattenartigen Rippen, die sich in die Längsrichtung
des Gehäuses 34 erstrecken. Es ist hier anzumerken,
dass, obwohl 2 zeigt, dass jedes der Rippenbauglieder 42a und 42b acht
Rippen umfasst, dies aus Gründen der Beschreibungszweckmäßigkeit
so ist. Tatsächlich umfasst jedes bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel zweihundert Rippen.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 5 liefert bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein Raum zwischen der Öffnung 36a und
den Radiatoren 38a, 38b einen Luftzuflussdurchgang 44,
um Luft einzubringen, wohingegen Räume innerhalb des Rippenbauglieds 42a des
Radiators 38a für wässrige Lösung
und Räume innerhalb des Rippenbauglieds 42b des
Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b einen ersten Kühldurchgang 46a bzw.
einen zweiten Kühldurchgang 46b liefern. Deshalb
liefern innerhalb der Radiatoreinheit 18 der Zuflussdurchgang 44,
der erste Kühldurchgang 46a und der zweite Kühldurchgang 46b einen
Kühldurchgang F. 5 ist ein
erläuterndes Diagramm der Radiatoreinheit 18.
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Innerhalb
des Gehäuses 34 sind an den zwei longitudinalen
Endabschnitten desselben ein Eintrittslüfter 48a und
ein Austrittslüfter 48b zum Kühlen der
Radiatoren vorgesehen, um den Öffnungen 36a bzw. 36b zugewandt
zu sein. Deshalb ist der Eintrittslüfter 48a an
einer stromaufwärts gelegenen Seite des ersten Kühldurchgangs 46a und
des zweiten Kühl durchgangs 46b vorgesehen, wohingegen
der Austrittslüfter 48b an einer stromabwärts
gelegenen Seite derselben vorgesehen ist.
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Eine
Schwenkwelle 50 ist an einer Grenze der oberen Oberfläche
des Radiators 38a und der unteren Oberfläche des
Radiators 38b vorgesehen. Die Schwenkwelle 50 trägt
ein Plattenbauglied 52 schwenkbar innerhalb des Zuflussdurchgangs 44. Das
Plattenbauglied 52 ist zwischen dem Eintrittslüfter 48a und
den Radiatoren 38a, 38b vorgesehen.
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An
einer äußeren Seitenoberfläche des Gehäuses 34 ist
ein Servomotor 54 an einer Stelle vorgesehen, die der Schwenkwelle 50 entspricht.
Die Schwenkwelle 50 wird durch einen Servomotor 54 gedreht
bzw. geschwenkt, der durch eine Steuerung 84 (siehe 4)
gesteuert ist, und folglich wird das Plattenbauglied 52 zu
einer ausgewählten festgelegten Stellung bzw. Position
(Neigung) geschwenkt. Die Stellung des Plattenbauglieds 52 steuert ein
Luftzufuhrverhältnis zu den Radiatoren 38a und 38b,
d. h. die Durchgangswiderstände in dem ersten Kühldurchgang 46a und
dem zweiten Kühldurchgang 46b. Die Stellung des
Plattenbauglieds 52 wird durch einen nicht dargestellten
Positionserfassungssensor erfasst. Der Positionserfassungssensor
ist beispielsweise durch ein Potentiometer oder einen Pulscodierer
vorgesehen, der in dem Servomotor 54 enthalten ist.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, ist in der Öffnung 36a der
Radiatoreinheit 18 eine Luftleitung 56 zum Einbringen
von Luft in den Zuflussdurchgang 44 vorgesehen. Wenn der
Eintrittslüfter 48a und der Austrittslüfter 48b angetrieben
werden, kommt Luft von einem Lufteinlass 56a der Luftleitung 56 herein
und fließt in den Zuflussdurchgang 44 über
die Öffnung 36a und den Eintrittslüfter 48a.
Die eingebrachte Luft kühlt das Radiatorrohr 40a und/oder 40b in
dem ersten Kühldurchgang 46a und/oder den zweiten
Kühldurchgang 46b und wird dann über
den Austrittslüfter 48b und die Öffnung 36b aus
dem Abgastor 22 entladen.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, ist der Anodeneinlass A1 des Zellenstapels 12 mit
dem Tank 14 für wässrige Lösung über
ein Rohr P1 verbunden. Das Rohr P1 verbindet, beginnend mit dem
Tank 14 für wässrige Lösung,
eine Pumpe 58 für wässrige Lösung
und den Konzentrationssensor 60 in dieser Reihenfolge.
Wenn die Pumpe 58 für wässrige Lösung angetrieben
wird, wird wässrige Methanollösung in dem Tank 14 für
wässrige Lösung an den Zellenstapel 12 geliefert.
Der Konzentrationssensor 60 ist beispielsweise durch einen
Ultraschallsensor vorgesehen. Der Ultraschallsensor wird zum Erfassen
der Konzentration von wässriger Methanollösung
basierend auf dem Prinzip verwendet, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit
von Ultraschallwellen in wässriger Methanollösung
abhängig von der Konzentration der wässrigen Methanollösung
variiert.
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Der
Zellenstapel 12 weist einen Anodenauslass A2 auf, an dem
der Tank 14 für wässrige Lösung über
ein Rohr P2, den Radiator 38a für wässrige
Lösung und ein Rohr P3 verbunden ist. Kohlenstoffdioxid
und unverbrauchte wässrige Methanollösung, die aus
dem Anodenauslass A2 des Zellenstapels 12 entladen werden,
werden an den Radiator 38a geliefert und dort gekühlt.
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Der
Zellenstapel 12 weist einen Kathodeneinlass C1 auf, an
dem ein Luftfilter 62 über ein Rohr P4 verbunden
ist. Der Luftfilter 62 wird mit Luft von dem Lufteinlass 56a der
Luftleitung 56 (siehe 1) versorgt.
Das Rohr P4 verbindet, beginnend mit dem Luftfilter 62,
eine Luftpumpe 64 und ein Luftventil 66 in dieser
Reihenfolge. Wenn die Luftpumpe 64 angetrieben wird, wird
Außenluft, die Sauerstoff (Oxidationsmittel) enthält,
von dem Lufteinlass 56a, durch den Luftfilter 62,
die Luftpumpe 64 und das Luftventil 66 an die
Kathode 24c in dem Zellenstapel 12 geschickt.
