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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffzuführsystem, das dazu konfiguriert ist, Kraftstoffgas aus einem Kraftstoffspeicherbehälter zu einem Zuführungsziel zuzuführen, während der Druck des Kraftstoffgases reduziert wird, und auf eine hierbei verwendete Druckreduziervorrichtung.
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Als eine Technik der vorstehend geschilderten Art ist ein herkömmliches Brennstoffzellensystem bekannt, das zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2007 323873 (
JP A 2007 323873 ) offenbart ist. Dieses Brennstoffzellensystem hat eine Brennstoffzelle zum Erzeugen von elektrischer Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Kraftstoffgas (Wasserstoffgas) und einem Oxidiergas (Luft), einen Wasserstofftank zum Speichern von Wasserstoffgas und einen Wasserstoffzuführkanal zum Zuführen des Wasserstoffgases des Wasserstofftanks zu der Brennstoffzelle. In dem Wasserstoffzuführkanal sind zwei Regulatoren in Reihe angeordnet, um den Druck des Wasserstoffgases in zwei Stufen zu regulieren, und eine Einspritzvorrichtung zum Regulieren einer Durchsatzrate des Wasserstoffgases, das der Brennstoffzelle zuzuführen ist. Es ist dazu konfiguriert, den Druck des Wasserstoffgases in dem Wasserstofftank stufig zu reduzieren und das druckreduzierte Kraftstoffgas durch die Einspritzvorrichtung zum Zuführen des Kraftstoffgases in die Brennstoffzelle einzuspritzen.
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Der Regulator ist eine Vorrichtung zum Regulieren eines stromaufwärtigen Drucks (primären Drucks) auf einen sekundären Druck, der im Voraus eingestellt wird, und er ist durch ein mechanisches Druckreduzierventil gebildet, das dazu konfiguriert ist, den primären Druck zu reduzieren. Da die beiden Regulatoren an einer stromaufwärtigen Seite der Einspritzvorrichtung in Reihe angeordnet sind, kann der stromaufwärtige Druck der Einspritzvorrichtung effektiv reduziert werden. Dementsprechend kann die Gestaltungsfreiheit der mechanischen Struktur der Einspritzvorrichtung verbessert werden.
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Bei dem in
JP A 2007 323873 offenbarten Brennstoffzellensystem verringert sich jedoch der stromabwärtige Druck des Regulators der zweiten Stufe der beiden Regulatoren während eines Nicht-Betriebs des Systems nicht. Daher kann das Wasserstoffgas nicht entweichen, das aus dem Regulator der ersten Stufe ausgetreten ist, und der Druck von diesem Wasserstoffgas wirkt auf einen Kanal zwischen der stromabwärtigen Seite des Regulators der ersten Stufe und der stromaufwärtigen Seite des Regulators der zweiten Stufe, und er wirkt des Weiteren auf Dichtelementen der Regulatoren. Dies kann einen Dichtungsfehler oder eine Zerstörung der Dichtelemente verursachen.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend geschilderten Umstände geschaffen, und es ist ihre Aufgabe, ein Kraftstoffzuführsystem vorzusehen, das dazu eingerichtet ist, den Druck des Kraftstoffgases zu reduzieren, der von einem Kraftstoffspeicherbehälter durch viele in Reihe angeordnete Druckreduzierventile gefördert wird, eine Durchsatzrate des druckreduzierten Kraftstoffgases zu regulieren und dieses Kraftstoffgas zu einem Zuführungsziel zuzuführen, wobei das System dazu konfiguriert ist, einen Dichtungsfehler und eine Zerstörung aufgrund des Drucks des Kraftstoffgases zu verhindern, das in einen mittleren Kanal ausgetreten ist, der sich zwischen einer stromabwärtigen Seite eines ersten Druckreduzierventils und einer stromaufwärtigen Seite eines zweiten Druckreduzierventils befindet.
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Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, sieht ein Aspekt der Erfindung ein Kraftstoffzuführsystem vor, das Folgendes aufweist: einen Kraftstoffspeicherbehälter zum Speichern von Kraftstoffgas; einen Kraftstoffzuführkanal zum Zuführen des Kraftstoffgases aus dem Kraftstoffspeicherbehälter zu einem Zuführungsziel; viele Druckreduzierventile, die in dem Kraftstoffzuführkanal stromabwärts von dem Kraftstoffspeicherbehälter vorgesehen und in Reihe angeordnet sind, um einen Druck des Kraftstoffgases zu reduzieren; und eine Kraftstoffdurchsatzratenreguliereinrichtung, die in dem Kraftstoffzuführkanal stromabwärts von den vielen Druckreduzierventilen vorgesehen und dazu konfiguriert ist, eine Durchsatzrate des Kraftstoffgases zu regulieren, das dem Zuführungsziel zuzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die vielen Druckreduzierventile ein erstes Druckreduzierventil, das an einer obersten Seite platziert ist, und ein zweites Druckreduzierventil aufweisen, das neben dem ersten Druckreduzierventil platziert ist, und wobei das Kraftstoffzuführsystem Folgendes aufweist: einen mittleren Kanal, in den Kraftstoffgas nach einer Druckreduzierung durch das erste Druckreduzierventil und vor einer Druckreduzierung durch das zweite Druckreduzierventil eintritt; einen hinteren Kanal, in den das Kraftstoffgas nach einer Druckreduzierung durch das zweite Druckreduzierventil eintritt; und eine Gasfreisetzungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, das Gas von dem mittleren Kanal nur dann freizusetzen, wenn ein Druck des Kraftstoffgases in dem mittleren Kanal übermäßig wird. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Dichtungsfehler und eine Zerstörung aufgrund des Drucks des Kraftstoffgases zu verhindern, das in einen mittleren Kanal ausgetreten ist, der sich zwischen einer stromabwärtigen Seite eines ersten Druckreduzierventils und einer stromaufwärtigen Seite eines zweiten Druckreduzierventils befindet.
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1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Brennstoffzellensystems bei einem ersten Ausführungsbeispiel:
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Hochdruckregulators bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators bei einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators bei einem dritten Ausführungsbeispiel;
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5 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Brennstoffzellensystems bei einem vierten Ausführungsbeispiel;
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6 zeigt eine Schnittansicht des Hochdruckregulators bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
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7 zeigt eine Schnittansicht eines Atmosphärenrückschlagventils bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
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8 zeigt eine Schnittansicht des Atmosphärenrückschlagventils bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
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9 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators bei einem fünften Ausführungsbeispiel;
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10 zeigt eine Draufsicht des Hochdruckregulators bei dem fünften Ausführungsbeispiel;
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11 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Brennstoffzellensystems bei einem sechsten Ausführungsbeispiel;
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12 zeigt eine Schnittansicht des Hochdruckregulators bei dem sechsten Ausführungsbeispiel;
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13 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators bei einem siebten Ausführungsbeispiel;
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14 zeigt eine Schnittansicht eines zweistufigen Rückschlagventils bei dem siebten Ausführungsbeispiel;
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15 zeigt eine Schnittansicht des zweistufigen Rückschlagventils bei dem siebten Ausführungsbeispiel;
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16 zeigt eine Schnittansicht des zweistufigen Rückschlagventils bei dem siebten Ausführungsbeispiel; und
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17 zeigt schematische Strukturansicht eines Bi-Fuel-Kraftmaschinensystems bei einem achten Ausführungsbeispiel.
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<Erstes Ausführungsbeispiel>
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Eine detaillierte Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt sind, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgesehen.
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Die 1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Brennstoffzellensystems bei diesem Ausführungsbeispiel. Dieses Brennstoffzellensystem wird in einem Elektrofahrzeug angebracht und zum Zuführen von elektrischer Leistung zu einem Antriebsmotor davon (nicht gezeigt) verwendet. Das Brennstoffzellensystem hat eine Brennstoffzelle (FC) 1 und einen Wasserstoffzylinder 2. Die Brennstoffzelle 1 ist dazu konfiguriert, elektrische Leistung aus Wasserstoffgas als ein Brennstoffgas und Luft als ein Oxidiergas zu erzeugen, das dorthin zugeführt wird. Die in der Brennstoffzelle 1 erzeugte elektrische Leistung wird dem Antriebsmotor durch einen Wechselrichter (nicht gezeigt) zugeführt. Der Wasserstoffzylinder 2 entspricht einem Beispiel eines Kraftstoffspeicherbehälters der Erfindung, und er wird zum Speichern von Wasserstoffgas mit hohem Druck verwendet.
