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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem.
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Hintergrundtechnik
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Um
eine Verunreinigungs- bzw. Fremdstoffkomponente, die für
eine Brennstoffzelle schädlich ist, wie etwa eine Schwefelverbindung
(zum Beispiel SO2 oder H2S)
oder ein Stickstoffoxid (NOx), aus Luft zu entfernen, die als ein
Oxidations- bzw. Sauerstoffträgergas an eine Luftelektrode
der Brennstoffzellen zugeführt wird, wird ein chemisches
Filter eingesetzt, das in einem Zufuhrweg des Oxidationsgases an
die Brennstoffzelle platziert ist. Das chemische Filter umfasst
Aktivkohle oder dergleichen, und es adsorbiert die Verunreinigungskomponente
an dem chemischen Filter, um die Verunreinigungskomponente zu entfernen.
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Zur
Bestimmung einer Lebensdauer des chemischen Filters wird zum Beispiel
eine Filterlebensdauer-Bestimmungssystem für die Brennstoffzelle
eingesetzt, das umfasst: Erhalten einer Menge einer adsorbierten
Verunreinigung pro Zeiteinheit, die an dem chemischen Filter adsorbiert
wird, basierend auf Informationen eines selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs
unter einer Laufbedingung, die eine Standardverunreinigungskonzentration
in einer Laufsituation des selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs und
eine Durchschnittsgeschwindigkeit des selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs
umfassen; Integrieren der erhaltenen Menge der adsorbierten Verunreinigung
pro Zeiteinheit über eine Laufzeit, um eine Gesamtmenge
der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung zu erhalten;
Bestimmen, ob die Gesamtmenge der adsorbierten Verunreinigung einen
vorbestimmten Wert überschreitet oder nicht; und Beurteilen,
dass sich das chemische Filter am Ende seiner Lebensdauer befindet,
wenn die Gesamtmenge der adsorbierten Verunreinigung den vorbestimmten
Wert überschreitet (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
- Patentdokument 1: JP
2004-152669 A
- Patentdokument 2: JP
2003-132928 A
- Patentdokument 3: JP
11-226341 A
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Offenbarung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösendes
Problem
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Die
Technologie von Patentdokument 1 weist das folgende Problem auf.
Bei der Technologie von Patentdokument 1 wird eine Durchschnittsgeschwindigkeit
V1 des selbstfahrenden bzw. Kraftfahrzeugs pro Zeiteinheit erhalten.
Aus einer Korrelationsgleichung zwischen der Durchschnittsgeschwindigkeit V1
und einer Konzentration, wird ein Geschwindigkeitskoeffizient V2
erhalten. Eine Standardstickstoffoxidkonzentration N1 wird mit dem
Geschwindigkeitskoeffizienten V2 multipliziert, um eine Menge eines
adsorbierten Stickstoffoxids ΔX1 pro Zeiteinheit zu erhalten.
Der Geschwindigkeitskoeffizient V2 ist so definiert, dass er mit
steigender Durchschnittsgeschwindigkeit V1 abnimmt.
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In
einer realen Fahrzeuglaufbedingung wird jedoch eine Last auf dem
Fahrzeug (der Brennstoffzelle) mitunter trotz einer niedrigen Geschwindigkeit größer,
wie etwa in dem Fall, dass das Fahrzeug bergauf fährt.
Da in diesem Fall auch eine an die Brennstoffzelle zuzuführende
Luftmenge (eine Ansaugluftmenge eines Luftkompressors zum Zuführen der
Luft an die Brennstoffzelle) zunimmt, wird geglaubt, dass auch eine
Menge der Verunreinigung in der Ansaugluft zunimmt. Auf diese Weise
wird die Ansaugluftmenge durch die Laufgeschwindigkeit nicht eindeutig
bestimmt. Daher besteht eine Möglichkeit darin, dass zwischen
einer berechneten Adsorptionsmenge und einer tatsächlichen
Adsorptionsmenge ein großer Fehler erzeugt werden kann.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technologie
bereitzustellen, die die Schätzung der Menge der an dem
chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung mit einer guten Genauigkeit
im Vergleich zu herkömmlichen Technologien ermöglicht.
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Mittel zu Lösung
des Problems
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Die
vorliegende Erfindung wendet die folgende Konfiguration an, um das
vorstehend genannte Problem zu lösen.
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Im
Speziellen stellt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem
bereit, das umfasst:
einen Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg
zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei dderas
Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen
Verunreinigung beherbergt;
eine Messeinrichtung zum Messen
einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat;
eine
Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung,
die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten
ist, wenn die Luft in den Adsorber eintritt;
eine Schätzeinrichtung
zum Schätzen einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten
Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der
Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz
des chemischen Filters; und
eine Ausgabesteuereinrichtung zum
Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein
kumulativer Wert bzw. Summenwert der Menge der Verunreinigung einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung eine Adsorptionsmengenschätzvorrichtung
für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem
bereit, die umfasst:
eine Einrichtung zum Erlangen einer Luftmenge,
die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber
in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle
platziert ist und das chemische Filter zum Adsorbieren einer in
Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
eine Einrichtung
zum Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft
der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist,
wenn die Luft an den Adsorber eintritt; und
eine Schätzeinrichtung
zum Schätzen einer Menge der in dem chemischen Filter adsorbierten
Verunreinigung pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der
Konzentration der Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz
des chemischen Filters.
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Ferner
wird die vorliegende Erfindung als ein Programm realisiert, das
einen Computer dazu veranlasst, die folgenden Schritte auszuführen:
Messen
einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen
hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode
einer Brennstoffzelle platziert ist und ein chemisches Filter zum
Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
Erlangen
einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die
Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist, wenn die Luft
in den Adsorber eintritt;
Schätzen einer Menge der
an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro Zeiteinheit
basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung
und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters; und
Ermöglichen,
dass ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert bzw.
Summenwert der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird die Adsorptionsmenge aus der Luftmenge,
die den Adsorber durchlaufen hat, der Verunreinigungskonzentration
in der Luft vor Eintritt in den Adsorber und der Adsorptionseffizienz
des chemischen Filters erhalten. Daher können die Adsorptionsmenge
und deren kumulativer Wert mit guter Genauigkeit im Vergleich zu
herkömmlichen Technologien geschätzt werden.