Ein Umgebungslufttemperatursensor 68 zum Erfassen einer
Umgebungstemperatur ist in einer äußeren Oberfläche
der Luftleitung 56 an einer wahlfreien Position zwischen
dem Lufteinlass 56a und der Verbindungsstelle mit der Radiatoreinheit 18 vorgesehen.
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Der
Zellenstapel 12 weist einen Kathodenauslass C2 auf, mit
dem der Wassertank 16 über ein Rohr P5, den Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b,
ein Rohr P6 und eine Zentrifuge 70 verbunden ist. Der Kathodenauslass
C2 des Zellenstapels 12 entlädt Abgas, das Feuchtigkeit
(einschließlich Wasser und Wasserdampf), Kohlenstoffdioxid
und unverbrauchte Luft beinhaltet. Das Abgas wird an den Radiator 38b geliefert
und dort gekühlt. Die Zentrifuge 70 ist mit einem
Abgasrohr P7 verbunden und das Abgasrohr P7 führt zu einem
Abgasventil 72. Die Zentrifuge 70 gibt eine Zentrifugalkraft
an das Abgas von dem Radiator 38b, wodurch Wasser von dem
Abgas getrennt wird. Das getrennte Wasser wird an den Wassertank 16 geliefert.
Das Abgas wird aus dem Abgasrohr P7 entladen, wenn das Abgasventil 72 geöffnet
ist.
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Der
Wassertank 16 ist ferner über ein Rohr P8 mit
dem Tank 14 für wässrige Lösung
verbunden. Das Rohr P8 führt zu einer Wasserpumpe 74.
Wenn die Wasserpumpe 74 angetrieben wird, wird Wasser in
dem Wassertank 16 zu dem Tank 14 für
wässrige Lösung geliefert.
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Der
Tank 14 für wässrige Lösung
kann über ein Rohr P9 mit einem externen Brennstofftank
(nicht dargestellt) verbunden sein. Das Rohr P9 führt zu
einer Brennstoffpumpe 76. Der externe Brennstofftank beinhaltet
Methanolbrennstoff in hoher Konzentration, d. h. wässrige
Methanollösung in hoher Konzentration (die beispielsweise
Methanol zu näherungsweise 50 Gew.-% beinhaltet), als einen
Brennstoff für die elektrochemischen Reaktionen in dem
Zellenstapel 12 und ist mit einem Rohr P9 verbunden, wenn nötig.
Wenn der externe Brennstofftank mit dem Rohr P9 verbunden ist und
die Brennstoffpumpe 76 angetrieben wird, wird der Methanolbrennstoff
in dem externen Brennstofftank an den Tank 14 für
wässrige Lösung geliefert.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 10 zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 4 umfasst das Brennstoffzellensystem 10 ferner
einen Hauptschalter 78, einen Anzeigeabschnitt 82 und
die Steuerung 84.
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Wenn
der Hauptschalter 78 eingeschaltet wird, wird ein Betriebsbeginnbefehl
an die Steuerung 84 gegeben, und wenn der Hauptschalter 78 ausgeschaltet
wird, wird ein Betriebsstoppbefehl an die Steuerung 84 gegeben.
Der Anzeigeabschnitt 82 zeigt verschiedene Arten von Informationen
an.
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Die
Steuerung 84 umfasst eine CPU 86 (Central Processing
Unit = Zentrale Verarbeitungseinheit), einen Speicher 88,
eine Spannungserfassungsschaltung 90, eine Erfassungsschaltung 92 für elektrischen
Strom, eine EIN/AUS-Schaltung 94, eine Diode 96 und
eine Leistungsquellenschaltung 98. Die CPU 86 führt
notwendige Berechnungen durch und steuert Operationen des Brennstoffzellensystems 10.
Der Speicher 88, der als eine Speicherungseinrichtung dient,
ist beispielsweise durch einen EEPROM vorgesehen und speichert Programme,
Daten, Berechnungsdaten etc. zum Steuern der Operationen des Brennstoffzellensystems 10.
Genau gesagt speichert der Speicher 88 Programme zur Ausführung
von Operationen, die in 6 bis 8 gezeigt
sind, und Daten, die in 9 bis 11 gezeigt
sind, und andere.
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Die
Spannungserfassungsschaltung 90 erfasst eine Spannung in
einer elektrischen Schaltung 106, die den Zellenstapel 12 mit
einer Sekundärbatterie 100, einer Sekundärbatteriereglereinheit 102 und
einer Last 104 verbindet. Die Erfassungsschaltung 92 für
elektrischen Strom erfasst einen elektrischen Strom, der durch die
elektrische Schaltung 106 fließt. Die EIN/AUS-Schaltung 94 schaltet
zwischen Offen/Geschlossen-Zuständen der elektrischen Schaltung 106 um.
Die Leistungsquellenschaltung 98 liefert eine vorbestimmte
Spannung an die elektrische Schaltung 106.
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Die
Sekundärbatterie 100, die mit der elektrischen
Schaltung 106, d. h. dem Brennstoffzellensystem 10,
verbindbar und von derselben abtrennbar ist, speichert elektrische
Leistung von dem Zellenstapel 12 und liefert auch elektrische
Leistung an die Last 104 und an elektrische Teile und Komponenten
ansprechend auf Befehle von der Steuerung 84. Die Sekundärbatteriereglereinheit 102 umfasst
eine Steuerung 108, die die Last 104 steuert;
und einen Ladungsmengendetektor 110, der eine Menge an
Ladung in der Sekundärbatterie 100 erfasst; und
kommuniziert mit der Steuerung 84 über eine Schnittstellenschaltung 112.
Ferner ist die Sekundärbatterie 100 mit einer
Ladevorrichtung 114 über die Schnittstellenschaltung 112 verbunden,
damit dieselbe mit einer externen Leistungsquelle 116 geladen
werden kann.
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Bei
dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem 10 wird die
CPU 86 der Steuerung 84 mit einem Eingangssignal
von dem Hauptschalter 78 versorgt. Ebenfalls wird die CPU 86 mit
Erfassungssignalen von den Pegelsensoren 30, 32,
dem Konzentrationssensor 60, dem Temperatursensor 28 und dem
Umgebungslufttemperatursensor 68 versorgt. Ferner wird
die CPU 86 mit einem erfassten Spannungswert von der Spannungserfassungsschaltung 90 und
einem erfassten Stromwert von der Erfassungsschaltung 92 für
elektrischen Strom versorgt.
