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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Spülverfahren dafür.
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Hintergrund
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Bei einem Spülprozess für ein Anodensystem des Brennstoffzellensystems wird Anodengas von einer Einspritzeinrichtung bzw. einem Injektor eingespritzt und strömt dann durch einen Ejektor in die Brennstoffzelle. Nachdem es aus der Brennstoffzelle ausgestoßen wird, wird das Anodengas in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider aus dem flüssigen Wasser abgeschieden und strömt dann von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider durch einen Zirkulationspfad in den Ejektor. Das Anodengas zirkuliert entsprechend durch die Brennstoffzelle (siehe, beispielsweise,
JP 2008021537 A ).
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Selbst wenn das Anodengas in einer Richtung der oben beschriebenen Zirkulation in dem Spülprozess strömt, wird Feuchtigkeit, wie beispielsweise in dem Anodengas enthaltener Wasserdampf, nicht in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider abgeschieden. Folglich wird die Feuchtigkeit in dem Zirkulationspfad gekühlt, sodass es zu einer Taubildung kommen kann, und flüssiges Wasser in dem Zirkulationspfad bleiben kann. Aus diesem Grund könnte das in dem Zirkulationspfad verbleibende flüssige Wasser in einem Fall, in dem sich der Zirkulationspfad von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider vertikal nach oben zu dem Ejektor erstreckt, in den Gas-Flüssigkeitsabscheider tropfen und könnte dann durch eine kleine Öffnung, die zum Beispiel an der Unterseite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders ausgebildet ist, zu einem Auslassventil fließen, falls die Brennstoffzelle über einen langen Zeitraum nach dem Spülprozess keine Leistung erzeugt. Falls das flüssige Wasser unterhalb des Gefrierpunkts gefriert, klemmt das Auslassventil. Dies könnte es erschweren, das flüssige Wasser aus dem Brennstoffzellensystem auszustoßen. Auch wird der Zirkulationspfad für das Anodengas blockiert, falls das flüssige Wasser in dem Ejektor, dem Zirkulationspfad oder einem Strömungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider und der Brennstoffzelle angeordnet ist, nach dem Spülprozess verbleibt und unter dem Gefrierpunkt gefriert. Dies könnte es erschweren, das flüssige Wasser aus dem Brennstoffzellensystem auszustoßen.
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Kurzfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem und ein Spülverfahren zu schaffen, das eine nach einem Spülen verbleibende Menge an flüssigem Wasser reduziert.
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Die obige Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem gelöst, das umfasst: eine Brennstoffzelle, die einen Einlass und einen Auslass für Spülgas umfasst; eine erste Einspritzvorrichtung und eine zweite Einspritzvorrichtung, die das Spülgas einspritzen; einen Gas-Flüssigkeitsabscheider, der flüssiges Wasser aus dem Spülgas abscheidet, das aus dem Auslass ausgestoßen wird, und veranlasst, dass das flüssige Wasser aus einer Öffnung herausfließt, die an einer vertikalen, unteren Seite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders ausgebildet ist; ein Auslassventil, welches das flüssige Wasser, das aus der Öffnung herausfließt, nach außen ausstößt; einen Ejektor, der umfasst: eine Einströmöffnung, in die das Spülgas aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider strömt; und eine Ausströmöffnung, durch die das von der ersten Einspritzvorrichtung eingespritzte Spülgas zusammen mit dem von der Einströmöffnung strömenden Spülgas herausströmt; einen ersten Verbindungspfad, der zwischen der Ausströmöffnung und dem Einlass verbunden ist; einen Einleitungspfad, der das Spülgas, das aus der zweiten Einspritzvorrichtung eingespritzt wurde, in den ersten Verbindungspfad einleitet, ohne durch den Ejektor zu strömen; einen zweiten Verbindungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider und dem Auslass verbunden ist; einen dritten Verbindungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider und der Einströmöffnung verbunden ist, und der sich von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider vertikal nach oben erstreckt; und einen Controller, der dazu eingerichtet ist, den Ejektor, die Brennstoffzelle und den zweiten Verbindungspfad zu spülen, indem eine Einspritzung der ersten Einspritzvorrichtung durchgeführt wird, um den dritten Verbindungspfad zu spülen, indem die Einspritzung der ersten Einspritzvorrichtung gestoppt wird und eine Einspritzung der zweiten Einspritzvorrichtung durchgeführt wird, und das flüssige Wasser in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider auszustoßen, indem das Auslassventil geöffnet wird.
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In der obigen Konfiguration kann der Controller dazu eingerichtet sein, den dritten Verbindungspfad zu spülen, nachdem der Ejektor gespült wurde.
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In der obigen Konfiguration kann der Controller dazu eingerichtet sein, den dritten Verbindungspfad zu spülen, nachdem der Ejektor, die Brennstoffzelle und der zweite Verbindungspfad gespült wurden.
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Das obige Brennstoffzellensystem kann ferner eine Temperaturerfassungseinrichtung umfassen, die eine Außenlufttemperatur erfasst, wobei der Controller dazu eingerichtet sein kann, den Ejektor, die Brennstoffzelle, den zweiten Verbindungspfad und den dritten Verbindungspfad zu spülen, wenn die Außenlufttemperatur kleiner gleich einem Gefrierpunkt ist.
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In der obigen Konfiguration kann der Controller dazu eingerichtet sein, den Ejektor, die Brennstoffzelle, den zweiten Verbindungspfad und den dritten Verbindungspfad zu spülen, wenn die Außenlufttemperatur höher ist als der Gefrierpunkt und wenn ermittelt wird, dass eine Temperatur des Auslassventils kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist.
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Das obige Brennstoffzellensystem kann ferner ein Steuerventil umfassen, das in dem ersten Verbindungspfad ausgebildet ist, das eine Durchflussrate des Spülgases steuert, das entsprechend einem Öffnungsgrad des Steuerventils von dem Einleitungspfad durch den ersten Verbindungspfad in die Brennstoffzelle strömt, wobei der Controller dazu eingerichtet sein kann, den Öffnungsgrad des Steuerventils derart zu steuern, dass er kleiner ist, wenn der dritte Verbindungspfad gespült wird, als wenn der Ejektor, die Brennstoffzelle und der zweite Verbindungspfad gespült werden.