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Hierbei
bezeichnet die Adsorptionseffizienz des chemischen Filters ein Verhältnis
der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung zu der
den Adsorber pro Mengeneinheit passierenden Verunreinigung.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem bereit,
das umfasst:
einen Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg zu
einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist, wobei der
Adsorber ein chemisches Filter zum Adsorbieren einer in Luft enthaltenen
Verunreinigung beherbergt;
eine Messeinrichtung zum Messen
einer Luftmenge, die den Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat;
eine
Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Konzentration der Verunreinigung,
die in Luft der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten
ist;
eine Schätzeinrichtung zum Schätzen
einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung
pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der
Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters;
und
eine Ausgabesteuereinrichtung zum Ermöglichen, dass
ein Signal ausgegeben wird, wenn ein kumulativer Wert bzw. Summenwert
der Menge der Verunreinigung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung eine Adsorptionsmengenschätzvorrichtung
für ein chemisches Filter in einem Brennstoffzellensystem
bereit, die umfasst:
eine Einrichtung zum Erlangen einer Luftmenge,
die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen hat, wobei der Adsorber
in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle
platziert ist und das chemische Filter zum Adsorbieren einer in
Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
eine Einrichtung
zum Erlangen einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft
der durch die Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist;
und
eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer
Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung pro
Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der Verunreinigung
und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters, wobei die Adsorptionseffizienz
in einer Speichereinrichtung gespeichert wird.
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Ferner
wird die vorliegende Erfindung als ein Programm realisiert, das
einen Computer dazu veranlasst, die folgenden Schritte auszuführen:
Messen
einer Luftmenge, die einen Adsorber pro Zeiteinheit durchlaufen
hat, wobei der Adsorber in einem Luftzufuhrweg zu einer Luftelektrode
einer Brennstoffzelle platziert ist und ein chemisches Filter zum
Adsorbieren einer in Luft enthaltenen Verunreinigung beherbergt;
Erlangen
einer Konzentration der Verunreinigung, die in Luft der durch die
Messeinrichtung gemessenen Luftmenge enthalten ist;
Schätzen
einer Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten Verunreinigung
pro Zeiteinheit basierend auf der Luftmenge, der Konzentration der
Verunreinigung und einer Adsorptionseffizienz des chemischen Filters;
und
Ermöglichen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn
ein kumulativer Wert bzw. Summenwert der Menge der Verunreinigung
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die
vorliegende Erfindung wird als die Erfindung eines Adsorptionsmengenschätzverfahrens
mit ähnlichen Merkmalen wie denjenigen des Brennstoffzellensystems
und der Adsorptionsmengenschätzvorrichtung, die vorstehend
beschrieben sind, realisiert. Außerdem wird die vorliegende Erfindung
auch als ein Aufzeichnungsmedium realisiert, das die vorstehend
genannten Programme aufzeichnet.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann eine Technologie bereitgestellt werden,
die die Schätzung der Menge der an dem chemischen Filter adsorbierten
Verunreinigung mit guter Genauigkeit im Vergleich zur herkömmlichen
Technologien ermöglicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
eine erläuternde Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel
eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für
ein chemisches Filter durch eine ECU veranschaulicht.
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3 zeigt
eine erläuternde Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel
eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Lebensdauerbestimmungsverarbeitung
für ein chemisches Filter durch die ECU veranschaulicht.
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Best Art zur Ausführung
der Erfindung
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Nachstehend
werden hierin unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konfiguration der Ausführungsbeispiele
ist nur beispielhaft angegeben, und daher ist die vorliegende Erfindung
nicht auf die Konfiguration der Ausführungsbeispiele beschränkt.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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1 ist
eine Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines Brennstoffzellensystems
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem
ist in einem mobilen Objekt (zum Beispiel einem Fahrzeug) installiert.
Als eine gemäß 1 gezeigte Brennstoffzelle 1 wird
eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) angenommen. Die Brennstoffzelle 1 umfasst
einen Zellstapel, der durch Stapelung einer Vielzahl von Zellen
gebildet ist (wogegen gemäß 1 ein
Aufbau einer einzelnen Zelle in der Brennstoffzelle 1 schematisch
veranschaulicht ist).
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Jede
der Vielzahl von Zellen umfasst eine Polymer-Elektrolyt-Membran 2,
eine Brennstoffelektrode (Anode) 3 und Luftelektrode (Oxidationsmittelelektrode;
Kathode) 4, welche die Polymer-Elektrolyt-Membran 2 von
beiden Seiten dieser aus in die Mitte nehmen, sowie ein brennstoffelektrodenseitiges
Trennelement 5 und ein luftelektrodenseitiges Trennelement 6,
welche die Brennstoffelektrode 3 und die Luftelektrode 4 in
die Mitte nehmen.
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Die
Brennstoffelektrode 3 umfasst eine Diffusionsschicht und
eine katalytische Schicht. Ein Wasserstoff enthaltender Brennstoff
(Brenngas), wie etwa Wasserstoff- bzw. Knallgas oder ein wasserstoffreiches
Gas, wird von einem Brennstoffzufuhrsystem an die Brennstoffelektrode 3 zugeführt.
Das an die Brennstoffelektrode 3 zugeführte Brenngas
wird in der Diffusionsschicht diffundiert, damit es die katalytische
Schicht erreicht. In der katalytischen Schicht wird der in dem Brenngas
enthaltene Wasserstoff in Protonen (Wasserstoffionen) und Elektronen
getrennt. Die Wasserstoffionen durchlaufen die Polymer-Elektrolyt-Membran 2,
um sich zu der Luftelektrode 4 hin zu bewegen, wogegen
die Elektronen einen (nicht gezeigten) äußeren
Stromkreis durchlaufen, um sich zu der Luftelektrode 4 hin
zu bewegen.
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Andererseits
umfasst die Luftelektrode 4 eine Diffusionsschicht und
eine katalytische Schicht. Als ein Oxidations- bzw. Sauerstoffträgergas
dienende Luft wird von einem Oxidationsmittelzufuhrsystem an die
Luftelektrode 4 zugeführt. Die an die Luftelektrode 4 zugeführte
Luft wird in der Diffusionsschicht diffundiert, damit sie die katalytische
Schicht erreicht. In der katalytischen Schicht wird durch eine Reaktion zwischen
der Luft, den Wasserstoffionen, die zum Erreichen der Luftelektrode 4 die
Polymer-Elektrolyt-Membran 2 durchlaufen haben, und den
Elektronen, die zum Erreichen der Luftelektrode 4 den äußeren
Stromkreis durchlaufen haben, Wasser erzeugt.
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Die
Elektronen, die auf die Reaktionen in der Brennstoffelektrode 3 und
der Luftelektrode 4 hin, wie sie vorstehend beschrieben
sind, den äußeren Stromkreis durchlaufen, werden
als elektrische Energie für eine Last verwendet, die zwischen
beiden Anschlüssen der Brennstoffzelle 1 angeschlossen
ist.
