DE112005000592T5

DE112005000592T5 - Fluidzufuhrvorrichtung und damit ausgestattetes Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112005000592T5
Application number: DE112005000592T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Toyota Sekine
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: DE112005000592B4; US7980267B2; CN1930414A; JPWO2005088183A1; JP4799403B2; US20070163658A1; CN100412435C; WO2005088183A1

Abstract

Fluidzufuhrvorrichtung mit einem flexiblen Abschnitt auf halbem Weg in der Fluidzufuhr-Leitungseinrichtung, welche folgendes aufweist:
ein erstes Filtermittel, das Fremdstoffe in dem Fluid auf der Seite stromaufwärts vom flexiblen Abschnitt einfängt; und
ein zweites Filtermittel, das Fremdstoffe im Fluid, das aus dem flexiblen Abschnitt ausgetragen wird, auf der Seite stromabwärts vom flexiblen Abschnitt einfängt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidzufuhrvorrichtung für die Zufuhr von Fluid zu Vorrichtungen, die beliefert werden sollen, und ein Brennstoffzellensystem, das damit ausgestattet ist.
Eine Technik, die verhindern soll, dass es in Vorrichtungen, die beliefert werden sollen, zu Problemen kommt, die durch Fremdstoffe in Fluiden verursacht werden, ist in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. H5-87277 (Patentdokument 1) offenbart. In dieser japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. H5-87277 ist eine Technik offenbart, bei der ein Filter in einem Pumpenauslassweg angeordnet ist, um Abnutzungspartikel und ähnliches, die in der Pumpe erzeugt werden, zu entfernen.
Für Vorrichtungen, die außerdem Vibrationen verursachen, wie Pumpen, die in einem Strömungsweg angeordnet sind, wobei verhindert werden muss, dass diese Vibrationen auf andere Leitungseinrichtungen oder ähnliches übertragen werden, ist beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. H10-281386 eine Technik offenbart, in der flexible Leitungseinrichtungen (Balgleitungseinrichtungen) auf der Auslassseite und der Einlassseite der Pumpe angeordnet sind.

[Patentdokument 1] Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. H5-87277
[Patentdokument 2] Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. H5-281386
[Patentdokument 3] Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. H52003-36870

ZUSAMMENFASSUNG
Jedoch können Balgleitungseinrichtungen, die u.a. an der Auslassseite von Pumpen angeordnet sind, zwar die Vibrationen von Pumpen durch Ausdehnung und Verkürzung des gewellten Abschnitts, welcher die Form des Balgs bildet, absorbieren, aber es kann leicht passieren, dass Fluid im gewellten Abschnitt stagniert, und infolgedessen können Fremdstoffe, falls solche in dem eingeführten Fluid vorhanden sind, haften bleiben, sich anlagern und agglomerieren.
Falls Balgleitungseinrichtungen stromabwärts von der Pumpe angeordnet sind, um Vibrationen zu absorbieren, können selbst dann, wenn ein Filter an der Auslassseite der Pumpe angeordnet ist, wie in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. H5-87277 beschrieben, Fremdstoffe, die das Filter passieren, sich im gewellten Abschnitt anlagern und agglomerieren und können aufgrund von ausgetragenen Ablösungen der agglomerierten Fremdstoffe Probleme in der Ausrüstung verursachen, die auf der stromabwärtigen Seite beliefert wird. Falls aus Leitungsdesign-Gründen Leitungseinrichtungen (z.B. L-förmige Leitungseinrichtungen) an Teilen vorgesehen sind, um die Strömungsrichtung des eingeführten Fluids stromabwärts von einer Pumpe zu ändern, kann das Fluid auch in diesen Teilen leicht stagnieren, und es können auf die gleiche Weise Probleme entstehen.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidzufuhrvorrichtung und ein damit ausgestattetes Brennstoffzellensystem zu schaffen, die in der Lage sind, zu verhindern, dass in den belieferten Ausrüstungen auf der stromabwärtigen Seite Probleme durch Fremdstoffe im Fluid entstehen, die sich in diesen Teilen anlagern, auch wenn Teile wie Balgleitungseinrichtungen in der Leitungseinrichtung vorhanden sind, wo das eingeführte Fluid leicht stagnieren kann.
Die Fluidzufuhrvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidzufuhrvorrichtung mit einem flexiblen Abschnitt auf halbem Weg in der Fluidzufuhrvorrichtung, welche folgendes aufweist: ein erstes Filtermittel auf der Seite stromaufwärts vom flexiblen Abschnitt, das Fremdstoffe in dem Fluid einfängt; und ein zweites Filtermittel auf der Seite stromabwärts vom flexiblen Abschnitt, das Fremdstoffe im Fluid, das den flexiblen Abschnitt verlässt, einfängt.
Auch wenn Fremdstoffe im Fluid, das das erste Filtermittel passiert hat, im flexiblen Abschnitt angelagert werden und agglomerieren und sich anschließend vom flexiblen Abschnitt lösen und daraus ausgetragen werden, kann das zweite Filtermittel, das stromabwärts vom flexiblen Abschnitt vorgesehen ist, entsprechend diesem Aufbau die agglomerierten Fremdstoffe einfangen. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorrichtungen stromabwärts vom flexiblen Abschnitt ordnungsgemäß mit Fluid zu beliefern, ohne Betriebsstörungen zu verursachen.
Der flexible Abschnitt verringert oder absorbiert Vibrationen oder Wärmeausdehnung in den Fluidzufuhr-Leitungseinrichtungen und kann z.B. aus balgförmigen Leitungseinrichtungen, Dehnungsfugen, L-Bögen, Z-Bögen oder U-Bögen gebildet sein. Flexible Abschnitte dieses Typs schließen Teile ein, welche die Strömungsrichtung des eingeführten Fluids ändern.
