-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffversorgungseinheit, die zum Einstellen der Strömungsrate und des Druckes von Brennstoffgas, mit dem ein Versorgungsziel aus einem Brennstoffbehälter versorgt wird, verwendet wird.
-
Hierfür ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das beispielsweise in Patentdokument 1 offenbart ist, das unten aufgelistet ist. Das in Patentdokument 1 offenbarte Brennstoffzellensystem weist einen einlassseitigen Verteiler auf, dem das Brennstoffgas zugeführt wird, Injektoren, die in dem einlassseitigen Verteiler vorgesehen sind und dazu verwendet werden, die Strömungsrate und den Druck des Brennstoffgases zu steuern, und einen auslassseitigen Verteiler, der an einer Injektorseite der Injektoren vorgesehen ist. Des Weiteren ist in dem auslassseitigen Verteiler ein Überdruckventil vorgesehen.
-
Das in
JP-A-2012-156033 (Patentdokument 1) offenbarte Brennstoffzellensystem kann ein einstückiges Ausführen eines Brennstoffgas-Zuführrohrsystems realisieren. Allerdings offenbart dieses Dokument 1 insbesondere kein Verfahren zum Anordnen des Überdruckventils. Falls das Überdruckventil in dem auslassseitigen Verteiler vorgesehen ist, ist es allgemein denkbar, dass einige Komponenten wie beispielsweise ein Stecker und ein Riegel zum Sichern des Überdruckventils an dem auslassseitigen Verteiler benötigt werden. Dies würde in einer beschwerlichen Arbeit zum Installieren des Überdruckventils in dem auslassseitigen Verteiler resultieren. Deshalb ist es angedacht, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, welche die Einheit bilden. Falls das Überdruckventil an einer Position vorgesehen ist, in welcher es von dem auslassseitigen Verteiler nach außen ragt, würde solch ein Überdruckventil das Verkleinern der Einheit behindern. In diesem Fall könnte solch eine Einheit nicht mit genügend Platz in einem begrenzten Raum eines Motorraums von einem Fahrzeug installiert werden. Deshalb ist es angedacht, die Einheit weiter zu verkleinern.
-
Die vorliegende Erfindung wurde dazu gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und hat einen Zweck, eine Brennstoffzuführeinheit vorzusehen, die dazu geeignet ist, die Anzahl der Komponenten und die Größe der Einheit zu reduzieren.
-
Um den obigen Zweck zu erfüllen, sieht ein Aspekt der Erfindung eine Brennstoffzuführeinheit gemäß Anspruch 1 vor.
-
Gemäß des obigen Aspekts ist es möglich, das Erfordernis für ein Befestigungsbauteil zum Fixieren eines Überdruckventils an einem Einströmblock oder an einem Ausströmblock zu eliminieren, wodurch eine Reduktion der Anzahl der Teile der Brennstoffversorgungseinheit ermöglicht wird. Des Weiteren kann das Überdruckventil zusammen mit dem Einströmblock und dem Ausströmblock zusammengebaut werden, ohne von dem Einströmblock und dem Ausströmblock abzustehen, so dass ein Verkleinern der Brennstoffzuführeinheit erreicht werden kann.
-
Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß der Brennstoffversorgungseinheit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Anzahl der Teile zu reduzieren und die Einheit zu verkleinern.
-
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht eines Brennstoffzellensystems;
-
2 ist eine Querschnittsansicht einer Wasserstoffversorgungseinheit in Beispiel 1;
-
3 ist eine Querschnittsansicht eines integralen Überdruckventils und dessen Umgebung in Beispiel 2;
-
4 ist eine Querschnittsansicht von einem erstseitigen Überdruckventil und dessen Umgebung in Beispiel 3;
-
5 ist eine Querschnittsansicht eines erstseitigen Überdruckventils und dessen Umgebung in Beispiel 4;
-
6 ist eine Querschnittsansicht eines zweitseitigen Überdruckventils und dessen Umgebung in Beispiel 5;
-
7 ist eine Querschnittsansicht einer Wasserstoffversorgungseinheit in Beispiel 6; und
-
8 ist eine Querschnittsansicht einer Wasserstoffversorgungseinheit in Beispiel 7.
-
Eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen gegeben. Als erstes wird ein Brennstoffzellensystem 1 erklärt. Dieses Brennstoffzellensystem 1 weist eine Brennstoffzelle 10, einen Wasserstoffzylinder 12, einen Wasserstoffversorgungskanal 14, einen Wasserstoffablasskanal 16, ein Hauptabsperrventil 18, ein erstes Umschaltventil 20, einen Hochdruckregulator 22, eine Wasserstoffversorgungseinheit 24, einen Luftversorgungskanal 26, einen Luftablasskanal 28, eine Luftpumpe 30, ein zweites Umschaltventil 32, einen ersten Drucksensor 34, einen zweiten Drucksensor 36, einen dritten Drucksensor 38, einen Luftdrucksensor 40, eine Steuerung 42, und andere auf.
-
Dieses Brennstoffzellensystem 1 wird in einem Elektrofahrzeug montiert und dazu verwendet, einen Antriebsmotor (nicht dargestellt) des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Während der Verwendung erzeugt die Brennstoffzelle 10 Elektrizität durch Empfangen eines Wasserstoffgases als Brennstoffgas und Luft als Oxidatorgas. Der Antriebsmotor (nicht dargestellt) wird durch einen Inverter (nicht dargestellt) mit der in der Brennstoffzelle 10 erzeugten Elektrizität versorgt. Der Wasserstoffzylinder 12 speichert Wasserstoffgas unter hohem Druck.