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Gemäß 1 ist
ein Oxidationsgas-Strömungsweg durch die Luftelektrode 4 der
Brennstoffzelle 1 veranschaulicht. Der Oxidationsgas-Strömungsweg
wird gebildet durch die Luftelektrode 4 der Brennstoffzelle 1,
ein Oxidationsmittelzufuhrsystem (einen Luftzufuhrweg), das auf
der stromaufwärts liegenden Seite der Luftelektrode 4 bereitgestellt
ist, und ein Oxidationsmittelableitsystem, das auf der stromabwärts
liegenden Seite der Luftelektrode 4 bereitgestellt ist.
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Gemäß 1 umfasst
das Oxidationsmittelzufuhrsystem (der Luftzufuhrweg) ein Staubfilter 12, durch
das durch ein Luftansaugrohr 11 aufgenommene Außenluft
(Luft) verläuft, und ein chemisches Filter 13,
das auf der stromabwärts liegenden Seite des Staubfilters 12 platziert
ist. Ein Einlass des Luftansaugrohrs 11 ist so platziert,
dass er in Richtung einer an dem Fahrzeug bereitgestellten Außenluftansaugöffnung
offen ist. Ferner ist an dem Luftansaugrohr 11 ein Konzentrationssensor 18 bereitgestellt.
Der Konzentrationssensor 18 erfasst eine Konzentration
eines speziellen Typs von Verunreinigung bzw. Fremdstoff, die/der
in der Luft enthalten ist, die in einen Gehäusebehälter 13A (Adsorber)
eingeführt wird. In das Luftansaugrohr 11 wird
Luft aufgenommen, die eine Gas-(gasförmige), Flüssigkeits-
bzw. flüssige oder Festkörper- bzw. feste (körnige
oder pulvrige) Verunreinigungs- bzw. Fremdstoffkomponente (Schwefelverbindung
(zum Beispiel SO2 oder H2S),
Stickstoffoxid (NOx) oder dergleichen) enthält.
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Das
Staubfilter 12 entfernt eine körnige Substanz
in der Luft. Das chemische Filter 13 umfasst Aktivkohle
oder dergleichen und adsorbiert die Verunreinigungskomponente (Schwefelverbindung
(zum Beispiel SO2 oder H2S),
Stickstoffoxid (NOx) oder dergleichen), die in der Luft enthalten
ist, an sich selbst, um die Verunreinigungskomponente zu entfernen.
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Das
Staubfilter 12 und das chemische Filter 13 sind
als eine einzelne Einheit ausgebildet, die die beiden umfasst. Bei
einem gemäß 1 veranschaulichten
Beispiel ist die Konfiguration wie folgt. Das Staubfilter 12 und
das chemische Filter 13 sind innerhalb des Gehäusebehälters 13A beherbergt bzw.
untergebracht, an dem das Luftansaugrohr 11 und eine Rohrleitung 14 angeschlossen
sind, so dass sie miteinander in Verbindung stehen. Nachdem die Luft,
die von dem Luftansaugrohr 11 in den Gehäusebehälter 13A eingeführt
wird, das Staubfilter 12 durchläuft, durchläuft
die Luft das chemische Filter 13, um dann in die Rohrleitung 14 eingespeist
zu werden. Der Gehäusebehälter 13A fundiert
als ein Adsorber, der das chemische Filter darin beherbergt bzw.
unterbringt.
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In
dem Gehäusebehälter 13A können
das Staubfilter 12 und das chemische Filter 13 so
platziert sein, dass sie miteinander in Kontakt stehen, oder so platziert
sein, dass sie voneinander entfernt beabstandet sind. Das Staubfilter 12 und
das chemische Filter 13 können in unterschiedlichen
Gehäusebehältern bereitgestellt sein. In diesem
Fall können die beiden Gehäusebehälter
so konfiguriert sein, dass sie integral ausgebildet sind, um die
Innenräume der jeweiligen Gehäusebehälter
miteinander in Verbindung zu bringen, oder um die Innenräume
der jeweiligen Gehäusebehälter über einen
Innenraum einer Rohrleitung miteinander in Verbindung zu bringen.
Das chemische Filter 13 in dem Gehäusebehälter
kann so platziert sein, dass es ermöglicht, dass die in
den Behälter eingeführte Luft durch dieses verläuft,
oder so platziert sein, dass es ermöglicht, dass die Luft
den Behälter durchläuft, während die
Luft in Kontakt mit dem chemischen Filter 13 steht.
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Die
Luft, die das chemische Filter 13 durchlaufen hat, wird
durch die Rohrleitung 14 in einen Luftmengenmesser 15 gesaugt,
der mit der Rohrleitung 14 verbunden ist. Ein Drucksensor 16 zum
Erfassen eines Drucks (Luftdrucks) in der Rohrleitung 14 und
ein Temperatursensor 17 zum Erfassen einer Temperatur (Lufttemperatur)
in der Rohrleitung 14 sind an der Rohrleitung 14 bereitgestellt.
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Der
Luftmengenmesser 15 misst eine Ansaugluftmenge (eine sich
selbst durchlaufende Luftmenge). Die Luft, die den Luftmengenmesser 15 durchlaufen
hat, wird in eine Luftpumpe (einen Luftkompressor) 20 eingeführt,
die über eine Rohrleitung 19 verbunden ist. Die
Luftpumpe 20 wird durch Antrieb eines Motors 21 betrieben,
um die Luft auf die Seite der Brennstoffzelle 1 einzuspeisen.
Die Luftpumpe 20 ist über eine Rohrleitung 22 mit
einem Zwischenkühler 23 verbunden. Die von der
Luftpumpe 20 eingespeiste Luft durchläuft die
Rohrleitung 22, um in den Zwischenkühler 23 eingeführt
zu werden. Ein Temperatursensor 24 zum Erfassen einer Temperatur
(Lufttemperatur) in der Rohrleitung 22 ist an der Rohrleitung 22 bereitgestellt.
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Der
Zwischenkühler 23 kühlt die in diesen selbst
eingeführte Luft, um die gekühlte Luft an eine Rohrleitung 25 abzuleiten.
Die Rohrleitung 25 ist mit einem Oxidationsgaseinlass der
Brennstoffzelle 1 verbunden. Ein Temperatursensor 26 zum
Erfassen einer Temperatur (Temperatur der von dem Zwischenkühler 23 abgeleiteten
Luft) in der Rohrleitung 25 ist an der Rohrleitung 25 bereitgestellt.
