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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das eine
Einspritzdüse in einer Reaktionsgasleitung beinhaltet,
die mit einer Brennstoffzelle verbunden ist.
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Technischer Hintergrund
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Gegenwärtig
liegt ein bereits praktisch realisierter Vorschlag für
ein Brennstoffzellensystem vor, das eine Brennstoffzelle zum Aufnehmen
eines zugeführten Reaktionsgases (eines Brenngases und
eines Oxidationsgases) zum Erzeugen einer Leistung beinhaltet. In
einem solchen Brennstoffzellensystem ist eine Reaktionsgasleitung,
die dem von einer Brennstoffzuführquelle, wie z. B. einem
Wasserstofftank, zugeführten Brenngas ermöglicht,
zur Brennstoffzelle zu strömen, mit einem Regler versehen,
der einer Ein-/Aus-Steuerung ausgesetzt ist, um den Zustand des
Gases zu steuern (siehe z. B.
japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift 2005-310718 ).
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Offenbarung der Erfindung
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Ein
herkömmlicher Regler, der in der vorstehend angeführten
Patentschrift 1 offenbart ist, weist jedoch eine Struktur auf, bei
der es schwierig ist, den Zuführdruck eines Brenngases
rasch zu ändern (d. h. das Ansprechvermögen ist
gering), und darüber hinaus ist die Ausführung
einer hochpräzisen Druckregulierung, z. B. die mehrstufige
Veränderung eines Zieldrucks, nicht möglich, so
dass in Erwägung gezogen wird, anstelle des Reglers eine
Einspritzdüse mit elektromagnetischer Ansteuerung bereitzustellen.
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Die
Einspritzdüse wird jedoch dadurch ein-/ausgeschaltet (Ventilöffnung/Ventilschließung), dass
ein Ventilelement mit einer elektromagnetischen Antriebskraft angesteuert
wird, um das Ventilelement von einem Ventilsitz zu lösen,
so dass, wenn die Einspritzdüse ein-/ausgeschaltet wird,
die Entstehung von Vibrationen und Geräuschen manchmal unvermeidlich
ist, und so dass es daher neuerdings notwendig geworden, Gegenmaßnahmen
gegen diese Vibrationen und Geräusche zu entwickeln. Bei Verwendung
der Einspritzdüse kann es außerdem abhängig
von der Anordnung der Einspritzdüse bei der Zuführung
des Gases zu einer Brennstoffzelle zu Verzögerungen oder
einer Druckreduktion kommen.
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Angesichts
dieses Umstands ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden,
und es ist eine Aufgabe derselben, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen,
das in der Lage ist, die Entstehung der Vibrationen und Geräusche
durch die Einspritzdüse, die Entstehung einer verzögerten
Gaszuführung zur Brennstoffzelle oder die Erzeugung einer
Druckreduktion zu unterdrücken.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe handelt es sich bei einem Brennstoffzellensystem
gemäß der vorliegenden Erfindung um ein Brennstoffzellensystem, das
aufweist: eine Brennstoffzelle; eine Reaktionsgasleitung, die der
Brennstoffzelle ein Reaktionsgas zuführt; und eine Einspritzdüse,
die den Zustand des Gases auf der stromauf befindlichen Seite der
Reaktionsgasleitung steuert und das Reaktionsgas der stromabwärtigen
Seite zuführt, indem ein Ventilelement mit einer elektromagnetischen
Antriebskraft in einem vorbestimmten Ansteuerungszyklus angesteuert
wird, um das Ventilelement von einem Ventilsitz zu lösen,
wobei die Einspritzdüse in der Brennstoffzelle einstückig
angeordnet ist.
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Einem
derartigen Aufbau entsprechend können die Vibrationen und
Geräusche der Einspritzdüse durch die als schweres
und robustes Bauteil ausgeführte Brennstoffzelle absorbiert
und unterdrückt werden. Da die Einspritzdüse außerdem
einstückig in der Brennstoffzelle angeordnet ist, kann
ein Abstand zwischen der Einspritzdüse und der Brennstoffzelle verkürzt
werden.
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Beinhaltet
die Reaktionsgasleitung in dem Brennstoffzellensystem einen elastischen
Bereich, kann der elastische Bereich in einem Gehäuse angeordnet
sein, in dem die Brennstoffzelle aufgenommen ist. Bei diesem elastischen
Bereich kann es sich um einen Isolator oder einen elektrischen Leiter
handeln.
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Zumindest
die stromabwärtige Seite der Einspritzdüse kann
in dem Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle verbunden
sein.
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Wenn
die Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellensystem eine Mehrzahl
von Reihen aus angeordneten Brennstoffzellenstapeln beinhaltet,
kann die Einspritzdüse in der Mitte zwischen diesen Brennstoffzellenstapeln
angeordnet sein.
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Die
Einspritzdüse kann in dem Brennstoffzellensystem über
ein elastisches Element durch einen Lagerungsblock getragen werden.
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Der
Lagerungsblock kann in dem Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle
verbunden sein.
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In
einem Fall, in dem in der Brennstoffzelle der Brennstoffzellenstapel,
in dem die erforderliche Anzahl von einheitlichen Zellen gestapelt
ist, die jeweils das zugeführte Reaktionsgas aufnehmen,
um eine Leistung zu erzeugen, zwischen einem Paar von Endplatten,
die an beiden Enden der Stapelrichtung der einheitlichen Zellen
angeordnet sind, sandwichartig angeordnet ist, und diese Endplatten
durch ein Paar von Spannplatten miteinander verbunden sind, die
auf beiden Seiten in einer Richtung angeordnet sind, die die Stapelrichtung
im rechten Winkel kreuzt, ist in dem Brennstoffzellensystem der
gesamte Lagerungsblock an zwei oder mehr Befestigungspunkten an
der Brennstoffzelle befestigt, und ein Leitungssegment, das das
Paar von Spannplatten miteinander verbindet, kann parallel zu einem
Leitungssegment verlaufen, das die zumindest zwei Befestigungspunkte
miteinander verbindet, wenn die Endplatten in Stapelrichtung betrachtet
werden.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann ein Lüftungsloch bzw. Ventilationsloch
des Gehäuses, in dem die Brennstoffzelle aufgenommen ist,
in der anderen Gehäusefläche als der Gehäusefläche
angeordnet sein, die der Einspritzdüse gegenüberliegt.
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Einem
derartigen Aufbau entsprechend kann verhindert werden, dass die
durch die Einspritzdüse erzeugten Geräusche aus
dem Lüftungsloch des Gehäuses dringen.
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Die
Einspritzdüse kann in dem Brennstoffzellensystem mit einer
Schallisolierung abgedeckt sein.
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Ein
elastisches Element kann in dem Brennstoffzellensystem zwischen
der Einspritzdüse und der Brennstoffzelle angeordnet sein.