Ein Verdichtungsmittel, welches Fluid, das von der stromaufwärtigen Seite herkommt, verdichtet und das Fluid zur stromabwärtigen Seite weitergibt, ist stromaufwärts vom flexiblen Abschnitt vorgesehen, und das erste Filtermittel kann in dem Verdichtungsmittel oder zwischen dem Verdichtungsmittel und dem flexiblen Abschnitt vorgesehen sein.
Wenn beispielsweise eine Fluidpumpe als Verdichtungsmittel verwendet wird, kann entsprechend diesem Aufbau auch dann, wenn Abnutzungspartikel und andere Fremdstoffe, die mit dem Betrieb der Fluidpumpe in Zusammenhang stehen, unter das Fluid gemischt sind, den Vorrichtungen, die stromabwärts vom flexiblen Abschnitt angeordnet sind, ordnungsgemäß Fluid zugeführt werden.
Es ist wünschenswert, dass die Filtergenauigkeit des zweiten Filtermittels niedriger ist als die des ersten Filtermittels.
Entsprechend diesem Aufbau ist es möglich, Verstopfungen im zweiten Filtermittel zu verringern und die Zunahme von Druckverlusten zu verzögern.
Eine Fluidzufuhrvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidzufuhrvorrichtung mit einem flexiblen Abschnitt auf halbem Weg in der Fluidzufuhrvorrichtung, welche folgendes aufweist: ein erstes Filtermittel auf der stromaufwärtigen Seite des flexiblen Abschnitts, das Fremdstoffe in dem Fluid einfängt; und ein Anlagerungsunterdrückungsmittel, das zwischen dem ersten Filtermittel und dem flexiblen Abschnitt angeordnet ist, welches die Anlagerung von Fremdstoffen in dem Fluid, das das erste Filtermittel passiert hat, im flexiblen Abschnitt unterdrückt.
Wenn unter dem Gesichtspunkt eines guten Leitungseinrichtungsdesigns ein flexibler Abschnitt, beispielsweise eine balgförmige Leitung, auf der stromabwärtigen Seite des ersten Filtermittels vorgesehen ist, kann entsprechend diesem Aufbau die Anlagerung von Fremdstoffen an Stellen wie den Wellungen des flexiblen Abschnitts, wo Fremdstoffe in dem Fluid, welches das erste Filtermittel passiert hat, sich leicht aufgrund einer Stagnation des Fluids in den Wellungen anlagern und agglomerieren, vom Anlagerungsunterdrückungsmittel verhindert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorrichtungen stromabwärts vom flexiblen Abschnitt ordnungsgemäß mit Fluid zu beliefern, ohne Betriebsstörungen zu verursachen.
Das Anlagerungsunterdrückungsmittel kann ein Strömungsänderungsmittel sein, welches die Strömung des Fluids, das in den flexiblen Abschnitt eingeführt wird, verändert. Das Strömungsänderungsmittel kann auch ein Absperrventil sein, und die Strömung wird durch Steuern der Öffnung und Schließung des Absperrventils geändert.
Der flexible Abschnitt ist beispielsweise eine balgförmige Leitung.
Auch wenn eine Leitung in Balgform auf der Auslassseite des ersten Filtermittels angeordnet ist, um Vibrationen oder ähnliches zu absorbieren, kann entsprechend diesem Aufbau das Anlagerungsunterdrückungsmittel verhindern, dass Fremdstoffe im Fluid sich im balgförmigen Teil (den Wellungen) anlagern und agglomerieren.
Eine Fluidpumpe kann zwischen dem ersten Filtermittel und dem flexiblen Abschnitt vorgesehen sein. Oder es kann eine Fluidpumpe mit einem eingebauten ersten Filtermittel vorgesehen sein.
Entsprechend diesem Aufbau können Vibrationen der Fluidpumpe vom flexiblen Abschnitt absorbiert werden, und es kann vom Anlagerungsverhinderungsmittel verhindert werden, dass Fremdstoffe, die vom Betrieb der Fluidpumpe erzeugt werden, sich im flexiblen Abschnitt anlagern und agglomerieren.
Das Brennstoffzellensystem entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält die Fluidzufuhrvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben im Reaktionsgas-Zufuhrsystem. Das Reaktionsgas-Zufuhrsystem, welches diese Fluidzufuhrvorrichtung enthält, kann entweder das Brenngas-Zufuhrsystem oder das Oxidationsgas-Zufuhrsystem sein.
Entsprechend diesem Aufbau ist es möglich, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das eine Fluidzufuhrvorrichtung einschließt, die in der Lage ist, ordnungsgemäß Fluid zu Vorrichtungen zu liefern, die stromabwärts von einem flexiblen Abschnitt angeordnet sind wie oben beschrieben, ohne Betriebsstörungen zu verursachen. Beispielsweise bewirken in dem Wasserstoffgas-Leitungssystem eines Brennstoffzellensystems für ein Fahrzeug die Abnutzungspartikel oder anderen Fremdstoffe, die vom Betrieb der Wasserstoffpumpe (dem Verdichtungsmittel, der Fluidpumpe) bewirkt werden, keine Betriebsstörungen in den stromabwärtigen Vorrichtungen, und das Fahrzeug kann weich und stabil angetrieben werden. Das gleiche gilt für einen Kompressor (ein Verdichtungsmittel, eine Fluidpumpe) im Oxidationsgas-Zufuhrsystem des Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs.
