-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen des Oxidationsmittelgases in einer zum Erzeugen von Elektrizität verwendeten Brennstoffzelle sowie die Verwendung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle in einem Fahrzeug.
-
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
-
Eine Brennstoffzelle erzeugt Elektrizität, indem eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem Oxidationsmittelgas hervorgerufen wird. Als das Brennstoffgas wird im Allgemeinen Wasserstoff verwendet, und als das Oxidationsmittelgas wird im Allgemeinen Luft verwendet. Ein Edelmetall wie z. B. Platin wird im Allgemeinen als Katalysator verwendet, um eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Brennstoffgas und dem Oxidationsmittelgas hervorzurufen.
-
Die als das Oxidationsmittelgas verwendete Luft enthält manchmal Gaskomponenten (Verunreinigungen) wie etwa Schwefelverbindungen und Stickoxide. Wenn ein Katalysator aus Platin oder einem anderen Edelmetall mit den Verunreinigungen in Berührung kommt, wird seine Aktivität herabgesetzt. Wenn die als das Oxidationsmittelgas verwendete Luft an die Brennstoffzelle gefördert wird, ohne solche Verunreinigungen zu entfernen, wird die Aktivität des Katalysators herabgesetzt, was die elektrochemische Reaktion schwächt und eine Verringerung der erzeugten Spannung verursacht. Aus diesem Grund wird ein Adsorptionsmittel (chemischer Filter) in einem Brennstoffzellensystem vorgesehen, um Verunreinigungen aus der Luft zu entfernen. Eine aktivierte Faser auf Kohlenstoffbasis o. dgl. wird im Allgemeinen als das Adsorptionsmittel verwendet, das Gaskomponenten wie etwa Schwefelverbindungen oder Stickoxide adsorbiert. Ausserdem gibt das Adsorptionsmittel die adsorbierten Gaskomponenten frei, wenn es zumindest auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird. Indem das Adsorptionsmittel erwärmt wird, bevor es die Sättigungs-Adsorptionsmenge erreicht, ist es somit möglich, die Adsorptionsfähigkeit über einen langen Zeitraum aufrecht zu erhalten.
-
In herkömmlichen Brennstoffzellensystemen war ein elektrisches Heizelement für die thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels vorgesehen, wie beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift
JP 2005-129494 A und der japanischen Offenlegungsschrift
JP 2004-327429 A beschrieben ist.
-
US 2004/0131911 A1 beschreibt eine Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle mit einem Kompressor, einer Kühlvorrichtung und einer Adsorptionsmitteleinheit. Der Kompressor ist in einem Oxidationsmittelgas-Zuführpfad zur Brennstoffzelle angeordnet. Die Kühlvorrichtung ist stromabwärts vom Kompressor und die Adsorptionsmitteleinheit ist stromabwärts von der Kühlvorrichtung angeordnet. Die Kühlvorrichtung kühlt die vom Kompressor verdichtete Luft auf eine Temperatur, die eine Adsorption von Verunreinigungen erlaubt.
-
WO 2004/036675 A2 betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Kühlvorrichtung und einer Steuereinrichtung, die den Betrieb der Kühlvorrichtung steuert, um das Oxidationsmittelgas auf verschiedene Temperaturen zu kühlen.
-
US 2003/0170527 A1 und
DE 100 13 602 A1 betreffen Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtungen, die einen thermischen Adsorptionsprozess durchführen.
-
Wenn eine Brennstoffzelle an Bord eines Fahrzeugs installiert wird, ist der Einbauraum jedoch beschränkt, so dass es wünschenswert ist, über ein Brennstoffzellensystem zu verfingen, das weniger Teile verwendet.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Angesichts des vorstehend geschilderten Problems ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung, die in der Lage sind, eine geeignete thermische Regenerierung eines Adsorptionsmittels durchzuführen, während gleichzeitig die Anzahl von Teilen in einem Brennstoffzellensystem verringert ist. Diese Aufgabe wird durch eine Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 14, durch die Verwendung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 13 sowie durch ein Verfahren zum Reinigen von Oxidationsmittelgas einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 16 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
-
Um das vorstehend genannte Problem zu lösen, wird bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Adsorptionsmittel in einer Adsorptionsmitteleinheit durch Steuern einer Kühlvorrichtung, die das von einem Kompressor an die Adsorptionsmitteleinheit geförderte Oxidationsmittelgas kühlt, thermisch regeneriert. Weil hierdurch der Betrieb der Kühlvorrichtung gesteuert werden kann, um die Temperatur des Adsorptionsmittels auf eine vorgegebene Temperatur für die thermische Regenerierung zu erhöhen, ist es möglich, eine geeignete thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels durchzuführen und gleichzeitig die Anzahl von Teilen zu verringern.