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Einem
derartigen Aufbau entsprechend kann ein in einem Spalt zwischen
der Einspritzdüse und der Brennstoffzelle erzeugter Widerhall
unterdrückt werden.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann zumindest ein Teil der Einspritzdüse
oder zumindest ein Teil der Schallisolierung in die Brennstoffzelle
eingebettet sein.
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Einem
derartigen Aufbau entsprechend kann ein Bereich, in dem sich das
Geräusch der Einspritzdüse ausbreitet, verkleinert
werden.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann die Einspritzdüse so angeordnet
sein, dass eine Richtung, in der das Ventilelement angetrieben wird,
sich entlang einer vertikalen Richtung erstreckt.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann ein Gaseinlass der Einspritzdüse
bezogen auf einen Gasauslass auf der Oberseite in der vertikalen
Richtung angeordnet sein.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann in der Reaktionsgasleitung eine
einlassseitige Leitung zur Einspritzdüse an der Einspritzdüse
befestigt sein.
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Einem
derartigen Aufbau entsprechend können Beschädigungen,
die in der einlassseitigen Leitung entstehen können, in
einem Fall verhindert werden, in dem die die mit der Einspritzdüse
einstückig ausgebildete Brennstoffzelle transportiert wird.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann eine Signalleitung, die den Verbinder
der Einspritzdüse verbindet, parallel zu der Fläche
der Brennstoffzelle angeordnet sein, auf der die Einspritzdüse
angeordnet ist.
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Der
vorliegenden Erfindung entsprechend können die Vibrationen
und Geräusche der Einspritzdüse durch die als
ein schweres und robustes Bauteil ausgeführte Brennstoffzelle
absorbiert werden, so dass die Entstehung von Vibrationen und Geräuschen
durch die Einspritzdüse verhindert werden kann. Außerdem
kann ein Abstand zwischen der Einspritzdüse und der Brennstoffzelle
verkürzt werden, und die Entstehung der verzögerten
Gaszufuhr zur Brennstoffzelle und die Entstehung der Druckreduktion
kann verhindert werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine Aufbauskizze eines Brennstoffzellensystem gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht, die eine Einspritzdüse des in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystems darstellt;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Brennstoffzelle des in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystems darstellt;
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4 ist
eine Seitenansicht, die ein Auto schematisch darstellt, an dem das
Brennstoffzellensystem in 1 montiert
ist;
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5 ist
eine teilweise vergrößerte Vorderansicht, die
einen Abschnitt eines Teils der Brennstoffzelle des in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystems zeigt;
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6 ist
eine Seitenansicht, die eine verzerrte Darstellung einer Endplatte
der Brennstoffzelle des in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystems zeigt; und
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7 ist
eine Teilschnittansicht einer Modifizierung, die einen Abschnitt
um die Einspritzdüse des in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystems darstellt.
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Beste Art und Weise zum Ausführen
der Erfindung
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Nachstehend
erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine Beschreibung eines
Brennstoffzellensystems 1 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
eine Systemaufbauskizze des Brennstoffzellensystems 1.
Dieses Brennstoffzellensystem 1 kann auf ein an einem Auto
montiertes Leistungserzeugungssystem für ein Brennstoffzellenauto,
ein Leistungserzeugungssystem für eine beliebige mobile
Karosserie wie ein Schiff, ein Flugzeug, ein Zug oder einen gehfähigen
Roboter, ein weiteres stationäres Leistungserzeugungssystem
zur Verwendung als eine Leistungserzeugungseinrichtung für Baukonstruktionen
(im Wohnbau- und Baugewerbe oder ähnliches) angewendet
werden. Insbesondere wird das System aber im Auto eingesetzt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform eine Brennstoffzelle 10,
die ein zugeführtes Reaktionsgas (ein Oxidationsgas und
ein Brenngas) aufnimmt, um eine Leistung zu erzeugen, und beinhaltet
zudem ein Oxidationsgas-Leitungssystem 2, das der Brennstoffzelle 10 Luft
als das Oxidationsgas zuführt, ein Wasserstoffgasleitungssystem 3,
das der Brennstoffzelle 10 ein Wasserstoffgas als das Brenngas
zuführt, und eine Steuerungsvorrichtung 4, die
im Allgemeinen die Steuerung des gesamten Systems und ähnliches
ausführt.
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Die
Brennstoffzelle 10 weist eine Stapelstruktur auf, in der
die erforderliche Anzahl von einheitlichen Zellen 71 zum
Aufnehmen des zugeführten Reaktionsgases, um die Leistung
zu erzeugen, gestapelt sind. Die durch die Brennstoffzelle 10 erzeugte Leistung
wird einer Leistungssteuerungseinheit (PCU) 11 zugeführt.
Die PCU 11 beinhaltet einen Inverter, einen Gleichstromwandler
und dergleichen, die zwischen der Brennstoffzelle 10 und
einem Fahrmotor 12 angeordnet sind. Ein Stromssensor 13,
der während der Leistungserzeugung einen Strom erfasst,
ist an der Brennstoffzelle 10 angebracht.
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Das
Oxidationsgasleitungssystem 2 beinhaltet eine Luftzuführleitung 21,
die der Brennstoffzelle 10 das Oxidationsgas (Luft) zuführt,
das durch eine Befeuchtungseinrichtung 20 befeuchtet wird,
eine Luftabführleitung 22, die ein Oxidationsabgas
(bzw. Oxidizing Off Gas), das aus der Brennstoffzelle 10 abgeführt
wird, zur Befeuchtungseinrichtung 20 leitet, und eine Abgasleitung 23 zum
Leiten des Oxidationsabgases aus der Befeuchtungseinrichtung 20 nach
außen. Die Luftzuführleitung 21 ist mit
einem Kompressor 24 versehen, der das Oxidationsgas aus der
Atmosphäre aufnimmt, um der Befeuchtungseinrichtung 20 das
unter Druck stehende Gas zuzuführen.
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Das
Wasserstoffgasleitungssystem 3 beinhaltet als eine Brennstoffzuführquelle,
in der das einen hohen Druck (z. B. 70 MPa) aufweisende Wasserstoffgas
aufgenommen ist, einen Wasserstoffgastank 30, als eine
Brenngaszuführleitung zum Zuführen des Wasserstoffgases
des Wasserstofftanks 30 zur Brennstoffzelle 10 eine
Wasserstoffzuführleitung (eine Reaktionsgasleitung) 31 und
eine Umwälzleitung 32 zum Rückführen
eines Wasserstoffabgases (bzw. Hydrogen Off Gas), das aus der Brennstoffzelle 10 abgeführt
wird, zur Wasserstoffzuführleitung 31.
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Es
ist zu beachten, dass anstelle des Wasserstofftanks 30 eine
Reformiereinrichtung, die aus einem Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis
ein reformiertes, wasserstoffreiches Gas bildet, und ein Hochdruckgastank,
der das reformierte Gas, das durch diese Reformiereinrichtung gebildet
wird, in einen Hochdruckzustand versetzt, so dass der Druck erhöht
wird, als die Brennstoffzuführquelle verwendet werden können.