-
An einer Anodenseite der Brennstoffzelle 10 ist ein Wasserstoffversorgungssystem vorgesehen. Dieses System 1 weist einen Wasserstoffversorgungskanal 14, um ein Versorgungsziel mit Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffzylinder 12 zu versorgen, wie beispielsweise die Brennstoffzelle 10, und einen Wasserstoffablasskanal 16 auf, zum Ablassen von Wasserstoffabgas, um diesem ein Ausströmen aus der Brennstoffzelle 10 zu erlauben. In dem Wasserstoffversorgungskanal 14 ist unmittelbar stromabwärts des Wasserstoffzylinders 12 das Hauptabsperrventil 18 angeordnet, welches aus einem elektromagnetischen Ventil besteht, das dazu eingerichtet ist, zwischen dem Zuführen und dem Abschalten des Wasserstoffgases aus dem Wasserstoffzylinder 12 zu dem Wasserstoffversorgungskanal 14 zu schalten. In dem Wasserstoffablasskanal 16 ist das erste Umschaltventil 20 vorgesehen, das aus einem elektromagnetischen Ventil besteht.
-
In dem Wasserstoffversorgungskanal 14 ist stromabwärts des Hauptabsperrventils 18 der Hochdruckregulator 22 vorgesehen, um den Druck des Wasserstoffgases zu reduzieren. In dem Wasserstoffversorgungskanal 14 ist zwischen dem Hauptabsperrventil 18 und dem Hochdruckregulator 22 der erste Drucksensor 34 vorgesehen, um den Innendruck des Kanals 14 als den ersten Druck P1 zu erfassen.
-
In dem Wasserstoffzuführkanal 14 ist stromabwärts des Hochdruckregulators 22 der zweite Drucksensor 36 vorgesehen. Dieser zweite Drucksensor 36 erfasst den Innendruck des Wasserstoffversorgungskanals 14 zwischen dem Hochdruckregulator 22 und der Wasserstoffversorgungseinheit 24 als den zweiten Druck P2.
-
In dem Wasserstoffversorgungskanal 14 ist stromabwärts des zweiten Drucksensors 36 die Wasserstoffversorgungseinheit 24 vorgesehen, um die Strömungsrate und den Druck des Wasserstoffgases einzustellen, mit dem die Brennstoffzelle 10 versorgt werden soll. Die Wasserstoffversorgungseinheit 24 ist ein Beispiel für eine Brennstoffversorgungseinheit der vorliegenden Erfindung. Die Details der Wasserstoffversorgungseinheit 24 werden später erklärt.
-
In dem Wasserstoffversorgungskanal 14, stromabwärts der Wasserstoffversorgungseinheit 24, ist der dritte Drucksensor 38 vorgesehen. Dieser dritte Drucksensor 38 erfasst den Innendruck des Kanals 14 zwischen der Wasserstoffversorgungseinheit 24 und der Brennstoffzelle 10 als den dritten Druck P3.
-
Andererseits ist an einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 der Luftversorgungskanal 26 vorgesehen, um die Brennstoffzelle 10 mit Luft zu versorgen, und der Luftablasskanal 28 zum Ablassen von Luftabgas, um diesem ein Ausströmen aus der Brennstoffzelle 10 zu erlauben. In dem Luftversorgungskanal 26 ist die Luftpumpe 30 zum Einstellen einer Luftströmungsrate, mit der die Brennstoffzelle 10 versorgt wird, vorgesehen. In dem Luftversorgungskanal 26 ist stromabwärts der Luftpumpe 30 der Luftdrucksensor 40 vorgesehen, um den Luftdruck P4 zu erfassen. In dem Luftablasskanal 28 ist das zweite Umschaltventil 32 vorgesehen, das aus einem elektromagnetischen Ventil besteht.
-
In dem vorangegangenen Aufbau wird mit dem Wasserstoffgas, das aus dem Wasserstoffzylinder 12 geliefert wird, die Brennstoffzelle 10 versorgt, mittels Durchströmen durch den Wasserstoffversorgungskanal 14 durch das Hauptabsperrventil 18, den Hochdruckregulator 22, und die Wasserstoffversorgungseinheit 24. Das Wasserstoffgas, mit dem die Brennstoffzelle 10 versorgt wird, wird zum Erzeugen von Strom in der Brennstoffzelle 10 verwendet und danach durch den Wasserstoffablasskanal 16 und das erste Umschaltventil 20 als Wasserstoffabgas aus der Brennstoffzelle 10 abgelassen.
-
In dem vorangegangenen Aufbau wird die Brennstoffzelle 10 mit der Luft, welche mittels der Luftpumpe 30 in den Luftversorgungskanal 26 eingedüst wird, versorgt. Diese Luft, mit der die Brennstoffzelle 10 versorgt wird, wird zum Erzeugen von Strom in der Brennstoffzelle 10 verwendet, und danach durch den Luftablasskanal 28 und das zweite Umschaltventil 32 als Luftabgas aus der Brennstoffzelle 10 abgelassen.
-
Dieses Brennstoffzellensystem 1 weist des Weiteren eine Steuerung 42, die zum Steuern des Systems 1 verantwortlich ist, auf. Insbesondere um eine Strömung des Wasserstoffgases, mit dem die Brennstoffzelle 10 versorgt wird, zu steuern, steuert die Steuerung 42 das Hauptabsperrventil 18 und die Injektoren 52, die in der Wasserstoffversorgungseinheit 24 vorgesehen sind, basierend auf erfassten Werten des ersten Drucksensors 34, des zweiten Drucksensors 36, und des dritten Drucksensors 38. Die Steuerung 42 steuert des Weiteren das erste Umschaltventil 20, um eine Strömung des Wasserstoffabgases in dem Wasserstoffablasskanal 16 zu steuern. Andererseits steuert die Steuerung 42 die Luftpumpe 30, basierend auf einem erfassten Wert des Luftdrucksensors 40, um eine Luftströmung, mit der die Brennstoffzelle 10 versorgt wird, zu steuern.