-
Genauer gesagt weist eine Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung folgendes auf: einen im Oxidationsmittelgas-Zuführpfad zur Brennstoffzelle angeordneten Kompressor, der Oxidationsmittelgas verdichtet und das Oxidationsmittelgas fördert; eine im Oxidationsmittelgas-Zuführpfad stromabwärts von dem Kompressor angeordnete Kühlvorrichtung, die das durch die Kühlvorrichtung strömende Oxidationsmittelgas kühlt; eine im Oxidationsmittelgas-Zuführpfad stromabwärts von der Kühlvorrichtung angeordnete Adsorptionsmitteleinheit zum Aufnehmen eines Adsorptionsmittels, das bei der vorgegebenen Adsorptionstemperatur die Verunreinigungen aufnimmt, die in dem aus der Kühlvorrichtung geförderten Oxidationsmittelgas enthalten sind, und das bei einer vorgegebenen Regenerationstemperatur für einen Thermalregenerationsbetrieb, die über der Adsorptionstemperatur liegt, die adsorbierten Verunreinigungen freigibt; und eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, dass sie den Betrieb der Kühlvorrichtung steuert, um das Oxidationsmittelgas, das eine über der vorgegebenen Adsorptionstemperatur liegende Temperatur aufweist und vom Kompressor gefördert wird, zu kühlen, so dass das Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur für einen Adsorptionsbetrieb gebracht wird, wenn die Brennstoffzelle in Betrieb ist, und das Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Regenerationstemperatur für einen Thermalregenerationsbetrieb gebracht wird, wenn das Adsorptionsmittel thermisch regeneriert wird. Der Kompressor ist dazu ausgebildet, das Oxidationsmittelgas so zu verdichten, dass es eine Temperatur aufweist, die gleich der oder höher als die vorgegebene Regenerationstemperatur ist.
-
In der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung des vorstehenden Aspektes ist ein Kompressor im Oxidationsmittelgas-Zuführpfad vorgesehen. Eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Oxidationsmittelgases ist stromabwärts vom Kompressor angeordnet. Eine Adsorptionsmitteleinheit zum Aufnehmen eines Adsorptionsmittels, das Verunreinigungen aus dem Oxidationsmittelgas adsorbiert und freigibt, ist stromabwärts von der Kühlvorrichtung angeordnet. Eine Steuereinrichtung ist dazu konfiguriert, den Betrieb der Kühlvorrichtung zu steuern. Es ist der Steuereinrichtung daher möglich, die Temperatur des Oxidationsmittelgases zu steuern, das zur Adsorptionsmitteleinheit gefördert wird. Im Ergebnis ist es möglich, die Temperatur des Adsorptionsmittels auf eine angemessene Temperatur einzustellen.
-
Verunreinigungen werden von dem Adsorptionsmittel adsorbiert, wenn das Adsorptionsmittel eine vorgegebene Adsorptionstemperatur erreicht, und von dem Adsorptionsmittel freigegeben, wenn das Adsorptionsmittel eine vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb erreicht. Selbst wenn das Adsorptionsmittel die Sättigungsadsorptionsmenge übersteigt und dadurch sein Adsorptionsvermögen verliert, ist es somit möglich, das Adsorptionsvermögen des Adsorptionsmittels durch Erwärmen des Adsorptionsmittels auf die vorgegebene Thermalregenerationstemperatur wieder herzustellen. Die Adsorptionstemperatur ist die Temperatur des Adsorptionsmittels, bei der das Adsorptionsmittel Verunreinigungen adsorbiert, und die Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb ist die Temperatur des Adsorptionsmittels, bei der das Adsorptionsmittel die adsorbierten Verunreinigungen freigibt.
-
Wenn die Brennstoffzelle in Betrieb ist, wird der Kühlbetrieb der Kühlvorrichtung in der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß diesem Aspekt so gesteuert, dass sich das Adsorptionsmittel auf einer vorgegebenen Adsorptionstemperatur befindet. Dadurch werden die Verunreinigungen im Oxidationsmittelgas von dem Adsorptionsmittel adsorbiert, und das Oxidationsmittelgas, aus dem Verunreinigungen entfernt wurden, wird an die Brennstoffzelle gefördert. Wenn die Brennstoffzelle angehalten wird, führt die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung einen Thermalregenerationsbetrieb durch, bei dem der Betrieb der Kühlvorrichtung so gesteuert wird, dass sich das Adsorptionsmittel auf der vorgegebenen Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb befindet. Dadurch werden die adsorbierten Verunreinigungen freigegeben, und das Adsorptionsvermögen des Adsorptionsmittels wird wieder hergestellt. Der Adsorptionsbetrieb gibt einen Belüftungszustand der Adsorptionsmitteleinheit an, in dem beispielsweise Verunreinigungen aus Oxidationsmittelgas entfernt werden, das an die Brennstoffzelle gefördert werden soll, und das Oxidationsmittelgas, aus dem Verunreinigungen entfernt wurden, an die Brennstoffzelle gefördert wird. Auf die gleiche Weise gibt der Thermalregenerationsbetrieb einen Belüftungszustand für die Adsorptionsmitteleinheit an, in dem beispielsweise in der Adsorptionsmitteleinheit adsorbierte Verunreinigungen freigegeben und abgeführt werden.
-
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, führt die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle dieses Aspektes eine geeignete thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels durch und verringert gleichzeitig die Anzahl von Teilen in dem Brennstoffzellensystem.
-
Bei der vorstehenden Ausgestaltung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle kann der Kompressor Oxidationsmittelgas mit einer Temperatur fördern, die sowohl während des Adsorptionsbetriebs als auch des Thermalregenerationsbetriebs über der Adsorptionstemperatur liegt, und die Kühlvorrichtung kühlt das Oxidationsmittelgas während des Adsorptionsbetriebs in einem stärkeren Maße als während des Thermalregenerationsbetriebs.
-
D. h., das vom Kompressor stromabwärts geförderte Oxidationsmittelgas wird zumindest auf eine höhere Temperatur als die vorgegebene Adsorptionstemperatur gebracht, und die Steuereinrichtung steuert die Kühlvorrichtung so, dass Oxidationsmittelgas während eines Thermalregenerationsbetriebs in einem geringeren Maße gekühlt wird als während des Adsorptionsbetriebs. Hierdurch erreicht das Adsorptionsmittel die vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb, die für die Freigabe von Verunreinigungen geeignet ist. Erfindungsgemäß ist der Kompressor so ausgelegt, dass er in der Lage ist, das Oxidationsmittelgas so zu verdichten, dass es die vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb aufweist. Hierdurch wird Oxidationsmittelgas, das die vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb erreicht hat, vom Kompressor stromabwärts gefördert, so dass das Adsorptionsmittel auch bei einem verringerten Betrag der Kühlung durch die Kühlvorrichtung auf die vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb gebracht werden kann.