Außerdem kann ein Tank mit einer wasserstoffundurchlässigen
Legierung als die Brennstoffzuführquelle verwendet werden.
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Die
Wasserstoffzuführleitung 31 ist mit einem Abstellventil 33,
das die Zuführung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstofftank 30 blockiert oder
ermöglicht, Reglern 34, die den Druck des Wasserstoffgases
regeln, und einer Einspritzdüse 35 versehen. Außerdem
sind auf der stromauf befindlichen Seite der Einspritzdüse 35 ein
Primärdrucksensor 41 und ein Temperatursensor 42 zum
Erfassen des Drucks und der Temperatur des Wasserstoffgases in der
Wasserstoffzuführleitung 31 angeordnet. Ferner ist
auf der stromabwärtigen Seite der Einspritzdüse 35 und
der stromauf befindlichen Seite eines Verbindungsteils zwischen
der Wasserstoffzuführleitung 31 und der Umwälzleitung 32 ein
Sekundärdrucksensor 43 angeordnet, der den Druck
des Wasserstoffgases in der Wasserstoffzuführleitung 31 erfasst.
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Bei
dem Regler 34 handelt es sich jeweils um eine Vorrichtung,
die einen stromauf vorliegenden Druck (den Primärdruck)
auf einen voreingestellten Sekundärdruck regelt. In dem
Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform wird als der Regler 34 ein mechanisches
Druckreduktionsventil zum Reduzieren des Primärdrucks verwendet.
In Bezug auf den Aufbau des mechanischen Druckreduktionsventils
kann ein bekannter Aufbau mit einem Gehäuse verwendet werden,
das mit einer Gegendruckkammer und einer Druckregulierkammer, die über
eine Membran bereitgestellt sind, versehen ist, und in der Druckregulierkammer
wird der Primärdruck auf einen vorbestimmten Druck reduziert,
um den Sekundärdruck durch einen Gegendruck in der Gegendruckkammer
zu erhalten.
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2 ist
eine Schnittansicht, die die Einspritzdüse 35 darstellt.
Diese Einspritzdüse 35 steuert den Zustand des
Gases in der Wasserstoffzuführleitung 31, bildet
einen Teil der Wasserstoffzuführleitung 31 aus
und weist einen Metallzylinder 54 auf, der mit einer Innenleitung 53 versehen
ist, die auf der Seite des Wasserstofftanks 30 in der Wasserstoffzuführleitung 31 in
einem Kanalbereich 51 angeordnet ist, der im Inneren eines
zylindrischen Bereichs 45 an einem Ende des Zylinders in
einer axialen Richtung gebildet ist, wobei die innere Leitung auf
der Seite der Brennstoffzelle 10 in der Wasserstoffzuführleitung 31 in
einem Kanalbereich 52 angeordnet ist, der im Inneren eines
zylindrischen Bereichs 46 an dem anderen Ende des Zylinders
in der axialen Richtung ausgebildet ist, wobei der zylindrische
Bereich die gleiche Achse wie die des einen zylindrischen Bereichs 45 aufweist.
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Dieser
Zylinder 54 ist mit einem ersten Leitungsbereich 56,
der mit dem Kanalbereich 51 verbunden ist; einem zweiten
Leitungsbereich 57, der mit diesem ersten Leitungsbereich 56 auf
einer Seite gegenüber dem Kanalbereich 51 verbunden
ist und einen Durchmesser aufweist, der größer
als der des ersten Leitungsbereichs 56 ist; einem dritten
Leitungsbereich 58, der mit diesem zweiten Leitungsbereich 57 auf
einer Seite gegenüber dem ersten Leitungsbereich 56 verbunden
ist und einen Durchmesser aufweist, der größer
ist als der des zweiten Leitungsbereichs 57; und einem
vierten Leitungsbereich 59 versehen, der mit diesem dritten
Leitungsbereich 58 auf einer Seite gegenüber dem
zweiten Leitungsbereich 57 verbunden ist und einen Durchmesser aufweist,
der kleiner ist als der von jeweils dem zweiten Leitungsbereich 57 und
dem dritten Leitungsbereich 58, und diese Bereiche bilden
die Innenleitung 53. Es ist zu beachten, dass der äußere
Umfangsbereich des zylindrischen Bereichs 45 mit einer
kreisförmigen Dichtungsnut 45a versehen ist, und
der äußere Umfangsbereich des zylindrischen Bereichs 46 ebenfalls
mit einer kreisförmigen Dichtungsnut 46a versehen
ist.
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Außerdem
weist die Einspritzdüse 35 einen Ventilsitz 61 auf,
der in einem Hauptteil 47 angeordnet ist, der zwischen
den beiden zylindrischen Bereichen 45 und 46 gebildet
ist und einen Durchmesser aufweist, der größer
ist als der eines jeweiligen zylindrischen Bereichs, so dass er
eine Öffnung des vierten Leitungsbereichs 59 auf
der Seite des dritten Leitungsbereichs 58 umgibt, wobei
der Ventilsitz aus einem Dichtungselement aus beispielsweise Gummi besteht;
ein Metallventilelement 65, das einen zylindrischen Bereich 62,
der in den zweiten Leitungsbereich 57 beweglich eingeführt
wird, und einen kegelförmigen Bereich 63 aufweist,
der im dritten Leitungsbereich 58 angeordnet ist und einen
Durchmesser aufweist, der größer ist als der zweite
Leitungsbereich 57, wobei der kegelförmige Bereich 63 mit
einem schräg verlaufenden Verbindungsloch 64 versehen
ist; eine Feder 67, deren eines Ende in den zylindrischen
Bereich 62 des Ventilelements 65 eingeführt ist
und deren anderes Ende mit einem Anschlag 66 in Verbindung
ist, der in dem ersten Leitungsbereich 56 ausgebildet ist,
wobei die Feder ermöglicht, dass das Ventilelement 65 am
Ventilsitz 61 anstoßen kann, wo durch die Innenleitung 53 gesperrt
wird; und einen Elektromagneten 69, der das Ventilelement 65 gegen die
Spannkraft der Feder 67 durch eine elektromagnetische Antriebskraft
bewegt, bis das Ventilelement an einem gestuften Bereich 68 des
dritten Leitungsbereichs 58 auf der Seite des zweiten Leitungsbereichs 57 anstößt,
um so das Ventilelement 65 aus dem Ventilsitz 61 zu
lösen und mit der Innenleitung 53 durch das Verbindungsloch 64 eine
Verbindung herzustellen. In diesem Fall arbeitet das Ventilelement 65 entlang
der axialen Richtung des Zylinders 54.
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Das
Ventilelement 65 der Einspritzdüse 35 wird
durch eine Energieversorgungssteuerung des Elektromagneten 69 als
elektromagnetische Antriebsvorrichtung angesteuert, und ein pulsartiger
Erregerstrom, der diesem Elektromagneten 69 zugeführt
wird, kann ein- und ausgeschaltet werden, um den Öffnungszustand
der Innenleitung 53 (in zwei Stufen, d. h. in dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform einer vollständig geöffneten
Stufe und einer vollständig geschlossenen Stufe) zu verändern.