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An einer Anodenseite der Brennstoffzelle 1 ist ein Wasserstoffzuführsystem als ein Kraftstoffzuführsystem der Erfindung vorgesehen. Dieses Wasserstoffzuführsystem hat einen Wasserstoffzuführkanal 3 zum Zuführen von Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffzylinder 2 zu der Brennstoffzelle 1, die ein Zuführungsziel ist, und einen Wasserstoffauslasskanal 4 zum Auslassen des Wasserstoffabgases, das aus der Brennstoffzelle 1 heraus gefördert wird. Der Wasserstoffzuführkanal 3 entspricht einem Beispiel eines Kraftstoffzuführkanals der Erfindung. In dem Wasserstoffzuführkanal 3 unmittelbar stromabwärts von dem Wasserstoffzylinder 2 ist ein Hauptstoppventil 5 vorgesehen, das durch ein Elektromagnetventil zum Schalten zwischen einer Zufuhr und einer Unterbrechung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstoffzylinder 2 zu dem Wasserstoffzuführkanal 3 gebildet ist. In dem Wasserstoffauslasskanal 4 ist ein erstes Wechselventil 6 vorgesehen, das durch ein Elektromagnetventil gebildet ist.
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In dem Wasserstoffzuführkanal 3 stromabwärts von dem Hauptstoppventil 5 ist ein Hochdruckregulator 7 zum Reduzieren des Drucks des Wasserstoffgases vorgesehen. Der Hochdruckregulator entspricht einem Beispiel einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung. In dem Wasserstoffzuführkanal 3, der sich zwischen dem Hauptstoppventil 5 und dem Hochdruckregulator 7 befindet, ist ein primärer Drucksensor 31 vorgesehen, um den Druck in diesem Kanal 3 als einen primären Druck P1 zu erfassen. Diesem primären Druck P1 kann zum Beispiel ein Wert in einem Bereich von 0,1 bis 90 (MPa) zugewiesen werden.
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Der Hochdruckregulator 7 hat einen ersten Regulator 8 und einen zweiten Regulator 9, die in Reihe angeordnet sind, einen Verbindungskanal 10, der eine Verbindung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des zweiten Regulators 9 ermöglicht, und ein Innenluftrückschlagventil 11, das in dem Verbindungskanal 10 vorgesehen ist, die als eine einzige Einheit einstückig konfiguriert sind. Der erste Regulator 8 entspricht einem Beispiel eines ersten Druckreduzierventils der vorliegenden Erfindung. Der zweite Regulator 9 entspricht einem Beispiel eines zweiten Druckreduzierventils der Erfindung. In dem Hochdruckregulator 7 wird der Druck des Wasserstoffgases, der durch den ersten Regulator 8 reduziert wurde, durch den zweiten Regulator 9 weiter reduziert, d. h. der Druck des Wasserstoffgases wird in zwei Stufen reduziert.
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In dem Wasserstoffzuführkanal 3 stromabwärts von dem Hochdruckregulator 7 ist eine Wasserstoffdurchsatzreguliervorrichtung 12 zum Regulieren einer Durchsatzrate des Wasserstoffgases vorgesehen, das der Brennstoffzelle 1 zuzuführen ist. Diese Wasserstoffdurchsatzreguliervorrichtung 12 entspricht einem Beispiel einer Kraftstoffdurchsatzreguliereinrichtung der Erfindung, und sie hat ein Förderrohr 13 und viele Einspritzvorrichtungen 14, 15, 16 und 17. Das Förderrohr 13 ist dazu eingerichtet, das Wasserstoffgas von dem Wasserstoffzuführkanal 3 zu den vielen Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 zu verteilen, und es hat somit ein vorbestimmtes Volumen. Hinsichtlich dieses Förderrohrs 13 sind die Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 parallel angeschlossen. Das Förderrohr 13 ist mit einem Zwischendruckentlastungsventil 18 versehen, das dann geöffnet wird, wenn der Druck in dem Förderrohr 13 einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel 3 (MPa)) überschreitet, um den Druck zu entspannen. Die Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 haben die erste Einspritzvorrichtung 14, die zweite Einspritzvorrichtung 15 und die dritte Einspritzvorrichtung 16, die jeweils das Wasserstoffgas mit einer normalen Durchsatzrate einspritzen, und die vierte Einspritzvorrichtung 17, die das Wasserstoffgas mit einer kleineren Durchsatzrate als die normale Durchsatzrate einspritzt. Die Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 sind jeweils mit einem Ventilöffnungsdruck entsprechend dem Druck des Wasserstoffgases eingestellt, der an der jeweiligen stromaufwärtigen Seite wirkt, um das Öffnen der Ventile der jeweiligen Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 zu ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ventilöffnungsdrücke der Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 zum Beispiel derart individuell eingestellt, dass der Ventilöffnungsdruck der ersten bis dritten Einspritzvorrichtung 14 bis 16 3 (MPa) beträgt, und dass der Ventilöffnungsdruck der vierten Einspritzvorrichtung 17 10 (MPa) beträgt. In dem Wasserstoffzuführkanal 3 unmittelbar stromaufwärts von dem Förderrohr 13 ist ein sekundärer Drucksensor 32 vorgesehen, um den Druck in dem Kanal 3 als einen sekundären Druck P2 zu erfassen. Dem sekundären Druck P2 kann zum Beispiel ein Wert in einem Bereich von 1,1 von 1,6 (MPa) zugewiesen werden.
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Eine stromabwärtige Seite der jeweiligen Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 ist mit der Brennstoffzelle 1 durch den Wasserstoffzuführkanal 3 verbunden. In dem Wasserstoffzuführkanal 3 an einer Position unmittelbar stromabwärts von der jeweiligen Einspritzvorrichtung 14 bis 17 ist ein tertiärer Drucksensor 33 vorgesehen, um den Innendruck des Kanals 3 an jener Position als einen tertiären Druck P3 zu erfassen. Diesem tertiären Druck P3 kann zum Beispiel ein Wert in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 (MPa) zugewiesen werden. In dem Wasserstoffzuführkanal 3 stromabwärts von dem tertiären Drucksensor 33 ist ein Niederdruckentlastungsventil 19 vorgesehen, das dazu konfiguriert ist, dann zu öffnen, wenn der Druck des Kanals 3 ein vorbestimmter Wert oder größer wird, um jenen Druck zu entspannen.
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Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind das Förderrohr 13, die jeweiligen Einspritzvorrichtungen 14 bis 17, das Zwischendruckentlastungsventil 18, das Niederdruckentlastungsventil 19, der sekundäre Drucksensor 32, der tertiäre Drucksensor 33 und ein Rohr 20, das diese Komponenten verbindet, als eine einzige Einheit einstückig konfiguriert.
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Andererseits sind an einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 1 ein Luftzuführkanal 21 zum Zuführen von Luft zu der Brennstoffzelle 1 und ein Luftauslasskanal 22 zum Auslassen der Abluft vorgesehen, die aus der Brennstoffzelle 1 heraus gefördert wird. In dem Luftzuführkanal 21 ist eine Luftpumpe 23 vorgesehen, um eine Durchsatzrate der Luft zu regulieren, die der Brennstoffzelle 1 zuzuführen ist. In dem Luftzuführkanal 21 stromabwärts von der Luftpumpe 23 ist ein Luftdrucksensor 34 vorgesehen, um einen Luftdruck P4 zu erfassen. In dem Luftauslasskanal 22 ist ein zweites Wechselventil 24 vorgesehen, das durch ein Elektromagnetventil gebildet ist.
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Bei der vorstehend beschriebenen Struktur wird das Wasserstoffgas, das aus dem Wasserstoffzylinder 2 heraus gefördert wird, der Brennstoffzelle 1 zugeführt, indem es durch den Wasserstoffzuführkanal 3 über das Hauptstoppventil 5, den Hochdruckregulator 7 und die Wasserstoffdurchsatzreguliervorrichtung 12 hindurch tritt. Das der Brennstoffzelle 1 zugeführte Wasserstoffgas wird für eine Leistungserzeugung in dieser Zelle 1 verwendet, und dann wird es als ein Wasserstoffabgas aus der Zelle 1 durch den Wasserstoffauslasskanal 4 und das erste Wechselventil 6 ausgelassen.
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Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die Luft, die aus der Luftpumpe 23 zu dem Luftzuführkanal 21 ausgelassen wird, der Brennstoffzelle 1 zugeführt. Die der Brennstoffzelle 1 zugeführte Luft wird für die Leistungserzeugung in der Zelle 1 verwendet und dann als ein Luftabgas aus der Zelle 1 durch den Luftauslasskanal 22 und das zweite Wechselventil 24 ausgelassen.