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Auch wird die obige Aufgabe durch ein Spülverfahren für ein Brennstoffzellensystem gelöst, wobei das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelle, die einen Einlass und einen Auslass für Spülgas umfasst; eine erste Einspritzvorrichtung und eine zweite Einspritzvorrichtung, die das Spülgas einspritzen; einen Gas-Flüssigkeitsabscheider, der flüssiges Wasser aus dem Spülgas abscheidet, das aus dem Auslass ausgestoßen wird, und veranlasst, dass das flüssige Wasser aus einer Öffnung herausfließt, die an einer vertikalen, unteren Seite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders ausgebildet ist; ein Auslassventil, welches das flüssige Wasser, das aus der Öffnung herausfließt, nach außen ausstößt; einen Ejektor, der umfasst: eine Einströmöffnung, in die das Spülgas aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider strömt; und eine Ausströmöffnung, durch die das von der ersten Einspritzvorrichtung eingespritzte Spülgas zusammen mit dem von der Einströmöffnung strömenden Spülgas herausströmt; einen ersten Verbindungspfad, der zwischen der Ausströmöffnung und dem Einlass verbunden ist; einen Einleitungspfad, der das Spülgas, das aus der zweiten Einspritzvorrichtung eingespritzt wurde, in den ersten Verbindungspfad einleitet, ohne durch den Ejektor zu strömen; einen zweiten Verbindungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider und dem Auslass verbunden ist; und einen dritten Verbindungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider und der Einströmöffnung verbunden ist, und der sich von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider vertikal nach oben erstreckt, und wobei das Spülverfahren aufweist: Spülen des Ejektors, der Brennstoffzelle und des zweiten Verbindungspfads, indem eine Einspritzung der ersten Einspritzvorrichtung durchgeführt wird; Spülen des dritten Verbindungspfads, indem die Einspritzung der ersten Einspritzvorrichtung gestoppt wird und indem eine Einspritzung der zweiten Einspritzvorrichtung durchgeführt wird; und Ausstoßen von flüssigem Wasser in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider, indem das Auslassventil geöffnet wird.
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In dem obigen Verfahren kann das Spülen des dritten Verbindungspfads nach dem Spülen des Ejektors durchgeführt werden.
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In dem obigen Verfahren kann das Spülen des dritten Verbindungspfads nach dem Spülen des Ejektors, der Brennstoffzelle und des zweiten Verbindungspfads durchgeführt werden.
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In dem obigen Verfahren kann das Brennstoffzellensystem eine Temperaturerfassungseinrichtung umfassen, die eine Außenlufttemperatur erfasst; das Spülen des Ejektors, der Brennstoffzelle, des zweiten Verbindungspfads und das Spülen des dritten Verbindungspfads können durchgeführt werden, wenn die Außenlufttemperatur kleiner gleich einem Gefrierpunkt ist.
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In dem obigen Verfahren kann das Spülen des Ejektors, der Brennstoffzelle, des zweiten Verbindungspfads und das Spülen des dritten Verbindungspfads durchgeführt werden, wenn die Außenlufttemperatur höher ist als der Gefrierpunkt und wenn ermittelt wird, dass eine Temperatur des Auslassventils kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist.
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In dem obigen Verfahren kann das Brennstoffzellensystem ein Steuerventil umfassen, das in dem ersten Verbindungspfad ausgebildet ist und eine Durchflussrate des Spülgases steuert, das entsprechend einem Öffnungsgrad des Steuerventils von dem Einleitungspfad durch den ersten Verbindungspfad in die Brennstoffzelle strömt, und das Verfahren kann umfassen, den Öffnungsgrad des Steuerventils derart zu steuern, dass dieser beim Spülen des dritten Verbindungspfads kleiner ist als beim Spülen des Ejektors, der Brennstoffzelle und des zweiten Verbindungspfads.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Brennstoffzellensystem und ein Spülverfahren zu schaffen, das eine Menge an nach einem Spülen verbleibendem flüssigem Wasser reduziert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Konfigurationsansicht, die ein Beispiel für ein Brennstoffzellensystem darstellt;
- 2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Spülprozess für ein Rückführrohr darstellt;
- 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Zustand darstellt, in dem sich flüssiges Wasser, das in einem Rückführrohr verbleibt, in einem Gas-Flüssigkeitsabscheider sammelt;
- 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb einer elektronischen Steuereinheit (ECU) darstellt;
- 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Spülprozess darstellt;
- 6 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Spülprozess darstellt;
- 7 ist eine Konfigurationsansicht, die ein Beispiel für ein weiteres Brennstoffzellensystem darstellt;
- 8 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel für den Spülprozess zum Spülen des Rückführrohrs darstellt; und
- 9 ist ein Flussdiagramm, das den Spülprozess für ein weiteres Brennstoffzellensystem darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Konfiguration des Brennstoffzellensystems 100
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1 ist eine Konfigurationsansicht, die ein Beispiel für das Brennstoffzellensystem 100 darstellt. Das Brennstoffzellensystem 100 ist, zum Beispiel, auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert und umfasst eine FC (Brennstoffzelle) 1, einen Elektromotor M, ein Kathodensystem 2, ein Anodensystem 3 und ein Steuersystem 7. Zudem wird auf die Darstellung der elektrischen Konfiguration zum Verbinden der FC 1 und des Elektromotors M verzichtet.
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Die FC 1 umfasst einen Stapel Einheitszellen vom Typ Feststoffpolymerelektrolyt. Die FC 1 empfängt die Zufuhr von Kathodengas und Anodengas, um ansprechend auf eine chemische Reaktion zwischen dem Kathodengas und dem Anodengas Leistung zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform wird sauerstoffhaltige Luft als Kathodengas verwendet und Wasserstoffgas als Anodengas verwendet. Das Anodengas ist ein Beispiel für ein Spülgas, das für den Spülprozess des Anodensystems verwendet wird. Die durch die FC 1 erzeugte Leistung wird dem Elektromotor M zugeführt.
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Die FC 1 umfasst einen Einlass 11 und einen Auslass 12 für das Anodengas und einen Einlass 13 und einen Auslass 14 für das Kathodengas. Der Einlass 11 und der Auslass 12 für das Anodengas sind über einen Anodengasströmungspfad L31 verbunden. Der Einlass 13 und der Auslass 14 für das Kathodengas sind über einen Kathodengasströmungspfad L21 verbunden. Der Anodengasströmungspfad L31 und der Kathodengasströmungspfad L21 umfassen Sammelrohre, die durch den Stapel der Einheitszellen hindurchgehen, Rillen, die in Separatoren der Einheitszellen ausgebildet sind, und dergleichen.