-
Bei der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle der vorstehenden Ausgestaltung kann die Kühlvorrichtung einen Strömungskanal enthalten, in dem Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle strömt. Das Oxidationsmittelgas wird durch Wärmeaustausch zwischen dem im Strömungskanal strömenden Kühlmittel und dem die Kühlvorrichtung durchströmenden Oxidationsmittelgas gekühlt, und die Steuereinrichtung steuert den Volumenstrom von Kühlmittel so, dass während eines Thermalregenerationsbetriebs weniger Kühlmittel im Strömungskanal fließt als während eines Adsorptionsbetriebs.
-
D. h., durch Kühlen mittels Wärmeaustausch zwischen Oxidationsmittelgas, das die Kühlvorrichtung durchströmt, und dem im Strömungskanal fließenden Kühlmittel wird der Kühlmittelvolumenstrom eingestellt, um den Kühlbetrag zu steuern. Hierdurch wird vom Kompressor gefördertes Oxidationsmittelgas, nachdem es mittels Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel gekühlt wurde, an die Adsorptionsmitteleinheit gefördert. Indem man die Steuereinrichtung den Kühlmittelvolumenstrom steuern lässt, kann daher die Temperatur des Adsorptionsmittels auf eine Temperatur gesteuert werden, die für die Adsorption von Verunreinigungen geeignet ist, und – falls geeignet – die Temperatur auf die Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb gesteuert werden, um die vorgegebenen adsorbierten Verunreinigungen frei zu geben.
-
In der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle der vorstehenden Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung ferner den Ausgabedruck des Kompressors so steuern, dass der Ausgabedruck während eines Thermalregenerationsbetriebs höher ist als während eines Adsorptionsbetriebs.
-
Durch eine variable Auslegung der Druckerhöhungsfähigkeit des Kompressors kann ausserdem die Temperatur des Oxidationsmittelgases auf den Ausgabedruck des Kompressors eingestellt werden. Hierdurch wird Oxidationsmittelgas, das durch den Ausgabedruck des Kompressors auf eine geeignete Temperatur eingestellt wurde, stromabwärts vom Kompressor gefördert. Durch Steuern des Kompressors mit der Steuereinrichtung ist es daher möglich, die Temperatur des Adsorptionsmittels auf die geeignete Temperatur für die Adsorption von Verunreinigungen zu steuern und die Temperatur des Adsorptionsmittels so zu steuern, dass sie eine zum Freigeben von Verunreinigungen geeignete, vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb ist.
-
In der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle der vorstehenden Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung die Kühlvorrichtung veranlassen, einen Kühlregenerationsbetrieb durchzuführen, der das Adsorptionsmittel nach dem Thermalregenerationsbetrieb erneut auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur bringt.
-
D. h., durch den Thermalregenerationsbetrieb wird Oxidationsmittelgas, das mit einer hohen Temperatur in der Adsorptionsmitteleinheit stagniert, abgeführt, und das Adsorptionsmittel wird auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur gebracht. Nach Beendigung des Thermalregenerationsbetriebs steuert die Steuereinrichtung die Kühlvorrichtung, um den Kühlbetrag zu erhöhen und das Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur zu kühlen. Weil das Adsorptionsmittel hierdurch vor dem Übergang in den Adsorptionsbetrieb auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur gebracht wird, werden Verunreinigungen im Oxidationsmittelgas beim Übergang in den Adsorptionsbetrieb zuverlässiger von dem Adsorptionsmittel adsorbiert. Der Kühlregenerationsbetrieb ist ein Belüftungszustand für die Adsorptionsmitteleinheit, wobei in diesem Betriebszustand beispielsweise die Restwärme des Adsorptionsmittels entfernt wird.
-
Die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle der vorstehenden Ausgestaltung kann ferner einen Zweigpfad aufweisen, der zwischen der Adsorptionsmitteleinheit und der Brennstoffzelle vom Zuführpfad abzweigt, und einen Leitmechanismus, der vom Kompressor gefördertes Oxidationsmittelgas entweder auf die Brennstoffzellenseite oder die Zweigpfadseite leitet, wobei die Steuereinrichtung den Leitmechanismus so steuert, dass Oxidationsmittelgas aus der Adsorptionsmitteleinheit während eines Adsorptionsbetriebs zur Brennstoffzellenseite hin geleitet wird, und dass das Oxidationsmittelgas aus der Adsorptionsmitteleinheit während eines Thermalregenerationsbetriebs zur Zweigpfadseite hin geleitet wird.
-
D. h., die Steuereinrichtung steuert den Leitmechanismus so, dass durch das Erwärmen der Adsorptionsmitteleinheit freigegebene Verunreinigungen und Oxidationsmittelgas mit einer hohen Temperatur, das in der Adsorptionsmitteleinheit stagnierte, nicht in die Brennstoffzelle strömen. Zum Zeitpunkt des Adsorptionsbetriebs führt die Steuereinrichtung eine Steuerung zum Schließen des Zweigpfades während des Adsorptionsbetriebs durch und führt eine Steuerung zum Schließen des brennstoffzellenseitigen Pfades während eines Thermalregenerationsbetriebs durch. Hierdurch wird Oxidationsmittelgas, aus dem Verunreinigungen entfernt worden sind, an die Brennstoffzelle gefördert, und vom Adsorptionsmittel freigegebene Verunreinigungen werden zur Aussenseite des Systems hin abgeführt.