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Das vorstehend beschriebene Brennstoffzellensystem hat des Weiteren eine Steuervorrichtung 40, die zum Steuern des Systems betrieben wird. Die Steuervorrichtung 40 ist dazu konfiguriert, das Hauptstoppventil 5 und die jeweiligen Einspritzvorrichtungen 14 bis 17 auf der Grundlage von Erfassungswerten des primären Drucksensors 31, des sekundären Drucksensors 32 und des tertiären Drucksensors 33 zu steuern, um eine Strömung des Wasserstoffgases zu steuern, das der Brennstoffzelle 1 zuzuführen ist. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 40 auch dazu konfiguriert, das erste Wechselventil 6 zu steuern, um eine Strömung des Wasserstoffabgases des Wasserstoffauslasskanals 4 zu steuern. Andererseits ist die Steuervorrichtung 40 dazu eingerichtet, die Luftpumpe 23 auf der Grundlage eines Erfassungswerts des Luftdrucksensors 34 zu steuern, um eine Strömung der Luft zu steuern, die der Brennstoffzelle 1 zuzuführen ist. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 40 dazu konfiguriert, das zweite Wechselventil 24 zu steuern, um eine Strömung der Abluft in dem Luftauslasskanal 22 zu steuern. Die Steuervorrichtung 40 ist des Weiteren dazu konfiguriert, jeweils einen elektrischen Spannungswert und einen elektrischen Stromwert bezüglich der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 1 aufzunehmen. Die Steuervorrichtung hat eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher, und sie ist dazu konfiguriert, die jeweiligen Einspritzvorrichtungen 14 bis 17, die Luftpumpe 23 und andere Komponenten auf der Grundlage eines vorbestimmten Steuerprogramms zu steuern, das in dem Speicher gespeichert ist, um eine Wasserstoffgasmenge und eine Luftmenge zu steuern, die der Brennstoffzelle 1 zuzuführen sind.
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Nun werden die Einzelheiten des Hochdruckregulators 7 beschrieben. Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Hochdruckregulators 7. Dieser Hochdruckregulator 7 ist mit einem Gehäuse 41 versehen, und in diesem Gehäuse 41 sind einstückig der erste Regulator 8, der zweite Regulator 9, ein vorderer Kanal 3a, ein mittlerer Kanal 3b, ein hinterer Kanal 3c, der Verbindungskanal 10 und das Innenluftrückschlagventil 11 enthalten. Der vordere Kanal 3a ist der Raum, in dem das Wasserstoffgas eintritt, bevor sein Druck durch den ersten Regulator 8 reduziert wird. Der mittlere Kanal 3b ist der Raum, in dem das Wasserstoffgas eintritt, nachdem sein Druck durch den ersten Regulator 8 reduziert wurde und bevor sein Druck durch den zweiten Regulator 9 reduziert wird. Der hintere Kanal 3c ist der Raum, in dem das Wasserstoffgas eintritt, nachdem sein Druck durch den zweiten Regulator 9 reduziert wurde. In dem Gehäuse 41 ist der erste Regulator 8 an einer stromaufwärtigen Seite platziert, und der zweite Regulator 9 ist an einer stromabwärtigen Seite platziert, und der Verbindungskanal 10 und das Innenluftrückschlagventil 11 sind zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 angeordnet. Das Innenluftrückschlagventil 11 ist dazu konfiguriert, eine Wasserstoffgasströmung in einer Richtung von dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 zu ermöglichen, aber eine Wasserstoffgasströmung in einer umgekehrten Richtung von dem hinteren Kanal 3c zu dem mittleren Kanal 3b zu blockieren. In diesem Ausführungsbeispiel wird insbesondere das Innenluftrückschlagventil 11 betätigt, um eine Wasserstoffgasströmung zu ermöglichen, wenn der Druck des von dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c strömenden Wasserstoffgases größer ist als ein bestimmter Druck (der Ventilöffnungsdruck). Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Ventilöffnungsdruck des Innenluftrückschlagventils 11 so eingestellt, dass er größer ist als jener Druck, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts α zu dem normalen Regulierdruck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b erhalten wird. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel bilden der Verbindungskanal 10 und das Innenluftrückschlagventil 11 eine Gasfreisetzungseinrichtung der vorliegenden Erfindung, um das Wasserstoffgas aus dem mittleren Kanal 3b nur dann freizusetzen, wenn der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b übermäßig wird.
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Der erste Regulator 8 hat einen ersten Zylinder 42, einen ersten Kolben 43, der in dem ersten Zylinder 42 platziert ist, einen Stab 44, der sich von dem ersten Kolben 43 nach unten erstreckt, ein Ventilelement 45, das an einem unteren Ende des Stabs 44 vorgesehen ist, einen Ventilsitz 46, der in dem vorderen Kanal 3a entsprechend dem Ventilelement 45 vorgesehen ist, eine Ventilschließfeder 47, die das Ventilelement 45 zusammen mit dem Stab 44 und dem ersten Kolben 43 in einer Richtung zum Schließen des Ventilelements 45 drückt, und eine Ventilöffnungsfeder 48, die den ersten Kolben 43 zusammen mit dem Stab 44 und dem Ventilelement 45 in einer Richtung zum Öffnen des Ventilelements 45 drückt. Ein Dichtungselement 49 ist an einem Außenumfang des ersten Kolbens 43 vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen dem ersten Kolben 43 und dem ersten Zylinder 42 vorzusehen. Somit wird der erste Regulator 8 durch das Gleichgewicht zwischen dem Druck des Wasserstoffgases, der an dem vorderen Kanal 3a stromaufwärts von dem Regulator 8 wirkt, dem Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b, der Druckkraft der Ventilschließfeder 47 und der Druckkraft der Ventilöffnungsfeder 48 aktiviert, um den Druck des Wasserstoffgases zu reduzieren, der an der stromaufwärtigen Seite des ersten Regulators 8 wirkt.
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Der zweite Regulator 9 hat einen zweiten Zylinder 51, einen zweiten Kolben 52, der in dem zweiten Zylinder 51 platziert ist, eine Röhre 53, die einstückig mit dem zweiten Kolben 52 ausgebildet ist und sich von diesem nach oben erstreckt, einen Ventilsitz 54, der in dem mittleren Kanal 3b entsprechend einem oberen Ende der Röhre 53 vorgesehen ist, und eine Ventilöffnungsfeder 55, die den zweiten Kolben 52 zusammen mit der Röhre 53 in einer Richtung zum Trennen einer Öffnung 53a des oberen Endes der Röhre 53 von dem Ventilsitz 53 drückt. Der zweite Kolben 52 ist hohl ausgebildet, und sein hohler Teil 52a ist mit einem hohlen Teil 53b der Röhre 53 in Verbindung. Ein Dichtungselement 56 ist an einem Außenumfang des zweiten Kolbens 52 vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen dem zweiten Kolben 52 und dem zweiten Zylinder 51 vorzusehen. Ein Dichtungselement 57 ist außerdem zwischen einem Außenumfang eines oberen Endabschnitts der Röhre 53 und dem mittleren Kanal 3b vorgesehen. Dementsprechend wird der zweite Regulator 9 durch das Gleichgewicht zwischen dem Druck des Wasserstoffgases, nachdem dessen Druck in dem mittleren Kanal 3b stromaufwärts von dem Regulator 9 reduziert wurde, dem Druck des Wasserstoffgases in dem hinteren Kanal 3 und der Druckkraft der Ventilöffnungsfeder 55 aktiviert, um den Druck des Wasserstoffgases weiter zu reduzieren, der an der stromaufwärtigen Seite des zweiten Regulators 9 wirkt.
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Gemäß dem Wasserstoffzuführsystem und dem Hochdruckregulator 7 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel während eines Nicht-Betriebs des Brennstoffzellensystems das Wasserstoffgas aus dem ersten Regulator 8 in den mittleren Kanal 3b austreten, der sich zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 befindet, und somit kann sich der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b erhöhen. Um dies zu vermeiden, wird das in dem Verbindungskanal 10 vorgesehene Innenluftrückschlagventil 11 geöffnet, um eine Strömung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 zu ermöglichen, d. h. ein Freisetzen des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b, wodurch der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Dementsprechend wird verhindert, dass der Druck des in den mittleren Kanal 3b ausgetretenen Wasserstoffgases übermäßig wird, wodurch ein Dichtungsfehler und eine Zerstörung der Dichtungselemente 49 und 57 verhindert werden, die dem mittleren Kanal 3b zugewandt sind. Da des Weiteren das Wasserstoffgas zu dem hinteren Kanal 3c entweichen kann, ohne dass es zu der Außenseite des Wasserstoffzuführsystems entweicht, kann das Wasserstoffgas ohne verschwenderischen Verbrauch von Kraftstoff (Wasserstoff) entweichen.
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In dem einheitlichen Hochdruckregulator 7 wird hierbei das Innenluftrückschlagventil 11 geöffnet, um den Druck des mittleren Kanals 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 zu entspannen, auch wenn der erste Regulator 8, der offen bleibt, zerstört ist. Daher kann das Innenluftrückschlagventil 11 als ein Entlastungsventil für den Hochdruckregulator 7 dienen.
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Außerdem sind bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Verbindungskanal 10 und das Innenluftrückschlagventil 11 in einem kleinen Raum zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 platziert, so dass kein spezieller Raum für den Hochdruckregulator 7 als eine Einheit vorgesehen werden muss. Dies kann eine Vergrößerung des Hochdruckregulators 7 einschließlich des ersten Regulators 8 und des zweiten Regulators 9 über den Bedarf hinaus verhindern, und zwar aufgrund des Hinzufügens des Verbindungskanals 10 und des Innenluftrückschlagventils 11.