Die in den Oxidationsgaseinlass eingeführte Luft wird durch
einen Strömungsweg, der an einem luftelektrodenseitigen
Trennelement 6 bereitgestellt ist, an die Luftelektrode 4 diffundiert.
Die Luft, die die Luftelektrode 4 durchlaufen hat, wird
von einem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle 1 nach
außen abgeleitet.
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Gemäß 1 ist
das Oxidationsmittelableitsystem wie folgt konfiguriert. Eine Rohrleitung 27 ist mit
dem Oxidationsgasauslass der Brennstoffzelle 1 verbunden.
Die Rohrleitung 27 ist mit einer Regel- bzw. Stellvorrichtung
(einem Gegendruck- bzw. Rückschlagregelventil) 28 verbunden.
Ein Drucksensor 29 zum Erfassen eines Drucks in der Rohrleitung 27 ist
an der Rohrleitung 27 bereitgestellt. Durch Änderung
einer Öffnung des Ventils reguliert die Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 einen
Gegendruck der Luftpumpe 20. Ein Dämpfer 31 ist über
eine Rohrleitung 30 mit der Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 verbunden.
Die Luft, die den Dämpfer 31 durchlaufen hat, wird
in die Außenluft abgeleitet.
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Das
Brennstoffzellensystem umfasst eine elektronische Steuereinheit
(ECU: Computer) 32 als ein Steuersystem (eine Steuereinrichtung)
zur Steuerung des Oxidationsmittelzufuhrsystems und des Oxidationsmittelableitsystems,
die vorstehend beschrieben sind. Die ECU 32 umfasst einen
Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen
Speicher (Speichervorrichtung: Speichermedium), der ein durch den
Prozessor ausgeführtes Programm und für die Ausführung
des Programms verwendete Daten speichert, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle
(I/O) mit einem Sensor oder dergleichen, und dergleichen.
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Die
ECU 32 empfängt Ausgabesignale von dem Luftmengenmesser 15,
dem Druckmesser 16, dem Temperatursensor 17, dem
Konzentrationssensor 18, dem Temperatursensor 24,
dem Temperatursensor 26 und dem Drucksensor 29.
Durch die Ausführung des in dem Speicher gespeicherten
Programms durch die CPU steuert die ECU 32 einen Betrieb
der Luftpumpe 20, eine Luftkühlkapazität
des Zwischenkühlers 23 und die Öffnung
der Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 basierend auf den Ausgabesignalen
von dem Luftmengenmesser 15 und den jeweiligen Sensoren.
Ferner verwendet die ECU 32 die Ausgabesignale von dem
Luftmengenmesser 15 und dem Konzentrationssensor 18,
um eine Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für das chemische
Filter 13 durchzuführen.
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Die
ECU 32 verwendet die Ausgabesignale von dem Luftmengenmesser 15 und
die Sensorausgabesignale von dem Drucksensor 16 und dem
Temperatursensor 17, um eine an die Brennstoffzelle zugeführte
Oxidationsgas-(Luft-)Menge zu messen. Im Speziellen speist der Luftmengenmesser 15 ein
elektrisches Signal gemäß der Ansaugluftmenge
als ein Ausgabesignal an die ECU 32 ein. Das zu dieser
Zeit eingespeiste elektrische Signal bezeichnet die Luftmenge unter
Atmosphärendruck und Temperaturbedingungen als/wie vordefinierte
Standards. Andererseits hängt eine Dichte der Luft von
dem Druck und der Temperatur ab. Daher korrigiert die ECU 32 die von
dem Luftmengenmesser 15 erhaltene Luftmenge mit einem Druck
und einer Temperatur, die von dem Drucksensor 16 und dem
Temperatursensor 17 empfangen werden. Auf diese Weise misst
die ECU 32 eine präzise Luftmenge. Die gemessene
Luftmenge wird zum Beispiel zur Steuerung der Luftmenge verwendet,
die von der Luftpumpe 20 an die Brennstoffzelle 1 zugeführt
wird.
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Außerdem
verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 24 (Temperatur
in der Rohrleitung 22), um den Betrieb der Luftpumpe 20 zu
steuern. Im Speziellen verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal
von dem Temperatursensor 24, um eine Temperatur der von
der Luftpumpe 20 abgeleiteten (ausgestoßenen)
Luft zu überwachen. Wenn die Temperatur der abgeleiteten
Luft gleich oder größer einem vorbestimmten Wert
ist, bedeutet dies, dass der Luftpumpe 20 eine übermäßige Last
auferlegt ist. Falls ein solcher Zustand andauert, besteht die Möglichkeit,
dass die Luftpumpe 20 kaputt gehen kann. Wenn die Temperatur
zu einem vorbestimmten Wert oder höher wird, speist die
ECU 32 daher ein Steuersignal an den Motor 21 ein,
um die Drehzahl der Luftpumpe 20 zu reduzieren oder den Betrieb
der Luftpumpe 20 anzuhalten.
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Außerdem
verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 26 (Temperatur
in der Rohrleitung 25), um die Kühlkapazität
des Zwischenkühlers 23 zu steuern. Die Brennstoffzelle 1 weist
eine vorbestimmte Temperatur auf, die für eine Energieerzeugung
geeignet ist. Wenn die Brennstoffzelle 1 durch die an die
Brennstoffzelle 1 zugeführte Luft über
das notwendige Maß hinweg erwärmt wird, besteht
die Möglichkeit, dass eine angemessene Energieerzeugung
der Brennstoffzelle 1 verhindert werden kann. Wenn die
Temperatur der von dem Zwischenkühler 23 abgeleiteten
Luft zum Beispiel einen vorbestimmten Wert überschreitet,
speist die ECU 32 ein Steuersignal an den Zwischenkühler 23 ein,
um die Kühlkapazität des Zwischenkühlers 23 zu
steigern, um die Luft mit einer vorbestimmten Temperatur oder weniger
an die Brennstoffzelle 1 zuzuführen. Wenn der
Zwischenkühler 23 zur Luftkühlung dient, wird
zum Beispiel die Drehzahl eines an dem Zwischenkühler 23 bereitgestellten
Gebläses bzw. Lüfterrads durch das Steuersignal
erhöht, wodurch ein Durchsatz der Kühlluft durch
das Gebläse bzw. Lüfterrad erhöht wird,
um eine Wärmestrahlung der (des) durch den Zwischenkühler 23 strömenden
Luft (Oxidationsgases) zu fördern.