Außerdem werden die Gasstrahlzeitdauer und der Gasstrahlsteuerungspunkt der
Einspritzdüse 35 durch ein Steuerungssignal gesteuert,
das aus der Steuerungsvorrichtung 4 ausgegeben wird, so
dass die Strömungsrate und der Druck des Wasserstoffgases
präzise gesteuert werden können.
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Um
das Gas bei einer angeforderten Strömungsrate der stromabwärtigen
Seite der Einspritzdüse 35 zuzuführen,
wird zumindest entweder der Öffnungszustand (der Öffnungsgrad)
oder die Öffnungszeit durch das in der Innenleitung 53 der
Einspritzdüse 35 angeordnete Ventilelement 64 verändert,
um die Strömungsrate des Gases (oder eine Wasserstoff-Molarität),
das der stromabwärtigen Seite (der Seite der Brennstoffzelle 10)
zugeführt wird, zu regulieren.
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Es
ist zu beachten, dass die Gasströmungsrate durch die Öffnung/Schließung
des Ventilelements 65 der Einspritzdüse 35 geregelt
wird, und dass darüber hinaus der Druck des Gases, das
der stromabwärtigen Seite der Einspritzdüse 35 zugeführt
wird, gegenüber dem Gasdruck auf der Seite stromauf der
Einspritzdüse 35 reduziert wird, und somit die
Einspritzdüse 35 als ein Druckregelventil (ein Druckreduktionsventil,
ein Regler) betrachtet werden kann. In dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegen den
Ausführungsform kann die Einspritzdüse außerdem
als ein variables Druckregelventil betrachtet werden, das in der
Lage ist, den Druckregulierbetrag (den Druckreduktionsbetrag) des
Gasdrucks stromauf der Einspritzdüse 35 zu verändern, so
dass der Druck mit dem angeforderten Druck innerhalb eines vorbestimmten
Druckbereichs dem Gasbedarf entsprechend übereinstimmt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist in dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform die Einspritzdüse 35 auf
der Seite stromauf von einem Verbindungsteil A1 zwischen der Wasserstoffzuführleitung 31 und
der Umwälzleitung 32 angeordnet. In diesem Fall
werden eine Mehrzahl von Wasserstofftanks 30 als Brennstoffzuführquellen verwendet,
und dementsprechend ist die Einspritzdüse 35 auf
der stromabwärtigen Seite von einem Teil (einem Wasserstoffgas-Verbindungsteil
A2) angeordnet, wo die Wasserstoffgase, die aus den Wasserstofftanks 30 zugeführt
werden, zusammenströmen.
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Die
Umwälzleitung 32 ist über einen Gas-Flüssigkeitsseparator 36 und
ein Gas-/Wasser-Abführventil 37 mit einer Abführleitung 38 verbunden.
Der Gas-Flüssigkeitsseparator 36 fängt
einen Wassergehalt aus dem Wasserstoffabgas auf. Das Gas-/Wasser-Abführventil 37 arbeitet
entsprechend einem Befehl von der Steuerungsvorrichtung 4,
um den Wassergehalt, der durch den Gas-Flüssigkeitsseparator 36 aufgefangen
wird, und das Verunreinigungen beinhaltende Wasserstoffabgas in
der Umwälzleitung 32 nach außen abzuführen
(abzuleiten).
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Außerdem
ist die Umwälzleitung 32 mit einer Wasserstoffpumpe 39 versehen,
die das Wasserstoffabgas in der Umwälzleitung 32 unter
Druck setzt, um das Gas der Wasserstoffzuführleitung 31 zuzuführen.
Es ist zu beachten, dass das Wasserstoffabgas, das durch das Gas-/Wasser-Abführventil 37 und die
Abführleitung 38 abgeführt wird, durch
eine Verdünnungseinheit 40 verdünnt wird,
so dass es mit dem Oxidationsabgas in der Abgasleitung 23 zusammengeführt
werden kann.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 erfasst den Betätigungsbetrag
einer in dem Fahrzeug angeordneten Beschleunigungsbetätigungsvorrichtung
(eines Fahrpedals oder derglei chen) und empfängt Steuerungsinformationen,
wie z. B. einen angeforderten Beschleunigungswert (einen angeforderten
Leistungserzeugungsbetrag von einem Verbraucher, wie z. B. dem Fahrmotor 12),
um die Betriebsabläufe der verschiedenen Vorrichtungen
in dem System zu steuern. Es ist zu beachten, dass unter dem Verbraucher
im Allgemeinen Leistungsverbrauchsvorrichtungen zu verstehen sind,
die, zusätzlich zum Fahrmotor 12, Hilfsvorrichtungen,
die zum Betreiben der Brennstoffzelle 10 notwendig sind
(z. B. Motoren für den Kompressor 24, die Wasserstoffpumpe 39,
eine Kühlpumpe und dergleichen), Stellglieder, die in verschiedenen
Vorrichtungen verwendet werden (ein Wechselrad, eine Radführungsvorrichtung,
eine Lenkvorrichtung, eine Radaufhängungsvorrichtung etc.)
und die dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs zugeordnet sind, eine Klimaanlage
bzw. Luftaufbereitungsvorrichtung (einen Luftaufbereiter), Beleuchtungs-
und Audioanwendungen in der Fahrgastzelle und dergleichen beinhalten.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 besteht aus einem Computersystem
(nicht gezeigt). Ein derartiges Computersystem beinhaltet eine CPU,
einen ROM, einen RAM, ein Festplattenlaufwerk (HDD), eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle,
eine Anzeige und dergleichen, und die CPU liest und führt
verschieden Steuerungsprogramme aus, die im ROM aufgezeichnet sind,
um verschiedene Steuerungsabläufe zu realisieren.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 gibt ein Steuerungssignal zum Realisieren
der Gesamtstrahlzeitdauer der Einspritzdüse 35 aus,
die durch eine vorbestimmte Vorgehensweise berechnet wird, wodurch die
Gasstrahlzeitdauer und der Gasstrahlsteuerzeitpunkt der Einspritzdüse 35 gesteuert
werden, um die Strömungsrate und den Druck des Wasserstoffgases zu
regeln, das der Brennstoffzelle 10 zugeführt werden
soll.