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Die
CPU 86 steuert Systemkomponenten, wie beispielsweise den
Servomotor 54, den Eintrittslüfter 48a,
den Austrittslüfter 48b, die Pumpe 58 für wässrige
Lösung, die Luftpumpe 64, die Wasserpumpe 74,
die Brennstoffpumpe 76, das Luftventil 66 und das
Abgasventil 72. Die CPU 86 steuert ferner den Anzeigeabschnitt 82.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bezieht sich der
Begriff „Systemkomponenten” auf jene Teile, die
zum Beibehalten einer Leistungserzeugung in dem Zellenstapel 12 notwendig
sind. Der Begriff „Last 104” bezieht
sich auf jene Teile, die elektrische Leistung verbrauchen, außer den
Systemkomponenten, die zum Beibehalten einer Leistungserzeugung
in dem Zellenstapel 12 nötig sind. Die Last 104 umfasst
irgendeine Ausrüstung (beispielsweise eine Audioausrüstung).
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Einstelleinrichtung
die Schwenkwelle 50, das Plattenbauglied 52 und
den Servomotor 54. Die Steuereinrichtung umfasst die CPU 86.
Die Fluidzufuhreinrichtung umfasst den Eintrittslüfter 48a und den
Austrittslüfter 48b. Die Antriebseinrichtung umfasst
die Schwenkwelle 50 und den Servomotor 54. Der
Temperatursensor 28 stellt die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung
dar. Der Wassertank 16 stellt die Sammeleinrichtung dar.
Die Wassermengenerhaltungseinrichtung umfasst den Pegelsensor 32. Der
Umgebungslufttemperatursensor 68 stellt die Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung
dar. Das Radiatorrohr 40a stellt das erste Rohr dar, wohingegen das
Radiatorrohr 40b das zweite Rohr darstellt.
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Als
Nächstes wird auf 6 Bezug
genommen, um ein Beispiel eines Betriebs zu beschreiben, das für
die Radiatoreinheit 18 des Brennstoffzellensystems 10 relevant
ist.
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Zuerst
bestimmt die CPU 86, ob eine Temperatur von wässriger
Methanollösung, die durch den Temperatursensor 28 erfasst
wird, nicht niedriger als ein erster Schwellenwert (beispielsweise
60°C) ist oder nicht (Schritt S1). Falls die Temperatur
der wässrigen Methanollösung niedriger als der
erste Schwellenwert ist, steuert die CPU 86 den Servomotor 54,
um das Plattenbauglied 52 zu dem Radiator 38a für
wässrige Lösung hin zu schwenken, und bewirkt
dadurch, dass das Plattenbauglied 52 eine Einlassöffnung
des Radiators 38a für wässrige Lösung vollständig
verschließt (Schritt S3).
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Als
Nächstes bestimmt die CPU 86, ob die Menge an
Wasser in dem Wassertank 16 nicht geringer als ein zweiter
Schwellenwert (beispielsweise 0,5 Liter) ist oder nicht (Schritt
S5). Dies wird auf der Grundlage eines Wertes bestimmt, der durch
den Pegelsensor 32 erfasst wird. Falls die Menge an Wasser in
dem Wassertank 16 nicht geringer als der zweite Schwellenwert
ist, besteht kein Bedarf danach, eine Wassersammlung zu beschleunigen.
Deshalb hält die CPU 86 den Eintrittslüfter 48a und
den Austrittslüfter 48b an (Schritt S7). Falls
jedoch die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 geringer
als der zweite Schwellenwert ist, treibt die CPU 86 den
Eintrittslüfter 48a und den Austrittslüfter 48b beispielsweise mit
50% der Nennausgangskapazitäten derselben (50% der Nenn-U/min)
an (Schritt S9), um eine Wassersammlung zu beschleunigen, und der
Prozess gelangt zu einem Ende. Es ist hier zu beachten, dass bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Eintrittslüfter 48a und
der Austrittslüfter 48b eingestellt sind, um sich
mit den gleichen U/min zu drehen. Da der Eintrittslüfter 48a und
der Austrittslüfter 48b nicht in gegenseitiger
Nähe angeordnet sind, ist es nicht wahrscheinlich, dass
dieselben ein „Schlagrauschen” „beat
noise” erzeugen, wenn sich dieselben mit voneinander unterschiedlichen
Geschwindigkeiten drehen. Jedoch beseitigt ein Antreiben der zwei
mit der gleichen Drehzahl das Problem von „Schlagrauschen”.
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Falls
die Temperatur der wässrigen Methanollösung bei
Schritt S1 nicht niedriger als der erste Schwellenwert ist, werden
der Eintrittslüfter 48a und der Austrittslüfter 48b angetrieben
(Schritt S11) und bestimmt die CPU 86, ob die Menge an
Wasser in dem Wassertank 16 nicht geringer als der zweite Schwellenwert
ist oder nicht (Schritt S13). Falls die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 nicht
geringer als der zweite Schwellenwert ist, steuert die CPU 86 den
Servomotor 54, um das Plattenbauglied 52 zu dem
Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b hin zu schwenken,
und bewirkt dadurch, dass das Plattenbauglied 52 eine Aufnahmeöffnung
des Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b vollständig
verschließt (Schritt S15), um die Menge an Wasser in dem
Wassertank 16 zu verringern, und der Prozess geht zu einem
Schritt S17 über. Falls jedoch der Schritt S13 bestimmt,
dass die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 geringer
als der zweite Schwellenwert ist, steuert die CPU 86 den
Servomotor 54, um das Plattenbauglied 52 in eine
neutrale Stellung (die Stellung, bei der ein Luftflussverhältnis
von 50:50 zwischen der Menge an Luft, die zu dem Radiator 38a für
wässrige Lösung fließt, und der Menge,
die zu dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b fließt,
erreicht ist) zu bewegen (Schritt S19), und der Prozess geht zu
dem Schritt S17 über.
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Bei
dem Schritt S17 bestimmt die CPU 86, ob die Temperatur
der wässrigen Methanollösung innerhalb eines Bereichs,
der durch einen Sollwert ±α definiert ist (beispielsweise
innerhalb 65°C ± 5°C), liegt oder nicht.