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Das Kathodensystem 2 führt der FC 1 sauerstoffhaltige Luft als Kathodengas zu. Zum Beispiel umfasst das Kathodensystem 2 ein Kathodenzufuhrrohr L20, ein Kathodenausstoßrohr L22 und einen Luftkompressor (ACP) 20.
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Das Kathodengas strömt durch das Kathodenzufuhrrohr L20 und wird der FC 1 so, wie durch Pfeil R20 angegeben, zugeführt. Der Luftkompressor 20 ist in dem Kathodenzufuhrrohr L20 ausgebildet. Der Luftkompressor 20 komprimiert und bläst das Kathodengas zu dem Einlass 13 der FC 1. Das Kathodengas in der FC 1 strömt durch den Kathodengasströmungspfad L21, wie durch Pfeil R21 angegeben. Die FC 1 stößt das Kathodengas, das für eine Leistungserzeugung verwendet wird, als Kathodenabgas aus dem Auslass 14 an das Kathodenausstoßrohr L22 aus. Das Kathodenabgas strömt aus dem Auslass 14 der FC 1 durch das Kathodenausstoßrohr L22 und wird, wie durch Pfeil R22 angegeben, nach außen ausgestoßen.
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Das Anodensystem 3 führt der FC 1 das Anodengas zu. Das Anodensystem 3 umfasst ein Anodenzufuhrrohr L30, ein Anodenausstoßrohr L32, ein Rückführrohr L33, ein Bypass-Rohr L34, ein Abgasentleerungsrohr L35, einen Brennstofftank 30, Hauptinjektoren (Haupt-INJ) 31 und 32, einen Zusatz-Injektor (Zusatz-INJ) 33, einen Ejektor 4, einen Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 und ein Anodenausstoßventil 6.
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Das Anodengas wird in dem Brennstofftank 30 in einem Zustand gespeichert, in dem es unter hohem Druck steht. Der Brennstofftank 30 führt den Haupt-INJs 31 und 32 und dem Zusatz-INJ 33 Anodengas zu. Die Haupt-INJs 31 und 32 und der Zusatz-INJ 33 spritzen das Anodengas ein. Die Haupt-INJs 31 und 32 sind ein Beispiel für eine erste Einspritzvorrichtung. Der Zusatz-INJ 33 ist ein Beispiel für eine zweite Einspritzvorrichtung.
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Die Haupt-INJs 31 und 32 sind mit dem Ejektor 4 verbunden. Der Zusatz-INJ 33 ist mit dem Anodenzufuhrrohr L30 über das Bypass-Rohr L34 verbunden.
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1 stellt einen Querschnitt des Ejektors 4 entlang der Richtung dar, in die das Anodengas strömt. Der Ejektor 4 umfasst einen Fixierabschnitt 40, der eine Tellerform aufweist, eine Düse 41 mit großem Durchmesser, eine Düse 42 mit kleinem Durchmesser und einen Diffusor 43. Das Material des Ejektors 4 umfasst, zum Beispiel, Steel Use Stainless (SUS), ist aber nicht darauf beschränkt.
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Der Fixierabschnitt 40 fixiert die Düse 41 mit großem Durchmesser und die Düse 42 mit kleinem Durchmesser. Ein Einlass 410 der Düse 41 mit großem Durchmesser ist mit dem Haupt-INJ 31 verbunden. Der Einlass 420 der Düse 42 mit kleinem Durchmesser ist mit dem Haupt-INJ 32 verbunden. Die Düse 41 mit großem Durchmesser und die Düse 42 mit kleinem Durchmesser spritzen das Anodengas aus ihren Einspritzöffnungen jeweils aus den Haupt-INJs 31 und 32 aus. Der Durchmesser der Einspritzöffnung der Düse 41 mit großem Durchmesser ist größer als derjenige der Einspritzöffnung der Düse 42 mit kleinem Durchmesser.
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Der Diffuser 43 umfasst einen Ejektorströmungspfad 44, durch den das Anodengas strömt, und eine Ausströmöffnung 46, die mit dem Anodenzufuhrrohr L30 verbunden ist. Eine Einströmöffnung 45, die mit dem Rückführrohr L33 verbunden ist, ist auf einer Seitenfläche des Diffusers 43 ausgebildet.
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Das Anodengas, das aus den Haupt-INJs 31 und 32 eingespritzt wird, strömt durch den Ejektorströmungspfad 44 zu der Ausströmöffnung 46, wie durch Pfeile R1 und R2 angegeben. Das Anodenabgas, das aus der FC 1 ausgestoßen wird, strömt von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 durch das Rückführrohr L33 und strömt dann durch die Einströmöffnung 45 in den Ejektorströmungspfad 44. Zu diesem Zeitpunkt dient das Anodengas, das aus der Düse 41 mit großem Durchmesser und der Düse 42 mit kleinem Durchmesser eingespritzt wird, als Antriebsfluid, sodass das Anodenabgas ausgehend von der Einströmöffnung 45 in den Ejektorströmungspfad 44 eingesaugt wird, wie durch Pfeil R33 angegeben.
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Das Anodenabgas, das durch die Einströmöffnung 45 in den Ejektor 4 strömt, strömt zusammen mit dem aus den Haupt-INJs 31 und 32 eingespritzten Anodengas durch den Ejektorströmungspfad 44 und strömt dann durch die Ausströmöffnung 46 zu dem Anodenzufuhrrohr L30. So strömen das Anodenabgas und das Anodengas durch den Einlass 11 in die FC 1, wie durch den Pfeil R30 dargestellt.
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Ein Ende des Anodenzufuhrrohrs L30 ist mit der Ausströmöffnung 46 des Ejektors 4 verbunden. Das andere Ende des Anodenzufuhrrohrs L30 ist mit dem Einlass 11 des Anodengases der FC 1 verbunden. Ein Ende des Bypass-Rohrs L34, das sich von dem Zusatz-INJ 33 erstreckt, ist mit einem Teil des Anodenzufuhrrohrs L30 verbunden. Wenn mindestens einer der Haupt-INJs 31 und 32 das Anodengas einspritzen, strömt das von dem Zusatz-INJ 33 eingespritzte Anodengas an einem Verbindungspunkt P, der zwischen dem Anodenausstoßrohr L32 und dem Bypass-Rohr L34 positioniert ist, in Richtung der FC 1.