-
Die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle der vorstehenden Ausgestaltung kann ferner einen im Zweigpfad angeordneten Druckhaltemechanismus aufweisen, der einen vorgegebenen Druck in der Adsorptionsmitteleinheit aufrecht erhält, wenn Oxidationsmittelgas von dem Leitmechanismus zum Zweigpfad geleitet wird.
-
D. h., indem der erhöhte Druck von Oxidationsmittelgas bis hin zur Adsorptionsmitteleinheit aufrecht erhalten wird, wird die Temperatur von Oxidationsmittelgas in der Adsorptionsmitteleinheit auf einer Temperatur über der vorgegebenen Adsorptionstemperatur gehalten. Beispielsweise kann eine Öffnung im Verlauf des Zweigpfades so vorgesehen sein, dass Oxidationsmittelgas in der Adsorptionsmitteleinheit während eines Thermalregenerationsbetriebs auf die vorgegebene Regenerationstemperatur gebracht wird. Hierdurch bringt Oxidationsmittelgas, das die vorgegebene Regenerationstemperatur für den Thermalregenerationsbetrieb infolge der Erhöhung des Drucks durch den Kompressor erreicht hat, das in der Adsorptionsmitteleinheit aufgenommene Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur, so dass ein Thermalregenerationsbetrieb zuverlässig durchgeführt werden kann. Der vorgegebene Druck kann beispielsweise der Druck in der Adsorptionsmitteleinheit sein, d. h. im Wesentlichen der gleiche wie der Ausgabedruck des Kompressors.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Erwärmen durch Erhöhen des Drucks des Oxidationsmittelgases bewirkt werden. Eine entsprechende Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle weist auf: einen in einem Oxidationsmittelgas-Zuführpfad zur Brennstoffzelle angeordneten Kompressor, der dazu ausgebildet ist, das Oxidationsmittelgas so zu verdichteen, dass es eine Temperatur aufweist, die gleich der oder höher als eine vorgegebene Regenerationstemperatur ist, sowie eine im Oxidationsmittelgas-Zuführpfad stromabwärts vom Kompressor angeordnete Adsorptionsmitteleinheit zum Aufnehmen eines Adsorptionsmittels, das adsorbierte Verunreinigungen bei der vorgegebenen Thermalregenerationstemperatur freigibt; wobei das Adsorptionsmittel Verunreinigungen, die in dem vom Kompressor geförderten Oxidationsmittelgas enthalten sind, bei einer vorgegebenen Temperatur adsorbiert; wobei die vorgegebene Regenerationstemperatur über der vorgegebenen Adsorptionstemperatur liegt; und wobei die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, dass sie einen von dem Kompressor erzeugten Druck einstellt, um die Temperatur des vom Kompressor geförderten Oxidationsmittelgases so zu variieren, dass das Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur für einen Adsorptionsbetrieb gebracht wird, wenn die Brennstoffzelle in Betrieb ist, und dass das Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Regenerationstemperatur für einen Thermalregenerationsbetrieb gebracht wird, wenn das Adsorptionsmittel thermisch regeneriert wird.
-
In der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung der vorstehenden Ausgestaltung kann der Kompressor auch durch Verdichten des Oxidationsmittelgases den Druck des Oxidationsmittelgases erhöhen, um die Temperatur des Oxidationsmittelgases auf die vorgegebene Thermalregenerationstemperatur anzuheben. Es ist daher möglich, vom Kompressor unter Druck gesetztes Oxidationsmittelgas an die Adsorptionsmitteleinheit zu fördern und das in der Adsorptionsmitteleinheit aufgenommene Adsorptionsmittel auf die vorgegebene Regenerationstemperatur für einen Thermalregenerationsbetrieb zu bringen. Hierdurch ist es möglich, eine angemessene thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels unter Verwendung von weniger Bauteilen durchzuführen.
-
Die beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine angemessene thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels, während gleichzeitig die Anzahl von Teilen in dem Brennstoffzellensystem reduziert wird. Die beschriebenen Aspekte ermöglichen ferner die Verwendung eines kleinen Heizelementes oder den Verzicht auf ein Heizelement, wodurch die zum Regenerieren des Adsorptionsmittels verbrauchte Leistung verringert wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der gleiche Ziffern verwendet werden, um gleiche Bestandteile darzustellen; es zeigt:
-
1 eine vereinfachte Darstellung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2A und 2B ein Ablaufdiagramm einer Betriebssteuerung der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine vereinfachte Darstellung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
4 eine vereinfachte Darstellung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß einer weiteren Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5 eine vereinfachte Darstellung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
6 eine vereinfachte Darstellung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im Nachfolgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. Die nachfolgend gezeigten Ausführungsformen sind nur beispielhaft gedacht und stellen keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar.
-
1 ist eine vereinfachte Darstellung einer Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anwendung des Aufbaus dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist effektiv, wenn das Brennstoffzellensystem mit der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 an Bord eines Fahrzeugs installiert ist, das eine Atmosphäre mit einer vergleichsweise großen Menge von Verunreinigungen durchfährt. Die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf eine Feststoffpolymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEFC) angewendet werden. Der BZ(Brennstoffzellen)-Stack 7 (welcher der vorstehend mit Bezug auf die vorliegende Erfindung erörterten Brennstoffzelle entspricht) ist eine PEFC und erhält elektrische Energie, indem eine elektrochemische Reaktion zwischen Sauerstoffgas in der Luft und Wasserstoff veranlasst wird.