Falls die Temperatur der wässrigen Methanollösung
innerhalb des Sollwerts ±α liegt, gelangt der
Prozess an ein Ende. Falls die Temperatur der wässrigen
Methanollösung höher als der Sollwert +α (beispielsweise
70°C) ist, unternimmt die CPU 86 einen Schritt,
um durch ein Erhöhen der U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b die Temperatur der wässrigen
Methanollösung um beispielsweise 5% zu senken (Schritt
S21). Falls jedoch die Temperatur der wässrigen Methanollösung
niedriger als der Sollwert –α (beispielsweise
60°C) ist, unternimmt die CPU 86 einen Schritt,
um durch ein Verringern der U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b die Temperatur der wässrigen Methanollösung
um beispielsweise 5% zu erhöhen (Schritt S23). Wie es beschrieben
ist, stellt der Prozess die U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b ein, so dass die Temperatur
der wässrigen Methanollösung innerhalb des Soll-Werts ±α sein
wird, und dann gelangt der Prozess an ein Ende.
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Der
in 6 gezeigte Betrieb wird in einem vorbestimmten
Intervall wiederholt durchgeführt.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Brennstoffzellensystem 10 weist die
Radiatoreinheit 18 den Kühldurchgang F innerhalb
derselben auf, wobei sich der Zuflussdurchgang 44 in den
ersten Kühldurchgang 46a und den zweiten Kühldurchgang 46b verzweigt,
die voneinander unabhängig sind, und die Stellung des Plattenbauglieds 52 den
Durchgangswiderstand in jedem der Kühldurchgänge 46a und 46b einstellt.
Bei dieser Einstellung fließt Luft von dem Zuflussdurchgang 44 zu
dem ersten Kühldurchgang 46a und dem zweiten Kühldurchgang 46b hin
und werden daher der Außenumfang des Radiatorrohrs 40a und
der Außenumfang des Radiatorrohrs 40b mit den
jeweiligen Mengen an Luftfluss derselben gemäß den
Durchgangswiderständen derselben versorgt. Selbst falls
der Zuflussdurchgang 44 in dem Kühldurchgang F
kurz ist, gibt es in diesem Fall keinen Fall, bei dem Luft, die
einmal in einen des ersten Kühldurchgangs 46a und
des zweiten Kühldurchgangs 46b eingetreten ist,
in den anderen fließt. Daher ist es beispielsweise möglich,
einen Fall zu verhindern, bei dem Luft, die in einem der Kühldurchgänge
erwärmt wird, zu dem anderen Kühldurchgang geliefert
wird. Daher wird es möglich, die Kühlkapazität
des Radiatorrohrs 40a und diese des Radiatorrohrs 40b,
d. h. Kapazitäten zum Kühlen wässriger Methanollösung
und Feuchtigkeit, die aus dem Zellenstapel 12 entladen
werden, genau zu steuern. Ferner macht es die Anordnung möglich,
einen kurzen Abstand von der Öffnung 36a zu der
Aufnahmeöffnung des Radiators 38a oder 38b zu
ergeben, d. h. die Länge des Zuflussdurchgangs 44 kann
kurz gemacht werden. Dies macht es möglich, die Größe
des Brennstoffzellensystems 10 zu verringern. Ferner erleichtert
eine Integration der Radiatoren 38a und 38b nicht
nur die Größenverringerung des Brennstoffzellensystems 10,
sondern ermöglicht es auch, infolge eines Kombinierens
von Hochtemperaturkomponenten eine Rohrführung zu vereinfachen.
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Ferner
ist es möglich, eine Luftzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang 46a und
dem zweiten Kühldurchgang 46b durch ein Antreiben
des Eintrittslüfters 48a und des Austrittslüfters 48b zu
beschleunigen. Da es ferner möglich ist, die Menge einer
Luftzufuhr zu dem Außenumfang des Radiatorrohrs 40a sowie
dem Außenumfang des Radiatorrohrs 40b durch Einstellen
des Durchgangswiderstands des ersten Kühldurchgangs 46a und
dieses des zweiten Kühldurchgangs 46b einzustellen,
besteht kein Bedarf danach, den Eintrittslüfter 48a für
jeden Kühldurchgang vorzusehen, sondern der Lüfter 48a kann durch
die zwei Kühldurchgänge 46a und 46b gemeinschaftlich
verwendet werden. Das gleiche gilt für den Austrittslüfter 48b.
Daher ist die vorliegende Erfindung frei von Rauschproblemen, die
in Fällen häufig sind, in denen Lüfter
in gegenseitiger Nähe zueinander in den jeweiligen Kühldurchgängen
derselben vorgesehen sind. Zusätzlich wird es möglich,
den Leistungsverbrauch zu verringern.
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Ferner
kann der Durchgangswiderstand ohne weiteres durch einfaches Bewegen
des Plattenbauglieds 52 mit dem Servomotor 54 eingestellt
werden.
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Auch
kann die Kapazität zum Kühlen der wässrigen
Methanollösung und die Kapazität zum Durchführen
einer Gas-Flüssigkeitstrennung an der Feuchtigkeit ohne
weiteres durch Steuern des Plattenbauglieds 52 basierend
auf der Temperatur der wässrigen Methanollösung
und der Menge an Wasser in dem Wassertank 16 eingestellt
werden, wodurch der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs 46a und
dieser des zweiten Kühldurchgangs 46b eingestellt
werden.
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Wenn,
genau gesagt, die Temperatur der wässrigen Methanollösung
niedriger als der erste Schwellenwert ist, besteht kein Bedarf danach,
ein Kühlen der wässrigen Methanollösung
zu beschleunigen, und deshalb wird die Aufnahmeöffnung
des ersten Kühldurchgangs 46a mit dem Plattenbauglied 52 verschlossen,
wodurch Luft lediglich zu dem zweiten Kühldurchgang 46b gesendet
wird. Dies macht es möglich, das Kühlen der wässrigen
Methanollösung zu verlangsamen, während die Gas-Flüssigkeitstrennungsoperation
an der Feuchtigkeit durchgeführt wird, wodurch Wasser gesammelt
wird. Falls bei diesem Prozess die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 nicht
geringer als der zweite Schwellenwert ist, besteht kein Bedarf danach,
die Wassersammlung zu beschleunigen, so dass der Eintrittslüfter 48a und
der Austrittslüfter 48b angehalten werden. Falls
jedoch die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 geringer
als der zweite Schwellenwert ist, werden der Eintrittslüfter 48a und
der Austrittslüfter 48b angetrieben, wodurch die
Wassersammlung beschleunigt wird. Wie es oben beschrieben ist, ist
es möglich, einen Betrieb des Eintrittslüfters 48a und des
Austrittslüfters 48b gemäß der
Menge an Wasser in dem Wassertank 16 zu steuern, wodurch
eine Einstellung an der Menge von Wasser vorgenommen wird, die gesammelt
werden soll.