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Ferner
verwendet die ECU 32 das Ausgabesignal von dem Drucksensor 29 (Druck
in der Rohrleitung 27), um die Öffnung (den Gegendruck)
der Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 zu steuern. Zum Beispiel überwacht
die ECU 32 den Druck in der Rohrleitung 27, der
von dem Drucksensor 29 empfangen wird, und speist sie das
Steuersignal an die Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 ein,
um deren Öffnung zu vergrößern, wenn
der Druck (Gegendruck) einen vorbestimmten Wert (einen oberen Grenzwert) überschreitet,
wodurch der Gegendruck vermindert wird. Alternativ speist die ECU 32 das
Steuersignal an die Regel- bzw. Stellvorrichtung 28 ein,
um deren Öffnung zu verkleinern, wenn der Druck kleiner
als ein vorbestimmter Wert (ein unterer Grenzwert) wird, wodurch
der Gegendruck erhöht wird. Die ECU 32 führt die
Gegendrucksteuerung wie vorstehend beschrieben gemäß der
durch die Brennstoffzelle 1 erzeugten Energiemenge durch,
um zu ermöglichen, dass ein angemessener bzw. zweckdienlicher
Betrieb durchgeführt wird.
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Als
nächstes wird die Lebensdauerbestimmungsverarbeitung für
das chemische Filter 13 in dem Brennstoffzellensystem beschrieben.
Basierend auf der Luftmenge (Menge von Luft, die den Adsorber pro
Zeiteinheit durchlaufen hat), die aus den Ausgabesignalen von dem
Luftmengenmesser 15, dem Drucksensor 16 und dem
Temperatursensor 17 erhalten wird, einer Konzentration
eines speziellen Typs von Verunreinigung (die als eine Verunreinigung
X bezeichnet wird) in der Luft des Luftansaugrohrs 11 (Konzentration
der Verunreinigung in der Luft, die in den Adsorber eintritt, pro
Zeiteinheit), die durch den Konzentrationssensor 18 erhalten
wird, und einer Einfangeffizienz (Adsorptionseffizienz) des chemischen
Filters 13 schätzt (berechnet) die ECU 23 eine
Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung
X pro Zeiteinheit, erhält sie ferner einen kumulativen
bzw. aufgelaufenen Wert der Adsorptionsmenge, und bestimmt sie,
dass sich das chemische Filter 13 am Ende seiner Lebensdauer
(in einer Ersetzungs- bzw. Erneuerungszeit) befindet, um eine Ausgabesteuerung
eines Alarms (der einem "Signal" bei der vorliegenden Erfindung
entspricht) durchzuführen, wenn der kumulative bzw. aufgelaufene
Wert einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Lebensdauerbestimmungsverarbeitung
für das chemische Filter 13 veranschaulicht, die
durch die Ausführung des Programms in der ECU 32 realisiert
wird. Die gemäß 2 veranschaulichte
Verarbeitung kann zum Beispiel auf das Einschalten eines Betriebs
der Luftpumpe 20 hin gestartet werden. Als eine Voraussetzung
bei der nachstehend beschriebenen Verarbeitung werden die Luftmenge,
der Druck, die Temperatur und die Konzentration basierend auf den
Ausgabesignalen von dem Luftmengenmesser 15 und den jeweiligen
Sensoren 16, 17 und 18 als Luftmengendaten,
Druckdaten, Temperaturdaten und Konzentrationsdaten je nach Bedarf
in dem Speicher aufgezeichnet (angesammelt). In nachstehend beschriebenen
Schritten liest die ECU 32 notwendige Daten aus dem Speicher,
um Q1, T1, P1 und G1, die nachstehend beschrieben sind, in zeitlicher
Synchronisation zu berechnen. Im Speziellen gibt es eine Zeitverzögerung
zwischen der Messung und der Aufzeichnung der Luftmenge, der Temperatur,
des Drucks und der Konzentration gegenüber der in den folgenden
Schritten beschriebenen Berechnung.
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Wenn
die Verarbeitung gestartet wird, lädt die ECU 32 das
Ausgabesignal von dem Luftmengenmesser 15 (Luftmengenmessersignal:
Luftmengendaten), um eine Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit Q1 zu
erhalten (Schritt S1). Die Ansaugluftmenge Q1 wird in einem Arbeitsbereich
des in der ECU 32 umfassten Speichers gespeichert.
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Als
nächstes lädt die ECU 32 das Ausgabesignal
des Temperatursensors 17 (Lufttemperatursignal: Temperaturdaten),
um eine Temperatur T1 der Luft der in Schritt S1 erhaltenen Ansaugluftmenge
Q1 zu erhalten (Schritt S2). Die Lufttemperatur T1 wird in dem Arbeitsbereich
des in der ECU 32 umfassten Speichers gespeichert.
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Als
nächstes lädt die ECU 32 das Ausgabesignal
des Drucksensors 16 (Luftdrucksignal: Druckdaten), um einen
Luftdruck P1 zu erhalten, der einem Druck der Luft der in Schritt 1 erhaltenen
Ansaugluftmenge Q1 entspricht (Schritt S3). Der Luftdruck 21 wird
in dem Arbeitsbereich des in der ECU 32 umfassten Speichers
gespeichert.
-
Als
nächstes lädt die ECU 32 das Ausgabesignal
des Konzentrationssensors 18 (Konzentrationssignal: Konzentrationsdaten),
um eine Konzentration G1 der in der Luft enthaltenen Verunreinigung X
zu erhalten, wenn die Luft der in Schritt S1 erhaltenen Ansaugluftmenge
Q1 in den Gehäusebehälter 13A (Adsorber)
eingeführt wird (Schritt S4). Die Konzentration G1 wird
in dem Arbeitsbereich des in der ECU 32 umfassten Speichers
gespeichert.
-
Als
nächstes führt die ECU 32 eine Luftdurchsatzkorrekturberechnung
durch (Schritt S5). Im Speziellen berechnet die ECU 32 eine
Ansaugluftmenge (einen Luftdurchsatz) Q2, die durch Korrektur der
in dem Arbeitsbereich gespeicherten Ansaugluftmenge Q1 mit der Lufttemperatur
T1 und dem Luftdruck P1, die in dem Arbeitsbereich gespeichert werden,
erhalten wird, und speichert sie die berechnete Ansaugluftmenge
in dem Arbeitsbereich.
-
Als
nächstes führt die ECU 32 eine Berechnung
für eine eingeführte bzw. eingebrachte Verunreinigungsmenge
durch (Schritt S6). Im Speziellen multipliziert die ECU 32 die
Ansaugluftmenge Q2 und die Konzentration G1, die in dem Arbeitsbereich
gespeichert werden, um eine Menge der Verunreinigung X zu berechnen,
die in der Luft der Ansaugluftmenge Q2 enthalten ist, das heißt
die Menge der Verunreinigung X, die in den als der Adsorber dienenden Gehäusebehälter 13A eingeführt
wird, und speichert sie die berechnete eingeführte Verunreinigungsmenge
in dem Arbeitsbereich.