-
In 1 ist ein Luftreiniger 3 am Lufteinlass des Luftkompressors 2 (der als der Kompressor der vorliegenden Erfindung dient) vorgesehen, der Luft (das als das Oxidationsmittelgas der vorliegenden Erfindung angesehen werden kann) fördert, um Staub und dergleichen aus der Atmosphärenluft zu entfernen. Ein Intercooler 4 (der als das die Kühlvorrichtung darstellende Element der vorliegenden Erfindung dient), eine Adsorptionsmitteleinheit 5b für die Aufnahme eines chemischen Filters 5a (der als das Adsorptionsmittel der vorliegenden Erfindung dient) und ein Befeuchter 6 sind im Verlauf der Rohrleitung vorgesehen (die als der Zuführpfad der vorliegenden Erfindung angesehen werden kann), die Luft vom Luftkompressor 2 an den BZ-Stack 7 fördert. Dem Intercooler 4 wird Kühlmittel zum Kühlen des BZ-Stacks 7 zugeführt. Der Intercooler 4 ist ein Wärmeaustauscher, der ein Rohr umfasst, durch das Kühlmittel strömt (nicht dargestellt; kann bei der vorliegenden Erfindung als der Strömungskanal angesehen werden), wobei Luft durch die Körperseite und Kühlmittel durch die Rohrseite fließt, so dass Wärme ausgetauscht wird. Das Kühlmittel wird durch die Wirkung einer Wasserpumpe 8 von der Wasserpumpe 8 über das Kühlmittelfluss-Einstellventil 9 zum Intercooler 4 gefördert. Kühlmittel, das nach einer Luftkühlung im Kühler 10 einem Wärmeaustausch im Intercooler 4 ausgesetzt war, wird erneut an die Wasserpumpe 8 gefördert. D. h., das Kühlsystem (das bei der vorliegenden Erfindung als die Kühlvorrichtung angesehen werden kann) bildet einen geschlossenen Wasserkreis.
-
Der chemische Filter 5a ist ein Adsorptionsmittel, das Verunreinigungen aus der Luft entfernt, die an den BZ-Stack 7 gefordert wird. Es kann beispielsweise ein Filter aus einem Adsorptionsmittel auf Kohlenstoffbasis als der chemische Filter 5a verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Adsorptionsmittel auf Kohlenstoffbasis Aktivkohle. Aktivkohle besitzt die Eigenschaft, dass Verunreinigungen wie etwa Schwefelverbindungen und Stickoxide, welche die katalytische Aktivität der Brennstoffzelle herabsetzen, von ihr adsorbiert werden, wenn es die Adsorptionstemperatur erreicht und mit diesen Verunreinigungen in Berührung kommt. Die Adsorptionstemperatur ist diejenige Temperatur, bei der Verunreinigungen in der Luft von dem chemischen Filter 5a adsorbiert werden. Während die Adsorptionstemperatur mit dem Typ des Adsorptionsmittels variiert, liegt sie im Allgemeinen unterhalb von 100°C. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel kann unter dem Gesichtspunkt des Schutzes des Befeuchters 6 und in Anbetracht der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (beispielsweise annähernd 80°C im Falle einer PEFC) der Temperaturbereich von –20 bis +70°C als die Adsorptionstemperatur angewendet werden. Eine weitere Eigenschaft von Aktivkohle ist es, dass die adsorbierten Verunreinigungen freigegeben werden, wenn die Aktivkohle auf eine Thermalregenerationstemperatur erwärmt wird. Die Temperatur, bei der von dem chemischen Filter 5a adsorbierte Verunreinigungen freigegeben werden, wird vorliegend als die Thermalregenerationstemperatur bezeichnet. Die Regenerationstemperatur liegt über der Adsorptionstemperatur. Wenn die Adsorptionstemperatur beispielsweise niedriger als 100°C ist, würde die Thermalregenerationstemperatur mindestens 100°C betragen. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel liegt die Thermalregenerationstemperatur im Hinblick auf eine Adsorptionstemperatur von –20 bis +70°C in dem Bereich von 110 bis 180°C.
-
Wenn die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 arbeitet, fördert der Luftkompressor 2 ständig verdichtete Luft. Der Ausgabedruck ist bei diesem Beispiel jederzeit konstant. Der Luftkompressor 2 verdichtet Luft mit Raumtemperatur, um die Temperatur der Luft auf die Thermalregenerationstemperatur anzuheben, und fördert die verdichtete Luft an den Intercooler 4. Bei dieser Ausführungsform wird Luft von dem Luftkompressor 2 so verdichtet, dass sie eine Temperatur aufweist, die gleich der oder höher als die Thermalregenerationstemperatur ist, und der Kühlbetrag der verdichteten Luft mit einer Temperatur, die gleich der oder höher als die Thermalregenerationstemperatur ist, wird am Intercooler 4 so eingestellt, dass die Adsorptionstemperatur oder die Thermalregenerationstemperatur erhalten wird.