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Falls
jedoch die Temperatur der wässrigen Methanollösung
nicht niedriger als der erste Schwellenwert ist und die Menge an
Wasser in dem Wassertank 16 nicht geringer als der zweite
Schwellenwert ist, verschließt das Plattenbauglied 52 die
Aufnahmeöffnung des zweiten Kühldurchgangs 46b,
wobei ermöglicht wird, dass Luft lediglich in den ersten
Kühldurchgang 46a fließen kann. Dies
macht es möglich, ein Kühlen der wässrigen
Methanollösung zu beschleunigen, während eine
Gas-Flüssigkeitstrennung von Feuchtigkeit verlangsamt wird.
Falls ferner die Temperatur der wässrigen Methanollösung
nicht niedriger als der erste Schwellenwert ist und die Menge an
Wasser in dem Wassertank 16 geringer als der zweite Schwellenwert
ist, wird eine Einstellung vorgenommen, so dass der erste Kühldurchgang 46a und
der zweite Kühldurchgang 46b im Wesentlichen den
gleichen Durchgangswiderstand aufweisen. Dies macht es möglich,
die wässrige Methanollösung zu kühlen,
während eine Gas-Flüssigkeitstrennung von Feuchtigkeit
durchgeführt wird, wodurch Wasser gesammelt wird.
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Falls
ferner die Temperatur der wässrigen Methanollösung
niedriger als der Soll-Wert –α ist, werden die
U/min des Eintrittslüfters 48a und des Austrittslüfters 48b verringert,
wodurch die Menge einer Luftzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang 46a verringert
wird, um die Temperatur der wässrigen Methanollösung
zu erhöhen. Falls jedoch die Temperatur der wässrigen
Methanollösung höher als der Soll-Wert +α ist,
werden die U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b erhöht, wodurch
die Menge einer Luftzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang 46a erhöht
wird, wodurch die Temperatur der wässrigen Methanollösung
gesenkt wird.
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Als
Nächstes wird auf 7 Bezug
genommen, um ein weiteres Beispiel von Operationen zu beschreiben,
die für die Radiatoreinheit 18 des Brennstoffzellensystems 10 relevant
sind. Die Schritte S1 bis S15 sind identisch zu jenen bei der in 6 gezeigten
Operation, so dass diese Schritte hier nicht erläutert
werden.
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Falls
der Schritt S13 bestimmt, dass die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 geringer
als der zweite Schwellenwert ist, bestimmt die CPU 86, ob
die Menge an Wassersammlung pro Zeiteinheit (beispielsweise eine
Minute) innerhalb eines Bereichs, der als ein vorbestimmter Wert ±β bestimmt ist
(beispielsweise innerhalb von 0,5 Liter ± 0,1 Liter), liegt
oder nicht (Schritt S17a). Die Menge an Wassersammlung pro Zeiteinheit
kann genau berechnet werden durch Ermitteln zumindest der Ausgabe
aus dem Zellenstapel 12 und der Temperatur der wässrigen
Methanollösung zu dem Zeitpunkt der Berechnung.
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Falls
der Schritt S17a bestimmt, dass die Menge an Wassersammlung innerhalb
des Bereichs des vorbestimmten Werts ±β ist, geht
der Prozess direkt zu einem Schritt S23a. Falls die Menge an Wassersammlung
größer als der vorbestimmte Wert + β ist,
unternimmt die CPU 86 einen Schritt, um die Menge einer
Luftzufuhr zu dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b durch
Steuern des Servomotors 54 und Schwenken des Plattenbauglieds 52 um
einen vorbestimmten Betrag zu dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b hin
(Schritt S19a) zu verringern. Falls jedoch die Menge an Wassersammlung
kleiner als der vorbestimmte Wert – β ist, unternimmt
die CPU 86 einen Schritt, um die Menge einer Luftzufuhr zu
dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b durch Steuern
des Servomotors 54 und Schwenken des Plattenbauglieds 52 um
einen vorbestimmten Betrag zu dem Radiator 38a für
wässrige Lösung hin (Schritt S21a) zu erhöhen.
Dann geht der Prozess zu dem Schritt S23a. Der vorbestimmte Betrag
kann ein Betrag einer Winkeländerung bei dem Neigungswinkel des
Plattenbauglieds 52 oder ein Betrag einer Änderung
bei dem Luftflussverhältnis zwischen dem Fluss zu dem Radiator
für wässrige Lösung und dem Fluss zu
dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator sein. Falls beispielsweise
der vorbestimmte Betrag durch den Betrag einer Änderung
bei dem Neigungswinkel vorgesehen ist und der tatsächliche
Betrag 5 Grad ist, dann wird das Plattenbauglied 52 um
5 Grad verschoben. Falls der vorbestimmte Betrag durch den Betrag
einer Änderung bei dem Flussverhältnis vorgesehen
ist und der tatsächliche Betrag 5% ist, dann wird das Plattenbauglied 52 geschwenkt,
so dass das Luftflussverhältnis sich beispielsweise von
50:50 zu 55:45 verändert. Nach dem Durchführen
der Aufgabe bei dem Schritt S15 geht der Prozess ebenfalls zu dem
Schritt S23a.
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Bei
dem Schritt S23a erhält der Umgebungslufttemperatursensor 68 eine
Umgebungstemperatur. Dann wird ein U/min-Soll des Eintrittslüfters 48a und des
Austrittslüfters 48b basierend auf der „Temperatur
der wässrigen Methanollösung minus Umgebungstemperatur” erhalten
(Schritt S25a). Bei diesem Prozess zum Erhalten des U/min-Solls
wird Bezug auf die in 9 gezeigten Daten genommen,
die eine entsprechende Beziehung zwischen der „Temperatur
von wässriger Methanollösung minus Umgebungstemperatur” und
den U/min des Lüfters angeben.
-
9 zeigt
Daten für eine Einstellung, bei der die Lüfter-U/min
bei einer Erhöhung der „Temperatur von wässriger
Methanollösung minus Umgebungstemperatur” verringert
werden. Die Daten berücksichtigen eine Tatsache, dass wässrige
Methanollösung durch Luft, die die Umgebungstemperatur aufweist,
um so wirksamer gekühlt werden kann, je größer
der Wert der „Temperatur von wässriger Methanollösung
minus Umgebungstemperatur” ist, wohingegen die Wirkung
des Kühlens der wässrigen Methanollösung
durch Luft, die die Umgebungstemperatur aufweist, um so geringer
ist, je kleiner der Wert der „Temperatur von wässriger
Methanollösung minus Umgebungstemperatur” ist.