Eine andere Ausführungsform der Fluidzufuhrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidzufuhrvorrichtung, die Leitungseinrichtungen einschließt, in die Fluid, welches Filtermittel passiert hat, die Fremdstoffe einfangen sollen, eingeführt und stromabwärts davon ausgetragen wird, und wenn die Leitungseinrichtung Teile einschließt, welche die Richtung des eingeführten Fluids ändern, ist ein Anlagerungsunterdrückungsmittel vorgesehen, um die Anlagerung von Fremdstoffen aus Fluid, welches das Filtermittel passiert hat, in diesen Teilen zu unterdrücken.
Wenn im Hinblick auf das Leitungseinrichtungsdesign Leitungseinrichtungen, die mit Teilen ausgestattet sind, welche die Richtung des eingeführten Fluids ändern, auf der Auslassseite des Filtermittels vorgesehen sind, kann entsprechend diesem Aufbau die Anlagerung von Fremdstoffen an Stellen, wo Fremdstoffe in dem Fluid, welches das erste Filtermittel passiert hat, sich leicht anlagern und agglomerieren können, weil das Fluid an diesen Stellen der Leitung stagniert, vom Anlagerungsunterdrückungsmittel verhindert werden. Auf diese Weise ist es möglich, Vorrichtungen stromabwärts von der Leitungseinrichtung ordnungsgemäß mit Fluid zu beliefern, ohne Betriebsstörungen zu verursachen.
Die Leitungseinrichtung kann in Balgform ausgebildet sein.
Auch wenn eine Leitung in Balgform (Balgleitung) auf der Auslassseite des Filtermittels angeordnet ist, um Vibrationen oder ähnliches zu absorbieren, kann entsprechend diesem Aufbau das Anlagerungsunterdrückungsmittel verhindern, dass Fremdstoffe im Fluid sich im balgförmigen Teil anlagern und agglomerieren.
Eine andere Ausführungsform der Fluidzufuhrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidzufuhrvorrichtung, die Leitungseinrichtungen einschließt, in die Fluid, welches das Filtermittel, das Fremdstoffe einfangen soll, passiert hat, eingeführt wird und stromabwärts davon ausgetragen wird, und wenn die Leitungseinrichtungen Teile einschließen, welche die Richtung des eingeführten Fluids ändern, ist auch ein zweites Filtermittel auf der Auslassseite der Leitungseinrichtungen vorgesehen, um Fremdstoffe im eingeführten Fluid einzufangen.
Auch dann, wenn Fremdstoffe im Fluid, das das erste Filtermittel passiert hat, sich in diesen Teilen der Leitung anlagern und agglomerieren und sich anschließend von diesen Teilen lösen und ausgetragen werden, kann entsprechend diesem Aufbau das zweite Filtermittel, das auf der Seite stromabwärts von den Leitungseinrichtungen vorgesehen ist, die agglomerierten Fremdstoffe einfangen. Auf diese Weise können Vorrichtungen, die stromabwärts von der Leitungseinrichtung angeordnet sind, ordnungsgemäß mit Fluid beliefert werden, ohne Betriebsstörungen zu verursachen.
Die Leitungseinrichtung kann in Balgform ausgebildet sein.
Wenn eine Leitung, die in Balgform ausgebildet ist (eine Balgleitung) auf der Auslassseite des ersten Filtermittels angeordnet ist, um Vibrationen oder ähnliches zu absorbieren, können auch dann, wenn Fremdstoffe in dem Fluid, welches das erste Filtermittel passiert hat, sich im balgförmigen Teil anlagern und agglomerieren und sich anschließend lösen und ausgetragen werden, diese entsprechend diesem Aufbau vom zweiten Filtermittel entfernt werden.
Es ist wünschenswert, dass die Filtergenauigkeit des zweiten Filtermittels niedriger ist als die des ersten Filtermittels.
Entsprechend diesem Aufbau ist es möglich, Verstopfungen im zweiten Filtermittel zu verringern und die Zunahme von Druckverlusten zu verzögern.
Eine Fluidzufuhrvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidzufuhrvorrichtung, die ein Umwälzmittel aufweist, welches Fluid im Strömungsweg umwälzt, indem es das Fluid einführt und ausführt, sowie Leitungseinrichtungen, in denen Fluid, das vom Umwälzmittel ausgeführt wird, eingeführt und stromabwärts davon ausgetragen wird, wobei dann, wenn die Leitungseinrichtungen Teile einschließen, welche die Richtung des eingeführten Fluids ändern können, ein Filtermittel auf der Auslassseite des Leitungseinrichtungssystems vorgesehen ist, welches Fremdstoffe, die durch den Betrieb des Umwälzmittels erzeugt werden, einfängt.
Wenn die Leitungseinrichtung Teile aufweist, welche die Richtung des eingeführten Fluids ändern und die auf der Auslassseite des Umwälzmittels angeordnet sind, können entsprechend diesem Aufbau selbst dann, wenn Fremdstoffe, die vom Betrieb des Umwälzmittels erzeugt werden, sich in diesen Teilen anlagern und agglomerieren und sich anschließend lösen und ausgetragen werden, die agglomerierten Fremdstoffe vom zweiten Filtermittel, das auf der Auslassseite der Leitungseinrichtung vorgesehen ist, eingefangen werden. Auf diese Weise können Vorrichtungen, die stromabwärts von der Leitungseinrichtung angeordnet sind, ordnungsgemäß mit Fluid beliefert werden, ohne Betriebsstörungen zu verursachen.
Es ist wünschenswert, dass es sich bei dem Umwälzmittel um eine Pumpe handelt.
Wenn eine Pumpe als Umwälzmittel verwendet wird, können auch dann, wenn Abnutzungspartikel oder andere Fremdstoffe durch den Betrieb der Pumpe erzeugt werden, Vorrichtungen, die stromabwärts von der Leitungseinrichtung angeordnet sind, ordnungsgemäß mit Fluid versorgt werden, ohne Betriebsstörungen zu bewirken.