-
Als
nächstes führt die ECU 32 eine Berechnung
für eine eingeführte bzw. eingebrachte kumulative
Verunreinigungsmenge durch (Schritt S7). Im Speziellen liest die
ECU 32 einen Wert einer eingeführten kumulativen Verunreinigungsmenge
G3, der in dem in der ECU 32 umfassten nichtflüchtigen
Speicher (Speichereinrichtung) gespeichert wird, addiert sie die
in dem Arbeitsbereich gespeicherte eingeführte Verunreinigungsmenge
G2 zu dem Wert von G3, um eine neue eingeführte kumulative
Verunreinigungsmenge G3 zu berechnen, und speichert sie die neue
eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 in dem nichtflüchtigen
Speicher (überschreibt sie den Wert von G3), während
sie die neue eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge
in dem Arbeitsbereich speichert.
-
Eine
Konfiguration ist derart, dass Null als der Wert der eingeführten
kumulativen Verunreinigungsmenge G3, die in dem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert wird, eingestellt wird, wenn ein unbenutztes
chemisches Filter 13 neu eingesetzt wird. Jedes Mal, wenn
die Verarbeitung in Schritt S7 durchgeführt wird, wird
die eingeführte Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert von
G3 addiert. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet die eingeführte
kumulative Verunreinigungsmenge G3 einen kumulativen bzw. aufgelaufenen
Wert (eine kumulative bzw. aufgelaufene Menge) der Menge der in
den Gehäusebehälter 13A eingeführten
bzw. eingebrachten Verunreinigung X, während das chemische
Filter 13 verwendet wird.
-
Als
nächstes führt die ECU 32 eine Berechnung
für eine eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge durch
(Schritt S8). Hier wird die Einfangeffizienz (Adsorptionseffizienz)
durch das chemische Filter 13 für die Verunreinigung
X, das heißt eine Rate bzw. ein Grad der durch das chemische
Filter 13 adsorbierten (eingefangenen) Verunreinigung X, wenn
eine bestimmte Menge der Verunreinigung X den Gehäusebehälter 13A durchläuft,
im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen erhalten. Ein Wert
k der Einfangeffizienz wird in dem in der Verunreinigungs-ECU 32 umfassten
nichtflüchtigen Speicher (Speichereinrichtung) vorab gespeichert.
Die ECU 32 liest die Einfangeffizienz k aus dem nichtflüchtigen
Speicher und verwendet die Einfangeffizienz als einen Koeffizienten,
um die eingeführte kumulative Verunreinigungsmenge G3 damit
zu multiplizieren, wodurch eine eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge
G4 (Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten
Verunreinigung X) für die eingeführte kumulative
Verunreinigungsmenge G3 berechnet und die berechnete eingefangene
kumulative Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich gespeichert
wird.
-
Als
nächstes führt die ECU 32 eine Filterlebensdauerbestimmung
durch (Schritt S9). Im Speziellen beurteilt die ECU 32,
ob die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4, die in dem
Arbeitsbereich gespeichert wird, gleich oder kleiner einem vorbestimmten
Wert (Bestimmungswert G0) ist, der in dem nichtflüchtigen
Speicher vorab gespeichert wird. Der Bestimmungswert G0 bezeichnet
eine eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge, die die Bestimmung
ermöglicht, dass sich das chemische Filter 13 am
Ende der Lebensdauer befindet, was durch das Experiment oder dergleichen
definiert wird.
-
Wenn
die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 gleich oder
kleiner dem vorbestimmten Wert G0 ist (S9: JA), schreitet die Verarbeitung
zu Schritt S11 voran. Wenn die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge
G4 andererseits den Bestimmungswert G0 überschreitet (S9:
NEIN), führt die ECU 32 eine Alarmausgabeverarbeitung durch
(Schritt S10).
-
Wie
es gemäß 1 veranschaulicht
ist, ist zum Beispiel eine Warnlampe 33 mit der ECU 32 verbunden.
Wenn die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 gleich
oder kleiner dem Bestimmungswert G0 ist, befindet sich die Warnlampe 33 in einem
ausgelöschten Zustand. In Schritt S10 speist die ECU 32 ein
Beleuchtungssignal an die Warnlampe 33 ein, um die Warnlampe 33 zu
beleuchten. Auf diese Weise veranlasst die ECU 32, dass
ein Alarm ausgegeben wird, um zu ermöglichen, dass ein
Benutzer des Brennstoffzellensystems (Fahrzeugbenutzer) über
das Ende der Lebensdauer (die Ersetzungs- bzw. Erneuerungszeit)
des chemischen Filters 13 informiert wird.
-
Einmal
beleuchtet, behält die Warnlampe 33 ihren beleuchteten
Zustand bei (mit Ausnahme eines Ausschaltzustands), bis zum Beispiel
eine spezielle Bedienung wie etwa eine Auslöschschalterbedienung
durch den Benutzer durchgeführt wird. Wenn Schritt S10
beendet ist, wird die Verarbeitung zur Rückkehr zu Schritt
S1 veranlasst.
-
Wenn
die Verarbeitung andererseits zu Schritt S11 voranschreitet, beurteilt
die ECU 32, ob die Luftpumpe 20 AUS ist oder nicht.
Wenn die Luftpumpe AN ist (S11: NEIN), kehrt die Verarbeitung zu Schritt
S1 zurück. Wenn die Luftpumpe AUS ist (S11: JA), wird die
Lebensdauerbestimmungsverarbeitung beendet.
-
Gemäß dem
Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
fungiert die ECU 32 als Messeinrichtung zum Messen der
Luftmenge Q2, die den Gehäusebehälter 13A (Adsorber)
pro Zeiteinheit durchlaufen hat (Einrichtung zum Erhalten der Luftmenge
Q2). Außerdem fungiert die ECU 32 als Erlangungs-
bzw. Beschaffungseinrichtung zum Erlangen bzw. Beschaffen der Konzentration
G1 der Verunreinigung X in der Luft, wenn die Luft der Luftmenge
Q2, die durch den als Bestimmungseinrichtung dienenden Konzentrationssensor 18 erfasst wird,
in den Gehäusebehälter 13A (Adsorber)
eingeführt wird. Ferner fungiert die ECU 32 als
Schätzeinrichtung zum Schätzen der Menge der an
dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung X
pro Zeiteinheit aus der Luftmenge Q2, der Konzentration G1 und der
Einfangeffizienz k. Ferner fungiert die ECU 32 als Ausgabesteuereinrichtung
zum Erhalten des kumulativen bzw. aufgelaufenen Werts (der kumulativen
bzw. aufgelaufenen Menge) der Menge der Verunreinigung X und zum
Veranlassen, dass ein Alarm an die Warnlampe 33 ausgegeben
wird, wenn die kumulative bzw. aufgelaufene Menge den vorbestimmten
Wert (Bestimmungswert G0) überschreitet. Wie vorstehend
beschrieben, fungiert die ECU 32 als eine Adsorptionsmengenschätzvorrichtung
zum Schätzen der Adsorptionsmenge an dem chemischen Filter.