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<Zweites Ausführungsbeispiel>
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Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt sind, wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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In der folgenden Beschreibung werden identischen oder ähnlichen Komponenten zu dem ersten Ausführungsbeispiel dieselben Bezugszeichen zugewiesen, und ihre Einzelheiten werden hierbei nicht beschrieben. Somit werden in der folgenden Beschreibung die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Die 3 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators 27 bei diesem Ausführungsbeispiel. Wenn dies mit dem Hochdruckregulator 7 verglichen wird, der in der 2 gezeigt ist, ist der Hochdruckregulator 27 so konfiguriert, dass der erste Regulator 8 in einer umgekehrten Orientierung platziert ist und der zweite Regulator 9 in einer umgekehrten Orientierung platziert ist. Somit befinden sich in dem Hochdruckregulator 27, der eine andere Struktur als bei dem ersten Ausführungsbeispiel hat, der vordere Kanal 3a und der hintere Kanal 3c an Positionen über dem mittleren Kanal 3b.
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Dementsprechend können das Wasserstoffzuführsystem und der Hochdruckregulator 27 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bereitstellen.
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<Drittes Ausführungsbeispiel>
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Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt sind, wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Die 4 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators 28 bei dem dritten Ausführungsbeispiel. Wenn dies mit dem Hochdruckregulator 7 verglichen wird, der in der 2 gezeigt ist, ist der Hochdruckregulator 28 bei diesem Ausführungsbeispiel so konfiguriert, dass der erste Regulator 8 mit einer umgekehrten Orientierung platziert ist und der erste Regulator 8 und der zweite Regulator 9 so platziert sind, dass ihre unteren Enden auf demselben Niveau ausgerichtet sind. Somit befinden sich in dem Hochdruckregulator 28, der eine andere Struktur als bei dem ersten Ausführungsbeispiel hat, der vordere Kanal 3a und der mittlere Kanal 3b an Positionen über dem hinteren Kanal 3c.
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Dementsprechend können das Wasserstoffzuführsystem und der Hochdruckregulator 28 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel auch den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bereitstellen. Zusätzlich sind der erste Regulator 8, der Verbindungskanal 10 und das Innenluftrückschlagventil 11 in einem Bereich entsprechend der Höhe des Regulators 9 eingestellt. Somit kann die Größe in einer Höhenrichtung des Hochdruckregulators 28 reduziert werden, wenn dies mit dem Hochdruckregulator 27 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verglichen wird.
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<Viertes Ausführungsbeispiel>
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Ein viertes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt sind, werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Die 5 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Brennstoffzellensystems bei dem vierten Ausführungsbeispiel. Die 6 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators 29. Wie dies in der 6 gezeigt ist, sind die Struktur von diesem Hochdruckregulator 29 und die Platzierung des ersten sowie des zweiten Hochdruckregulators 8 und 9 im Wesentlichen gleich wie bei dem Hochdruckregulator 27, der in der 3 gezeigt ist. Somit sind der vordere Kanal 3a und der hintere Kanal 3c in dem Hochdruckregulator 29 auch an Positionen über dem mittleren Kanal 3b platziert. Das gegenwärtige Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den jeweiligen, vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen strukturell dahingehend, dass der Hochdruckregulator 29 mit einem Atmosphärenverbindungskanal 111 versehen ist, wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist, der eine Verbindung zwischen dem mittleren Kanal 3b und der Atmosphäre ermöglicht, und zwar anstelle des Verbindungskanals 10, der eine Verbindung zwischen dem mittleren Kanal 3b und dem hinteren Kanal 3c ermöglicht, und ein Atmosphärenrückschlagventil 112 ist in diesem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehen. Wie dies in der 6 gezeigt ist, ist das Atmosphärenrückschlagventil 112 in dem Gehäuse 41 derart platziert, dass es mittels einer Presspassung in einen Teil des Atmosphärenverbindungskanals 111 eingepasst ist. Ein oberer Endabschnitt des Atmosphärenrückschlagventils 112 steht von dem Gehäuse 41 nach oben vor. Dieser obere Endabschnitt des Atmosphärenrückschlagventils 112 ist mit einem Rohr 113 verbunden, das den Atmosphärenverbindungskanal bildet. Wie dies in der 5 gezeigt ist, ist ein vorderes Ende von diesem Rohr 113 mit dem Wasserstoffauslasskanal 4 verbunden, und somit ist es mit der Atmosphäre in Verbindung. Das Atmosphärenrückschlagventil 112, das in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehen ist, ist dazu konfiguriert, eine Strömung des Wasserstoffgases in einer Richtung von dem mittleren Kanal 3b zu dem Atmosphärenverbindungskanal 111 zu ermöglichen und eine Strömung des Wasserstoffgases in einer umgekehrten Richtung von dem Atmosphärenverbindungskanal 111 zu dem mittleren Kanal 3b zu blockieren. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel bilden der Atmosphärenverbindungskanal 111, das Rohr 113 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 eine Gasfreisetzungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Wie dies in der 6 gezeigt ist, sind auch bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der erste Regulator 8, der zweite Regulator 9, der vordere Kanal 3a, der mittlere Kanal 3b, der hintere Kanal 3c, der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 als eine einzige Einheit einstückig vorgesehen, um den Hochdruckregulator 29 zu bilden. Bei diesem Hochdruckregulator 29 ist der erste Regulator 8 an einer stromaufwärtigen Seite platziert, und der zweite Regulator 9 ist an einer stromabwärtigen Seite platziert, und der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 sind zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 platziert.
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Die 7 und 8 zeigen Schnittansichten des Atmosphärenrückschlagventils 112. Dieses Atmosphärenrückschlagventil 112 hat ein hohles, zylindrisches Gehäuse 121, einen Ventilsitz 121a, der in dem Gehäuse 121 ausgebildet ist, ein annähernd zylindrisches Ventilelement 122, das in dem Gehäuse 121 so vorgesehen ist, dass es an den Ventilsitz 121a gesetzt werden kann, eine Feder 123, die das Ventilelement 122 in einer Richtung drückt, in der es an den Ventilsitz 121a gesetzt wird (eine Ventilschließrichtung), und einen ringförmigen Stopper 124, der die Feder 123 hält. Der Ventilsitz 121a ist an seiner Mitte mit einem Ventilloch 121b ausgebildet, das als ein Eingang dient. Das Ventilelement 122 hat einen Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser an einer vorderen Endseite, und einen Abschnitt 122b mit großem Durchmesser an einer Basisendseite, und der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser ist mit vielen Verbindungslöchern 122c ausgebildet. Ein Gummiblatt 125 ist an dem vorderen Ende des Abschnitts 122a mit kleinem Durchmesser befestigt. Eine Kontaktfläche des Gummiblatts 125, die mit dem Ventilsitz 121a in Kontakt gelangt, ist mit einer vorstehenden Lippe ausgebildet. Diese Lippe von dem Gummiblatt 125 sorgt für eine Abdichtung zwischen dem Ventilelement 122 und dem Ventilsitz 121a. Wenn ein übermäßiger Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b auf das Ventilloch 121b des Ventilsitzes 121a wirkt, bewegt sich somit das Gummiblatt 125 des Ventilelements 122 geringfügig von dem Ventilsitz 121a gegen die Druckkraft der Feder 123 weg (Ventilöffnung). Wie dies durch Pfeile in der 8 angegeben ist, strömt dabei das Wasserstoffgas aus dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre. Insbesondere tritt das Wasserstoffgas in das Ventilloch 121b ein, es tritt zwischen dem Ventilsitz 121a und dem Gummiblatt 125 hindurch, es tritt dann durch das Innere des Ventilelements 122 durch die Verbindungslöcher 122c hindurch, und es strömt aus dem Gehäuse 121 durch die Löcher 124a des Stoppers 124.
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Gemäß dem Wasserstoffzuführsystem und dem Hochdruckregulator 29 bei dem vorstehend beschriebenen, gegenwärtigen Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel während eines Nicht-Betriebs des Brennstoffzellensystems das Wasserstoffgas aus dem ersten Regulator 8 in den mittleren Kanal 3b austreten, und somit kann sich der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b erhöhen. Um dies zu vermeiden, wird das in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehene Atmosphärenrückschlagventil 112 geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Wasserstoffgas aus dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre durch den Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Rohr 113 strömt, d. h. die Freisetzung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b wird ermöglicht, um dadurch den Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b zu reduzieren. Dementsprechend wird verhindert, dass der Druck des Wasserstoffgases übermäßig wird, das in dem mittleren Kanal 3b ausgetreten ist, wodurch ein Dichtungsfehler und eine Zerstörung der Dichtungselemente 49 und 57 verhindert werden, die dem mittleren Kanal 3b zugewandt sind. Des Weiteren kann das Hochdruckwasserstoffgas zu der Atmosphäre oder zu der Außenseite des Wasserstoffzuführsystems entweichen, ohne dass es in das Innere des hinteren Kanals 3c stromabwärts von dem zweiten Regulator 9 entweicht. Dadurch kann eine große Menge des Wasserstoffgases in einem Zug entweichen, wenn dies mit dem Fall eines Entweichens in den hinteren Kanal 3c verglichen wird, es kann verhindert werden, dass der Druck des Wasserstoffgases in dem hinteren Kanal 3c mehr als erforderlich ansteigt, und es kann eine Druckbeständigkeit des Hochdruckregulators 29 gewährleistet werden.