Es ist wünschenswert, dass es sich bei der Leitungseinrichtung um eine Balgform handelt.
Entsprechend diesem Aufbau können Vibrationen der Pumpe absorbiert werden, da sich die Leitungseinrichtung in Form eines Balgs ausdehnt und verkürzt, und auch falls Fremdstoffe, die vom Betrieb der Pumpe erzeugt werden, sich im balgförmigen Teil anlagern und agglomerieren und sich anschließend lösen und ausgetragen werden, können die Fremdstoffe von dem Filtermittel entfernt werden.
Es ist wünschenswert, dass das Umwälzfiltermittel, das Fremdstoffe, die vom Betrieb des Umwälzmittels erzeugt werden, einfängt, im Umwälzmittel vorgesehen ist.
Entsprechend diesem Aufbau kann Fluid der Leitungseinrichtung zugeführt werden, nachdem es vom Umwälzfiltermittel gefiltert wurde.
Es ist wünschenswert, dass die Filtergenauigkeit des Filtermittels niedriger ist als die des Umwälzfiltermittels.
Entsprechend diesem Aufbau ist es möglich, Verstopfungen im Filtermittel zu verringern und die Zunahme von Druckverlusten zu verzögern.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Skizze, welche den Aufbau der Hauptteile eines Brennstoffzellensystems entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Querschnittsdarstellung der zweiten Balgleitung entsprechend der ersten Ausführungsform; und
3 ist eine Skizze, welche den Aufbau der Hauptteile eines Brennstoffzellensystems entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es folgt eine Erläuterung der Fluidzufuhrvorrichtung und des Brennstoffzellensystems, welches dieses nutzt, entsprechend der besten Weise zur Ausführung der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für die Fluid zufuhrvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, die auf die Brenngas-Leitungseinrichtung (beispielsweise die Wasserstoffgas-Leitungseinrichtung) eines Brennstoffzellensystems angewendet wird, erläutert.
[Erste Ausführungsform]
Zunächst wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels der 1 und 2 erklärt. 1 ist eine Skizze, welche den Aufbau der Hauptteile eines Brennstoffzellensystems entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Darstellung der zweiten Balgleitung entsprechend der ersten Ausführungsform, die teilweise im Querschnitt dargestellt ist.
In der ersten Ausführungsform wird erklärt, dass verhindert werden soll, dass Probleme in der belieferten Ausrüstung auf der stromabwärtigen Seite auftreten, auch wenn die Leitungseinrichtung im Strömungsweg angeordnete Teile einschließt, in denen das eingeführte Fluid leicht stagnieren kann (zweite Balgleitung, flexibler Abschnitt), und daher eine Anlagerungsunterdrückungseinrichtung vorgesehen ist, um die Anlagerung von Fremdstoffen im Fluid an diesen Teilen zu verhindern.
Zuerst wird der Aufbau des Brennstoffzellensystems auf einfache Weise erklärt. Wie in 1 dargestellt, schließt das Brennstoffzellensystem entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Festpolymer-Elektrolysestapel (eine Brennstoffzelle) 10 ein, der eine Zufuhr von Sauerstoffgas (Luft) durch ein Sauerstoffgas-(Reaktionsgas-) Leitungssystem 11 und von Wasserstoffgas durch ein Wasserstoffgas-(Reaktionsgas-) Leitungssystem 12 empfängt und elektrische Leistung erzeugt.
Der Stapel 10 wird durch Schichten einer Vielzahl von Zellen, die aus einer Festpolymer-Elektrolysemembran gebildet sind, die zwischen einer Anode (Wasserstoff elektrode) und einer Kathode (Luftelektrode) angeordnet ist, welche ihrerseits auf beiden Seiten zwischen einem Paar Separatoren angeordnet sind, gebildet. Wenn Wasserstoffgas und Sauerstoffgas den einzelnen Zellen zugeführt werden, erzeugt der Stapel 10 Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion. Wenn das Brennstoffzellensystem 1 in einem Fahrzeug installiert ist, wird die erzeugte Elektrizität zur Leistungsquelle des Fahrzeugs, die den Motoren und dergleichen zugeführt wird.
Das Sauerstoffgas-Leitungssystem 11 schließt folgendes ein: einen Sauerstoffgas-Zufuhrströmungsweg 16 ein, der Sauerstoffgas, das in einem Befeuchter 9 befeuchtet wird, zum Stapel 10 liefert, einen Sauerstoffgas-Abfuhrströmungsweg 17, der Sauerstoffgas, das aus dem Stapel 10 ausgetragen wird, zum Befeuchter 9 leitet, und einen Sauerstoffgas-Auslassströmungsweg 27, der das vom Befeuchter 9 abströmende Sauerstoffgas zu einer Verbrennungseinrichtung 24 leitet.
Das Wasserstoffgas-Leitungssystem 12 schließt einen Wasserstoffgas-Zufuhrströmungsweg 13 ein, der Wasserstoffgas von einer Wasserstoff Zufuhrquelle 23, wie einem Hochdruck-Speichertank für Wasserstoffgas oder ähnlichem, zum Stapel 10 liefert, einen Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14, der abströmendes Wasserstoffgas, das vom Stapel 10 abgegeben wird, zum Wasserstoffgas-Zufuhrströmungsweg 13 zurückführt, und einen Wasserstoffgas-Auslassströmungsweg 15, der vom Umwälzströmungsweg 14 für abströmendes Wasserstoffgas abzweigt.