-
In dem Rohr 14 ist ein Temperatursensor 12 vorgesehen, der die Temperatur in dem Rohr 14 misst, das an den Intercooler 4 und an den chemischen Filter 5a angeschlossen ist, und der die Temperatur an eine ECU 11 (elektronische Steuereinheit, die als die Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung dient) überträgt. Die Temperatur im Rohr 14 ist im Wesentlichen die gleiche wie in dem chemischen Filter 5a, wenn Luft vom Luftkompressor 2 gefördert wird. Wenn die Temperatur im Rohr 14 die Adsorptionstemperatur ist, adsorbiert der chemische Filter 5a daher Verunreinigungen in der durch den chemischen Filter 5a strömenden Luft. Wenn die Temperatur im Rohr 14 hingegen die Thermalregenerationstemperatur ist, gibt der chemische Filter 5a die adsorbierten Verunreinigungen frei. Das vom Temperatursensor 12 erfasste Signal (Temperatur im Rohr 14) wird an die ECU 11 eingegeben. Auf der Grundlage des vom Temperatursensor 12 erfassten Signals steuert die ECU 11 den Kühlbetrag durch den Intercooler 4 durch Einstellen der Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9, so dass die Temperatur im Rohr 14 in Abhängigkeit vom Betriebszustand eine vorgegebene Temperatur ist, z. B. die vorstehend beschriebene Adsorptionstemperatur (–20 bis +70°C) oder die Thermalregenerationstemperatur (110 bis 180°C).
-
Ein Zweigrohr 17 (das bei der vorliegenden Erfindung als der Zweigpfad angesehen werden kann) ist durch ein Dreiwegeventil 13, das als ein Leitmechanismus dient, mit einem Rohr 15 verbunden, das an den chemischen Filter 5a und den Befeuchter 6 angeschlossen ist. Das Dreiwegeventil 13 leitet die an das Rohr 15 stromabwärts von dem chemischen Filter 5a geförderte Luft zwischen dem mit dem BZ-Stack 7 verbundenen Rohr 16 (Brennstoffzellenseite) und dem Rohr 17 (Zweigpfadseite) um. Während eines Adsorptionsbetriebs ist das Rohr 15 stromabwärts von dem chemischen Filter 5a mit der Brennstoffzellenseite verbunden, und die Zweigpfadseite ist gesperrt, so dass der Luftstrom zur stromabwärtigen Seite hin gesperrt ist. Während eines Thermalregenerationsbetriebs und während eines Kühlregenerationsbetriebs ist das Rohr 15 stromabwärts von dem chemischen Filter 5a mit der Zweigpfadseite verbunden, die zur Atmosphäre hin offen ist, und die Brennstoffzellenseite ist gesperrt, so dass die Luftströmung zu dieser Seite hin gesperrt ist. Der Adsorptionsbetrieb ist der Zustand, in dem Verunreinigungen von dem chemischen Filter 5a adsorbiert werden, z. B. der Zustand, in dem der Kühlbetrag des Intercoolers 4 durch eine Steuerung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 so eingestellt ist, dass die Temperatur der vom Luftkompressor 2 an den chemischen Filter 5a geförderten Luft auf die Adsorptionstemperatur gebracht wird, und in dem das Dreiwegeventil 13 zur Brennstoffzellenseite hin geschaltet ist. Der Thermalregenerationsbetrieb ist der Zustand, in dem von dem chemischen Filter 5a adsorbierte Verunreinigungen freigegeben werden, z. B. der Zustand, in dem der Kühlbetrag des Intercoolers 4 durch eine Steuerung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 so eingestellt ist, dass die Temperatur der vom Luftkompressor 2 an den chemischen Filter 5a geförderten Luft auf die Thermalregenerationstemperatur gebracht wird, und in dem das Dreiwegeventil 13 zur Zweigpfadseite hin geschaltet ist. Ferner ist der Kühlregenerationsbetrieb der Zustand, in dem Restwärme im chemischen Filter 5a entfernt wird, z. B. der Zustand, in dem der Kühlbetrag des Intercoolers 4 durch eine Steuerung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 so eingestellt ist, dass die Temperatur der vom Luftkompressor 2 an den chemischen Filter 5a geförderten Luft auf die Adsorptionstemperatur gebracht wird, und in dem das Dreiwegeventil 13 zur Zweigpfadseite hin geschaltet ist.
-
Eine im Verlauf des Rohres 17 vorgesehene Öffnung 18 hält den Druck des Rohres 14 vom Luftkompressor 2 zum chemischen Filter 5a während des Thermalregenerationsbetriebs aufrecht. Die Öffnung 18 weist einen Strömungskanal auf, der den Druck der Luft, die durch den Luftkompressor 2 die Thermalregenerationstemperatur erreicht hat, bis mm chemischen Filter 5a aufrecht erhält und von dem chemischen Filter 5a freigegebene Verunreinigungen abgibt. Hierdurch wird der Druck der durch den Luftkompressor 2 unter Druck gesetzten Luft bis zum chemischen Filter 5a aufrecht erhalten. Anders ausgedrückt, die Temperatur von Luft, welche durch die Wirkung des Luftkompressors 2 die Thermalregenerationstemperatur erreicht hat, wird aufrecht erhalten, bis sie den chemischen Filter 5a erreicht.
-
Das von der Wasserpumpe 8, dem Kühlmittelfluss-Einstellventil 9, dem Intercooler 4 und dem Kühler 10 gebildete Kühlsystem kann mittels einer Betriebssteuerung der Wasserpumpe 8 durch die ECU 11 dem Intercooler 4 während des Betriebs der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 Kühlmittel zuführen. Wenn die Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 vergrößert wird, erhöht der Intercooler 4 den Kühlbetrag des Kühlmittels, und wenn die Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 verkleinert wird, verringert der Intercooler 4 den Kühlbetrag des Kühlmittels. Auf diese Weise ist es durch Einstellen der Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils möglich, die Temperatur der an den chemischen Filter 5a geförderten Luft zu steuern. Der Kühler 10 kühlt das Kühlmittel mittels Luftkühlung.