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Daher wird das aus dem Zusatz-INJ 33 eingespritzte Anodengas in das Anodenzufuhrrohr L30 eingeführt, ohne durch den Ejektor 4 zu strömen, und strömt dann durch den Einlass 11 in die FC 1, wie durch einen Pfeil R3 dargestellt. Das Anodenzufuhrrohr L30 ist ein Beispiel für einen ersten Verbindungspfad, der zwischen dem Ausströmöffnung 46 und dem Einlass 11 verbunden ist. Das Bypass-Rohr L34 ist ein Beispiel für ein Einleitungsrohr, welches das von dem Zusatz-INJ 33 eingespritzte Anodengas dem Anodenzufuhrrohr L30 zuführt, ohne durch den Ejektor 4 zu strömen. Das Anodengas strömt von dem Einlass 11 der FC 1 durch den Anodengasströmungspfad L31, wie durch Pfeil R31 angegeben, und strömt dann von dem Auslass 12 zu dem Anodenausstoßrohr L32.
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Ein Ende des Anodenausstoßrohrs L32 ist mit dem Auslass 12 des Anodenabgases der FC 1 verbunden. Das andere Ende des Anodenausstoßrohrs L32 ist mit dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 verbunden. Das Anodenabgas strömt aus dem Auslass 12 durch das Anodenausstoßrohr L32 und strömt dann in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5, wie durch Pfeil R32 angegeben. Das Anodenausstoßrohr L32 ist ein Beispiel für einen zweiten Verbindungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 und dem Auslass 12 verbunden ist.
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Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 trennt flüssiges Wasser von dem aus dem Auslass 12 ausgestoßenen Anodenabgas ab, und stößt das flüssige Wasser durch eine Öffnung, die an einer unteren Seite des Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 ausgebildet ist, in der vertikalen Richtung aus. Ein Ende des Abgasentleerungsrohrs L35 ist mit dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 verbunden. Das andere Ende des Abgasentleerungsrohrs L35 ist mit dem Kathodenabgasrohr L22 verbunden. Das Abgasentleerungsrohr L35 ist mit einem Anodenausstoßventil 6 ausgebildet. Wenn sich das Anodenausstoßventil 6 öffnet, werden das flüssige Wasser und ein Teil des Anodenabgases, das aus der Öffnung des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 herausfließt bzw. strömt, durch das Abgasentleerungsrohr L35 an das Kathodenausstoßrohr L22 ausgestoßen und dann zusammen mit dem Kathodenabgas nach außen ausgestoßen. Das Anodenausstoßventil 6 ist ein Beispiel für ein Ausstoßventil, das flüssiges Wasser, das aus der Öffnung herausfließt, nach außen ausstößt.
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Ein Ende des Rückführrohrs L33 ist mit dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 verbunden. Das andere Ende des Rückführrohrs L33 ist mit der Einströmöffnung 45 des Ejektors 4 verbunden. Das Anodenabgas strömt aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 durch das Rückführrohr L33 und strömt dann durch die Einströmöffnung 45 in den Ejektor 4. Das Rückführrohr L33 ist ein Beispiel für einen dritten Verbindungspfad, der zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 und der Einströmöffnung 45 verbunden ist und erstreckt sich von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 vertikal nach oben.
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Das Steuersystem 7 umfasst eine ECU 70, einen Zündschalter 71, einen Beschleunigeröffnungssensor 72 und Temperatursensoren 73 und 74. Der Zündschalter 71 benachrichtigt die ECU 70 bezüglich Anweisungen, das Brennstoffzellenfahrzeug zu starten und anzuhalten. Der Beschleunigeröffnungssensor 72 erfasst einen Öffnungsgrad eines (nicht dargestellten) Beschleunigers des Brennstoffzellenfahrzeugs und benachrichtigt die ECU 70 bezüglich des Öffnungsgrads. Der Temperatursensor 73 erfasst eine Außenlufttemperatur und benachrichtigt die ECU 70 darüber. Der Temperatursensor 74 erfasst eine Kühlwassertemperatur der FC 1 und benachrichtigt die ECU 70 darüber. Der Temperatursensor 73 ist ein Beispiel für eine Temperaturerfassungseinrichtung.
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Die ECU 70 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Die ECU 70 ist elektrisch mit dem Zündschalter 71, dem Beschleunigeröffnungssensor 72, den Temperatursensoren 73 und 74, dem Luftkompressor 20, den Haupt-INJs 31 und 32, dem Zusatz-INJ 33 und dem Anodenausstoßventil 6 verbunden.
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Die ECU 70 berechnet einen für die FC 1 erforderlichen Stromwert entsprechend dem von dem Beschleunigeröffnungssensor 72 erfassten Pedalöffnungsgrad. Die ECU 70 gibt eine Anweisung bezüglich der Durchflussrate des Kathodengases an den Luftkompressor 20 aus und gibt eine Anweisung bezüglich der Einspritzmenge des Anodengases an mindestens einen der Haupt-INJs 31 und 32. Wenn die Last der FC 1 maximal ist, kann die ECU 70 eine Anweisung bezüglich der Einspritzmenge an den Zusatz-INJ 33 zusätzlich zu den Haupt-INJs 31 und 32 ausgeben.
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Die ECU 70 führt das Spülverfahren für das Brennstoffzellensystem 100 durch. Wenn erfasst wird, dass der Zündschalter 71 ausgeschaltet ist, führt die ECU 70 für das Anodensystem 3 einen Spülprozess entsprechend der Außenlufttemperatur und der Temperatur des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 durch. Das Anodengas wird in dem Spülprozess als Spülgas verwendet. Die ECU 70 spült den Ejektor 4, den Anodengasströmungspfad L31 der FC 1 und das Anodenausstoßrohr L32, indem die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 durchgeführt wird.
