DE102009048851A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das zum genauen Steuern von wässriger Methanollösung und Feuchtigkeit, die aus der Brennstoffzelle entladen werden, in der Lage ist und größenmäßig klein gebaut werden kann. Ein Brennstoffzellensystem umfasst eine Radiatoreinheit. Die Radiatoreinheit weist ein Radiatorrohr für einen Fluss von wässriger Methanollösung, die aus einem Anodenauslass eines Zellenstapels entladen wird, der Brennstoffzellen umfasst; und ein Radiatorrohr für einen Fluss von Feuchtigkeit auf, die aus einem Kathodenauslass des Zellenstapels entladen wird. Ferner weist die Radiatoreinheit einen Zuflussdurchgang, damit Luft einfließen kann, einen ersten Kühldurchgang, der sich von dem Zuflussdurchgang verzweigt, zum Liefern der Luft an einen Außenumfang des Radiatorrohrs; und einen zweiten Kühldurchgang zum Liefern der Luft an einen Außenumfang des Radiatorrohrs auf. Ein Plattenbauglied ist in der Radiatoreinheit vorgesehen, um einen Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs und diesen des zweiten Kühldurchgangs einzustellen.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Begriff „Durchgangswiderstand” einen Schwierigkeitspegel für ein Fluid, in einem Durchgang zu fließen.
  • Der Begriff „Feuchtigkeit” ist ferner ein Konzept, das Wasser in flüssiger Form und Wasser in gasförmiger Form (Wasserdampf) umfasst.
  • 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.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Radiatoreinheit;
  • 3 ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das Bestandteilelemente des Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ein elektrisches Blockdiagramm des Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein erläuterndes Diagramm eines Beispiels einer Radiatoreinheit;
  • 6 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebs des Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 7 ein Flussdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Betriebs des Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 8 ein Flussdiagramm, das noch ein anderes Beispiel eines Betriebs des Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 9 einen Graphen, der eine entsprechende Beziehung zwischen „Temperatur von wässriger Methanollösung minus Umgebungstemperatur” und der Anzahl von Umdrehungen eines Lüfters zeigt;
  • 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;
  • 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
  • 12A bis 12D erläuternde Diagramme sind, die Variationen eines Plattenbauglieds zeigen.
  • Hierin werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 3 ist ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das Elemente des Brennstoffzellensystems 10 zeigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht der Radiatoreinheit 18.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 10 zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 4 umfasst das Brennstoffzellensystem 10 ferner einen Hauptschalter 78, einen Anzeigeabschnitt 82 und die Steuerung 84.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Als Nächstes wird auf 6 Bezug genommen, um ein Beispiel eines Betriebs zu beschreiben, das für die Radiatoreinheit 18 des Brennstoffzellensystems 10 relevant ist.
  • 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).
  • 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”.
  • 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.
  • 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.
  • Der in 6 gezeigte Betrieb wird in einem vorbestimmten Intervall wiederholt durchgeführt.
  • 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.
  • 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.
  • Ferner kann der Durchgangswiderstand ohne weiteres durch einfaches Bewegen des Plattenbauglieds 52 mit dem Servomotor 54 eingestellt werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der in 7 gezeigte Betrieb wird in einem vorbestimmten Intervall wiederholt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der in 8 gezeigte Betrieb wird in einem vorbestimmten Intervall wiederholt durchgeführt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Plattenbauglied ist nicht auf das in 5 gezeigte Plattenbauglied 52 beschränkt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2005/004267 [0003]

Claims (13)

  1. Brennstoffzellensystem (10), das folgende Merkmale aufweist: eine Brennstoffzelle (24), die eine Anode und eine Kathode umfasst; ein erstes Rohr (40a) für einen Fluss von wässriger Brennstofflösung, die von der Anode (A2) der Brennstoffzelle (24) entladen wird; ein zweites Rohr (40b) für einen Fluss von Feuchtigkeit, die aus der Kathode (C2) der Brennstoffzelle (24) entladen wird; einen Kühldurchgang, der einen Zuflussdurchgang (44) für einen Zufluss eines Fluids, um das erste Rohr (40a) und das zweite Rohr (40a) zu kühlen, einen ersten Kühldurchgang (46a), der sich von dem Zuflussdurchgang (44) verzweigt, zum Liefern des Fluids an eine Außenumfangsseite des ersten Rohrs (40a), und einen zweiten Kühldurchgang (46b), der sich von dem Zuflussdurchgang (44) verzweigt, zum Liefern des Fluids an eine Außenumfangsseite des zweiten Rohrs (40b) umfasst; eine Einstelleinrichtung zum Einstellen von Durchgangswiderständen des ersten Kühldurchgangs (46a) und des zweiten Kühldurchgangs (46b) in dem Kühldurchgang; und eine Steuereinrichtung (86) zum Steuern der Einstelleinrichtung.