-
Des Weiteren steuert die Steuerung 42 das zweite Umschaltventil 32, um eine Strömung von Luftabgas in dem Luftablasskanal 28 zu steuern. Die Steuerung 42 empfängt einen Spannungswert und einen Stromstärkenwert, die aus der Erzeugung von Elektrizität in der Brennstoffzelle 10 resultieren. Die Steuerung 42 weist eine zentrale Recheneinheit (CPU) und einen Speicher auf und steuert dadurch die Injektoren 52, die Luftpumpe 30, und andere basierend auf einem vorbestimmten Steuerprogramm, das in dem Speicher gespeichert ist, um die Strömungsrate von Wasserstoffgas und die Strömungsrate von Luft, mit der die Brennstoffzelle 10 jeweils versorgt wird, zu steuern.
-
Als nächstes wird die Wasserstoffversorgungseinheit 24 untenstehend beschrieben.
-
In Beispiel 1 weist die Wasserstoffversorgungseinheit 24, wie in den 1 und 2 gezeigt, einen Einströmblock 44, einen Ausströmblock 46, ein erstseitiges Überdruckventil 48, ein zweitseitiges Überdruckventil 50, die Injektoren 52, Schrauben 54, und andere auf. Das erstseitige Überdruckventil 48 ist ein Beispiel für ein ”erstes Überdruckventil” der vorliegenden Erfindung. Das zweitseitige Überdruckventil 50 ist ein Beispiel für ein ”zweites Überdruckventil” der vorliegenden Erfindung.
-
Der Einströmblock 44 ist ein Bauteil in dem Wasserstoffzuführkanal 14, um Wasserstoffgas auf die Injektoren 52 zu verteilen. Der Einströmblock 44 weist einen Einströmkanal 56, einen ersten Hohlraum 58, einen erstseitigen Einlassanschluss 60, einen zweiten Hohlraum 62, einen zweitseitigen Ablassanschluss 64 (ein Gasablassteil), einen Hohlraum 66, Einströmlöcher 68, Löcher mit Innengewinde 70, und andere auf.
-
Der Einströmkanal 56 ist ein Kanal, in welchen Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffversorgungskanal 14 einströmt.
-
Der erste Hohlraum 58 ist zurückgesetzt in einer Oberfläche 44a des Einströmblockes 44 ausgebildet, dem Ausströmblock 46 gegenüberliegend. In diesem ersten Hohlraum 58 ist das erstseitige Überdruckventil 48 untergebracht. Der erstseitige Einlassanschluss 60 ist ein Kanal, der den Einströmkanal 56 mit dem ersten Hohlraum 58 verbindet. Dies erlaubt dem ersten Hohlraum 58, mit dem Einströmkanal 56 durch den erstseitigen Einlassanschluss 60 zu kommunizieren, während das erstseitige Überdruckventil 48 geöffnet ist. Ein Bodenabschnitt des ersten Hohlraums 58 sieht ein Ventilsitzteil 58a vor, mit welchem ein Ventilelement 82, das später beschrieben wird, in Kontakt stehend angeordnet ist, während das erstseitige Überdruckventil 48 geschlossen ist.
-
Der zweite Hohlraum 62 ist zurückgesetzt in der Oberfläche 44a des Einströmblocks 44 ausgebildet. In diesem zweiten Hohlraum 62 ist das zweitseitige Überdruckventil 50 untergebracht. Der zweitseitige Ablassanschluss 64 ist ein Kanal, der mit dem zweiten Hohlraum 62 und der Umgebung der Kraftstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert. Dies erlaubt dem zweiten Hohlraum 62, mit der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den zweitseitigen Ablassanschluss 64 zu kommunizieren.
-
Der Hohlraum 66 ist zurückgesetzt in der Oberfläche 44a des Einströmblocks 44 angeordnet. In diesem Hohlraum 66 sind die Injektoren 52 angeordnet. Jedes der Einströmlöcher 68 verbindet den Einströmkanal 56 mit dem Hohlraum 66. In jedem Einlassloch 68 ist ein Einlassrohr 52, das an der Eingangsseite von jedem entsprechenden Injektor 52 angeordnet ist, befestigt. Auf diese Art sind, wie in dem Beispiel aus 2 gezeigt ist, die Einlassrohre 52b der drei Injektoren 52 parallel angeordnet und mit dem Einströmkanal 56 verbunden. Das Innere des Hohlraums 66 ist hohl und ist bezüglich der Zeichnungsebene von 2 vorne und hinten geöffnet, und kommuniziert mit der Umgebung (Atmosphäre) der Wasserstoffversorgungseinheit 24. Des Weiteren sind die Schrauben 54 in die entsprechenden Löcher 70 mit Innengewinde eingeschraubt.
-
Der Ausströmblock 46 ist ein Bauteil, das es den von den Injektoren 52 eingedüsten Wasserstoffgasstrahlen erlaubt, sich miteinander zu vermischen. Der Ausströmblock 46 weist einen Ausströmkanal 72, einen erstseitigen Ablassanschluss 74 (einen Gasablassanschluss), einen zweitseitigen Einlassanschluss 76, Düsenlöcher 78, Schraubenlöcher 80, und andere auf.
-
Der Ausströmkanal 72 ist ein Kanal, in den das von den Injektoren 52 eingedüste Wasserstoffgas strömt.