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Zu diesem Zeitpunkt strömt das Anodengas durch die Pfade, die durch die Pfeile R30 und R33 angegeben werden. So sammelt sich in dem Ejektor 4, dem Anodengasströmungspfad L31 der FC 1 und dem Anodenausstoßrohr L32 verbleibendes flüssiges Wasser in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5. Ferner erstreckt sich das Rückführrohr L33 von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 zu dem Ejektor 4 vertikal nach oben. Aus diesem Grund könnte Feuchtigkeit, wie beispielsweise Wasserdampf, der nicht in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 abgeschieden wurde, in dem Rückführrohr L33 kondensiert werden und dann könnte flüssiges Wasser darin verbleiben. In diesem Fall könnte das flüssige Wasser in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 hineintropfen und könnte nach dem Spülprozess aus der kleinen Öffnung, die an der Unterseite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 ausgebildet ist, zu dem Anodenausstoßventil 6 herausfließen, zum Beispiel wenn die FC 1 über einen langen Zeitraum keine Leistung erzeugt. Falls das flüssige Wasser unterhalb des Gefrierpunkts gefriert, könnte das Anodenausstoßventil 6 klemmen. Dies könnte es erschweren, das flüssige Wasser aus dem Brennstoffzellensystem 100 auszustoßen.
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Daher spült die ECU 70 das Rückführrohr L33, indem die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 gestoppt wird und indem die Einspritzung des Zusatz-INJ 33 durchgeführt wird.
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2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Spülprozess zum Spülen des Rückführrohrs L33 darstellt. In 2 werden die gleichen Komponenten wie jene aus 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine doppelte Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Ein Großteil des Anodengases, das von dem Zusatz-INJ 33 eingespritzt wird, strömt zu dem Ejektor 4 an dem Verbindungspunkt P. Dies rührt daher, dass keine Strömung des Anodengases von den Haupt-INJs 31 und 32 vorhanden ist und ein Druckverlust des Ejektors 4 niedriger ist als jener der FC 1. Daher strömt ein Großteil des Anodengases durch das Bypass-Rohr L34 und strömt dann rückwärts von der Ausströmöffnung 46 des Ejektors 4 durch das Anodenzufuhrrohr L30 in den Ejektorströmungspfad 44, wie durch Pfeil R4 angegeben. Das Anodengas strömt von der Einströmöffnung 45 durch den Ejektorströmungspfad 44 in das Rückführrohr L33 und strömt dann rückwärts durch das Rückführrohr L33 in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5, wie durch Pfeil R5 angegeben. So sammelt sich das flüssige Wasser, das in dem Rückführrohr L33 verbleibt, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5.
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Das Anodengas, das nicht zu dem Ejektor 4 strömt, das von dem Zusatz-INJ 33 eingespritzt wird, strömt durch das Anodenzufuhrrohr L30, den Anodengasströmungspfad L31 und das Anodenausstoßrohr L32 in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5, wie durch Pfeil R6 angegeben. Da eine Querschnittsfläche des Anodengasströmungspfads L31 kleiner ist als die jeweilige Querschnittsfläche des Ejektorströmungspfads 44 und des Rückführrohrs L33, ist der Druckverlust des Anodengasströmungspfads L31 so hoch, dass das Anodengas tendenziell nicht durch diesen hindurchfließt.
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Die ECU 70 steuert ein Öffnen und Schließen des Anodenausstoßventils 6. Wenn sich das Anodenausstoßventil 6 öffnet, strömt das flüssige Wasser in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 durch das Abgasentleerungsrohr L35 und wird dann aus dem Kathodenausstoßrohr L22 nach außen ausgestoßen, wie durch Pfeil R34 angegeben.
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3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Zustand darstellt, in dem sich flüssiges Wasser, das in dem Rückführrohr L33 verbleibt, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 sammelt. In 3 werden die gleichen Komponenten wie jene aus 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine doppelte Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Das Rückführrohr L33 erstreckt sich, zum Beispiel, von der Einströmöffnung 45 des Ejektors 4 in der vertikalen Richtung V und ist mit einem oberen Teil des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 verbunden.
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Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 51, einen oberen Flächenabschnitt 50, der den zylindrischen Abschnitt 51 bedeckt, und einen unteren Abschnitt 52, der sich kontinuierlich von einem unteren Ende des zylindrischen Abschnitts 51 erstreckt und eine Trichterform aufweist. Der zylindrische Abschnitt 51 ist mit einer Seitenöffnung 51a ausgebildet. Der obere Flächenabschnitt 50 ist mit einer oberen Öffnung 50a ausgebildet. Eine Kante der Seitenöffnung 51a ist mit dem Anodenausstoßrohr L32 verbunden. Eine Kante der oberen Öffnung 50a ist mit dem unteren Ende des Rückführrohrs L33 verbunden.
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Ferner ist der untere Abschnitt 52 im Zentrum mit einer Öffnung 52a ausgebildet. Eine Kante der Öffnung 52a ist mit dem eine L-Form aufweisenden Abgasentleerungsrohr L35 verbunden. Das Abgasentleerungsrohr L35 erstreckt sich von dem unteren Abschnitt 52 in der vertikalen Richtung V, und ist dann in einem rechten Winkel zu dem Anodenausstoßventil 6 hin gekrümmt.
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Feuchtigkeit, die in dem Anodengas enthalten ist, die sich nicht von diesem in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 abgeschieden hat, wird kondensiert und dann haften Wassertropfen 9 an einer Innenwand des Rückführrohrs L33. Das Anodengas strömt durch den Ejektorströmungspfad 44 von dem Anodenzufuhrrohr L30 und strömt dann von der Einströmöffnung 45 in das Rückführrohr L33, wie durch Pfeil R5 dargestellt. So sammeln sich die Wassertropfen 9 in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 von dem Rückführrohr L33.
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Die Wassertropfen 9 werden als flüssiges Wasser W in dem unteren Abschnitt 52 des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 gespeichert. Das flüssige Wasser W strömt durch das Abgasentleerungsrohr L35 und erreicht dann das Anodenausstoßventil 6, wie durch Pfeil R34 angegeben. Wenn sich das Anodenausstoßventil 6 öffnet, wird das flüssige Wasser W in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 ausgestoßen.
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Betrieb der ECU 70
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der ECU 70 darstellt. Die ECU 70 bestimmt, ob der Zündschalter 71 eingeschaltet ist (Schritt St1). Wenn der Zündschalter 71 nicht eingeschaltet ist (Nein in Schritt St1), wird der Prozess aus Schritt St1 erneut durchgeführt.