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Dann
werden die U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b auf ein U/min-Soll gesetzt
(Schritt S27a) und der Prozess gelangt an ein Ende.
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Der
in 7 gezeigte Betrieb wird in einem vorbestimmten
Intervall wiederholt.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem 10, das wie oben beschrieben wirksam
ist, wird die Wassersammlung durch Verringern des Durchgangswiderstands
des zweiten Kühldurchgangs 46b beschleunigt, falls
die Menge an gesammeltem Wasser gering ist, und wird andererseits
die Wassersammlung durch Erhöhen des Durchgangswiderstands
des zweiten Kühldurchgangs 46b verlangsamt, falls
die Menge an gesammeltem Wasser groß ist.
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Falls
ferner die „Temperatur von wässriger Methanollösung
minus Umgebungstemperatur” einen großen Wert aufweist,
werden die U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b verringert, um die Menge
einer Luftzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang 46a herabzusetzen,
wodurch die Kapazität zum Kühlen der wässrigen
Methanollösung stabilisiert wird. Dies macht es möglich,
ein Überkühlen der wässrigen Methanollösung
zu verhindern. Falls jedoch die „Temperatur von wässriger
Methanollösung minus Umgebungstemperatur” einen
kleinen Wert aufweist, werden die U/min des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b erhöht, um die Menge
einer Luftzufuhr zu dem ersten Kühldurchgang 46a zu
steigern, wodurch die Kapazität zum Kühlen der
wässrigen Methanollösung stabilisiert wird. Dies
macht es möglich, ein Überhitzen der wässrigen
Methanollösung zu verhindern.
-
Es
wird ferner auf 8 Bezug genommen, um noch ein
anderes Beispiel von Operationen zu beschreiben, die für
die Radiatoreinheit 18 des Brennstoffzellensystems 10 relevant
sind. Erneut sind die Schritte S1 bis S15 identisch mit diesen bei dem
in 6 gezeigten Betrieb, so dass diese Schritte hier
nicht erläutert werden.
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Falls
der Schritt S13 bestimmt, dass die Menge an Wasser in dem Wassertank 16 geringer
als der zweite Schwellenwert ist, erhält der Prozess die Menge
an pro Zeiteinheit gesammeltem Wasser (beispielsweise eine Minute)
und die Menge an pro Zeiteinheit verbrauchtem Wasser (beispielsweise
eine Minute) (Schritt S17b). Die Menge an pro Zeiteinheit verbrauchtem
Wasser kann basierend auf einem Wert des elektrischen Stroms berechnet
werden, der sich aus einer Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 24 ergibt.
Der Wert des elektrischen Stroms kann basierend auf einer Ausgabe
von der Erfassungsschal tung 92 für elektrischen
Strom erhalten werden. Die Konzentration, die Temperatur der wässrigen
Methanollösung und die Umgebungstemperatur können
berücksichtigt werden, um die Menge Überkreuzung
bzw. Übergang (Crossover) und die Menge an Verdampfung
zu berechnen, auf deren Grundlage eine genauere Berechnung für
die Menge an pro Zeiteinheit verbrauchtem Wasser möglich
ist.
-
Dann
wird basierend auf dem Wert der „gesammelten Menge minus
verbrauchter Menge” von Wasser pro Zeiteinheit eine Sollstellung
des Plattenbauglieds 52 bestimmt (Schritt S19b). Bei diesem Prozess
des Bestimmens der Sollstellung des Plattenbauglieds 52 verwendet
der Prozess Referenzdaten, die in 10 gezeigt
sind, die eine entsprechende Beziehung zwischen dem Wert von „gesammelter Menge
minus verbrauchter Menge” von Wasser pro Zeiteinheit und
einem Prozentsatz der Menge an Luft, die zu dem Radiator 38a für
wässrige Lösung geschickt werden soll, angeben.
-
Die
in 10 gezeigten Daten sind für eine Einstellung,
dass ein Prozentsatz der Menge an Luft, die zu dem Radiator 38a für
wässrige Lösung geschickt wird, erhöht
wird, wohingegen ein Prozentsatz der Menge an Luft, die zu dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b gesendet
wird, bei einer Erhöhung des Wertes der „gesammelten
Menge minus verbrauchter Menge” von Wasser pro Zeiteinheit
verringert wird. Bei der Einstellung wird das Luftmengenverhältnis
zwischen dem Radiator 38a für wässrige Lösung
und dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b innerhalb
eines Bereichs von 20:80 bis 80:20 variiert.
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Somit
nimmt der Schritt S19b Bezug auf 10 und
bestimmt das Verhältnis der Menge an Luft, die zu dem Radiator 38a für
wässrige Lösung gesendet werden soll, gemäß dem
Wert der „gesammelten Menge minus verbrauchter Menge” von
Wasser pro Zeiteinheit, und basierend darauf erhält der Schritt
die Sollstellung des Plattenbauglieds 52. Dann wird das
Plattenbauglied 52 zu der Sollstellung geschwenkt (Schritt
S21b) und der Prozess geht zu einem Schritt S23b. Nach dem Fertigstellen
der Aufgabe bei dem Schritt S15 geht der Prozess ebenfalls zu dem
Schritt S23b.
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Bei
dem Schritt S23b erhält der Umgebungslufttemperatursensor 68 eine
Umgebungstemperatur. Als Nächstes erhält der Positionserfassungssensor eine
Position bzw. Stellung des Plattenbauglieds 52 (Schritt
S25b). Dann wird eine Menge an Luft, die für den Radiator 38a für
wässrige Lösung nötig ist, basierend
auf dem Wert von „Temperatur von wässriger Methanollösung
minus Umgebungstemperatur” erhalten. Bei diesem Prozess
des Erhaltens der Menge an Luft, die für den Radiator 38a für
wässrige Lösung notwendig ist, verwendet der Prozess
in 11 gezeigte Referenzdaten, die eine entsprechende
Beziehung zwischen dem Wert von „Temperatur von wässriger
Methanollösung minus Umgebungstemperatur” und
der Menge an Luft, die für den Radiator 38a für wässrige
Lösung nötig ist, angeben.
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Die
in 11 gezeigten Daten sind für eine Einstellung,
dass die Menge an Luft, die für den Radiator 38a für
wässrige Lösung nötig ist, kleiner wird, wenn
der Wert von „Temperatur von wässriger Methanollösung
minus Umgebungstemperatur” größer wird.