-
Der erstseitige Ablassanschluss 74 ist ein Kanal, der mit dem ersten Hohlraum 58 und der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert. Dies erlaubt dem ersten Hohlraum 58, mit der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den erstseiten Ablassanschluss 74 zu kommunizieren. Der zweitseitige Einlassanschluss 76 ist ein Kanal, der mit dem zweiten Hohlraum 62 und dem Ausströmkanal 72 verbunden ist. Dies erlaubt dem zweiten Hohlraum 62 mit dem Ausströmkanal 72 durch den zweitseitigen Einlassanschluss 76 zu kommunizieren, während das zweitseitige Überdruckventil 50 geöffnet ist. Des Weiteren ist auf einer Fläche 46a des Ausströmblocks 46, die dem Einströmblock 44 gegenüberliegt, ein Ventilsitzteil 46b vorgesehen, um einen Bereich des zweitseitigen Einlassanschlusses 76 herum, so dass ein Ventilelement 86, das später erwähnt wird, in Kontakt mit dem Ventilsitzteil 46b angeordnet wird, während das zweitseitige Überdruckventil 50 geschlossen wird.
-
In jedem der Düsenlöcher 78 ist ein Düsenrohr 52c, das an einer Ausgangsseite von jedem der korrespondierenden Injektoren 52 angeordnet ist, befestigt. Auf diese Art sind, wie in dem Beispiel aus 2 gezeigt, die Düsenrohre 52c der drei Injektoren 52 parallel angeordnet und mit dem Ausströmkanal 72 verbunden. Des Weiteren sind die Schrauben 54 in die entsprechenden Schraubenlöcher 80 eingesetzt.
-
Das erstseitige Überdruckventil 48 wird zwischen dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 gehalten. Genauer gesagt, weist das erstseitige Überdruckventil 48 ein Ventilelement 82, eine Feder 84, und andere auf. Das Ventilelement 82 weist eine zylindrische Gestalt auf, die einen Abschnitt mit einem geringem Durchmesser 82a und einen Abschnitt mit einem großem Durchmesser 82b aufweist. Der Abschnitt mit geringem Durchmesser 82a hat einen geringeren Durchmesser als der Abschnitt mit dem großen Durchmesser 82b, und ist näher an dem Einströmkanal 56 angeordnet. Das Ventilelement 82 weist einen Strömungskanal 82c auf, der durch das Innere des Abschnitts mit geringem Durchmesser 82a und dem Inneren des Abschnitts mit großem Durchmesser 82b definiert ist. In einem Teil des Strömungskanals 82c, der durch das Innere des Abschnitts mit großem Durchmesser 82b definiert wird, ist die Feder 84 angeordnet. Das Ventilelement 82 weist des Weiteren Verbindungslöcher 82d auf, welche eine Verbindung zwischen dem ersten Hohlraum 58 und dem Strömungskanal 82c vorsehen. Das erstseitige Überdruckventil 48 ist in dem ersten Hohlraum 58 vorgesehen, wobei die Feder 84 das Ventilelement 82 gegen den Einströmkanal 56 drückt.
-
Wenn der Innendruck des Einströmkanals 56 auf einen ersten vorbestimmten Wert (Betriebsdruck auf der ersten Seite) oder höher ansteigt, lässt das wie obenstehend konfigurierte erstseitige Überdruckventil 48 das Wasserstoffgas aus dem Inneren des Einströmkanals 56 nach außen ab, um den Innendruck des Einströmkanals 56 zu reduzieren. Genauer, wenn der Innendruck des Einströmkanals 56 den ersten vorbestimmten Wert oder größer erreicht, wird das erstseitige Überdruckventil 48 auf solche Weise geöffnet, dass sich das Ventilelement 82 entgegen der drückenden Kraft der Feder 84 bewegt, um den Abschnitt mit geringem Durchmesser 82a von dem Ventilsitzteil 58a des ersten Hohlraumes 58 zu beabstanden. Wenn das erstseitige Überdruckventil 48 auf diese Weise öffnet, wird das Wasserstoffgas im Inneren des Einströmkanals 56 in den ersten Hohlraum 58, durch den erstseitigen Einlassanschluss 60 hinein, mitgenommen. Des Weiteren wird das Wasserstoffgas von dem erstseitigen Überdruckventil 48 zu dem erstseitigen Ablassanschluss 74 durch die Verbindungslöcher 82 und den Strömungskanal 82c des Ventilelementes 82 abgelassen. Daraufhin wird das Wasserstoffgas aus der Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den erstseitigen Ablassanschluss 74 abgelassen. Dementsprechend fällt der Innendruck des Einströmkanals 56 ab.
-
Das zweitseitige Überdruckventil 50 wird zwischen dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 gehalten. Genauer gesagt, weist das zweitseitige Überdruckventil 50 ein Ventilelement 86, eine Feder 88, und andere auf. Das Ventilelement 86 weist eine zylindrische Gestalt auf, die einen Abschnitt mit einem geringen Durchmesser 86a und einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser 86b aufweist. Der Abschnitt mit geringem Durchmesser 86a weist einen geringeren Durchmesser als der Abschnitt mit dem großen Durchmesser 86b auf, und ist näher an dem Ausströmkanal 72 angeordnet. Des Weiteren weist das Ventilelement 86 einen Strömungskanal 86c auf, welcher durch das Innere des Abschnitts mit geringem Durchmesser 86a und das Innere des Abschnitts mit großem Durchmesser 86b definiert wird. In einem Teil des Strömungskanals 86, welcher durch das Innere des Abschnitts mit großem Durchmesser 86b definiert wird, ist die Feder 88 angeordnet. Das Ventilelement 86 weist Verbindungslöcher 86d in dem Abschnitt mit geringem Durchmesser 86a auf, welche eine Kommunikation zwischen dem zweiten Hohlraum 62 und dem Strömungskanal 86c vorsehen. Das zweitseitige Überdruckventil 50 ist in dem zweiten Hohlraum 62 angeordnet, mit der Feder 88, die das Ventilelement 86 gegen den Ausströmkanal 72 drückt.