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Wenn der Zündschalter 71 eingeschaltet ist (Ja in Schritt St1), startet die ECU 70 eine Leistungserzeugung durch die FC 1 (Schritt St2). Zu diesem Zeitpunkt gibt die ECU 70, zum Beispiel, eine Anweisung bezüglich einer zuzuführenden Menge des Anodengases an die Haupt-INJs 31 und 32 und den Zusatz-INJ 33 aus und gibt eine Anweisung bezüglich einer Zuführmenge des Kathodengases an den Luftkompressor 20 entsprechend dem durch den Beschleunigeröffnungssensor 72 erfassten Pedalöffnungsgrad.
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Als nächstes bestimmt die ECU 70, ob der Zündschalter 71 ausgeschaltet ist (Schritt St3). Wenn der Zündschalter 71 in einem eingeschalteten Zustand bleibt (Nein in Schritt St3), wird der Prozess aus Schritt St3 erneut durchgeführt.
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Wenn der Zündschalter 71 ausgeschaltet ist (Ja in Schritt St3), hält die ECU 70 die Leistungserzeugung der FC 1 an (Schritt St4). Zu diesem Zeitpunkt hält die ECU 70, zum Beispiel, die Zufuhr des Kathodengases von dem Luftkompressor 20 und die Zufuhr des Anodengases von den Haupt-INJs 31 und 32 an. Als nächstes erfasst die ECU 70 eine Außenlufttemperatur durch den Temperatursensor 73 (Schritt St5). Die ECU 70 bestimmt, ob die Außenlufttemperatur kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist (Schritt St6).
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Wenn die Außenlufttemperatur kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist (Ja in Schritt St6), führt die ECU 70 einen Spülprozess durch (Schritt St7). Das heißt, wenn die Außenlufttemperatur kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist, spült die ECU 70 den Ejektor 4, den Anodengasströmungspfad L31 der FC 1, das Anodenausstoßrohr L32 und das Rückführrohr L33, wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Aus diesem Grund sammelt sich das flüssige Wasser in dem Ejektor 4, dem Anodengasströmungspfad L31 der FC 1, dem Anodenausstoßrohr L32 und dem Rückführrohr L33 in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5, wenn die Außenlufttemperatur kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist, und wird nach außen ausgestoßen. Dies unterbindet, dass das flüssige Wasser an dem Anodenausstoßventil 6 gefriert.
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Wenn die Außenlufttemperatur höher ist als der Gefrierpunkt (Nein in Schritt St6), ermittelt die ECU 70 eine Temperatur des Anodenausstoßventils 6 (Schritt St8). Zu diesem Zeitpunkt ermittelt die ECU 70 die Temperatur des Anodenausstoßventils 6 auf Basis der Außenlufttemperatur, die durch den Temperatursensor 73 erfasst wurde, die Temperatur des Kühlwassers der FC 1, die durch den Temperatursensor 74 erfasst wurde, und dergleichen.
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Wenn die ermittelte Temperatur kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist (Ja in Schritt St9), führt die ECU 70 den Spülprozess durch (Schritt St7). Wenn die ermittelte Temperatur höher ist als der Gefrierpunkt (Nein in Schritt St9), wird der Spülprozess nicht durchgeführt.
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Wenn die Außenlufttemperatur über dem Gefrierpunkt liegt und wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des Anodenausstoßventils 6 kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist, spült die ECU 70 auf diese Weise den Ejektor 4, den Anodengasströmungspfad L31 der FC 1, das Anodenausstoßrohr L32 und das Rückführrohr L33. Wenn die Außenlufttemperatur höher ist als der Gefrierpunkt und wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des Anodenausstoßventils 6 kleiner gleich dem Gefrierpunkt ist, sammelt sich das flüssige Wasser in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 von dem Ejektor 4, dem Anodengasströmungspfad L31 der FC 1, dem Anodenausstoßrohr L32 und dem Rückführrohr L33 und wird dann nach außen ausgestoßen. Dies unterbindet, dass das flüssige Wasser an dem Anodenausstoßventil 6 gefriert.
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Als nächstes wird ein Beispiel für den Spülprozess aus Schritt St7 beschrieben.
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Spülprozess darstellt. Die ECU 70 kann den Luftkompressor 20 derart steuern, dass er das Kathodengas dem Kathodenausstoßrohr L22 zuführt, um das dorthin ausgestoßene Anodengas vor dem Spülprozess zu verdünnen. Der Spülprozess für das Anodensystem 3 umfasst einen Spülprozess zum Spülen des Ejektors 4 (Schritt St7a), einen Spülprozess zum Spülen des Rückführrohrs L33 (Schritt St7b), einen Spülprozess zum Spülen der FC 1 (Schritt St7c) und einen Spülprozess zum Spülen des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 (Schritt St7d).
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Als erstes führt die ECU 70 den Spülprozess für den Ejektor 4 (Schritt St7a) durch. Die ECU 70 startet das Einspritzen der Haupt-INJs 31 und 32 (Schritt St71a). Zu diesem Zeitpunkt steuert die ECU 70 die Haupt-INJs 31 und 32, um das Anodengas bei der gleichen Frequenz einzuspritzen. Entsprechend wird das flüssige Wasser, das in dem Ejektor 4g verblieben ist, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 gesammelt.
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Als nächstes öffnet und schließt die ECU 70 das Anodenausstoßventil 6 mit einer vorgegebenen Häufigkeit (Schritt St72a). So wird das flüssige Wasser aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 ausgestoßen. Als nächstes hält die ECU 70 die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 an (Schritt St73a).
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Als zweites führt die ECU 70 den Spülprozess für das Rückführrohr L33 durch (Schritt St7b). Die ECU 70 startet die Einspritzung des Zusatz-INJ 33 (Schritt St71b). Zu diesem Zeitpunkt steuert die ECU 70 den Zusatz-INJ 33 derart, dass er das Anodengas einspritzt, wenn die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 angehalten wird. Daher strömt das Anodengas rückwärts in das Rückführrohr L33. Entsprechend wird das flüssige Wasser, das in dem Rückführrohr L33 verblieben ist, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 gesammelt.
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Als nächstes öffnet und schließt die ECU 70 das Anodenausstoßventil 6 mit einer vorgegebenen Häufigkeit (Schritt St72b). So wird das flüssige Wasser aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 ausgestoßen. Als nächstes hält die ECU 70 die Einspritzung des Zusatz-INJ 33 an (Schritt St73b).