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Während
des üblichen Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 wird
das Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 30 einem Brennstoffstab
bzw. einer Brennstoffelektrode der Brennstoffzelle 10 durch
die Wasserstoffzuführleitung 31 zugeführt,
und die befeuchtete und regulierte Luft wird einem Oxidationsstab
bzw. einer Oxidationselektrode der Brennstoffzelle 10 durch
die Luftzuführleitung 21 zugeführt, um
Leistung erzeugen zu können. In diesem Fall wird eine Leistung
(eine angeforderte Leistung), die aus der Brennstoffzelle 10 gewonnen
werden soll, durch die Steuerungsvorrichtung 4 berechnet,
und das Wasserstoffgas und die Luft werden der Brennstoffzelle 10 in
jeweils solchen Mengen zugeführt, wie es in Bezug auf die
erzeugte Leistung angemessen ist.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist in der Brennstoffzelle 10 ein
Paar von Brennstoffzellenstapeln 10A, 10B angeordnet,
die jeweils einen Aufbau aufweisen, bei dem die erforderliche Anzahl
der rechtwinkeligen einheitlichen Zellen 71 zum Aufnehmen
des zugeführten Reaktionsgases, um Leistung zu erzeugen, aneinandergestapelt
ist, während die Stapelrichtungen der einheitlichen Zellen 71 parallel
zueinander verlaufen und die Stapel zwischen einem Paar von gemeinsamen,
zu beiden Enden der Zellen in Stapelrichtung angeordneten Endplatten 72 und 73 sandwichartig
angeordnet sind.
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Es
ist zu beachten, dass diese Endplatten 72, 73 über
ein Paar von Spannplatten 74, 75 miteinander verbunden
sind, die an beiden Seiten in einer Richtung angeordnet sind, die
die Anordnungsrichtung der Brennstoffzellenstapel 10A, 10B im
rechten Winkel kreuzt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird diese Brennstoffzelle 10 in
einem im Wesentlichen rechtwinkeligen, parallelflächigen
Stapelgehäuse 76 aufgenommen und in einem Auto
V montiert. Bei der Montage wird die Brennstoffzelle 10,
die derart positioniert bzw. ausgerichtet ist, dass die Brennstoffzellenstapel 10A, 10B in
einer horizontalen Richtung angeordnet sind, in einen Motorraum
EC eingebaut, der an der Vorderseite des Autos V vorgesehen ist.
Dabei ist das Paar der Endplatten 72, 73 an beiden
Enden in einer auf die Autokarosserie bezogenen von vorne nach hinten
verlaufenden Richtung angeordnet, und das Paar von Spannplatten 74, 75 ist
vertikal angeordnet. Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Brennstoffzelle
in dieser während der Installation eingehaltenen Positionierung
bzw. Ausrichtung.
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Die
Einspritzdüse 35 ist auf der einen Endplatte 72 an
der Rückseite der Brennstoffzelle 10 in einer
auf das Auto bezogenen, von vorne nach hinten verlaufenden Richtung
einstückig angeordnet. Die Fläche des Stapelgehäuses 76 zum
Aufnehmen der Brennstoffzelle 10, d. h. eine andere Fläche
als die rückseitige Fläche 76a, die der
Ein spritzdüse 35 gegenüberliegt, die
Fläche, die nicht zwischen der Einspritzdüse 35 und
einer Fahrgastzelle C angeordnet ist, insbesondere eine vordere
Fläche 76b ist hingegen mit einem Lüftungsloch
bzw. Ventilationsloch 78 versehen, das den Innenraum mit
der Außenseite verbindet.
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Dieses
Lüftungsloch 78 ist mit einem Filter 79 versehen,
durch den ein Dampf hindurchströmen kann, während
das Hindurchströmen des Wasserstoffs reguliert wird. Es
ist zu beachten, dass das Lüftungsloch 78 in einer
anderen Fläche angeordnet sein kann, wie z. B. einer oberen
Fläche 76c oder einer seitlichen Fläche,
solange es sich bei der Fläche um eine andere Fläche
als die Fläche handelt, die der Einspritzdüse 35 gegenüberliegt,
und die Fläche nicht zwischen der Einspritzdüse 35 und
der Fahrgastzelle C angeordnet ist.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist das Paar von Endplatten 72, 73 zusammen
mit der Mehrzahl von Brennstoffzellenstapeln 10A, 10B angeordnet
und weist somit eine im Wesentlichen rechtwinkelige Form auf, deren
Längenabmessung in der Breitenrichtung des Autos verläuft,
und die Einspritzdüse 35 ist in der Mitte zwischen
den Brennstoffzellenstapeln 10A und 10B aus einer
Mehrzahl von Reihen (zwei Reihen in 3) einstückig
angeordnet, die in der einen Endplatte 72 an der Rückseite
in der auf das Fahrzeug bezogenen, von vorne nach hinten verlaufenden
Richtung angeordnet sind.
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Hier
weisen die Brennstoffzellenstapel 10A, 10B auf
der Seite der Endplatte 72 einander entgegengesetzte Polaritäten
auf, und somit sind die Wasserstoffzuführkanäle 80A, 80B zum
Zuführen der Wasserstoffgase zu den jeweiligen Stapeln über
die kürzeste Entfernung in der Längenrichtung
der Endplatte 72 symmetrisch angeordnet. Da die Einspritzdüse 35 wie
vorstehend beschrieben angeordnet ist, können die Längenabmessungen
der Leitungsbereiche 81A, 81B, die von einer Leitung 81 abzweigen, die
sich von der Einspritzdüse 35 in der Wasserstoffzuführleitung 31 erstreckt
und mit den jeweiligen Wasserstoffzuführkanälen 80A, 80B verbunden
ist, folglich gleich lang ausgeführt sein.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist insbesondere der zylindrische
Bereich 45 der Einspritzdüse 35 auf einer
Einlassseite in einen Lochbereich 85 des Lagerungsblocks 84,
der aus einem Metall gefertigt ist, über einen als elastisches
Element dienenden O-Ring 86 eingepasst, der in der Dichtungsnut 45a angeordnet
ist, und der zylindrische Bereich 46 auf einer Auslassseite
ist in einen Lochbereich 88 eines Lagerungsblock 87,
der aus einem Metall gefertigt ist, über einen als elastisches
Element dienenden O-Ring 89 eingepasst, der in der Dichtungsnut 46a angeordnet
ist.
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Der
eine Lagerungsblock 84, der auf der Oberseite angeordnet
ist, ist außerdem durch eine Schraube in einem Befestigungsbereich
(dem Befestigungspunkt) 90 an der Endplatte 72 angeordnet, und
der andere Lagerungsblock 87, der auf der Unterseite angeordnet
ist, ist durch Schrauben an zwei Befestigungsbereichen (Befestigungspunkten) 91, 92 auf
beiden Seiten an der Endplatte 72 befestigt. Die beiden
Befestigungsbereiche 91, 92, die diesen Lagerungsblock 87 mit
der Endplatte 72 verbinden, sind entlang einer horizontalen
Linie miteinander verbunden.
-
Wie
vorstehend beschrieben, ist die Einspritzdüse 35 in
der Endplatte 72 angeordnet, indem die axiale Richtung
der Einspritzdüse, d. h. eine Ventilelementantriebsrichtung
(die Bewegungsrichtung des Ventilelements 65), in vertikaler
Richtung verläuft, und beide Seiten der Einspritzdüse
werden über die als die elastischen Elemente ausgeführten O-Ringe 86, 89 durch
die Lagerungsblöcke 84, 87 getragen.