Das Wasserstoffgas-Leitungssystem 12 liefert frisches Wasserstoffgas, das von der Wasserstoff Zufuhrquelle 23 geliefert wird, und abströmendes Wasserstoffgas, das vom Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14 zurückgeführt wird, zum Stapel 10. Ein Anoden-Entleerungsventil 25 ist im Wasserstoffgas-Auslassströmungsweg 15 als Absperrventil installiert, um den Wasserstoffgas-Auslassströmungsweg Wasserstoffgas-Auslassströmungsweg 15 zu öffnen und zu schließen. Durch Öffnen des Anoden-Entleerungsventils 25 werden Fremdstoffe im abströmenden Wasserstoffgas zusammen mit dem abströmenden Wasserstoffgas zur Verbrennungseinrichtung 24 geführt.
Nun wird der Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14, auf den die Fluidzufuhrvorrichtung 26 entsprechend der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ausführlich erläutert.
Der Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14 schließt eine erste Balgleitung 18, eine Wasserstoffpumpe (Umwälzmittel, Druckerhöhungsmittel, Fluidpumpe) 19, ein Umwälzseiten-Absperrventil 20, das den Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14 öffnet und schließt, und eine zweite Balgleitung (einen flexiblen Abschnitt, einen balgförmigen Abschnitt) 21 ein, und zwar in dieser Reihenfolge ausgehend vom Stapel 10 nach unten.
Entsprechend diesem Aufbau wird Wasserstoffgas, das mit der Leistungserzeugung im Stapel 10 in Zusammenhang steht, von der Wasserstoffpumpe 19 verdichtet, nachdem es die erste Balgleitung 18 passiert hat und mischt sich über die zweite Balgleitung 21 mit dem Wasserstoffgas-Zufuhrweg 13. Vibrationsverlagerungen, die durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 19 bewirkt werden, werden von der ersten Balgleitung 18 und der zweiten Balgleitung 21, die auf der Einlassseite bzw. der Auslassseite der Wasserstoffpumpe 19 vorgesehen sind, absorbiert.
Die erste Balgleitung 18 ist eine Leitung, die in Form eines Balgs ausgebildet ist und die durch Ausdehnen und Verkürzen in der Form eines Balges Vibrationen absorbiert, die durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 19 erzeugt werden. Eine andere Form als eine Balgform kann übernommen werden, falls die Funktion der Vibrationsabsorption bereitgestellt wird. Beispielsweise können Dehnungsfugen, L-Bögen, Z-Bögen und U-Bögen übernommen werden. Abhängig von der Spezifikation kann es auch möglich sein, auf die erste Balgleitung 18 stromaufwärts von der Wasserstoff pumpe zu verzichten.
Die Wasserstoffpumpe 19 wälzt Fluid, anders gesagt, abströmendes Wasserstoffgas, im Strömungsweg um, indem sie das abströmende Wasserstoffgas, das vom Stapel 10 abgegeben wird, verdichtet und transportiert, und es kann ein beliebiger Typ entsprechend der Spezifikation des Wasserstoffgas-Leitungssystems 12 übernommen werden. Beispielsweise kann eine Scroll-Pumpe oder eine andere Art von Fluidpumpe übernommen werden.
Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, schließt die Wasserstoffpumpe 19 außerdem eine Pumpenkammer, eine Einlasseinheit, die das abströmende Wasserstoffgas in die Pumpenkammer einführt, und eine Ablasseinheit, die das abströmende Wasserstoffgas, das in der Pumpenkammer verdichtet wurde, transportiert, ein; die Einlasseinheit und die Auslasseinheit sind mit dem Wasserstoffgas-Umwälzweg 14 verbunden.
In dieser Art von Wasserstoffpumpe werden außerdem Abnutzungspartikel und andere Fremdstoffe durch die Gleitbewegung der Wasserstoffpumpe 19 erzeugt, daher schließt die Wasserstoffpumpe ein Pumpenfiltermittel (erstes Filtermittel) 19a ein, um die erzeugten Fremdstoffe einzufangen. In diesem Fall wird ein Pumpenfiltermittel 19a übernommen, das für das zu filternde Fluid, die Eigenschaften der einzufangenden Fremdstoffe, den benötigten Entfernungsanteil usw. geeignet ist. Beispielsweise kann ein gitterförmiges Filter mit gleichmäßigem Öffnungsverhältnis oder dergleichen übernommen werden.
Die zweite Balgleitung 21 ist eine Leitung, die in Form eines Balgs ausgebildet ist und die durch Ausdehnen und Verkürzen in der Form eines Balges Vibrationen absorbiert, die durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 19 erzeugt werden. Der Aufbau der zweiten Balgleitung 21 kann entsprechend der Spezifikation der Wasserstoffpumpe 19 übernommen werden, aber es wird z.B. in Betracht gezogen, den in 2 dargestellten Aufbau zu übernehmen.
2 ist eine Darstellung der teilweise im Querschnitt dargestellten zweiten Balgleitung 21. Die zweite Balgleitung 21 schließt einen Hauptkörper 210 ein, der aus Gummi oder dergleichen besteht, eine Einlasseinheit 211, die abströmendes Wasserstoffgas in den Hauptkörper einführt, und eine Auslassleitung 212, die abströmendes Wasserstoffgas aus dem Hauptkörper austrägt; die Einlassleitung 211 und die Auslassleitung 212 sind mit dem Wasserstoffgas-Umwälzweg 14 verbunden. Der Hauptkörper 210 schließt Wellungen (Bälge) 213 in Form eines Balges ein, tun Vibrationen, die durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 19 erzeugt werden, zu absorbieren.
In der zweiten Balgleitung 21 kann das abströmende Wasserstoffgas, das aus der Einlasseinheit 211 eingeführt wird, leicht an den Innenwänden der Wellungen 213 stagnieren, und Fremdstoffe, die das Pumpenfiltermittel 19a passiert haben, können leicht in den Vertiefungen in den Innenwänden der Wellungen 213 haften und agglomerieren. Dann können sich die agglomerierten Fremdstoffe ablösen, und Wasserstoffgas, das die agglomerierten Fremdstoffe von der zweiten Balgleitung 21 enthält, wird aus der der Auslasseinheit 212 ausgetragen.