  2. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 1, das ferner eine Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite des ersten Rohrs (40a) und an die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs (40b) aufweist.
  3. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einstelleinrichtung ein Plattenbauglied (52), das in dem Kühldurchgang vorgesehen ist, zum Einstellen der Durchgangswiderstände; und eine Antriebseinrichtung zum Bewegen des Plattenbauglieds (52) umfasst.
  4. Brennstoffzellensystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner folgende Merkmale aufweist: 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 einer Menge an Wasser in der Sammeleinrichtung; wobei die Steuereinrichtung (86) die Einstelleinrichtung basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen, die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden, und den Wassermengeninformationen, die durch die Wassermengenerhaltungseinrichtung erhalten werden, steuert.
  5. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 4, bei dem die Steuereinrichtung (86) die Einstelleinrichtung steuert, so dass der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs (46a) größer als der Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs (46b) ist, wenn die Temperatur, die durch die Flüssigkeitstemperaturinformationen angegeben ist, niedriger als ein erster Schwellenwert ist.
  6. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 5, das ferner eine Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite des ersten Rohrs (40a) und an die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs (40b) aufweist; wobei die Steuereinrichtung (86) die Fluidzufuhreinrichtung anhält, falls die Menge an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen angegeben ist, nicht geringer als ein zweiter. Schwellenwert ist, während jedoch die Fluidzufuhreinrichtung angetrieben wird, falls die Menge an Wasser, die durch die Wassermengeninformationen angegeben ist, geringer als der zweite Schwellenwert ist.
  7. Brennstoffzellensystem (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Steuereinrichtung (86) die Einstelleinrichtung steuert, so dass der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs (46a) kleiner ist als der Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs (46b), 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.
  8. Brennstoffzellensystem (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die Steuereinrichtung (86) die Einstelleinrichtung steuert, so dass der Durchgangswiderstand des ersten Kühldurchgangs (46a) und der Durchgangswiderstand des zweiten Kühldurchgangs (46b) einander im Wesentlichen 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.
  9. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 8, das ferner eine Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite des ersten Rohrs (40a) und an die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs (40b) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (86) die Fluidzufuhreinrichtung basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen steuert, die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden.
  10. Brennstoffzellensystem (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, bei dem die Steuereinrichtung (86) die Einstelleinrichtung basierend auf einer Menge einer Wassersammlung steuert, 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.
  11. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 10, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung zum Erhalten von Fluidtemperaturinformationen hinsichtlich einer Temperatur des Fluids; und eine Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite des ersten Rohrs (40a) und an die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs (40b), wobei die Steuereinrichtung (86) die Fluidzufuhreinrichtung basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen, die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden, und den Fluidtemperaturinformationen, die durch die Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden, steuert.
  12. Brennstoffzellensystem (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, bei dem die Steuereinrichtung (86) die Einstelleinrichtung basierend auf einer Menge einer Wassersammlung und einer Menge an Wasserverbrauch steuert, 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.
  13. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 12, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung zum Erhalten von Fluidtemperaturinformationen hinsichtlich einer Temperatur des Fluids; ein Plattenbauglied (52), das verschiebbar in dem Kühldurchgang vorgesehen ist, zum Einstellen des Durchgangswiderstands; und eine Fluidzufuhreinrichtung zum Liefern des Fluids an die Außenumfangsseite des ersten Rohrs (40a) und an die Außenumfangsseite des zweiten Rohrs (40b); wobei die Steuereinrichtung (86) die Fluidzufuhreinrichtung basierend auf den Flüssigkeitstemperaturinformationen, die durch die Flüssigkeitstemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden, Fluidtemperaturinformationen, die durch die Fluidtemperaturerhaltungseinrichtung erhalten werden, und einer Stellung des Plattenbauglieds (52) steuert.
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