-
Die ECU 11 besteht aus Elementen wie etwa einer CPU (Central Processing Unit; Zentralverabeitungseinheit), einem Speicher, und einer Ein-/Ausgabeschnittstelle (I/O). Elektrische Signale (Erfassungssignale) vom Temperatursensor 12 und anderen nicht dargestellten Sensoren werden an die ECU 11 eingegeben. Die ECU 11 legt im Ansprechen auf Sensorerfassungssignale Steuersignale an das Kühlmittelfluss-Einstellventil 9, das Dreiwegeventil 13, den Luftkompressor 2 und die Wasserpumpe 8, um deren Betrieb zu steuern. Die ECU 11 steuert im Ansprechen auf den Betriebszustand des Brennstoffzellensystems den Zustand des Adsorptionsbetriebs, des Thermalregenerationsbetriebs und des Kühlregenerationsbetriebs der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung.
-
Die Betriebssteuerung der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird im Nachfolgenden beschrieben. Die verschiedenen, im Nachfolgenden beschriebenen Formen der Steuerung werden durch eine CPU implementiert, die ein im Speicher in der ECU 11 abgelegtes Programm abarbeitet. 2A und 2B sind ein Ablaufdiagramm, das die Betriebssteuerung der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 zeigt.
-
Wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird (wenn die Brennstoffzelle ihren Betrieb beginnt), startet die ECU 11 die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1, um dem BZ-Stack 7 Luft zuzuführen, auf die folgende Weise. Die ECU 11 schaltet zuerst das Dreiwegeventil 13 auf die Zweigpfadseite (S101), um die Brennstoffzellenseite zu sperren. Die ECU 11 startet als Nächstes die Wasserpumpe (S201), so dass Kühlmittel durch die Rohrseite im Intercooler 4 geleitet wird. Als Nächstes startet die ECU 11 den Luftkompressor 2 (S103), so dass Luft, die beispielsweise verdichtet wird, bis sie die Thermalregenerationstemperatur erreicht, über die Körperseite des Intercoolers 4 an den chemischen Filter 5a gefördert wird. Wenn die verdichtete Luft durch die Körperseite im Intercooler 4 strömt, wird sie mittels Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel gekühlt, das auf dessen Rohrseite strömt. Als Nächstes steuert die ECU 11 die Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 so, dass die von dem Temperatursensor 12 gemessene Temperatur in dem vorgegebenen Adsorptionstemperaturbereich liegt (S104), beispielsweise von –20 bis +70°C. Wenn das Dreiwegeventil 13 auf die Brennstoffzellenseite umgeschaltet wird (S105), wird somit gereinigte Luft an den BZ-Stack 7 gefördert. Schließlich schaltet die ECU 11 das Dreiwegeventil 13 auf die Brennstoffzellenseite um, so dass die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 in den Adsorptionsbetriebszustand übergeht, und die Zufuhr von Luft, aus der Verunreinigungen entfernt wurden, zum BZ-Stack 7 wird gestartet (S106).
-
Zu einem vorgegebene Zeitpunkt, etwa wenn das Fahrzeug, in dem die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 eingebaut ist, angehalten wird, oder an dem Punkt, an dem ein bestimmter Betrag von Elektrizität erzeugt wurde (was von der ECU 11 durch den Ausgang eines nicht dargestellten Tachometers oder Messgeräts für die elektrische Leistung erkannt werden kann), unterbricht die ECU 11 die Zufur von Luft zum BZ-Stack 7 (S107) und schaltet das Dreiwegeventil 13 auf die Atmosphärenseite um (S108), um eine thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels durchzuführen. Die ECU 11 steuert als Nächstes die Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 so, dass die vom Temperatursensor 12 gemessene Temperatur innerhalb des vorgegebenen Thermalregenerationstemperaturbereichs liegt (S109), beispielsweise 110 bis 180°C. D. h., die Ventilöffnung ist kleiner als für den Adsorptionsbetrieb, oder das Ventil kann vollständig geschlossen sein. Das Ergebnis ist, dass die Kühlfähigkeit des Intercoolers 4 gesenkt wird, und das Oxidationsmittelgas am Thermalregenerationstemperatur aus dem Intercooler 4 gefördert wird. Hierdurch geht die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 in den Thermalregenerationsbetriebszustand über. Im Thermalregenerationsbetriebszustand wird der chemische Filter 5a erwärmt, und von dem Adsorptionsmittel adsorbierte Verunreinigungen werden freigegeben. Durch Freigeben der Verunreinigungen wird das Adsorptionsvermögen des chemischen Filters 5a wieder hergestellt. Ausserdem werden die freigegebenen Verunreinigungen über das Rohr 17 an die Luft abgeführt.
-
Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ab dem Übergang in den vorstehend beschriebenen Thermalregenerationsbetriebszustand steuert die ECU 11 die Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 so, dass die vom Temperatursensor 12 gemessene Temperatur auf die vorgegebene Adsorptionstemperatur (S110) zurückkehrt. Hierdurch geht die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 in den Kühlregenerationsbetriebszustand über. Im Kühlregenerationsbetriebszustand wird der chemische Filter 5a gekühlt. Die vorliegend verwendete vorgegebene Zeitspanne ist eine von der ECU 11 vorprogrammierte Zeit, bei dieser Ausführungsform beispielsweise annähernd mehrere Minuten. Es gibt hierfür jedoch keine Einschränkungen, so lange die Zeit ausreichend ist, damit die adsorbierten Verunreinigungen ausreichend erwärmt und der Großteil der adsorbierten Verunreinigungen freigegeben wird. Diese vorgegebene Zeitspanne wird in Abhängigkeit von der Verdichtungsleistung des Luftkompressors 2 und der Oberfläche usw. des chemischen Filters 5a bestimmt.