Außer einer balgförmigen Leitung kann die zweite Balgleitung auch die Form von Dehnungsfugen, L-Bögen, Z-Bögen oder U-Bögen und ähnlichem annehmen.
Das Umwälzseiten-Absperrventil 20 ist ein Ventil, das den Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14 öffnet und schließt, und durch die Anordnung des Umwälzseiten-Absperrventils 20 stromabwärts von der Wasserstoffpumpe 19 und stromaufwärts von der zweiten Balgleitung 21 dient das Umwälzseiten-Absperrventil 20 als Anlagerungsunterdrückungsmittel, um die Anlagerung von Fremdstoffen im Fluid in den Wellungen der zweiten Balgleitung 21 zu unterdrücken. Die Öffnung und Schließung des Umwälzseiten-Absperrventils 20 wird von einer Steuereinrichtung (ECU) 50 gesteuert. Die Steuereinrichtung 50 kann den Strom des abströmenden Wasserstoffgases, das in die zweite Balgleitung 21 eingeführt wird, durch Steuern der Öffnung und Schließung des Umwälzseiten-Absperrventils 20 ändern.
Durch Ändern des Stroms des abströmenden Wasserstoffgases, das in die zweite Balgleitung 21 eingeführt wird, durch die Öffnungs- und Schließungsbetätigung des Umwälzseiten-Absperrventils 20 wird die Stagnation des abströmenden Wasserstoffgases, das in die zweite Balgleitung 21 eingeführt wird, an den Innenwänden der Wellungen 213 verhindert, und bevor Fremdstoffe, die an den Innenwänden der Wellun gen 213 haften geblieben sind, agglomerieren, können die Fremdstoffe ausgetragen werden.
Entsprechend der Fluidzufuhreinrichtung 26 und dem Brennstoffzellensystem 1 der vorliegenden Erfindung kann daher der Strom des abströmenden Wasserstoffgases, das in die zweite Balgleitung 21 eingeführt wird, durch die Öffnungs- und Schließungsbetätigung des Umwälzseiten-Absperrventils 20 verändert werden, so dass verhindert werden kann, dass sich Fremdstoffe, die das Pumpenfiltermittel 19a passiert haben, an den Wellungen 313 der zweiten Balgleitung 21 anlagern und agglomerieren.
Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten von Problemen im stromabwärts angeordneten Stapel 10 oder ähnlichem zu verhindern, auch wenn die zweite Balgleitung 21 auf der Auslassseite der Wasserstoffpumpe 19 angeordnet ist, um Vibrationen zu absorbieren.
Es ist möglich, einen anderen Aufbau als das Umwälzseiten-Absperrventil 20 als Anlagerungsverhinderungsmittel zu übernehmen, um die Anlagerung von Fremdstoffen in den Wellungen 213 der zweiten Balgleitung 21 zu verhindern. Beispielsweise kann eine Steuerplatte an einer vorgegebenen Stelle innerhalb der zweiten Balgleitung 21 vorgesehen sein, um den Strom des Wasserstoffabgases zu variieren. Außerdem kann eine Vibrationseinrichtung, die von außen Vibrationen an die zweite Balgleitung 21 anlegt, an der zweiten Balgleitung 21 vorgesehen sein.
[Zweite Ausführungsform]
Nun wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels 3 erläutert. 3 ist eine Skizze, welche die Hauptteile eines Brennstoffzellensystems entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass anstelle des Umwälzseiten-Absperrventils 20 ein Filtermittel auf der Auslassseite (der stromabwärtigen Seite) der zweiten Balgleitung 21 vorgesehen ist, um Fremdstoffe einzufangen, und der übrige Aufbau ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform. Daher wurden gleichen Strukturen gleiche Bezugszeichen gegeben, und auf ihre Erklärung wurde verzichtet.
Ein Filtermittel (zweites Filtermittel) 22 fängt angelagerte Stoffe, die beispielsweise durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe (des Verdichtungsmittels, der Strömungspumpe) 19 erzeugt wurden und die sich in den Wellungen 213 der zweiten Balgleitung (des flexiblen Abschnitts) 21 angelagert und agglomeriert haben, ein und ist auf der Auslassseite (der stromabwärtigen Seite) der zweiten Balgleitung 21 vorgesehen.
Es kann ein Filtermittel 22 übernommen werden, das sich für das zu filternde Fluid, die Eigenschaften der einzufangenden Fremdstoffe, das erforderliche Entfernungsverhältnis usw. eignet, aber beispielsweise kann ein gitterförmiges Filter mit gleichmäßigem Öffnungsverhältnis oder ähnliches übernommen werden.
Das Filtermittel 22 besteht beispielsweise aus einem Material wie Nylon oder ähnlichem, und obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, schließt es einen Hauptkörper ein, der ein Filtergitter enthält, eine Einlasseinheit, die abströmendes Wasserstoffgas in den Hauptkörper einführt, und eine Auslasseinheit, die das abströmende Wasserstoffgas aus dem Hauptkörper transportiert, und die Einlasseinheit und die Auslasseinheit sind mit dem Wasserstoffgas-Umwälzströmungsweg 14 verbunden.
Selbst wenn das abströmende Wasserstoffgas, das in das Filtermittel 22 eingeführt wird, Fremdstoffe enthält, die in der zweiten Balgleitung 21 agglomerieren, kann das Filtermittel 22 die Fremdstoffe einfangen. Daher werden Fremdstoffe, die in der zweiten Balgleitung 21 agglomerieren, entfernt, wenn das Fluid das Filtermittel 22 passiert, so dass die Fremdstoffe die stromabwärts angeordneten Vorrichtungen nicht beschädigen.