Folglich sind der zylindrische Bereich 45 auf der stromauf
befindlichen Seite der Einspritzdüse 35 und der
zylindrische Bereich 46 auf der stromabwärtigen
Seite mit der Brennstoffzelle 10 über das Paar
von Lagerungsblöcken 84, 87 verbunden,
und diese zylindrischen Bereiche 45, 46 werden
durch die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte Wärme,
die durch die Lagerungsblöcke 84, 87 geleitet
wird, erwärmt. Der als ein Gaseinlass ausgeführte
Kanalbereich 51 der Einspritzdüse 35 ist über
dem als ein Gasauslass ausgeführten Kanalbereich 52 in
der vertikalen Richtung angeordnet.
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Außerdem
sind die Lagerungsblöcke 84, 87 mit der
Endplatte 72 der Brennstoffzelle 10 durch die insgesamt
drei Befestigungsbereiche 90, 91 und 92 verbunden,
und die beiden Befestigungsbereiche 91, 92 zum
Verbinden des unteren Lagerungsblocks 87 mit der Endplatte 72 sind
parallel zur Erstreckungsrichtung der Verbindungsbereiche 74a, 75a der Spannplatten 74, 75 in
Bezug auf die in 3 gezeigte Endplatte 72 angeordnet.
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Es
ist zu beachten, dass die Lagerungsblöcke 84, 87 nicht
an insgesamt drei, sondern vier Punkten mit der Endplatte 72 verbunden
sein können. Bei zwei Punkten oder weniger ist eine stabile Lagerung
der Einspritzdüse 35 nicht möglich. Bei
fünf oder mehr Punkten ist die Anzahl der Lagerungs- bzw.
Auflagepunkte viel zu hoch, und es ist somit sehr wahrscheinlich,
dass die Befestigungsbereiche sich aufgrund einer Verformung der
Endplatte 72 oder dergleichen lockern können,
wobei beide Fälle als ungünstig zu betrachten
sind.
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Wie
in 4 gezeigt ist, verläuft im vorliegenden
Fall die Wasserstoffzuführleitung 31, die sich von
den Wasserstofftanks 30 erstreckt, die im hinteren Teil
des Autos V angeordnet sind, unter einem Boden der Fahrgastzelle
C des Autos V, wird in den Motorraum EC geleitet und in das Stapelgehäuse 76 durch
einen Lochbereich 94 eingeführt, der in einer unteren
Fläche 76d des Stapelgehäuses 76 ausgebildet
ist. Wie in 5 gezeigt ist, wird die Einspritzdüse 35 außerdem
von der mit dem oberen Lagerungsblock 84 verbundenen Wasserstoffzuführleitung
seitlich umgangen. Die mit dem Lagerungsblock 84 verbundene
Wasserstoffzuführleitung 31 steht somit mit dem
Lochbereich 85 in Verbindung und steht durch diesen Lochbereich 85 auch
mit dem Kanalbereich 51 der Einspritzdüse 35 in
Verbindung.
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Es
ist zu beachten, dass die Wasserstoffzuführleitung 31 auf
der Seite, die mit dem Lagerungsblock 84 verbunden ist,
in einen mit dem Lagerungsblock 84 verbundenen und U-förmig
ausgebildeten Metallleitungsbereich 95, einen Isolierleitungsbereich (einen
elastischen Bereich) 96, der aus einem elastischen Element
besteht, das mit diesem Leitungsbereich 95 verbunden ist,
und in einen Metallleitungsbereich (eine einlassseitige Leitung) 97 unterteilt
ist, der mit diesem Isolierleitungsbereich 96 verbunden
ist. Der Isolierleitungsbereich 96 sorgt außerdem
für eine elektrische Isolierung der Wasserstoffzuführleitung 31,
die die ein hohes Spannungspotential aufweisende Brennstoff zelle 10 mit
einer geerdeten Masse eines jeweiligen Wasserstofftanks 30 verbindet,
wobei dieser Isolierleitungsbereich 96 im Stapelgehäuse 76 angeordnet
ist.
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Außerdem
ist der mittlere Bereich des Leitungsbereichs 97, der durch
den Lochbereich 94 der unteren Fläche 76d des
Stapelgehäuses 76 eingeführt wird, an
einer Halterung 98 befestigt, die am Befestigungsbereich 91 befestigt
ist, der den Lagerungsblock 87 an der Endplatte 72 befestigt.
Dadurch wird die Lagerung bzw. Anordnung des Leitungsbereichs 97 stabilisiert,
weil die Lagerung bzw. Anordnung des Isolierleitungsbereichs 96 als
elastisches Element an sich nicht stabil ist.
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Dem
vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem 1 der vorliegenden
Ausführungsform entsprechend können in der Einspritzdüse 35 erzeugte
Vibrationen und Geräusche durch die als ein schweres und
robustes Bauteil ausgeführte Brennstoffzelle 10 absorbiert,
vermindert und unterdrückt werden, da die Einspritzdüse 35 in
der Brennstoffzelle 10 einstückig ausgeführt
ist. Somit können die auf einen Fahrgast in der Fahrgastzelle
C übertragenen Betriebsgeräusche der Einspritzdüse 35 unterdrückt werden.
Da die Einspritzdüse 35 in der Brennstoffzelle 10 einstückig
ausgebildet ist, kann außerdem der Abstand zwischen der
Einspritzdüse 35 und der Brennstoffzelle 10 verkürzt
und schließlich die Entstehung einer verzögerten
Gaszufuhr zur Brennstoffzelle 10 und die Entstehung einer
Druckreduktion verhindert werden.
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Zudem
verbindet die Wasserstoffzuführleitung 31 die
ein hohes Spannungspotential aufweisende Brennstoffzelle 10 mit
der geerdeten Masse des Wasserstofftanks 30. Zu diesem
Zweck ist in der Mitte der Leitung der aus einem elastischen Material (Kautschuk
oder Harz) gefertigte Isolierleitungsbereich 96 beinhaltet,
jedoch ist der Isolierleitungsbereich 96, der aus einem
Material gefertigt ist, durch das leicht Geräusche erzeugt
werden, in dem zum Aufnehmen der Brennstoffzelle 10 dienenden
Stapelgehäuse 76 angeordnet, und somit kann verhindert werden,
dass die aus dem Isolierleitungsbereich 96 in dem Stapelgehäuse 76 abgehenden
Geräusche nach außen dringen.
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Da
die zylindrischen Bereiche 45, 46 auf der stromauf
befindlichen Seite und der stromabwärtigen Seite des Metallzylinders 54 der
Einspritzdüse 35 über die Metalllage rungsblöcke 84, 87 mit
der Brennstoffzelle 10 verbunden sind, können
die stromauf befindliche Seite und die stromabwärtige Seite
der Einspritzdüse 35 durch die Nachwärme
der Brennstoffzelle 10 effektiv erwärmt werden.