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Bei dem einheitlichen Hochdruckregulator 29 wird hierbei das Atmosphärenrückschlagventil 112 geöffnet, um den Druck des mittleren Kanals 3b zu der Atmosphäre durch den Atmosphärenverbindungskanal 111, das Rohr 113 und den Wasserstoffauslasskanal 4 freizusetzen, auch wenn der erste Regulator 8, der geöffnet bleibt, zerstört ist. Daher können das Atmosphärenrückschlagventil 112 und der Hochdruckregulator 29 als ein Freisetzungsventil für den Hochdruckregulator 29 dienen.
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Wenn gemäß der 5 das Hauptstoppventil 5 aus einem geschlossenen Ventilzustand geöffnet wird, wird der hohe Wasserstoffgasdruck einmal auf den Hochdruckregulator 29 aufgebracht. Wenn dabei der erste Regulator 8 spät geschlossen wird, steigt der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b zwischen dem erstem Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 an. Dabei wird das Atmosphärenrückschlagventil 112 geöffnet, um zu ermöglichen, dass der Druck in dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre entweicht, wodurch ein übermäßiger Druckanstieg (Überschwingen) in dem mittleren Kanal 3b verhindert wird.
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Dies kann eine Anforderung an die Druckbeständigkeit des Hochdruckregulators 29 reduzieren.
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Auch bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 in dem kleinen Raum zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 platziert, so das kein spezieller Raum für den Hochdruckregulator 29 als eine Einheit vorgesehen werden muss. Dies kann eine Vergrößerung des Hochdruckregulators 29 einschließlich des ersten Regulators 8 und des zweiten Regulators 9 über den Bedarf hinaus verhindern, und zwar aufgrund der Hinzufügung des Atmosphärenverbindungskanals 111 und des Atmosphärenrückschlagventils 112.
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<Fünftes Ausführungsbeispiel>
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Ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt werden, wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel strukturell hinsichtlich der Platzierung des Atmosphärenverbindungskanals 111 und des Atmosphärenrückschlagventils 112. Die 9 zeigt eine Schnittansicht eines Hochdruckregulators 30 bei diesem Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel darin, dass der erste Regulator 8 einen ersten Zylinder 42 und einen ersten Kolben 43 aufweist, wobei eine Öffnung 42a des ersten Zylinders 42 mit dem mittleren Kanal 3b in Verbindung ist, und wobei der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 angrenzend an der Öffnung 42a platziert sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 in dem Gehäuse 41 in einem Bereich platziert, der nicht einer stromabwärtigen Seite des ersten Zylinders 42 entspricht. Wie dies insbesondere in der 9 gezeigt ist, ist der Atmosphärenverbindungskanal 111 so platziert, dass er sich in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Erstreckungsrichtung des mittleren Kanals 3b hinsichtlich des ersten Zylinders 42 als ein Mittelpunkt erstreckt. Das Atmosphärenrückschlagventil 112 ist so platziert, dass es in einer horizontalen Richtung von einem offenen Ende des Atmosphärenverbindungskanals 111 vorsteht. Das Atmosphärenrückschlagventil 112 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Atmosphärenrückschlagventil 112 bei dem vierten Ausführungsbeispiel strukturell dahingehend, dass das Gehäuse 121 einstückig mit dem Gehäuse 41 des Hochdruckregulators 30 ausgebildet ist. Die übrige Struktur ist ähnlich, wie dies in den 7 und 8 gezeigt ist. Das Rohr 113, das mit diesem Atmosphärenrückschlagventil 112 verbunden ist, ist mit der Atmosphäre durch den Wasserstoffauslasskanal 4 wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel in Verbindung.
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Das Wasserstoffzuführsystem und der Hochdruckregulator 30 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel können daher ebenfalls den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel bereitstellen. Die 10 zeigt eine Draufsicht von diesem Hochdruckregulator 30. Die Platzierung des Atmosphärenverbindungskanals 111 und des Atmosphärenrückschlagventils 112 in dem Hochdruckregulator 30 kann den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei einer Platzierung bei diesem Ausführungsbeispiel nur dann bereitstellen, wenn der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 so platziert sind, dass sie sich in einer radialen Richtung des ersten Zylinders 42 in einem spezifischen Bereich R1 erstrecken, der an dem ersten Zylinder 42 zentriert ist, wie dies durch einen Pfeil in der 10 angegeben ist. Auch wenn der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 in diesem spezifischen Bereich R1 gemäß den Designanforderungen platziert sind, kann anders gesagt der äquivalente, vorteilhafte Betrieb wie bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel erhalten werden.
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Im Folgenden wird nun ein Vergleich zwischen der Platzierung des Atmosphärenverbindungskanals 111 und des Atmosphärenrückschlagventils 112 in dem Hochdruckregulator 30 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel und der Platzierung des Atmosphärenverbindungskanals 111 und des Atmosphärenrückschlagventils 112 in dem Hochdruckregulator 29 bei dem vierten Ausführungsbeispiel vorgegeben. Der Druck in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 steigt an einer Position nahe der Öffnung 42a des ersten Zylinders 42 schneller an, so dass die Zeitgebung zum Starten der Ventilöffnung des Atmosphärenrückschlagventils 112 genau dadurch aktiviert wird, wodurch ermöglicht wird, dass der Druckanstieg in dem mittleren Kanal 3b unterdrückt wird. Dementsprechend kann der Hochdruckregulator 30 die Wirkung zum Unterdrücken des Druckanstiegs aufgrund des Atmosphärenrückschlagventils 112 besser als der Hochdruckregulator 29 verbessern. Da der Hochdruckregulator 30 nicht mit dem Atmosphärenverbindungskanal 111 in dem mittleren Kanal 3b versehen ist, kann der Innendurchmesser des mittleren Kanals 3b ungeachtet der Struktur des Atmosphärenverbindungskanals 111 und des Atmosphärenrückschlagventils 112 groß festgelegt werden. Daher kann der Innendurchmesser des Ventillochs 121b des Ventilsitzes 121a des Atmosphärenrückschlagventils 112 in dem Hochdruckregulator 30 größer festgelegt werden als in dem Hochdruckregulator 29, und somit kann das Ansprechverhalten beim Ventilöffnen des Atmosphärenrückschlagventils 112 verbessert werden. Hierbei ermöglicht der Hochdruckregulator 29 sogar eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Ventillochs 121b. Falls jedoch der Innendurchmesser des mittleren Kanals 3b relativ verkleinert wird, wird der mittlere Kanal 3b als eine Drossel wirken, was zu einem verschlechterten Ansprechverhalten beim Ventilöffnen des Atmosphärenrückschlagventils 112 führt. Der Hochdruckregulator 30 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel kann einen derartigen Defekt vermeiden.
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Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 angrenzend an der Öffnung 42a des ersten Zylinders 42 entsprechend dem ersten Regulator 8 platziert, der an der stromaufwärtigen Seite und in einem Bereich platziert ist, der nicht einer stromabwärtigen Seite des Zylinders 42 entspricht. Dementsprechend sind der Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 nahe dem stromaufwärtigen Ende des mittleren Kanals 3b positioniert, so dass die Druckänderung des Wasserstoffgases auf das Atmosphärenrückschlagventil 112 genau dadurch noch schneller wirkt. Somit kann der einheitliche Hochdruckregulator 30 einschließlich des ersten Regulators 8 und des zweiten Regulators 9 ein verbessertes Ansprechverhalten des Atmosphärenrückschlagventils 112 auf den Druckanstieg des Wasserstoffgases bereitstellen.
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<Sechstes Ausführungsbeispiel>
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Ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt sind, wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Hochdruckregulator 30 des fünften Ausführungsbeispiels darin, dass der Verbindungskanal 10 und das Innenluftrückschlagventil 11 zusätzlich vorgesehen sind. Die 11 zeigt eine schematische Strukturansicht des Brennstoffzellensystems bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel. Die 12 zeigt eine schematische Schnittansicht des Hochdruckregulators 30. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Hochdruckregulator 30 zusätzlich zu dem Atmosphärenverbindungskanal 111 und dem Atmosphärenrückschlagventil 112 mit dem Verbindungskanal 10, der eine Verbindung zwischen dem mittleren Kanal 3b und dem hinteren Kanal 3c ermöglicht, und dem Innenluftrückschlagventil 11 versehen, das in dem Verbindungskanal 10 vorgesehen ist.