-
Wenn der Innendruck des Ausströmkanals 72 auf einen zweiten vorbestimmten Wert (Betriebsdruck auf der zweiten Seite) oder größer ansteigt, ist das zweitseitige Überdruckventil 50 wie obenstehend dazu eingerichtet, das Wasserstoffgas von dem Inneren des Ausströmkanals 72 nach außen abzulassen, um den Innendruck des Ausströmkanals 72 zu reduzieren. Konkreter, wenn der Innendruck des Ausströmkanals 72 den zweiten vorbestimmten Wert oder höher erreicht, wird das zweitseitige Überdruckventil 50 auf solche Weise geöffnet, dass sich das Ventilelement 86 entgegen der drückenden Kraft der Feder 88 bewegt, um den Abschnitt mit geringem Durchmesser 86a von dem Ventilsitzteil 46b des Ausströmblocks 46 zu beabstanden. Wenn das zweitseitige Überdruckventil 50 auf diese Weise geöffnet wird, wird das Wasserstoffgas im Inneren des Ausströmkanals 72 in den zweiten Hohlraum 62 hinein mitgenommen, durch den zweitseitigen Einlassanschluss 76. Des Weiteren wird das Wasserstoffgas aus dem zweitseitigen Überdruckventil 50 in den zweitseitigen Ablassanschluss 64 abgelassen, durch die Verbindungslöcher 86d und den Strömungskanal 86c des Ventilelements 86. Das Wasserstoffgas wird dann aus der Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den zweitseitigen Ablassanschluss 64 abgelassen. Dementsprechend sinkt der Innendruck des Ausströmkanals 72.
-
Die Injektoren 52 stellen die Strömungsrate und den Druck des Wasserstoffgases ein. Jeder der Injektoren 52 weist einen Hauptteil 52a, das Einlassrohr 52b, und das Düsenrohr 52c auf. Der Hauptteil 52a weist eine zylindrische Gestalt auf. Das Einlassrohr 52b steht von einem Ende des Hauptteils 52a ab, und weist eine zylindrische Gestalt auf, die einen geringeren Durchmesser als der Hauptteil 52a aufweist. Die Düsenrohre 52c stehen von der anderen Seite des Hauptteils 52a ab und weisen eine zylindrische Gestalt auf, die einen geringeren Durchmesser als der Hauptteil 52a aufweist. Das Wasserstoffgas strömt in das Einlassrohr 52b ein und wird aus dem Düsenrohr 52c abgelassen. In dem in 2 gezeigten Beispiel weist die Wasserstoffversorgungseinheit 24 drei Injektoren 52 auf. Allerdings ist die Anzahl der Injektoren 52 nicht speziell begrenzt und kann auf eine, zwei, oder vier oder mehr geändert werden.
-
In der wie oben konfigurierten Wasserstoffversorgungseinheit 24 wird das in den Einströmkanal 56 geförderte Wasserstoffgas durch die Injektoren 52 in den Ausströmkanal 72 eingedüst, und dadurch im Druck reduziert.
-
In diesem Beispiel 1 werden wie oben beschrieben das erstseitige Überdruckventil 48 und das zweitseitige Überdruckventil 50 zwischen dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 gehalten. Dementsprechend werden das Ventilelement 82 und die Feder 84 des erstseitigen Überdruckventils 48 und das Ventilelement 86 und die Feder 88 des zweitseitigen Überdruckventils 50 durch den Einströmblock 44 und den Ausströmblock 46 festgehalten.
-
Dies kann das Erfordernis von Befestigungsteilen (eine Komponente zum Befestigen) zum Befestigen des erstseitigen Überdruckventils 48 und des zweitseitigen Überdruckventils 50 an dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 eliminieren, wodurch eine Reduktion der Anzahl der Teile ermöglicht wird, welche die Wasserstoffversorgungseinheit 24 bilden. Des Weiteren können das erstseitige Überdruckventil 48 und das zweitseitige Überdruckventil 50 in dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 installiert werden, ohne von dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 abzustehen, so dass eine Verkleinerung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 erreicht werden kann.
-
Des Weiteren werden die Injektoren 52 zwischen dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 gehalten. Dies kann das Erfordernis für ein Befestigungselement zum Befestigen der Injektoren 52 an dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 eliminieren. Dadurch kann die Anzahl der Teile, welche die Wasserstoffversorgungseinheit 24 ausbilden, weiter reduziert werden. Die Injektoren 52 können in dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 installiert werden, ohne von dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 abzustehen, so dass eine weitere Größenreduktion der Wasserstoffversorgungseinheit 24 erreicht werden kann.
-
Der Einströmkanal 44 weist den ersten Hohlraum 58, der mit dem Einströmkanal 56 verbunden ist, und den zweiten Hohlraum 62, der mit dem Ausströmkanal 72 verbunden ist, auf. Das erstseitige Überdruckventil 48 ist in dem ersten Hohlraum 58 angeordnet, mit der Feder 84, welche das Ventilelement 82 gegen den Einströmkanal 56 drückt. Des Weiteren ist das zweitseitige Überdruckventil 50 in dem zweiten Hohlraum 62 angeordnet, mit der Feder 88, die das Ventilelement 86 gegen den Ausströmkanal 72 drückt. Da das erstseitige Überdruckventil 48 und das zweitseitige Überdruckventil 50 innerhalb des Einströmblocks 44 auf diese Weise angeordnet werden können, kann eine Verkleinerung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 effektiver realisiert werden. Zusätzlich können zwei Überdruckventile, wie beispielsweise das erstseitige Überdruckventil 48 für den Einströmkanal 56 und das zweitseitige Überdruckventil 50 für den Ausströmkanal 72 innerhalb einer Einheit kompakt untergebracht werden.