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In
einem Fall, in dem z. B. das Wasserstoffgas, das eine deutlich niedrige
Temperatur aufweist, der Einspritzdüse 35 während
eines bei hoher Geschwindigkeit oder ähnlichem erfolgenden
Dauerfahrbetriebs zugeführt wird, wird die Temperatur des durch
das Ventilelement 65 strömenden Wasserstoffgases,
insbesondere auf der stromabwärtigen Seite im Vergleich
zur stromauf befindlichen Seite, aufgrund einer Ausdehnung der Isolierung
weiter gesenkt, doch der zylindrische Bereich 46 auf der stromabwärtigen
Seite kann dermaßen erwärmt werden, dass die Erhärtung
des Gummiventilsitzes 61, eines Gummidichtungselements
auf der stromabwärtigen Seite oder dergleichen bei niedrigen
Temperaturen unterdrückt werden kann. Daher kann die Notwendigkeit
einer Begrenzung der Abgabeleistung der Brennstoffzelle 10,
wodurch eine Erhärtung bei niedrigen Temperaturen infolge
einer begrenzten Strömungsrate des Wasserstoffgases verhindert
wird, verringert werden.
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Da
die Einspritzdüse 35 in der Mitte zwischen der
Mehrzahl der Reihen der angeordneten Brennstoffzellenstapel 10A und 10B angeordnet
ist, können darüber hinaus die Längenabmessungen
der Leitungsbereiche 81a, 81B von der Einspritzdüse 35 zu
den Wasserstoffzuführkanälen 80A, 80B identisch ausgeführt
werden, und das Wasserstoffgas kann zufriedenstellend verteilt und
den Brennstoffzellenstapeln 10A, 10B zugeführt.
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Da
die Einspritzdüse 35 über die als elastische
Elemente ausgeführten O-Ringe 86, 89 durch die
Lagerungsblöcke 84, 87 gelagert bzw.
getragen wird, können die Vibrationen der Einspritzdüse 35 als Vibrationselement
durch die O-Ringe 86, 89 verringert und die durch
die Einspritzdüse 35 erzeugten Vibrationen und
Geräusche weiter unterdrückt werden.
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Außerdem
sind sowohl der Lagerungsblock 84 zum Lager des zylindrischen
Bereichs 45 auf der Einlassseite der Einspritzdüse 35 als
auch der Lagerungsblock 87 zum Lager des zylindrischen
Bereichs 46 auf der Auslassseite an der Brennstoffzelle 10 befestigt,
und somit können sogar die von entweder dem Lagerungsblock 84 oder 87 übertragenen
Vibrationen durch als ein robustes und schweres Bauteil ausgeführte
die Brennstoffzelle 10 verringert werden.
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Da
darüber hinaus die Lagerungsblöcke 84, 87 mit
der Brennstoffzelle 10 an drei Punkten vollständig
verbunden sind, ist eine bedarfsgerechte bzw. zureichende Verbindung
der Einspritzdüse 35 mit der Brennstoffzelle 10 möglich.
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Die
beiden Befestigungsbereiche 91, 92 zum Verbinden
des unteren Lagerungsblocks 87 mit der Brennstoffzelle 10 sind
außerdem parallel zur Erstreckungsrichtung der Verbindungsbereiche 74a, 75a der
Spannplatten 74, 75 mit der Endplatte 72 angeordnet,
und somit kann in Bezug auf die Verformung der Endplatte 72 aufgrund
der Anschwellung der Brennstoffzelle 10, d. h. der Verformung
der Endplatte 72 in einer Richtung, die die Verbindungsbereiche 74a, 75a im
rechten Winkel kreuzt, wie in 6 gezeigt
ist, eine Positionsabweichung, die in den beiden Befestigungsbereichen 91, 92 entsteht,
minimiert werden. Dementsprechend kann eine durch eine Beanspruchung
aufgrund einer Verformung der Endplatte 72 entstehende
Lockerung der Befestigungsbereiche 91, 92 unterdrückt
werden.
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Da
das Ventilationsloch 78, das die Innenseite des Stapelgehäuses 76,
in dem die Brennstoffzelle 10 aufgenommen ist, mit der
Außenseite verbindet, in der vorderen Fläche 76b vorgesehen
ist, bei der es sich um eine andere Fläche als die Fläche
handelt, die der Einspritzdüse 35 gegenüberliegt,
kann außerdem verhindert werden, dass Geräusche
der Einspritzdüse 35 aus dem Stapelgehäuse 76 durch
das Ventilationsloch 78 nach außen dringen. Da
das Ventilationsloch 78 in der vorderen Fläche 76b angeordnet
ist, bei der es sich um die Fläche des Stapelgehäuses 76 handelt,
die nicht zwischen der Einspritzdüse 35 und der
Fahrgastzelle C angeordnet ist, kann außerdem verhindert
werden, dass Geräusche der Einspritzdüse 35,
die aus dem Stapelgehäuse 76 durch das Ventilationsloch 78 nach
außen dringen, in die Fahrgastzelle C übertragen
werden.
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In
einem Fall, in dem die Einspritzdüse 35 so angeordnet
ist, dass die Ventilelementantriebsrichtung in einer horizontalen
Richtung verläuft, ist das Ventilelement 65 außerdem
Erdanziehungskräften in einer Richtung ausgesetzt, die
sich von der Bewegungsrichtung unterscheidet, wobei eine auf den
unteren Teil des Ventilelements einwirkende Kraft bzw. Belastung
aufgrund der Wirkung der Erdanziehungskräfte abgelenkt
wird oder abweicht und es aufgrund dieser Vorspannung gelegentlich
zu Verschleißerscheinungen kommt. Da die Einspritzdüse
jedoch so angeordnet ist, dass die Ventilelementantriebsrichtung
in einer vertikalen Richtung verläuft, stimmt die Bewegungsrichtung
des Ventilelements 65 mit der Richtung der Erdanziehungskraft überein,
und es kommt im Ventilelement 65 nicht zur Entstehung von Vorspannungskräften,
und die vorstehend erwähnten, durch Vorspannungskräfte
bewirkten Verschleißerscheinungen können verhindert
werden. Dementsprechend kann die Dauerfestigkeit der Einspritzdüse 35 somit
verbessert werden.
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Die
Einspritzdüse 35 ist außerdem so angeordnet,
dass auf den Kanalbereich 51 als der Gaseinlass oberhalb
des Kanalbereichs 52, der als der Gasauslass in der vertikalen
Richtung dient, verzichtet werden kann. Selbst wenn das einen hohen
Feuchtigkeitsgrad aufweisende Wasserstoffabgas bzw. Wasserstoff-Offgas
aus der Brennstoffzelle 10 in die Umwälzleitung 32,
die sich an die stromabwärtige Seite der Einspritzdüse 35 der
Wasserstoffzuführleitung 31 anschließt,
eingeführt wird, kann somit verhindert werden, dass das
durch den Gasdampf entstandene Tau- bzw. Kondenswasser zur Einspritzdüse 35 geleitet
wird. Folglich kann ein Gefrieren/Festsitzen der Einspritzdüse 35 bei
einem Stillstand des Systems verhindert werden.