Es ist wünschenswert, dass die Filtergenauigkeit des Filtermittels 22 entsprechend den Eigenschaften der einzufangenden Fremdstoffe, dem erforderlichen Entfernungsverhältnis und der Art der Wasserstoffpumpe 19 bestimmt wird. Wie in der ersten Ausführungsform erläutert, sollte, wenn die Wasserstoffpumpe 19 beispielsweise ein Pumpenfiltermittel (erstes Filtermittel) 19a einschließt, das Filtermittel (das zweite Filtermittel) 22 angelagertes Material der Fremdstoffe, die das Pumpenfiltermittel 19a passiert haben und die in der zweiten Balgleitung 21 agglomeriert sind, einfangen, so dass es wünschenswert ist, dass das Filtergitter entsprechend dem Partikeldurchmesser der agglomerierten Fremdstoffe bereitgestellt wird.
In diesem Fall kann die Filtergenauigkeit des Filtermittels 22 bei der des Pumpenfiltermittels 19a oder darunter liegen (das im Filtermittel 22 vorgesehene Filtergitter kann gröber sein als das Filtergitter, das im Pumpenfiltermittel 19a vorgesehen ist), so dass es möglich ist, ein Verstopfen des Filtermittels 22 zu verringern und die Zunahme von Druckverlusten zu verzögern.
Das Filtermittel 22 sollte außerdem agglomerierte Fremdstoffe entfernen, so dass ein Filter mit einer Fläche, die kleiner ist als die Fläche des Pumpenfilters 19a, übernommen werden kann.
Falls die Wasserstoffpumpe 19 Im Gegensatz dazu kein Pumpenfiltermittel 19a einschließt, ist es notwendig, sowohl Fremdstoffe, die durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe erzeugt werden, als auch Stoffe, die sich in der zweiten Balgleitung 21 angelagert und agglomeriert haben, einzufangen, so dass es wünschenswert ist, ein Filtergitter in dem Filtermittel 22 entsprechend dem Partikeldurchmesser von Fremdstoffen, die durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 19 erzeugt wurden, vorzusehen. Auf diese Weise ist es möglich, die Zahl der Filtermittel, die im Strömungsweg bereitgestellt sind, zu verringern.
Wenn die zweite Balgleitung 21 auf der Auslassseite der Wasserstoffpumpe 19 angeordnet ist, um Vibrationen zu absorbieren, können entsprechend der Fluidzufuhrvorrichtung 26A und dem Brennstoffzellensystem 1A der vorliegenden Ausführungsform agglomerierte Fremdstoffe vom Filtermittel 22, das auf der Auslassseite der zweiten Balgleitung 21 angeordnet ist, eingefangen werden, nachdem solche Fremdstoffe durch den Betrieb der Wasserstoffpumpe 19 erzeugt wurden und sich in den Wellungen 213 der zweiten Balgleitung 21 angelagert und agglomeriert haben, selbst wenn es zu einer Ablösung der agglomerierten Fremdstoffe kommt.
Infolgedessen kann verhindert werden, dass agglomerierte Fremdstoffe in Vorrichtungen strömen, die stromabwärts von der zweiten Balgleitung 21 angeordnet sind, so das Auftreten von Problemen wie Dichtungsdefekten des Anoden-Entleerungsventils 25 oder Beschädigungen von Zellen innerhalb des Stapels 10 verhindert werden kann.
[Andere]
Die vorliegende Erfindung wurde oben mittels der besten Weise zur Durchführung der Erfindung erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Ein Fachmann kann geeignete Änderungen und Verbesserungen aufgrund des hierin offenbarten Inhalts vornehmen, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Änderungen und Verbesserungen sind ebenfalls in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
Beispielsweise wurden die obigen Ausführungsformen für den Fall erläutert, dass die Fluidzufuhreinrichtung ein Wasserstoffgas-Leitungssystem einschließt, aber es können andere Leitungssysteme eingeschlossen sein, wie Kraftstoff- oder Ölumwälzwege.
Zum Beispiel sind, falls die Fluidzufuhrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Oxidierungsgas-Leitungssystem (der Fluidzufuhrleitung) 11 enthalten ist, das auf der Seite stromaufwärts vom Befeuchter 9 angeschlossen ist, ein zweites Filtermittel, ein flexibler Abschnitt, ein erstes Filtermittel und ein Verdichtungsmittel in dieser Reihenfolge ab dem Befeuchter 9 in stromaufwärtiger Richtung vorgesehen. Das Verdichtungsmittel ist beispielsweise ein Luftkompressor (eine Strömungspumpe) oder ähnliches, der Sauerstoffgas, das von der stromaufwärtigen Seite eingeführt wird, verdichtet und es zum Befeuchter 9 überführt.
Das erste Filtermittel fängt Fremdstoffe im Sauerstoffgas ein und ist entweder in dem Verdichtungsmittel oder zwischen dem Verdichtungsmittel und dem flexiblen Abschnitt vorgesehen. Das zweite Filtermittel fängt Fremdstoffe ein, die sich im flexiblen Abschnitt angelagert und agglomeriert haben, und ist ein Filter, dessen Filtergenauigkeit niedriger (gröberes Gitter) ist als die des ersten Filtermittels. Der flexible Abschnitt absorbiert außerdem Vibrationen und Stöße im Zusammenhang mit dem Betrieb des Verdichtungsmittels, daher besteht der flexible Abschnitt beispielsweise aus einer balgförmigen Leitung, Dehnungsfugen, L-Bögen, Z-Bögen, U-Bögen oder ähnlichem.