-
Als
Folge hiervon kann eine hochgenaue Adsorptionsmenge geschätzt
werden, um die angemessene Bestimmung der Lebensdauer des chemischen Filters 13 durchzuführen.
-
Bei
der gemäß 2 veranschaulichten
Verarbeitung ist die Reihenfolge von Schritten S1, S2, S3 und S4
beliebig. Außerdem ist der Konzentrationssensor 18 für
jeden Typ der Verunreinigung eingerichtet, für den die
kumulative Menge zu berechnen ist. Falls jedoch ein einzelner Konzentrationssensor
für eine Vielzahl von Typen von Verunreinigungen verwendet
werden kann, ist eine Konfiguration derart, dass die Konzentrationen
der Vielzahl von Typen von Verunreinigungen durch den einzelnen Konzentrationssensor
erfasst werden können. Die gemäß 2 veranschaulichte
Verarbeitung kann so gestaltet sein, dass sie für jeden
Typ von Verunreinigung parallel ausgeführt wird.
-
Außerdem
kann eine Anzeigevorrichtung anstelle der Warnlampe 33 eingerichtet
sein, um auf der Anzeigevorrichtung anzuzeigen, dass sich das chemische
Filter am Ende der Lebensdauer (in der Ersetzungs- bzw. Erneuerungszeit)
befindet. Anstelle von oder zusätzlich zu der Warnlampe 33 und
der Anzeigevorrichtung kann die ECU 32 eine Audioausgabeeinrichtung
wie etwa einen Warnsummer dazu veranlassen, einen Ton (Alarmton)
auszugeben.
-
Alternativ
kann anstelle der Konfiguration zum Ersetzen bzw. Erneuern des chemischen
Filters 13 gemäß dessen Lebensdauer eine
Heizeinrichtung wie etwa ein Heizer rund um das chemische Filter 13 bereitgestellt
sein und kann die ECU 32 einen Betrieb der Heizeinrichtung
steuern, um eine Erwärmungsregenerationsverarbeitung des
chemischen Filters 13 durchzuführen. In diesem
Fall regt der Alarm die Erwärmungsregenerationsverarbeitung
des chemischen Filters 13 an.
-
[Zweites Ausführungsbeispiel]
-
Als
nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da das zweite Ausführungsbeispiel
Punkte umfasst, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel
gemein sind, werden hauptsächlich unterschiedliche Punkte
beschrieben.
-
3 ist
eine erläuternde Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel
des Brennstoffzellensystems gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Das gemäß 3 veranschaulichte
Brennstoffzellensystem ist derart konfiguriert, dass ein Konzentrationssensor 18A nicht
an dem Luftansaugrohr 11, sondern an der Rohrleitung 14 platziert
ist, um die Konzentration der Verunreinigung X in der Luft zu erfassen, die
von dem Gehäusebehälter 13A abgeleitet
wird (die den Gehäusebehälter durchlaufen hat),
um die ECU 32 über die erfasste Konzentration
zu informieren. Mit Ausnahme der vorstehend genannten Punkte ist
die Konfiguration des Brennstoffzellensystems die gleiche wie diejenige
des ersten Ausführungsbeispiels. Wie nachstehend beschrieben,
ist jedoch die Lebensdauerbestimmungsverarbeitung durch die ECU 32 verschieden
von derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
-
4 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Lebensdauerbestimmungsverarbeitung
für das chemische Filter 13 durch die ECU 32 bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Wie bei
dem ersten Ausführungsbeispiel werden bei der gemäß 4 veranschaulichten
Verarbeitung auch die Luftmenge, der Druck, die Temperatur und die Konzentration
basierend auf den Ausgabesignalen von dem Luftmengenmesser 15,
dem Drucksensor 16, dem Temperatursensor 17 und
dem Konzentrationssensor 18A je nach Bedarf als Daten in
dem Speicher angesammelt. Die ECU 32 führt die
Verarbeitung in jedem Schritt durch Verwendung der angesammelten
Daten aus.
-
Gemäß 4 ist
die Verarbeitung zum Messen der Luftmenge Q2 in Schritten S1 bis
S3 und S5 gleich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. In
Schritt S4A erlangt die ECU 32 jedoch die Konzentration
G1 in der Luft der Ansaugluftmenge Q1 basierend auf der Konzentration,
die durch den als Erfassungseinrichtung dienenden Konzentrationssensor 18A erfasst
wird.
-
Außerdem
berechnet die ECU 32 in Schritt S6A die Menge der Verunreinigung
X, die den als der Adsorber dienenden Gehäusebehälter 13A durchlaufen
hat, als eine durchgehende bzw. passierende Verunreinigungsmenge
G2. Eine Berechnungsformel von G2 selbst ist die gleiche wie diejenige
des ersten Ausführungsbeispiels. Außerdem wird
in Schritt S7A eine durchgehende bzw. passierende kumulative Verunreinigungsmenge
G3 auf die folgende Weise berechnet.
-
Im
Speziellen liest die ECU 32 einen Wert der durchgehendes
kumulativen Verunreinigungsmenge G3, der in dem in der ECU 32 umfassten nichtflüchtigen
Speicher gespeichert wird, addiert sie die in dem Arbeitsbereich
gespeicherte durchgehende Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert von
G3, um die neue durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge G3
zu berechnen, und speichert sie die neue kumulative durchgehende
Verunreinigungsmenge G3 (überschreibt sie den Wert von
G3) in dem nichtflüchtigen Speicher, während sie
die neue durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge in dem Arbeitsbereich
speichert.