Dies berücksichtigt eine Tatsache, dass die wässrige
Methanollösung durch Luft, die die Umgebungstemperatur
aufweist, um so wirksamer gekühlt werden kann, je größer
der Wert der „Temperatur von wässriger Methanollösung
minus Umgebungstemperatur” ist.
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Basierend
auf der erhaltenen Menge von Luft und der Stellung des Plattenbauglieds 52 wird
dann ein U/min-Soll des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b bestimmt (Schritt S27b).
Das U/min-Soll des Eintrittslüfters 48a und des
Austrittslüfters 48b wird beispielsweise wie folgt
erhalten:
Zuerst erhält der Prozess ein U/min A, bei
dem es sich um die Anzahl von Umdrehungen pro Minute des Eintrittslüfters 48a und
des Austrittslüfters 48b handelt, die erforderlich
ist, um die oben beschriebene erhaltene Menge an Luft lediglich
zu dem Radiator 38a für wässrige Lösung
zu liefern, wobei der Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b vollständig
geschlossen ist. Dann wird ein Luftzufuhrmengenverhältnis
zwischen dem Radiator 38a für wässrige
Lösung und dem Gas-Flüssigkeitstrennradiator 38b bei der
tatsächlichen Stellung des Plattenbauglieds 52 berücksichtigt.
Falls beispielsweise das Luftzufuhrmengenverhältnis zwischen
den zwei Radiatoren als ein Verhältnis einer Menge einer
Zufuhr zum Kühlen der wässrigen Lösung
zu einer Menge einer Zufuhr für eine Gas-Flüssigkeitstrennung
ausgedrückt wird und als 40:60 gegeben ist, dann ist ein
U/min-Soll B für den Eintrittslüfter 48a und
den Austrittslüfter 48b durch die folgende Formel
gegeben: U/min A × 100/40.
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Dann
werden der Eintrittslüfter 48a und der Austrittslüfter 48b auf
das erhaltene U/min-Soll gesetzt (Schritt S29b) und der Prozess
gelangt an ein Ende.
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Der
in 8 gezeigte Betrieb wird in einem vorbestimmten
Intervall wiederholt durchgeführt.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem 10, das wie oben beschrieben wirksam
ist, wird die Menge an Wasser, das gesammelt werden soll, durch
Erhöhen des Durchgangswiderstands des zweiten Kühldurchgangs 46b und
durch Verringern des Durchgangswiderstands des ersten Kühldurchgangs 46a verringert, falls
der Wert der „gesammelten Menge minus verbrauchter Menge” von
Wasser pro Zeiteinheit groß ist. Falls jedoch der Wert
der „gesammelten Menge minus verbrauchter Menge” von
Wasser pro Zeiteinheit klein ist, wird der Durchgangswiderstand
des zweiten Kühldurchgangs 46b verringert und
der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs 46a erhöht,
um die Wassersammlung zu beschleunigen.
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Ferner
erhält der Prozess eine Menge an Luft, die an den ersten
Kühldurchgang 46a geliefert werden soll, basierend
auf der „Temperatur von wässriger Methanollösung
minus Umgebungstemperatur” und erhält dann U/min
des Eintrittslüfters 48a und des Austrittslüfters 48b zum
Erreichen der Zufuhrmenge basierend auf der Stellung des Plattenbauglieds 52.
Dies macht es möglich, die Kapazität zum Kühlen
der wässrigen Methanollösung weiter zu stabilisieren.
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Es
ist hier zu beachten, dass der Betrieb des Plattenbauglieds 52 bei
dem Schritt 53 in 6 bis 8 nicht
auf eine vollständige Schließung der Einlassöffnung
des Radiators 38a für wässrige Lösung beschränkt
ist. Beispielsweise kann das Plattenbauglied 52 zu irgendeiner
erwünschten Stellung bewegt werden, um den Durchgangswiderstand
des ersten Kühldurchgangs 46a größer
als den Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs 46b zu
machen.
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Ferner
sind die U/min des Eintrittslüfters 48a und des
Austrittslüfters 48b in dem Schritt S9 in 6 bis 8 nicht
auf den zuvor beschriebenen vorbestimmten Wert beschränkt,
sondern können basierend auf der „Temperatur von
wässriger Methanollösung minus Umgebungstemperatur” eingestellt werden.
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Ferner
ist der Betrieb des Plattenbauglieds 52 bei dem Schritt
S15 in 6 bis 8 nicht auf eine vollständige
Schließung der Einlassöffnung des Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b beschränkt.
Beispielsweise kann das Plattenbauglied 52 zu irgendeiner
erwünschten Stellung bewegt werden, um den Durchgangswiderstand
des ersten Kühldurchgangs 46a kleiner als den
Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs 46b zu
machen.
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Das
Plattenbauglied ist nicht auf das in 5 gezeigte
Plattenbauglied 52 beschränkt.
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Wie
es in 12A gezeigt ist, kann beispielsweise
ein Plattenbauglied 52a an einer oberen Oberfläche
des Radiators 38a für wässrige Lösung sowie
einer oberen Oberfläche des Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b vorgesehen
sein. Bei dieser Anordnung gleitet ein Ende des Plattenbauglieds 52a an der
oberen Oberfläche des Radiators 38a, wodurch die
obere Oberfläche des Radiators 38a durch eines der
Plattenbauglieder 52a geöffnet und geschlos sen wird.
Die Stellung des Plattenbauglieds 52a stellt einen Grad
an Öffnung/Schließung der oberen Oberfläche
des Radiators 38a dar. Das gleiche gilt für den Radiator 38b.
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Als
ein weiteres Beispiel kann ein Plattenbauglied 52b vorgesehen
sein, wie es in 12B gezeigt ist. Das Plattenbauglied 52b ist
an zwei Punkten getragen, die in dem Zuflussdurchgang 44 angeordnet
sind, und ist zum Schwingen zwischen der oberen Oberfläche
des Radiators 38a für wässrige Lösung
und der oberen Oberfläche des Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b in
der Lage. Die Stellung des Plattenbauglieds 52b legt einen
Grad einer Öffnung/Schließung der oberen Oberfläche
des Radiators 38a sowie der oberen Oberfläche
des Radiators 38b fest.