-
Als nächstes werden die Beispiele 2 bis 7 untenstehend erklärt. Gleiche oder identische Teile wie aus dem ersten Beispiel sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Beispiel 1 bezeichnet, und deren Erklärung wird weggelassen. Die folgenden Beispiele werden mit einem Fokus auf die Unterschiede zu Beispiel 1 beschrieben.
-
In Beispiel 2 weist die Wasserstoffversorgungseinheit 24, wie in 3 gezeigt, ein integrales Überdruckventil 90 auf, das integral mit dem erstseitigen Überdruckventil 48 und dem zweitseitigen Überdruckventil 50 ausgebildet ist. Dieses integrale Überdruckventil 90 wird zwischen dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 gehalten. Um genauer zu sein, weist das integrale Überdruckventil 90 das Ventilelement 82, die Feder 84, und ein Ventilelement 92 auf. Das erstseitige Überdruckventil 48 wird aus dem Ventilelement 82 und der Feder 84 gebildet. Das zweitseitige Überdruckventil 50 wird aus der Feder 84 und dem Ventilelement 92 gebildet. In diesem Beispiel ist das Ventilelement 82 nicht mit den Verbindungslöchern 82d (siehe 2) ausgebildet, und hat dadurch eine einfache Gestalt. Das Ventilelement 92 weist eine zylindrische Gestalt auf und weist einen Abschnitt mit großem Durchmesser 92a und einen Abschnitt mit geringem Durchmesser 92b auf. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 92a weist einen größeren Durchmesser als der Abschnitt mit geringem Durchmesser 92b auf und ist näher an dem Ausströmkanal 72 angeordnet. Der Abschnitt mit geringem Durchmesser 92b ist innerhalb der Feder 84 angeordnet.
-
Das integrale Überdruckventil 90 ist in dem ersten Hohlraum 58 angeordnet, in dem die Feder 84 das Ventilelement 82 gegen den Einströmkanal 56 drückt und die Feder 84 das Ventilelement 92 ebenfalls gegen den Ausströmkanal 72 drückt. Auf diese Art ist das integrale Überdruckventil 90 so konfiguriert, dass die Feder 84 sowohl für das erstseitige Überdruckventil 48 als auch das zweitseitige Überdruckventil 50 verwendet wird.
-
Das Ventilelement 92 weist einen abdichtenden Durchmesser d2 auf, der größer als ein abdichtender Durchmesser d1 des Ventilelements 82 ist. In dem integralen Überdruckventil 90 ist dementsprechend der Druckempfangsbereich des Ventilelements 92 größer als der Druckempfangsbereich des Ventilelements 82, wodurch ein geringerer Betriebsdruck auf der zweiten Seite (ein zweiter vorbestimmter Druck) resultiert als ein Betriebsdruck auf der ersten Seite (ein erster vorbestimmter Druck). Dadurch ist der abdichtende Durchmesser d1 ein Außendurchmesser des Abschnitts mit geringem Durchmesser 82a des Ventilelements 82, welcher mit dem Ventilsitzteil 58a in Kontakt steht. Der abdichtende Durchmesser d2 ist ein Außenumfang des Abschnitts mit großem Durchmesser 92a des Ventilelements 92, der mit dem Ventilsitzteil 46b in Kontakt steht. Mittels dem abdichtenden Durchmesser d1 und dem abdichtenden Durchmesser d2 kann jeweils der Betriebsdruck auf der ersten Seite und der Betriebsdruck auf der zweiten Seite des integralen Überdruckventils 90 eingestellt werden.
-
Der zweitseitige Einlassanschluss 76 ist ein Kanal, der mit dem ersten Hohlraum 58 und dem Ausströmkanal 72 verbunden ist. Dadurch kommuniziert der erste Hohlraum 58 mit dem Ausströmkanal 72 durch den zweitseitigen Einlassanschluss 76, während die zweite Seite des integralen Überdruckventils 90 geöffnet ist. Andererseits kommuniziert der erste Hohlraum 58 mit dem Einströmkanal 56 durch den erstseitigen Einlassanschluss 60, während die erste Seite des integralen Überdruckventils 90 geöffnet ist.
-
Der Einströmblock 44 weist einen erstseitigen Ablassanschluss 94 (ein Gasablassteil) und einen zweitseitigen Ablassanschluss 96 (ein Gasablassteil) auf. Der erstseitige Ablassanschluss 94 ist ein Kanal, der mit dem ersten Hohlraum 58 und der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert. Der zweitseitige Ablassanschluss 96 ist ein Ausschnitt, der mit dem ersten Hohlraum 58 und der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert.
-
Wenn der Innendruck des Einströmkanals 56 auf den ersten vorbestimmten Wert oder größer ansteigt, wird das wie oben beschrieben konfigurierte integrale Überdruckventil 90 durch Beabstanden des Abschnitts mit geringem Durchmesser 82a des Ventilsitzes 82 von dem Ventilsitzteil 58 des ersten Hohlraums 58 öffnen. Wenn das integrale Überdruckventil 90 auf der ersten Seite öffnet, wird es dem Wasserstoffgas in dem Einströmkanal 56 erlaubt, durch den erstseitigen Einlassanschluss 60, den ersten Hohlraum 58, und den erstseitigen Ablassanschluss 94 zu strömen, um aus der Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den Hohlraum 66 auszutreten. Dadurch wird der Innendruck des Einströmkanals 56 verringert.