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Darüber
hinaus ist der Leitungsbereich 97, der auf der Einlassseite
der Einspritzdüse 35 in der Wasserstoffzuführleitung 31 angeordnet
ist, an der Halterung 98 befestigt, die an dem Befestigungsbereich 91 zum
Befestigen des Lagerungsblocks 87 an der Endplatte 72 befestigt
ist.
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In
einem Fall, in dem die Brennstoffzelle 10 in dem Stapelgehäuse 76 so
aufgenommen ist, dass der Leitungsbereich 95, der Isolierleitungsbereich 96 und
der Leitungsbereich 97 zusammen mit den Lagerungsblöcken 84, 87 und
der Einspritzdüse 35 an der Brennstoffzelle 10 angebracht
sind, muss der Leitungsbereich 97 durch den Lochbereich 94 der
unteren Fläche 76d des Stapelgehäuses 76 eingeführt werden,
wobei es sich bei dem Isolierleitungsbereich 96 jedoch
um ein elastisches Element handelt. Die Stellung bzw. Lagerung des
Leitungsbereichs 97, dessen Stellung bzw. Lagerung an sich
nicht stabil ist, kann daher durch die Halterung 98 stabilisiert werden,
wodurch das Montieren desselben erleichtert wird und darüber
hinaus ein Störfall oder dergleichen verhindert werden
kann.
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Ist
die Stellung des Leitungsbereichs 97 während des
Transports instabil, kann der Leitungsbereich 97 ohne Weiteres
gegen eine andere Komponente oder dergleichen schlagen. Da die Stellung des
Leitungsbereichs 97 aber stabil ist, kann ein Störfall
durch ein solches Aufeinandertreffen verhindert werden.
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Es
ist zu beachten, dass in dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
vorstehenden Ausführungsform, wie sie in 7 gezeigt
ist, die Endplatte 72, in der die Einspritzdüse 35 angeordnet
ist, mit einem ausgesparten Bereich 100 versehen ist, in
den ein Teil des Hauptkörpers 47 der Einspritzdüse 35 eingepasst
ist, eine gekrümmte, plattenartige, feste Schallisolierung 101 so
angeordnet ist, dass sie die Einspritzdüse 35 bedeckt,
und ein Spalt zwischen dem ausgesparten Bereich 100 und
der Schallisolierung 101 und der Einspritzdüse 35 mit
einem weichen elastischen Material (einem weichen Schichtungsmaterial) 102 befüllt
sein kann.
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Folglich
ist das elastische Material 102 zwischen der Einspritzdüse 35 und
der Brennstoffzelle 10 angeordnet, und ein Teil der Einspritzdüse 35 ist in
die Brennstoffzelle 10 eingebettet. Es ist zu beachten,
dass die Schallisolierung 101 und das elastische Material 102 eine
Schallabsorptionsabdeckung 103 bilden, die die Einspritzdüse 35 bedeckt.
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Ist
somit die Einspritzdüse 35 mit der Schallisolierung 101 bedeckt,
kann verhindert werden, dass sich Geräusche aus der Einspritzdüse 35 ausbreiten.
Wenn außerdem das elastische Material 102 auf
der Innenseite der Schallisolierung 101, die den Spalt
beinhaltet, zwischen der Einspritzdüse 35 und der
Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, kann ein Widerhallen
der Geräusche aus der Einspritzdüse 35 in diesem
Spalt verhindert werden, so dass ein weiteres Ausbreiten des Geräuschs
verhindert werden kann. Da ein Teil der Einspritzdüse 35 in
die Brennstoffzelle 10 eingebettet ist, kann darüber
hinaus ein Bereich, aus dem die Geräusche der Einspritzdüse 35 abgehen,
verringert werden. Da selbst ein Teil des elastischen Materials 102 in
die Brennstoffzelle 10 eingebettet ist, kann außerdem
das Volumen des elastischen Materials 102 vergrößert
werden. Es ist zu beachten, dass die Schallisolierung 101 in
dem ausgesparten Bereich 100 angeordnet sein kann, so dass die
Schallisolierung 101 in die Brennstoffzelle 10 eingebettet
werden kann. Einem derartigen Aufbau entsprechend kann der Bereich,
aus dem die Geräusche der Einspritzdüse 35 abgehen,
durch die Schallisolierung 101 verkleinert werden.
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In
der Einspritzdüse 35 ist hier ein Signalleitungsverbindungsverbinder 104 zum
Verbinden einer Signalleitung für die Übertragung
des Steuerungssignals aus der Steuerungsvorrichtung 4 an
die Einspritzdüse 35 parallel zu einer Anordnungsfläche 72a für
die Einspritzdüse 35 in der Endplatte 72 angeordnet,
so dass ein Kanalbereich 105 als ein Verbindungsbereich
zwischen dem Signalleitungsverbindungsverbinder 104 und
der Signalleitung parallel zur Anordnungsfläche 72a angeordnet
ist. In der Schallisolierung 101 ist daher eine Öffnung 106 auf der
Seite der Endplatte 72 angeordnet, um den Signalleitungsverbindungsverbinder 104 nach
außen freiliegend anzuordnen.
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Wenn
somit der Signalleitungsverbindungsverbinder 104 der Einspritzdüse 35 parallel
zur Anordnungsfläche 72a der Einspritzdüse 35 der
Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, können die
Betriebsgeräusche der Einspritzdüse 35,
die sich aus dem Kanalbereich 105 ausbreiten, durch die
Brennstoffzelle 10 verringert werden, während
die zweckentsprechenden Verbindungseigenschaften der Signalleitung
(nicht gezeigt) mit dem Signalleitungsverbindungsverbinder 104 aufrechterhalten
bleiben. Außerdem müssen dabei die Betriebsgeräusche
der Einspritzdüse 35, die sich aus dem Kanalbereich 105 ausbreiten,
nicht in die Fahrgastzelle C geleitet werden. Dementsprechend können
Betriebsgeräusche der Einspritzdüse 35,
die an den Fahrgast in der Fahrgastzelle C übertragen werden,
unterdrückt werden.
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem
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Ein
Brennstoffzellensystem weist eine Brennstoffzelle 10, eine
Reaktionsgasleitung 31 zum Zuführen eines Reaktionsgases
zur Brennstoffzelle 10 und eine Einspritzdüse 35 zum
Steuern des Zustands des Gases auf der stromauf befindlichen Seite in
der Reaktionsgasleitung 31 zum Zuführen des Reaktionsgases
zur stromabwärtigen Seite, in dem ein Ventilelement 65 mit
einer elektromagnetischen Antriebskraft in einem vorbestimmten Ansteuerungszyklus
angetrieben wird, um das Ventilelement 65 von einem Ventilsitz 61 zu
lösen. Die Einspritzdüse 35 ist in der
Brennstoffzelle einstückig angeordnet, und somit können
Vibrationen und Geräusche der Einspritzdüse 35 durch
die als ein robustes und schweres Bauteil ausgeführte Brennstoffzelle 10 absorbiert
und unterdrückt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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