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Insbesondere ist der Hochdruckregulator 30 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel mit dem Atmosphärenverbindungskanal 111 und dem Atmosphärenrückschlagventil 112 wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel versehen, das in der 12 gezeigt ist, und er ist außerdem mit dem Verbindungskanal 10 etwa an der Mitte des mittleren Kanals 3b zwischen dem ersten Regulator und dem zweiten Regulator 9 versehen, und das Innenluftrückschlagventil 11 ist in dem Verbindungskanal 10 vorgesehen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Ventilöffnungsdruck des Atmosphärenrückschlagventils 112 größer eingestellt als der Ventilöffnungsdruck des Innenluftrückschlagventils 11. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus eine Durchsatzrate des Wasserstoffgases in dem Atmosphärenrückschlagventil 112 größer festgelegt als eine Durchsatzrate des Wasserstoffgases in dem Innenluftrückschlagventil 11.
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Daher können das Wasserstoffzuführsystem und der Hochdruckregulator 30 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sogar den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel bereitstellen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist zusätzlich der Verbindungskanal 10, der mit dem hinteren Kanal 3c in Verbindung ist, etwa an der Mitte des mittleren Kanals 3b vorgesehen, und das Innenluftrückschlagventil 11 ist in diesem Verbindungskanal 10 vorgesehen. Darüber hinaus ist das Atmosphärenrückschlagventil 112, das in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehen ist, mit einem größeren Ventilöffnungsdruck und einer größeren Durchsatzrate des Kraftstoffgases als das Innenluftrückschlagventil 11 eingestellt, das in dem Verbindungskanal 10 vorgesehen ist. Wenn dementsprechend das Wasserstoffgas geringfügig aus dem ersten Regulator 8 in dem mittleren Kanal 3b austritt und der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b etwas ansteigt, wird das Innenluftrückschlagventil 11 mit einem relativ kleinen Ventilöffnungsdruck und einer niedrigen Durchsatzrate des Wasserstoffgases geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Wasserstoffgas aus dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 strömt, so dass der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass der Druck des Wasserstoffgases übermäßig ansteigt, das in den mittleren Kanal 3b ausgetreten ist, und somit einen Dichtungsfehler und eine Zerstörung der Dichtungselemente 49 und 57 zu verhindern, die dem mittleren Kanal 3b zugewandt sind. Wenn andererseits der erste Regulator 8, der offen bleibt, zerstört ist, wird eine große Menge des Wasserstoffgases zum Strömen aus dem ersten Regulator 8 in den mittleren Kanal 3b veranlasst, was einen schnellen Anstieg des Drucks des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b verursacht. In diesem Fall wird das Innenluftrückschlagventil 11 geöffnet, und außerdem wird das Atmosphärenrückschlagventil 112 mit einem relativ großen Ventilöffnungsdruck und einer hohen Durchsatzrate des Wasserstoffgases ebenfalls geöffnet, wodurch eine Strömung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre durch den Atmosphärenverbindungskanal 111 und das Rohr 113 ermöglicht wird. Somit wird der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b schnell reduziert. Dies kann verhindern, dass der Druck des Wasserstoffgases, das zu dem mittleren Kanal 3b geströmt ist, übermäßig ansteigt, und dies kann somit einen Dichtungsfehler und eine Zerstörung der Dichtungselemente 49 und 57 verhindern, die dem mittleren Kanal 3b zugewandt sind. Des Weiteren kann die Druckbeständigkeit des Hochdruckregulators 30 gewährleistet werden.
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Auch wenn bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 ansteigt, wird das Atmosphärenrückschlagventil 112 geöffnet, um eine Strömung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre durch den Atmosphärenverbindungskanal 111 zu ermöglichen, und/oder das Innenluftrückschlagventil 11 wird geöffnet, um eine Strömung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 zu ermöglichen, so dass der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Dementsprechend können das Atmosphärenrückschlagventil 112 und das Innenluftrückschlagventil 11 entweder wahlweise aktiviert werden, oder sie können beide gleichzeitig aktiviert werden.
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Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Ventilöffnungsdruck des Atmosphärenrückschlagventils 112 größer eingestellt als der Ventilöffnungsdruck des Innenluftrückschlagventils 11. In einer Stufe, bei der der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b weniger ansteigt, wird das Innenluftrückschlagventil 11 zuerst geöffnet, um eine Strömung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 zu ermöglichen, wodurch der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Wenn der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b weiter ansteigt, wird das Atmosphärenrückschlagventil 112 geöffnet, um eine Strömung des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre durch den Atmosphärenverbindungskanal 111 zu ermöglichen, wodurch der Druck des Kraftstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Dementsprechend können das Innenluftrückschlagventil 11 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 gemäß dem Grad der Druckerhöhung des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b in Stufen aktiviert werden. Dies kann einen verschwenderischen Verbrauch des Wasserstoffgases reduzieren und eine Druckbeständigkeit des Hochdruckregulators 30 gewährleisten.
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Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Durchsatzrate des Wasserstoffgases in dem Atmosphärenrückschlagventil 112 größer festgelegt als die Durchsatzrate des Wasserstoffgases in dem Innenluftrückschlagventil 11. Somit wird in einer Stufe, bei der der Druck des Wasserstoffgases weniger ansteigt, das Innenluftrückschlagventil 11 geöffnet, um zu ermöglichen, dass eine kleine Menge des Wasserstoffgases in angemessener Weise aus dem mittleren Kanal 3b zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 10 strömt, wodurch der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Wenn der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b weiter ansteigt, wird das Atmosphärenrückschlagventil 112 geöffnet, um zu ermöglichen, dass eine große Menge des Wasserstoffgases aus dem mittleren Kanal 3b zu der Atmosphäre durch den Atmosphärenverbindungskanal 111 in einem Zug strömt, wodurch der Druck des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b reduziert wird. Dementsprechend können das Innenluftrückschlagventil 11 und das Atmosphärenrückschlagventil 112 gemäß dem Grad der Druckerhöhung des Wasserstoffgases in dem mittleren Kanal 3b in Stufen aktiviert werden, wodurch ein verschwenderischer Verbrauch von Wasserstoffgas reduziert wird und die Druckbeständigkeit des Hochdruckregulators 30 gewährleistet wird.
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<Siebtes Ausführungsbeispiel>
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Ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellensystem ausgeführt sind, werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Bei dem vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel sind das Atmosphärenrückschlagventil 112, das in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehen ist, und das Innenluftrückschlagventil 11, das in dem Verbindungskanal 10 vorgesehen ist, an getrennten Positionen in dem Gehäuse 41 platziert. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich das siebte Ausführungsbeispiel von dem sechsten Ausführungsbeispiel strukturell dahingehend, dass ein einziges Rückschlagventil, das sowohl Funktionen des Atmosphärenrückschlagventils 112 als auch des Innenluftrückschlagventils 11 hat, in dem Gehäuse 41 vorgesehen ist. Die 13 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Hochdruckregulators 131 bei dem siebten Ausführungsbeispiel. Der Hochdruckregulator 131 bei diesem Ausführungsbeispiel hat im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie der Hochdruckregulator 29 bei dem vierten Ausführungsbeispiel außer einem zweistufigen Rückschlagventil 136 und dessen Umgebungsstruktur. Wie dies insbesondere in der 13 gezeigt ist, ist das zweistufige Rückschlagventil 136 bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehen, der in dem Gehäuse 41 zwischen dem ersten Regulator 8 und dem zweiten Regulator 9 vorgesehen ist. Des Weiteren ist das Gehäuse 41 mit einem Verbindungskanal 137 angrenzend an dem zweistufigen Rückschlagventil 136 ausgebildet, um eine Verbindung zwischen dem Atmosphärenverbindungskanal 111, der mit dem mittleren Kanal 3b in Verbindung ist, und dem hinteren Kanal 3c zu ermöglichen. Der Innendurchmesser des Verbindungskanals 137 ist deutlich kleiner festgelegt als der Innendurchmesser des Atmosphärenverbindungskanals 111.