-
Wenn der Innendruck des Ausströmkanals 72 auf den zweiten vorbestimmten Wert oder höher ansteigt, öffnet das integrale Überdruckventil 90 mittels Beabstanden des Abschnitts mit großem Durchmesser 92a des Ventilelements 92 von dem Ventilsitzteil 46b des Ausströmblocks 46. Wenn das integrale Überdruckventil 90 auf der zweiten Seite öffnet, ist es dem Wasserstoffgas in dem Ausströmgas 72 erlaubt, durch den zweitseitigen Einlassanschluss 76, den ersten Hohlraum 58, und den zweitseitigen Ablassanschluss 96 zu strömen, um aus der Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den Hohlraum 66 auszutreten. Dadurch sinkt der Innendruck des Ausströmkanals 72.
-
In diesem Beispiel sind, wie oben beschrieben, das erstseitige Überdruckventil 48 und das zweitseitige Überdruckventil 50 integral ausgebildet. Diese Konfiguration erlaubt es, die Feder 84 sowohl für das erstseitige Überdruckventil 48 als auch für das zweitseitige Überdruckventil 50 zu verwenden. Deshalb ist es möglich, die Anzahl der Teile der Wasserstoffversorgungseinheit 24 weiter zu reduzieren, und ebenfalls eine Verkleinerung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 zu erreichen.
-
Der zweitseitige Ablassanschluss 96, durch welchen das Wasserstoffgas aus dem zweitseitigen Überdruckventil 50 abgelassen werden kann, ist aus einem Ausschnitt ausgebildet, der in dem Einströmblock 44 vorgesehen ist. Dementsprechend ist es nicht nötig, dass der Einströmblock 44 mit dem zweitseitigen Ablassanschluss 64 (siehe 2) durch Bearbeitung ausgebildet wird. Dies kann die Anzahl der Herstellungsschritte eines Strömungskanals in dem Einströmblock 44 reduzieren, wodurch eine Arbeitsbelastung während des Herstellens der Wasserstoffversorgungseinheit 24 reduziert werden kann.
-
In Beispiel 3, wie in 4 gezeigt, weist der Einströmblock 44 einen erstseitigen Ablassanschluss 98 (ein Gasablassteil) auf. Dieser erstseitige Ablassanschluss 98 ist ein Ausschnitt, der mit dem ersten Hohlraum 58 und der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert. Dadurch ist die Wasserstoffversorgungseinheit 24 in diesem Beispiel mit dem erstseitigen Ablassanschluss 98 versehen, anstatt dem vorangegangenen erstseitigen Ablassanschluss 74 (siehe 2).
-
In diesem Beispiel ist es dem Wasserstoffgas erlaubt, während das erstseitige Überdruckventil 48 geöffnet ist, durch den erstseitigen Ablassanschluss 98 zu strömen, und die Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den Hohlraum 66 zu verlassen.
-
In diesem Beispiel ist, wie oben beschrieben, der erstseitige Ablassanschluss 98, durch den das Wasserstoffgas aus dem erstseitigen Überdruckventil 48 abgelassen wird, aus einem Ausschnitt ausgebildet, der in dem Einströmblock 44 vorgesehen ist. Dementsprechend ist es nicht notwendig, den erstseitigen Ablassanschluss 74 (siehe 2) in dem Ausströmblock 46 mittels Bearbeiten auszubilden. Dies kann die Anzahl der Herstellschritte beim Ausbilden eines Strömungskanals in dem Ausströmblock 46 reduzieren, wodurch eine Arbeitsbelastung während der Herstellung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 erreicht wird.
-
In Beispiel 4 weist der Ausströmblock 46, wie in 5 gezeigt, ein eingesenktes Loch 100 in einem Abschnitt (einem Ventilsitz) der Fläche 46a auf, der die Feder 84 hält.
-
In diesem Beispiel ist der Ausströmblock 46, wie oben beschrieben, mit dem eingesenkten Loch 100 versehen, in dem Abschnitt, der die Feder 84 hält. Dementsprechend wird die Feder 84 dadurch gehalten, dass diese in dem eingesenkten Loch 100 ein gepasst ist. Dementsprechend neigt die Feder 84 weniger dazu, versetzt zu werden, wodurch das erstseitige Überdruckventil 48 stabiler betrieben werden kann. Gleichzeitig kann der Einströmblock 44 ebenfalls mit einem eingesenkten Loch (nicht dargestellt) versehen sein, sowie mit dem eingesenkten Loch 100 in einem Abschnitt der Bodenfläche des zweiten Hohlraums 62, der die Feder 88 hält (siehe 2).
-
In Beispiel 5 weist der Einströmblock 44, wie in 6 gezeigt, einen zweitseitigen Ablassanschluss 102 (ein Gasablassteil) auf. Dieser zweitseitige Ablassanschluss 102 ist ein Ausschnitt, der mit dem zweiten Hohlraum 62 und der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert. Die Wasserstoffversorgungseinheit 24 ist insbesondere in diesem Beispiel mit dem zweitseitigen Ablassanschluss 102 versehen, anstatt mit dem vorangegangenen zweitseitigen Ablassanschluss 64 (siehe 2).
-
In diesem Beispiel weist das Ventilelement 86 nicht die Kommunikationslöcher 86d (siehe 2) auf, und ist deshalb mit einer einfacheren Struktur und einer reduzierten Größe ausgebildet.