-
Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ab dem Übergang in den vorstehend beschriebenen Kühlregenerationsbetriebszustand schaltet die ECU 11 das Dreiwegeventil 13 auf die Brennstoffzellenseite um (S111). Hierdurch geht die Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 wieder in den Adsorptionsbetriebszustand über, und die Zufuhr von gereingter Luft zum BZ-Stack 7 wird erneut gestartet. Ausserdem überprüft die ECU 11 den Betriebszustand des Fahrzeugs, in dem das Brennstoffzellensystem eingebaut ist, und beurteilt, ob die Zufuhr von Luft zum BZ-Stack 7 fortgesetzt werden soll (S112). Falls die Zufuhr von Luft fortgesetzt wird, wird die Steuerung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 fortgesetzt (S104). Wenn die Zufuhr von Luft hingegen unterbrochen werden soll, wird nach dem Anhalten des Luftkompressors 2 (S113) die Wasserpumpe 8 angehalten (S114), und der Betrieb der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 ist abgeschlossen.
-
Da gemäß der vorstehenden Beschreibung in der Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Erwärmen des chemischen Filters 5a, das in der Vergangenheit mit einem elektrischen Heizelement vorgenommen worden war, durch den Luftkompressor 2 für das Adsorptionsmittel ersetzt ist, kann eine angemessene thermische Regenerierung des Adsorptionsmittels durchgeführt und gleichzeitig die Anzahl von Teilen in dem Brennstoffzellensystem verringert werden. Dadurch, dass nach Beendigung des Thermalregenerationsbetriebs und vor dem Start des Adsorptionsbetriebs ein Kühlregenerationsbetrieb durchgeführt wird, ist es ausserdem möglich, Schäden am Befeuchter 6 und am BZ-Stack 7 zu verhindern.
-
3 zeigt eine Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung 1 gemäß einer Variation einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 eingestellt wird, um den Kühlbetrag des Intercoolers 4 einzustellen, verwendet man bei dieser Variation eine Pumpe mit regelbarer Drehzahl als die Wasserpumpe 8, und anstatt einer Steuerung der Öffnung des Kühlmittelfluss-Einstellventils 9 durch die die ECU 11 steuert die ECU 11 die Drehzahl der Wasserpumpe 8, um den Kühlbetrag des Intercoolers 4 einzustellen. Somit ist is nicht nötig, ein Kühlmittelfluss-Einstellventil 9 vorzustehen. Die anderen Bestandteile dieser Variation der Ausführungsform sind die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
-
4 zeigt eine Oxidationsmittelgas-Reinigungsvorrichtung gemäß einer anderen Variation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Dreiwegeventil 13 zum Umschalten der stromabwärtigen Seite des chemischen Filters 5a zwischen der Brennstoffzellenseite und der Zweigrohrseite verwendet wird, ist bei dieser Variation ein Ventil 13a in dem Rohr 16 auf der Brennstoffzellenseite vorgesehen, und ein Ventil 13b ist in dem Rohr 17 auf der Zweigpfadseite vorgesehen. Die ECU 11 steuert den Öffnungs- und Schließbetrieb dieser Ventile, um die stromabwärtige Seite des chemischen Filters 5a zwischen der Brennstoffzellenseite und der Zweigpfadseite umzuschalten. Konkret gesprochen, um das Rohr auf der stromabwärtigen Seite des chemischen Filters 5a auf die Brennstoffzellenseite zu stellen, wird das Ventil 13a geöffnet und das Ventil 13b geschlossen. Um das Rohr auf der stromabwärtigen Seite des chemischen Filters 5a auf die Zweigpfadseite zu stellen, wird das Ventil 13b geöffnet und das Ventil 13a geschlossen. Die übrigen Bestandteile sind die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
-
Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Druckerhöhungsfähigkeit des Luftkompressors 2 nicht variabel ist, kann sie alternativ variabel gemacht werden. Da es in diesem Fall möglich ist, die Temperatur der Luft nur vermittels einer Steuerung des Luftkompressors 2 durch die ECU 11 zu erhöhen und zu senken, ist es möglich, auf den Intercooler 4 und auch auf das Kühlmittelfluss-Einstellventil 9 zu verzichten, wie in 5 gezeigt ist. Wie ferner in 6 gezeigt ist, kann durch Vorsehen einer ersten Öffnung 19 (die als der Druckreduziermechanismus der vorliegenden Erfindung dient) und einer zweiten Öffnung 18 (die als der Druckhaltemechanismus der vorliegenden Erfindung dient) in dem Rohr 16 zum Fördern von Luft zum BZ-Stack 7 bzw. dem zur Atmosphäre hin offenen Rohr 17 der Druck der Luft reduziert werden, wenn Luft, die vom Luftkompressor 2 auf die Adsorptionstemperatur gebracht wurde, an den BZ-Stack 7 gefördert wird, und der Druck der Luft kann entsprechend der Thermalregenerationstemperatur gehalten werden, wenn vom Rohr 17 zur Atmosphäre hin geöffnet wird. Da die Temperatur der im chemischen Filter 5a strömenden Luft somit durch einfaches Umschalten des Dreiwegeventils 13 und sogar mit einem Luftkompressor 2 vom nicht variablen Typ eingestellt werden kann, ist es möglich, auf den Intercooler 4 und das Kühlmittelfluss-Einstellventil 9 zu verzichten. Während ferner bei dieser Ausführungsform die Öffnung 18 auf der stromabwärtigen Seite des chemischen Filters 5a vorgesehen ist, braucht die Öffnung 18 nicht vorgesehen zu werden, wenn der Strömungskanal des Rohrs 17 eng ist und der Ausgabedruck des Luftkompressors 2 auf ausreichende Weise bis hin zum chemischen Filter 5a aufrecht erhalten werden kann.