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Auf die obige Art und Weise spült die ECU 70 das Rückführrohr L33, nachdem der Ejektor 4 gespült wurde. Dies erleichtert das Strömen des Anodengases von dem Ejektor 4 zu dem Rückführrohr L33 in dem Spülprozess des Rückführrohrs L33.
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Als drittes führt die ECU 70 den Spülprozess für die FC 1 durch (Schritt St7c). Die ECU 70 startet das Einspritzen der Haupt-INJs 31 und 32 (Schritt St71c). Zu diesem Zeitpunkt steuert die ECU 70 die Haupt-INJs 31 und 32, um das Anodengas bei, zum Beispiel, unterschiedlichen Frequenzen einzuspritzen. Entsprechend wird das flüssige Wasser, das in dem Anodengasströmungspfad L31 und dem Anodenausstoßrohr L32 auf der Stromabwärtsseite desselben verbleiben ist, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 gesammelt.
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Als nächstes öffnet und schließt die ECU 70 das Anodenausstoßventil 6 mit einer vorgegebenen Häufigkeit (Schritt St72c). So wird das flüssige Wasser aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 ausgestoßen. Als nächstes hält die ECU 70 die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 an (Schritt St73c).
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Als nächstes führt die ECU 70 den Spülprozess für den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 durch (Schritt St7d). Die ECU 70 startet das Einspritzen der Haupt-INJs 31 und 32 (Schritt St71d). Zu diesem Zeitpunkt steuert die ECU 70 die Haupt-INJs 31 und 32, um im Vergleich zu dem Spülprozess für jeweils den Ejektor 4 und die FC 1 eine große Menge des Anodengases einzuspritzen. Entsprechend wird das flüssige Wasser, das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 verblieben ist, in dem unteren Abschnitt 52 gesammelt.
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Als nächstes öffnet und schließt die ECU 70 das Anodenausstoßventil 6 mit einer vorgegebenen Häufigkeit (Schritt St72d). So wird das flüssige Wasser aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 ausgestoßen. Als nächstes stoppt die ECU 70 die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 (Schritt St73d).
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Auf diese Art und Weise wird der Spülprozess durchgeführt. Zudem werden die Spülprozesse für die FC 1 und den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 (Schritt St7c, St7d) nach dem Spülprozess für den Ejektor 4 (Schritt St7b) durchgeführt. Aus diesem Grund kann die ECU 70 eine Abscheiderate von flüssigem Wasser in dem Spülprozess für jeweils die FC 1 und den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 derart einstellen (Schritte St7c und St7d), dass sie höher ist als in anderen Spülprozessen, unter Berücksichtigung einer Abnahme des flüssigen Wassers, das in dem Rückführrohr L33 verbleibt.
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Auch kann die ECU 70 den Spülprozess für das Rückführrohr L33 (Schritt St7b) als letztes durchführen, anders als bei der Reihenfolge des oben beschriebenen Spülprozesses.
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Spülprozess darstellt. In 6 werden die gleichen Prozesse wie jene aus 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und auf eine doppelte Beschreibung derselben wird verzichtet.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Spülprozess für das Rückführrohr L33 (Schritt St7b) als letztes durchgeführt. So wird der Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 zusätzlich zu dem Rückführrohr L33 gespült, sodass der Spülprozess für den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 (Schritt St7d) in dem obigen Beispiel ausgelassen wird.
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Auf die obige Art und Weise spült die ECU 70 das Rückführrohr L33, nachdem der Ejektor 4, die FC 1 und das Anodenausstoßrohr L32 gespült wurden. So wird das flüssige Wasser effizienter ausgestoßen und der gesamte Spülprozess wird verkürzt.
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Beispiel für ein anderes Brennstoffzellensystem 100a
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7 ist eine Konfigurationsansicht, die ein Beispiel für ein weiteres Brennstoffzellensystem 100a darstellt. In 7 werden die gleichen Komponenten wie jene aus 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und auf eine doppelte Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Verglichen mit dem Beispiel des Brennstoffzellensystems 100 wird in das Brennstoffzellensystem 100a ein Steuerventil 8 eingebaut. Das Steuerventil 8 ist in dem Anodenzufuhrrohr L30 ausgebildet und steuert entsprechend seines Öffnungsgrades die Strömungsrate des Anodengases, das von dem Bypass-Rohr L34 zu der FC 1 strömt.
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Die ECU 70 steuert den Öffnungsgrad des Steuerventils 8. Die ECU 70 öffnet das Steuerventil 8 zur Zeit der Leistungserzeugung der FC 1 und zur Zeit des Spülens des Ejektors 4, des Anodengasströmungspfads L31 und des Anodenausstoßrohrs L32. Aus diesem Grund strömt das Anodengas, das aus den Haupt-INJs 31 und 32 und dem Zusatz-INJ 33 eingespritzt wurde, in den Einlass 11 der FC 1 durch das Anodenzufuhrrohr L30, wie durch Pfeile R30 und R3 dargestellt.
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8 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel für den Spülprozess zum Spülen des Rückführrohrs L33 darstellt. In 8 werden die gleichen Komponenten wie jene aus 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine doppelte Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Die ECU 70 schließt das Steuerventil 8, wenn das Rückführrohr L33 gespült wird. Das heißt, die ECU 70 stellt den Öffnungsgrad des Steuerventils 8 auf 0 %. Anders als in dem in 2 dargestellten Beispiel strömt daher das gesamte Anodengas, das aus dem Zusatz-INJ 33 eingespritzt wird, in den Ejektor 4. So steigt die Strömungsrate des Anodengases, das in dem Rückführrohr L33 strömt, im Verglich zu dem in 2 dargestellten Beispiel, und es wird mehr flüssiges Wasser aus dem Rückführrohr L33 in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 gesammelt.
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Ferner muss die ECU 70 nicht immer den Öffnungsgrad des Steuerventils 8 auf 0 % einstellen. Die ECU 70 muss den Öffnungsgrad des Steuerventils 8 nur im Vergleich zu dem Fall reduzieren, in dem der Ejektor 4, das Anodengasströmungspfad L31 und das Anodenausstoßrohr L32 gespült werden. Dies verringert die Menge des Anodengases, das in den Einlass 11 der FC 1 von dem Zusatz-INJ 33 strömt, was die Strömungsrate des Anodengases erhöht, die durch den Pfeil R5 angegeben wird. So wird mehr flüssiges Wasser aus dem Rückführrohr L33 in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 gesammelt.