-
In diesem Beispiel ist es dem Wasserstoffgas des Weiteren erlaubt, während das zweitseitige Überdruckventil 50 geöffnet ist, durch den zweitseitigen Ablassanschluss 102 zu strömen und die Wasserstoffversorgungseinheit 24 durch den Hohlraum 66 zu verlassen.
-
In diesem Beispiel ist der zweitseitige Ablassanschluss 102, wie oben beschrieben, durch den das Wasserstoffgas aus dem zweitseitigen Überdruckventil 50 abgelassen wird, aus einem Ausschnitt ausgebildet, der in dem Einströmblock 44 vorgesehen ist. Dementsprechend gibt es keine Notwendigkeit, den zweitseitigen Ablassanschluss 64 (siehe 2) in dem Einströmblock 44 mittels Bearbeiten auszubilden. Dies kann die Anzahl der Herstellungsschritte für einen Strömungskanal in dem Einströmblock 44 reduzieren, wodurch ein Reduzieren der Arbeitsbelastung während des Herstellens der Wasserstoffversorgungseinheit 24 erreicht wird. Des Weiteren ist das zweitseitige Überdruckventil 50 vereinfacht und in der Größe reduziert.
-
In Beispiel 6 weist der Ausströmblock 46, wie in 7 gezeigt, einen erstseitigen Ablassanschluss 104 (einen ersten Gasablassanschluss) auf. Dieser erstseitige Ablassanschluss 104 ist ein Kanal, der mit dem ersten Hohlraum 58 und dem Ausströmkanal 72 kommuniziert. Insbesondere ist die Wasserstoffversorgungseinheit 24 in diesem Beispiel mit dem erstseitigen Ablassanschluss 104 vorgesehen, anstatt mit dem vorangegangenen erstseitigen Ablassanschluss 74 (siehe 2). Auch wenn das zweitseitige Überdruckventil 50 nicht in dem Beispiel in 7 dargestellt ist, kann es zwischen dem Einströmblock 44 und dem Ausströmblock 46 wie in 2 gezeigt gehalten werden.
-
In diesem Beispiel kommuniziert der erstseitige Ablassanschluss 104, wie oben beschrieben, durch den das Wasserstoffgas aus dem erstseitigen Überdruckventil 48 abgelassen wurde, mit dem Ausströmkanal 72. Dementsprechend ist es dem Wasserstoffgas erlaubt, aus dem erstseitigen Überdruckventil 48 in den Ausströmkanal 72 abgelassen zu werden, ohne in die Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 abgelassen zu werden. Deshalb kann die Strömungsrate von Wasserstoffgas, das aus der Wasserstoffversorgungseinheit 24 abgelassen werden soll, reduziert werden, wodurch die Strömungsrate des Wasserstoffgases, welches ohne Nutzen abgelassen wird, reduziert werden. Dies kann auch die Sicherheit erhöhen.
-
In Beispiel 7 weisen der Einströmblock 44 und der Ausströmblock 46, wie in 8 gezeigt, jeweils annähernd eine L-Gestalt auf. Der Einströmblock 44 weist den zweiten Hohlraum 62 auf, der mit dem Ausströmkanal 72 durch den zweitseitigen Einlassanschluss 76 kommuniziert. Der Ausströmblock 46 weist den ersten Hohlraum 58 auf, der mit dem Einströmkanal 56 durch den erstseitigen Einlassanschluss 60 kommuniziert. Des Weiteren ist der Einströmblock 44 mit dem zweitseitigen Ablassanschluss 102 versehen. Der Ausströmblock 46 ist mit einem erstseitigen Ablassanschluss 106 (ein Gasablassteil) versehen. Dieser erstseitige Ablassanschluss 106 ist ein Ausschnitt, der mit dem ersten Hohlraum 58 und der Umgebung der Wasserstoffversorgungseinheit 24 kommuniziert.
-
Das Ventilelement 82 ist nicht mit den Kommunikationslöchern 82d (siehe 2) versehen und ist mit einer einfachen Struktur und einer reduzierten Größe ausgebildet. Das Ventilelement 86 ist nicht mit den Kommunikationslöchern 86d (siehe 2) versehen, und ist ebenfalls mit einer einfachen Struktur und einer reduzierten Größe ausgebildet. In der Oberfläche 44a des Einströmblockes 44 ist, um eine Öffnung des erstseitigen Einlassanschlusses 60 herum, der Ventilsitzteil 44b vorgesehen, mit dem das Ventilelement 82 in Kontakt steht, während das erstseitige Überdruckventil 48 geöffnet ist.
-
Gemäß diesem Beispiel kann das Erfordernis zum Ausbilden oder Einarbeiten des zweitseitigen Ablassanschlusses 64 (siehe 2) in den Einströmkanal 44 eliminiert werden, und das Erfordernis zum Ausbilden oder Einarbeiten des erstseitigen Ablassanschlusses 74 (siehe 2) in den Ausströmblock 46 kann eliminiert werden. Dies reduziert die Arbeitsbelastung während dem Herstellen der Wasserstoffversorgungseinheit 24. Des Weiteren kann das erstseitige Überdruckventil 48 und das zweitseitige Überdruckventil 50 vereinfacht und in der Größe reduziert werden.
-
Die vorangegangenen Beispiele stellen lediglich Beispiele dar und, insbesondere, begrenzen die vorliegende Erfindung nicht. Die Erfindung kann in anderen spezifischen Gestaltungen ausgeführt werden, ohne von dem wesentlichen Charakter von diesem abzuweichen. Beispielsweise kann der zweite Hohlraum 62 in dem Ausströmblock 46 vorgesehen sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-