Die zweite Ausführungsform wurde obenstehend für den Fall beschrieben, dass anstelle des Umwälzseiten-Absperrventils 20 (des Anlagerungsverhinderungsmittels) ein Filtermittel 22 auf der Auslassseite der zweiten Balgleitung 21 vorgesehen ist, aber es kann auch ein Aufbau verwendet werden, in dem sowohl das Umwälzseiten-Absperrventil 20 als auch das Filtermittel 22 vorgesehen sind.
Die obige Ausführungsform wurde ferner für den Fall erläutert, dass das Filtermittel 22 auf der Auslassseite der zweiten Balgleitung 21 angeordnet ist, aber falls Teile (der flexible Abschnitt), die die Richtung des eingeführten Fluids ändern, stromabwärts von Vorrichtungen wie einer Wasserstoffpumpe 19 oder ähnlichem angeordnet sind, welche Fremdstoffe wie Abnutzungsteilchen erzeugen, kann das Filtermittel 22 auf der Auslassseite dieser Leitungseinrichtung angeordnet sein.
Falls es aus Gründen, die mit dem Konstruktionsraum zusammenhängen, notwendig ist, eine L-förmige Leitung auf der Auslassseite der Wasserstoffpumpe 19 anzuordnen, kann das Fluid leicht in dem L-förmigen Abschnitt (dem Teil der die Richtung des eingeführten Wasserstoffabgases ändert) stagnieren, so dass ähnlich wie im Fall von Wellungen 213 der zweiten Balgleitung 21 eine Agglomerierung von Fremdstoffen stattfinden kann, aber durch die Anordnung des Filtermittels 22 auf der Auslassseite der Leitungseinrichtung ist es möglich, die agglomerierten angelagerten Stoffe zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung ist von Nutzen, wenn Leitungseinrichtungen, die Teile aufweisen, in denen das eingeführte Fluid leicht stagnieren kann, in den Strömungswegen angeordnet sind, um zu verhindern, dass in Ausrüstung, die stromabwärts angeordnet ist, Probleme auftreten, welche durch Fremdstoffe bewirkt werden, die sich an diesen Teilen im Strömungsweg anlagern, wo das eingeführte Fluid leicht stagnieren kann, so dass die vorliegende Erfindung ein weites Anwendungsgebiet in Fluidzufuhrvorrichtungen und Brennstoffzellensystemen mit diesem Bedarf hat.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist eine Fluidzufuhrvorrichtung mit einer balgförmigen Leitung 21 auf halbem Weg in der Fluidzufuhr-Leitungseinrichtung, welche folgendes aufweist: ein erstes Filtermittel 19a, das Fremdstoffe in dem Fluid auf der Seite stromaufwärts von der balgförmigen Leitung 21 einfängt; und ein zweites Filtermittel, das Fremdstoffe im Fluid, das aus der Leitung 21 ausgetragen wird, auf der Seite stromabwärts von der balgförmigen Leitung 21 einfängt.

Claims

Fluidzufuhrvorrichtung mit einem flexiblen Abschnitt auf halbem Weg in der Fluidzufuhr-Leitungseinrichtung, welche folgendes aufweist: ein erstes Filtermittel, das Fremdstoffe in dem Fluid auf der Seite stromaufwärts vom flexiblen Abschnitt einfängt; und ein zweites Filtermittel, das Fremdstoffe im Fluid, das aus dem flexiblen Abschnitt ausgetragen wird, auf der Seite stromabwärts vom flexiblen Abschnitt einfängt.
Fluidzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Verdichtungsmittel, das Fluid, das von der stromaufwärtigen Seite eingeführt wird, verdichtet und das Fluid zur stromabwärtigen Seite überführt, stromaufwärts vom flexiblen Abschnitt vorgesehen ist, und das erste Filtermittel im Verdichtungsmittel oder zwischen dem Verdichtungsmittel und dem flexiblen Abschnitt vorgesehen ist.
Fluidzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Filtergenauigkeit des zweiten Filtermittels niedriger ist als die des ersten Filtermittels.
Fluidzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der flexible Abschnitt eine balgförmige Leitung ist.
Fluidzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verdichtungsmittel eine Fluidpumpe ist.
Fluidzufuhrvorrichtung mit einem flexiblen Abschnitt auf halbem Weg in der Fluidzufuhr-Leitungseinrichtung, welche folgendes aufweist: ein erstes Filtermittel, das Fremdstoffe in dem Fluid einfängt, auf der Seite stromaufwärts vom flexiblen Abschnitt; und ein Anlagerungsunterdrückungsmittel, das zwischen dem ersten Filtermittel und dem flexiblen Abschnitt vorgesehen ist und das die Anlagerung von Fremdstoffen in dem Fluid, das das erste Filtermittel passiert hat, unterdrückt.
Fluidzufuhrvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Anlagerungsunterdrückungsmittel ein Strömungsänderungsmittel ist, das den Strom eines Fluids, das in den flexiblen Abschnitt eingeführt wird, ändert.
Fluidzufuhrvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Strömungsänderungsmittel ein Absperrventil ist und der Strom durch Steuern der Öffnung und Schließung des Absperrventils geändert wird.
Fluidzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der flexible Abschnitt eine balgförmige Leitung ist.
Fluidzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Fluidpumpe zwischen dem ersten Filtermittel und dem flexiblen Abschnitt vorgesehen ist.
Fluidzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Fluidpumpe mit eingebautem erstem Filtermittel vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem, welches die Fluidzufuhrvorrichtung entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Reaktionsgas-Zufuhrsystem beinhaltet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, wobei das Reaktionsgas-Zufuhrsystem ein Brenngas-Zufuhrsystem ist.