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9 ist ein Flussdiagramm, das einen Spülprozess in dem Brennstoffzellensystem 100a darstellt. In 9 werden die gleichen Prozesse wie jene in 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine doppelte Beschreibung derselben wird verzichtet. Es wird angenommen, dass sich das Steuerventil 8 beim Starten dieses Prozesses in einem offenen Zustand befindet.
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Bei dem Spülprozess für das Rückführrohr L33 (Schritt St7b') schließt die ECU 70 das Steuerventil 8 (Schritt St70b) und führt dann das Einspritzen des Zusatz-INJ 33 durch (Schritt St71b). Nachdem die Einspritzung des Zusatz-INJ 33 angehalten wurde (Schritt St73b), öffnet die ECU 70 das Steuerventil 8 (Schritt St74b).
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Die ECU 70 kann den Öffnungsgrad des Steuerventils 8 in Schritt St70b reduzieren. Ferner kann der Spülprozess für das Rückführrohr L33 (Schritt St7b') als letztes durchgeführt werden, wie das Beispiel aus 6. In diesem Fall ist der Spülprozess des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 (Schritt St7d) nicht erforderlich.
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Wie oben beschrieben, umfassen die Brennstoffzellensysteme 100 und 100a jeweils die FC 1, die Haupt-INJs 31 und 32, den Zusatz-INJ 33, den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5, das Anodenausstoßventil 6, den Ejektor 4, das Anodenzufuhrrohr L30, das Bypass-Rohr L34, das Anodenausstoßrohr L32, das Rückführrohr L33 und die ECU 70. Die FC 1 umfasst den Einlass 11 und den Auslass 12 für das Anodengas. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 scheidet das flüssige Wasser aus dem Anodengas ab, das aus dem Auslass 12 ausgestoßen wird, und veranlasst, dass das flüssige Wasser aus der Öffnung 52a herausfließt, die an einer vertikalen, unteren Seite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 ausgebildet ist. Das Anodenausstoßventil 6 stößt das flüssige Wasser, das aus der Öffnung 52a herausfließt, nach außen aus.
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Der Ejektor 4 umfasst: die Einströmöffnung 45, in die das Anodengas aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 strömt; und die Ausströmöffnung 46, durch die das von den Haupt-INJs 31 und 32 eingespritzte Anodengas mit dem aus dem Einströmöffnung 45 strömenden Anodengas zusammen herausströmt. Das Anodenzufuhrrohr L30 ist zwischen der Ausströmöffnung 46 und dem Einlass 11 verbunden. Das Bypass-Rohr L34 führt das von dem Zusatz-INJ 33 eingespritzte Anodengas in das Anodenzufuhrrohr L30 ein, ohne durch den Ejektor 4 zu strömen. Das Anodenausstoßrohr L32 ist zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 und dem Auslass 12 verbunden. Das Rückführrohr L33 ist zwischen dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 und der Einströmöffnung 45 verbunden und erstreckt sich von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 vertikal nach oben.
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Die ECU 70 öffnet und schließt das Anodenausstoßventil 6, um die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 durchzuführen, um den Ejektor 4, die FC 1 und das Anodenausstoßrohr L32 zu spülen. Die ECU 70 hält die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 an und führt die Einspritzung des Zusatz-INJ 33 durch, um das Rückführrohr L33 zu spülen.
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Gemäß der obigen Konfiguration öffnet die ECU 70 das Anodenausstoßventil 6, um die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 durchzuführen, um den Ejektor 4, die FC 1 und das Anodenausstoßrohr L32 zu spülen. So tritt das Anodengas von den Haupt-INJs 31 und 32 in den Ejektor 4 ein und strömt ausgehend von der Ausströmöffnung 46 des Ejektors 4 in den Einlass 11 der FC 1 durch das Anodenzufuhrrohr L30. Das Anodengas wird aus dem Auslass 12 der FC 1 ausgestoßen und strömt durch das Anodenausstoßrohr L32 in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 scheidet das flüssige Wasser aus dem Anodengas ab und veranlasst, dass das flüssige Wasser aus der Öffnung 52a herausfließt, die an der vertikalen, unteren Seite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 5 ausgebildet ist. Das Anodengas strömt in die Einströmöffnung 45 des Ejektors 4 ausgehend von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 durch das Rückführrohr L33 und strömt ausgehend von der Ausströmöffnung 46 durch das Anodenzufuhrrohr L30 mit dem Anodengas, das durch die Haupt-INJs 31 und 32 eingespritzt wird. Auf diese Weise zirkuliert das Anodengas zu der FC 1.
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Daher sammelt sich das flüssige Wasser, das in dem Ejektor 4, der FC 1 und dem Anodenausstoßrohr L32 verblieben ist, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5.
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Ferner hält die ECU 70 die Einspritzung der Haupt-INJs 31 und 32 an, öffnet das Anodenausstoßventil 6 und führt die Einspritzung des Zusatz-INJ 33 durch, um das Rückführrohr L33 zu spülen. So wird das Anodengas von dem Zusatz-INJ 33 in das Anodenzufuhrrohr L30 eingeführt, ohne durch den Ejektor 4 zu strömen, und strömt rückwärts durch das Anodenzufuhrrohr L30 in den Ejektor 4 durch die Ausströmöffnung 46. Das Anodengas strömt von der Ausströmöffnung 46 des Ejektors 4 rückwärts durch das Rückführrohr L33 in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 5. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 scheidet das flüssige Wasser aus dem Anodengas ab und veranlasst, dass das flüssige Wasser aus der Öffnung 52a herausfließt, die an der vertikalen, unteren Seite ausgebildet ist.
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Obwohl sich das Rückführrohr L33 von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 vertikal nach oben erstreckt, strömt das Anodengas vorliegend durch die Schwerkraft rückwärts durch das Rückführrohr L33, sodass das flüssige Wasser, das in dem Rückführrohr L33 verblieben ist, tendenziell zu dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 strömt. Daher sammelt sich das flüssige Wasser, das in dem Rückführrohr L33 verblieben ist, in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5. Ferner öffnet die ECU 70 das Anodenausstoßventil 6, um das flüssige Wasser in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 5 auszustoßen. Daher reduzieren die Brennstoffzellensysteme 100 und 100a eine Menge des flüssigen Wassers, das nach dem Spülen verbleibt.
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Obwohl manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung wie beansprucht abgewandelt oder abgeändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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