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Wie
es in 12C gezeigt ist, kann ferner eine
Mehrzahl (bei diesem Beispiel fünf) von Plattenbaugliedern 52c an
der oberen Oberfläche des Radiators 38a für
wässrige Lösung sowie der oberen Oberfläche
des Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b vorgesehen
sein. Bei dieser Anordnung schwenkt jedes der Plattenbauglieder 52c an
der oberen Oberfläche des Radiators 38a unter
Verwendung eines der Enden derselben als ein Schwenkgelenk, wodurch die
obere Oberfläche des Radiators 38a durch die Plattenbauglieder 52c geöffnet
und geschlossen wird. Die Stellungen der Plattenbauglieder 52c stellen
einen Grad einer Öffnung/Schließung der oberen Oberfläche
des Radiators 38a dar. Das gleiche gilt für den
Radiator 38b.
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Wie
es in 12D gezeigt ist, kann ferner das
Plattenbauglied 52d an der oberen Oberfläche des
Radiators 38a für wässrige Lösung
sowie der oberen Oberfläche des Gas-Flüssigkeitstrennradiators 38b vorgesehen
sein. Bei dieser Anordnung schwenkt eines der Plattenbauglieder 52d an
der oberen Oberfläche des Radiators 38a unter
Verwendung von einem der Enden desselben als einem Schwenkgelenk,
wodurch die obere Oberfläche des Radiators 38a durch
das Plattenbauglied 52d geöffnet und geschlossen
wird. Die Stellung des Plattenbauglieds 52d stellt einen
Grad einer Öffnung/Schließung der oberen Oberfläche
des Radiators 38a dar. Das gleiche gilt für den
Radiator 38b.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine
Beschreibung für einen Fall vorgenommen, bei dem Luft direkt
zu Außenumfangen der Radiatorrohre 40a und 40b geliefert
wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dies begrenzt,
obwohl die vorliegende Erfindung erfordert, dass es eine Zufuhr
von Fluid zu der Außenumfangsseite der Radiatorrohre 40a und 40b,
d. h. des ersten Rohrs und des zweiten Rohrs, gibt. Die Radiatorrohre 40a und 40b können
beispielsweise durch ein Bauglied bedeckt sein, so dass ein Fluid
an einer äußeren Oberfläche dieses Bauglieds
geliefert wird, um das Bauglied zu kühlen, wodurch die
Radiatorrohre 40a und 40b gekühlt werden.
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Hinsichtlich
der Fluidzufuhreinrichtung ist die vorliegende Erfindung nicht auf
den Fall beschränkt, bei dem sowohl der Eintrittslüfter 48a als
auch der Austrittslüfter 48b vorgesehen sind.
Es kann eventuell lediglich einer derselben vorgesehen sein. Falls beispielsweise
Außenluft ohne weiteres in den Zuflussdurchgang 44 eingebracht
werden kann, ohne sich auf die Luftleitung 56 zu stützen,
besteht kein Bedarf nach den Eintrittslüfter 48a.
Die Fluidzufuhreinrichtung ist nicht auf Lüfter beschränkt,
sondern kann durch irgendeine geeignete Komponente vorgesehen sein,
wie beispielsweise eine Pumpe, die zum Senden eines Fluids in der
Lage ist.
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Das
Fluid, das in die Radiatoreinheit 18 eingebracht wird,
ist nicht auf Luft beschränkt, sondern kann durch irgendein
Fluid vorgesehen sein. Beispiele umfassen gasförmige Fluide,
wie beispielsweise Stickstoff, und flüssigkeitsähnliches
Fluid, wie beispielsweise Wasser. Wenn eine Flüssigkeit
als das Fluid verwendet wird, ist die Fluidzufuhreinrichtung durch
Pumpen anstelle des Eintrittslüfters 48a und des
Austrittslüfters 48b vorgesehen und ist die Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung
durch einen Fluidtemperatursensor anstelle des Umgebungstemperatursensors 68 vorgesehen.
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Der
Temperatursensor 28 kann nahe dem Anodenauslass A2 vorgesehen
sein, so dass derselbe eine Temperatur von wässriger Methanollösung erfasst,
die aus dem Anodenauslass A2 des Zellenstapels 12 entladen
wird.
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Die
Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung, wie beispielsweise
der Flüssigkeitstemperatursensor 28, ist vorzugsweise
an einer wahlfreien Stelle entlang einer Route von dem Tank 14 für
wässrige Lösung, dem Anodeneinlass A1 des Zellenstapels 12 zu
dem Anodenauslass A2 desselben vorgesehen.
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Der
Konzentrationssensor kann durch einen Spannungssensor vorgesehen
sein. Der Spannungssensor ist beispielsweise nahe dem Anodeneinlass A1
des Zellenstapels 12 vorgesehen und erfasst eine Leerlaufspannung
der Brennstoffzelle 24. Die Konzentration von wässriger
Methanollösung kann auf der Grundlage der Leerlaufspannung
erfasst werden.
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Die
Flüssigkeitstemperaturinformationen hinsichtlich der Temperatur
von wässriger Methanollösung sind nicht auf die
Temperatur von der wässrigen Methanollösung selbst
beschränkt, sondern können durch eine Oberflächentemperatur
des Zellenstapels 12 oder der Brennstoffzelle 24 dargestellt sein.
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Die
Wassermengeninformationen hinsichtlich der Menge an Wasser in dem
Wassertank 16 sind nicht auf den Wert beschränkt,
der durch den Pegelsensor 32 erfasst wird, sondern können
die Menge an Wasser selbst sein.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Brennstoff
durch Methanol vorgesehen und ist die wässrige Brennstofflösung
durch wässrige Methanollösung vorgesehen. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dies beschränkt.
Bei dem Brennstoff kann es sich um einen anderen alkoholischen Brennstoff
handeln, wie beispielsweise Ethanol, die wässrige Brennstofflösung
kann durch eine andere wässrige alkoholische Lösung
vorgesehen sein, wie beispielsweise wässrige Ethanollösung.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch auf Brennstoffzellensysteme anwendbar,
die an einer Transportausrüstung befestigt sind, wie beispielsweise
einem Motorrad, oder an einer elektronischen Ausrüstung,
wie beispielsweise Personalcomputern. Ferner ist die vorliegende
Erfindung auf Brennstoffzellensysteme vom stationären (nicht
tragbaren) Typ anwendbar.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung bisher hinsichtlich bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass dieselben auf viele Arten
innerhalb des Schutzbereichs und der Wesensart der vorliegenden
Erfindung abgeändert werden können. Der Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung ist lediglich durch die zugehörigen
Ansprüche begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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