-
Eine
Konfiguration ist derart, dass Null als der Wert der durchgehenden
kumulativen Verunreinigungsmenge G3, die in dem nichtflüchtigen
Speicher (Speichereinrichtung) gespeichert wird, eingestellt wird,
wenn ein unbenutztes chemisches Filter 13 neu eingesetzt
wird. Jedes Mal, wenn die Verarbeitung in Schritt S7 ausgeführt
wird, wird die durchgehende Verunreinigungsmenge G2 zu dem Wert
G3 addiert. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet die durchgehende
kumulative Verunreinigungsmenge G3 eine kumulative bzw. aufgelaufene
Menge der Verunreinigung X, die das chemische Filter 13 durchläuft,
während das chemische Filter 13 verwendet wird.
-
In
Schritt S8A führt die ECU 32 eine Berechnung der
eingefangenen kumulativen Verunreinigungsmenge durch. Hier wird
die Einfangeffizienz des chemischen Filters 13 durch das
Experiment oder dergleichen im Voraus erhalten. Aus der Einfangeffizienz
wird ein Verhältnis (M:N) der Menge der Verunreinigung
X (die durch M bezeichnet wird), die an dem chemischen Filter 13 adsorbiert
(eingefangen) wird, wenn eine bestimmte Menge der Verunreinigung
X den Gehäusebehälter 13A (Adsorber) durchläuft,
zu der Menge der Verunreinigung X (die durch N bezeichnet wird),
die den Gehäusebehälter 13A durchläuft,
ohne eingefangen zu werden, erhalten.
-
In
dem in der ECU 32 umfassten nichtflüchtigen Speicher
(Speichereinrichtung) wird vorab ein Wert von M gespeichert, wenn
ein Wert von N zum Beispiel 1 ist. Die ECU 32 liest den
Wert von M aus dem nicht flüchtigen Speicher und multipliziert
die durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge G3 mit dem Wert
M (führt eine Berechnung für das Verhältnis
durch), um die eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge G4 (kumulative
Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten Verunreinigung
X) mit Bezug auf die durchgehende kumulative Verunreinigungsmenge
G3 zu berechnen, und um die berechnete eingefangene kumulative Verunreinigungsmenge
in dem Arbeitsbereich zu speichern.
-
Da
die Verarbeitung in Schritt S9, S10, und S11 die gleiche ist wie
diejenige des ersten Ausführungsbeispiels, wird die Beschreibung
davon hier ausgelassen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel fungiert
die ECU 32 als die Messeinrichtung zum Messen der Luftmenge
Q2, die den Adsorber (Gerätebehälter 13A)
pro Zeiteinheit durchlaufen hat, und als Erlangungs- bzw. Beschaffungseinrichtung
zum Erlangen bzw. Beschaffen der Konzentration G1 der Verunreinigung
X in der Luft der Luftmenge Q2 durch den als die Erfassungseinrichtung
dienenden Konzentrationssensor 18A. Ferner fungiert die
ECU 32 als Schätzeinrichtung zum Schätzen
der Menge der an dem chemischen Filter 13 adsorbierten
Verunreinigung X pro Zeiteinheit aus der Luftmenge Q2, der Konzentration
G1 und der Einfangeffizienz (dem auf der Einfangeffizienz basierenden
Wert M). Ferner fungiert die ECU 32 als Ausgabesteuereinrichtung zum
Erhalten des kumulativen bzw. aufgelaufenen Werts (der kumulativen
bzw. aufgelaufenen Menge) der Menge der Verunreinigung X und zum
Veranlassen der Warnlampe 33, den Alarm (der dem "Signal" bei
der vorliegenden Erfindung entspricht) auszugeben, wenn die kumulative
Menge den vorbestimmten Wert (Bestimmungswert G0) überschreitet.
Wie vorstehend beschrieben, fungiert die ECU 32 als die Adsorptionsmengenschätzvorrichtung
zum Schätzen der Adsorptionsmenge an dem chemischen Filter 13.
-
Als
Folge hiervon kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
eine hochgenaue Adsorptionsmenge geschätzt werden, um eine
angemessene Bestimmung der Lebensdauer des chemischen Filters 13 durchzuführen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es offenkundig,
dass unterdrückt werden kann, dass die Verunreinigungskomponente die
Erfassungsgenauigkeit des Sensors beeinträchtigt, weil
der Konzentrationssensor 18 auf der stromabwärts
liegenden Seite des chemischen Filters 13 bereitgestellt
ist.
-
Das
Brennstoffzellensystem und die Adsorptionsmengenschätzvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht nur
auf eine in dem Fahrzeug zu installierende Brennstoffzelle anwendbar, sondern
auch auf eine stationär bzw. ortsfest zu platzierende Brennstoffzelle.
Außerdem ist der Typ der Brennstoffzelle nicht auf den
PEFC-Typ beschränkt.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Brennstoffzellensystem mit einem Adsorber, der in einem Luftzufuhrweg
zu einer Luftelektrode einer Brennstoffzelle platziert ist und ein
chemisches Filter zum Adsorbieren von in Luft enthaltenen Verunreinigungen
aufnimmt; einer Messeinrichtung zum Messen der Luftmenge pro Zeiteinheit,
die den Adsorber durchlaufen hat; einer Erfassungseinrichtung zum
Erfassen der Dichte von in der Luft enthaltenen Verunreinigungen,
dessen Volumen durch die Messeinrichtung gemessen wurde, bevor sie
in den Adsorber einritt; einer Schätzeinrichtung zum Schätzen
der Menge der Verunreinigungen, die pro Zeiteinheit durch das chemische
Filter adsorbiert werden, basierend auf der Menge der Luft, der
Dichte der Verunreinigungen und einer Adsorptionseffizienz des chemischen
Filters; und einer Ausgabesteuereinrichtung zum Veranlassen, dass
ein Signal ausgegeben wird, wenn ein angesammelter Wert der Menge
der Verunreinigung ein vorbestimmtes Niveau überschreitet.
-
- 1
- Brennstoffzelle
- 2
- Polymer-Elektrolyt-Membran
- 3
- Brennstoffelektrode
- 4
- Luftelektrode
- 5
- brennstoffelektrodenseitiges
Trennelement
- 6
- luftelektrodenseitiges Trennelement
- 11
- Luftansaugrohr
- 12
- Staubfilter
- 13
- chemisches
Filter
- 14,
19, 22, 25, 27, 30
- Rohrleitung
- 15
- Luftmengenmesser
- 16,
29
- Drucksensor
- 17,
24, 26
- Temperatursensor
- 18,
18A
- Konzentrationssensor
- 20
- Luftpumpe
- 21
- Motor
- 23
- Zwischenkühler
- 28
- Regel-
bzw. Stellvorrichtung
- 31
- Dämpfer
- 32
- ECU
- 33
- Warnlampe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2004-152669
A [0003]
- - JP 2003-132928 A [0003]
- - JP 11-226341 A [0003]