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Die 14, 15 und 16 zeigen Schnittansichten des zweistufigen Rückschlagventils 136. Dieses zweistufige Rückschlagventil 136 hat die äquivalente Konfiguration wie das Atmosphärenrückschlagventil 112, das in dem Atmosphärenverbindungskanal 111 vorgesehen ist, der in den 7 und 8 bei dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Somit wird die äquivalente Konfiguration zu dem Atmosphärenrückschlagventil 112 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Die folgende Beschreibung fokussiert sich auf die Unterschiede. Wie dies in den 14 bis 16 gezeigt ist, ist ein Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser des Ventilelements 122 so ausgebildet, dass er in einer axialen Richtung länger ist als der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser, der in den 7 und 8 gezeigt ist. In einem Innenraum des Abschnitts 122a mit kleinem Durchmesser ist ein kleines Ventilelement 126 mit einer scheibenartigen Form so platziert, dass es in der axialen Richtung des Abschnitts 122a mit kleinem Durchmesser bewegbar ist. Zwischen der Innenbodenfläche des kleinen Ventilelements 126 und einer Innenbodenfläche des Abschnitts 122a mit kleinem Durchmesser ist eine Feder 127 vorgesehen, die das kleine Ventilelement 126 zu einem Ventilsitz 121a (in einer Ventilschließrichtung) drückt. Des Weiteren ist eine Gummidichtung 128 an einem vorderen Ende (einem unteren Ende in den 14 bis 16) des Abschnitts 122a mit kleinem Durchmesser in der axialen Richtung so vorgesehen, dass der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser mit dem Ventilsitz 121a durch die Gummidichtung 128 in Kontakt gelangt. In ähnlicher Weise ist eine Gummidichtung 129 an einem vorderen Ende (einem unteren Ende in den 14 bis 16) des kleinen Ventilelements 126 in der axialen Richtung so vorgesehen, dass das kleine Ventilelement 126 mit dem Ventilsitz 121a durch die Gummidichtung 129 in Kontakt gelangt. Des Weiteren ist das Gehäuse 121 mit einem Verbindungsloch 130 entsprechend dem Ventilsitz 121a ausgebildet. Insbesondere mündet ein Ende des Verbindungslochs 130 in einem Teil der Fläche des Ventilsitzes 121a, mit dem die Gummidichtung 129 des kleinen Ventilelements 126 in Kontakt gelangt. Das andere Ende des Verbindungslochs 130 ist mit dem Verbindungskanal 137 in Verbindung, der in dem Gehäuse 41 ausgebildet ist. Das Verbindungsloch 130 bildet einen Teil des Verbindungskanals 137, und der Innendurchmesser des Verbindungslochs 130 ist so festgelegt, dass er gleich jenem des Verbindungskanals 137 ist. Hierbei ist das Verbindungsloch 130 so vorgesehen, dass der Verbindungskanal 137 von dem Atmosphärenverbindungskanal 111 abzweigt. Hierbei ist die Druckkraft der Feder 123 des Ventilelements 122 deutlich größer eingestellt als jene der Feder 127 des kleinen Ventilelements 126. Dementsprechend ist der Ventilöffnungsdruck des kleinen Ventilelements 126 beim Öffnen gegen die Feder 127 aus dem geschlossenen Ventilzustand beim Kontakt mit dem Ventilsitz 121a relativ klein festgelegt, während der Ventilöffnungsdruck des Abschnitts 122a mit kleinem Durchmesser des Ventilelements 122 beim Öffnen gegen die Feder 123 aus dem geschlossenen Ventilzustand zusammen mit dem kleinen Ventilelement 126 relativ groß festgelegt ist.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, dient das Ventilelement 122 (der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser) als ein Atmosphärenrückschlagventil, das entsprechen dem Ventilsitz 121a vorgesehen ist, um den Atmosphärenverbindungskanal 111 zu öffnen und zu schließen. Andererseits dient das kleine Ventilelement 126 als ein Innenluftrückschlagventil, das entsprechend dem Ventilsitz 121a vorgesehen ist, um den Verbindungskanal 137 zu öffnen und zu schließen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist der Verbindungskanal 137 insbesondere so vorgesehen, dass er von dem Atmosphärenverbindungskanal 111 abzweigt, und das Innenluftrückschlagventil ist so konfiguriert, dass es in der Nähe eines Abschnitts des Verbindungskanals 137, der von dem Atmosphärenverbindungskanal 111 abzweigt, einstückig mit dem Atmosphärenrückschlagventil ist.
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Dementsprechend öffnet dieses zweistufige Rückschlagventil 136 in zwei Stufen gemäß einer Differenz des Wasserstoffgasdrucks, der auf den Atmosphärenverbindungskanal 111 wirkt, und zwar von dem mittleren Kanal 3b in dem Hochdruckregulator 131. Wenn insbesondere kein Wasserstoffgas in den mittleren Kanal 3b austritt, ist der Druck des Wasserstoffgases äußerst klein, der auf das Ventilloch 121b des Ventilsitzes 121a wirkt. Somit sind sowohl der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser des Ventilelements 122 als auch das kleine Ventilelement 126 mit dem Ventilsitz 121a in einem geschlossenen Ventilzustand in Kontakt, wie dies in der 14 gezeigt ist. Wenn andererseits eine kleine Menge des Wasserstoffgases in den mittleren Kanal 3b austritt, erhöht sich der Druck des Wasserstoffgases, der auf das Ventilloch 121b des Ventilsitzes 121a wirkt. Wie dies in der 15 gezeigt ist, bewegt sich somit nur das kleine Ventilelement 126 von dem Ventilsitz 121a zum Öffnen des Ventils weg, wohingegen der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser des Ventilelements 122 in dem geschlossenen Ventilzustand bleibt. Dementsprechend strömt das Wasserstoffgas, das geringfügig in dem mittleren Kanal 3b ausgetreten ist, aus dem Ventilloch 121b in das Verbindungsloch 130, wie dies durch einen gestrichelten Pfeil in der 15 angegeben ist, und dann strömt es in den hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 137. Wenn eine große Menge des Wasserstoffgases in den mittleren Kanal 3b austritt, erhöht sich weiter der Druck des Wasserstoffgases, der auf das Ventilloch 121b des Gehäuses 121 wirkt. Wie dies in der 16 gezeigt ist, bewegt sich somit der Abschnitt 122a mit kleinem Durchmesser des Ventilelements 122 zusammen mit dem kleinen Ventilelement 126 weg von dem Ventilsitz 121a, um das Ventil zu öffnen. Wie dies durch dicke Pfeile in der 16 angegeben ist, tritt dementsprechend eine große Menge des Wasserstoffgases, das in den mittleren Kanal 3b ausgetreten ist, in das Ventilloch 121b ein, es tritt durch einen Raum zwischen dem Ventilsitz 121a und der Gummidichtung 128 hindurch, es tritt durch die Verbindungslöcher 122c und dann in das Innere des Ventilelements 122, und dann strömt es aus dem Gehäuse 121 durch ein Loch 124a eines Stoppers 124, um zur Atmosphäre durch das Rohr 13 zu entweichen. Gleichzeitig, wie dies durch einen gestrichelten Pfeil in der 16 angegeben ist, strömt ein Teil des Wasserstoffgases aus dem Ventilloch 121b in das Verbindungsloch 130, um zu dem hinteren Kanal 3c durch den Verbindungskanal 137 zu entweichen. Auf diese Weise wird ein Öffnen des Ventils des zweistufigen Rückschlagventils 136 in zwei Stufen bewirkt.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, können das Wasserstoffzuführsystem und der Hochdruckregulator 131 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel bereitstellen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist zusätzlich das Innenluftrückschlagventil einstückig mit dem Atmosphärenrückschlagventil ausgebildet, um das zweistufige Rückschlagventil 136 in der Nähe eines Abschnitts des Verbindungskanals 137 zu bilden, der von dem Atmosphärenverbindungskanal 111 abzweigt. Dementsprechend ist kein zusätzlicher Raum für das Innenluftrückschlagventil erforderlich. Dies kann den Raum zum Platzieren des Innenluftrückschlagventils einsparen, und somit kann die Größe des Hochdruckregulators 131 und damit des Wasserstoffzuführsystems direkt dadurch reduziert werden.
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<Achtes Ausführungsbeispiel>
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Ein achtes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffzuführsystems und einer Druckreduziervorrichtung des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels bei einem Bi-Fuel-Kraftmaschinensystem gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Die 17 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Bi-Fuel-Kraftmaschinensystems, das in einem Fahrzeug anzubringen ist. Das Bi-Fuel-Kraftmaschinensystem hat eine Kraftmaschine 61, die mit Benzin und CNG (komprimiertes Erdgas) als Kraftstoff laufen kann. In einem Einlasskanal 62 zum Einführen von Luft, die durch einen Einlass (nicht gezeigt) zu der Kraftmaschine 61 gesaugt wird, sind unter anderem eine Luftreinigungsvorrichtung 63, ein Drosselventil 64, ein Zwischenbehälter 65 in der Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite des Kanals 62 angeordnet. Die in den Zwischenbehälter 65 strömende Luft wird zu vielen Zylindern 67, die in der Kraftmaschine 61 vorgesehen sind, über einen Einlasskrümmer 66 verteilt. In dem Einlasskrümmer 66 oder in Einlassanschlüssen 68 wird ein Gemisch aus Kraftstoff (CNG und Benzin), das von dem Kraftstoffzuführsystem 80 zugeführt wird, und Luft erzeugt. Dieses Luft/Kraftstoff-Gemisch wird zu jedem Zylinder 67 zugeführt.
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Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in jeden Zylinder 67 über ein Einlassventil 70 bei einer Zeitgebung zugeführt, bei der sich ein Kolben 69 von einem oberen Totpunkt nach unten bewegt (Einlasshub). Dann wird der Kolben 69 in dem entsprechenden Zylinder 67 nach oben bewegt, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu verdichten (Verdichtungshub). Wenn der Kolben 69, der den oberen Totpunkt erreicht hat, dabei beginnt, sich erneut nach unten zu bewegen, explodiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch und verbrennt in dem Zylinder 67 durch Zündung einer Zündkerze 71, und der aus der Verbrennung resultierende Druck wird als eine Leistung zu einer Kurbelwelle 72 über den Kolben 69 übertragen (Verbrennungshub). Eine Kurbelwelle 72 wird durch die übertragene Leistung gedreht. Wenn danach der Kolben 69, der einen unteren Totpunkt erreicht hat, beginnt, sich erneut nach oben zu bewegen, wird das Abgas nach der Verbrennung aus dem Zylinder 67 durch ein Abgasventil 73 ausgelassen (Auslasshub).
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Das Kraftstoffzuführsystem 80 beinhaltet ein Benzinzuführsystem 81 und ein CNG-Zuführsystem 82. Das Benzinzuführsystem 82 führt Benzin, das in dem Benzintank 83 gespeichert ist, zu jedem Zylinder 67 der Kraftmaschine 61 zu, der ein Zuführziel ist. Das CNG-Zuführsystem 82 entspricht einem Beispiel eines Kraftstoffzuführsystems der Erfindung und arbeitet zum Zuführen von CNG-Gas (Kraftstoffgas), das unter hohem Druck in einem CNG-Tank 84 gespeichert ist, zu jedem Zylinder 67 der Kraftmaschine 61, der ein Zuführziel ist. Der CNG-Tank 84 entspricht einem Beispiel eines Kraftstoffspeicherbehälters der Erfindung.
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Das Benzinzuführsystem 81 beinhaltet eine Kraftstoffpumpe 85, die zum Ansaugen von Benzin aus dem Benzintank 83 dient, und ein Benzinförderrohr 86, in das der aus der Kraftstoffpumpe 85 ausgelassene Kraftstoff eingeführt wird. Dieses Benzinförderrohr 86 ist mit vielen Benzineinspritzvorrichtungen 87 zum Einspritzen von Benzin in entsprechende, innere Teile des Einlasskrümmers 66 versehen, und zwar eine pro Zylinder 67. Diese Benzineinspritzvorrichtungen 87 werden durch eine Steuervorrichtung 100 bei entsprechenden Zeitgebungen zum Einspritzen von Benzin in die entsprechenden, inneren Teile des Einlasskrümmers 66 individuell gesteuert.
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Das CNG-Zuführsystem 82 beinhaltet einen Hochdruckkraftstoffzuführkanal 88, der mit dem CNG-Tank 84 verbunden ist, und ein Förderrohr 89 für CNG, das mit einem stromabwärtigen Ende (einem rechten Ende in der 17) des Kanals 88 verbunden ist. Zwischen dem CNG-Tank 84 und dem Hochdruckkraftstoffzuführkanal 88 ist ein Hauptventil 90 vorgesehen, das mit einem elektromagnetischen Normal-Geschlossen-Ventil versehen ist, dessen Öffnungs- und Schließvorgänge durch die Steuervorrichtung 100 gesteuert werden. Während dieses Hauptventil 90 in einem geschlossenen Ventilzustand ist, ist das Innere des CNG-Tanks 84 in einem hermetisch abgedichteten Zustand.
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In dem Hochdruckkraftstoffzuführkanal 88 stromabwärts von dem Hauptventil 90 (an einer rechten Seite in der 17) sind ein erster Drucksensor 97 zum Erfassen des Drucks in dem Hochdruckkraftstoffzuführkanal 88 und ein Unterbrechungsventil 91 vorgesehen, das durch die Steuervorrichtung 100 zum Öffnen und zum Schließen gesteuert wird. Wenn das Hauptventil 90 und das Unterbrechungsventil 91 in einem geöffneten Ventilzustand sind, wird das CNG in dem CNG-Tank 84 zu dem CNG-Förderrohr 89 durch den Hochdruckkraftstoffzuführkanal 88 zugeführt. Wenn andererseits das Unterbrechungsventil 91 in einem geschlossenen Ventilzustand versetzt ist, wird das CNG dem CNG-Förderrohr 89 nicht zugeführt.
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An einer stromabwärtigen Seite des Unterbrechungsventils 91 in dem Hochdruckkanal 88 ist ein Hochdruckregulator 92 vorgesehen, um den Druck des CNG, das von dem CNG-Tank 84 zugeführt wird, d. h. den Druck des Kraftstoffgases (Kraftstoffdruck) zu reduzieren. Dieser Hochdruckregulator 92 entspricht einem Beispiel einer Druckreduziervorrichtung der Erfindung, und er ist zum Zuführen von CNG mit einem vorbestimmten Kraftstoffdruck zu dem CNG-Förderrohr 89 betreibbar. Hierbei können als dieser Regulator 92 zum Beispiel die Hochdruckregulatoren 7, 27–30 und 131 verwendet werden, die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils erläutert wurden.
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In dem CNG-Förderrohr 89 sind viele CNG-Einspritzvorrichtungen 93 vorgesehen, um das CNG in entsprechende, innere Teile des Einlasskrümmers 66 einzuspritzen, und zwar eine pro Zylinder 67. Des Weiteren sind in dem CNG-Förderrohr 89 ein zweiter Drucksensor 98 zum Erfassen des Drucks in dem Rohr 89 und ein Temperatursensor 99 zum Erfassen der Temperatur des CNG vorgesehen, das zu dem CNG-Förderrohr 89 zugeführt wird. Die CNG-Einspritzvorrichtungen 93 werden bei entsprechenden Zeitgebungen zum Einspritzen unter anderem in die entsprechenden inneren Teile des Einlasskrümmers 66 durch die Steuervorrichtung 100 individuell gesteuert, die Erfassungssignale von dem zweiten Drucksensor 98 und dem Temperatursensor 99 aufnimmt. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel entspricht jede CNG-Einspritzvorrichtung 93 einem Beispiel einer Kraftstoffdurchsatzratenreguliereinrichtung der Erfindung.
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Dementsprechend kann bei dem Bi-Fuel-Kraftmaschinensystem bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Regulator 92 in dem Hochdruckkraftstoffzuführkanal 88 zum Zuführen von CNG zu der Kraftmaschine 61 den äquivalenten, vorteilhaften Betrieb wie bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die jeweiligen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und sie kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne ihre wesentlichen Merkmale zu verlassen.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Druckreduziervorrichtung der vorliegenden Erfindung als der Hochdruckregulator 7, 27–30 oder 131 einschließlich zwei Hochdruckregulatoren ausgeführt, d. h. der erste Regulator 8 und der zweite Regulator 9. Als eine Alternative kann die Druckreduziervorrichtung als ein Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung) ausgeführt sein, der mit drei oder mehreren Hochdruckregulatoren (Druckreduzierventilen) versehen ist.
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Bei dem achten Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoffzuführsystem der vorliegenden Erfindung als das Bi-Fuel-Kraftmaschinensystem ausgeführt, das mit Benzin und CNG (komprimiertes Erdgas) läuft, aber es kann als ein Mono-Fuel-Kraftmaschinensystem ausgeführt sein, das allein mit CNG (komprimiertes Erdgas) läuft.
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Die vorliegende Erfindung ist als ein Bauelement einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle verwendbar, die in einem Fahrzeug angebracht sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennstoffzelle (Zuführziel)
- 2
- Wasserstoffzylinder (Kraftstoffspeicherbehälter)
- 3
- Wasserstoffzuführkanal (Kraftstoffzuführkanal)
- 3a
- vorderer Kanal
- 3b
- mittlerer Kanal
- 3c
- hinterer Kanal
- 7
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 8
- erster Regulator (erstes Druckreduzierventil)
- 9
- zweiter Regulator (zweites Druckreduzierventil)
- 10
- Verbindungskanal
- 11
- Innenluftrückschlagventil
- 12
- Wasserstoffdurchsatzreguliervorrichtung (Kraftstoffdurchsatzreguliereinrichtung)
- 27
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 28
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 29
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 30
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 42
- erster Zylinder
- 42a
- Öffnung
- 43
- erster Kolben
- 61
- Kraftmaschine (Zuführziel)
- 82
- CNG-Zuführsystem
- 84
- CNG-Tank (Kraftstoffspeicherbehälter)
- 88
- Hochdruckkraftstoffzuführkanal (Kraftstoffzuführkanal)
- 89
- CNG-Förderrohr (Kraftstoffzuführkanal)
- 92
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 93
- CNG-Einspritzvorrichtung (Kraftstoffdurchsatzreguliereinrichtung)
- 111
- Atmosphärenverbindungskanal
- 112
- Atmosphärenrückschlagventil
- 113
- Rohr (Atmosphärenverbindungskanal)
- 130
- Verbindungsloch (Verbindungskanal)
- 131
- Hochdruckregulator (Druckreduziervorrichtung)
- 136
- zweistufiges Rückschlagventil
- 137
- Verbindungskanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007323873 A [0002, 0004]