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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem,
das eine Vorrichtung für eine variable Gasversorgung in
einem Versorgungsweg aufweist, die ermöglicht, dass ein
Brennstoffgas, das von einer Brennstoffversorgungsquelle zugeführt wird,
in eine Brennstoffzelle strömt, und auf ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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In
den letzten Jahren wurde ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen,
bei dem eine Vorrichtung für eine variable Gasversorgung,
wie zum Beispiel ein mechanisch variabler Regler oder ein Einspritzer,
in einem Gasversorgungsweg vorgesehen ist, um zu ermöglichen,
dass ein Brennstoffgas (zum Beispiel ein Wasserstoffgas), das von
einer Brennstoffversorgungsquelle, wie zum Beispiel einem Kraftstofftank,
zugeführt wird, in eine Brennstoffzelle strömt,
wodurch der Versorgungsdruck des Brennstoffgases von der Brennstoffversorgungsquelle
gemäß dem Betriebszustand des Systems geändert werden
kann (siehe zum Beispiel die
japanische
Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2005-302571 ).
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem vorhergehenden Brennstoffzellensystem wird jedoch, wenn ein
Einspritzer getrieben wird, eine Pulsation in einem Brennstoffgas
in einem Brennstoffversorgungsweg erzeugt. Diese Pulsation verursacht
daher eine Vibration in einem Brennstoffversorgungsrohr, das einen
Brennstofftank mit einer Brennstoffzelle verbindet, und diese Pulsation
breitet sich zu einem Glied zum Befestigen des Brennstoffversorgungsrohrs
oder zu dem Brennstofftank aus, um manchmal Geräusche zu
erzeugen. Bei einem Brennstoffzellenhybridfahrzeug wird beispielsweise die Vibration
oder das Geräusch, das durch die Pulsation des Brennstoffgases
erzeugt wird, durch das Brennstoffversorgungsrohr oder einen Rahmen,
an dem der Brennstofftank manchmal befestigt ist, zu dem Inneren
des Fahrzeugs übertragen.
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Bei
dem herkömmlichen Brennstoffzellensystem ist außerdem
der Einspritzer weg von einem Drucksensor angeordnet, der in dem
Brennstoffversorgungsweg vorgesehen ist, und daher gibt es eine Abweichung
zwischen der tatsächlichen Einspritzungszeitsteuerung des
Einspritzers und der Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers,
die basierend auf dem Messungsresultat des Drucksensors erfasst
wird, oder die Variation eines Gasdrucks, der basierend auf dem
Messungsresultat des Drucksensors erfasst wird, wird manchmal kleiner
als dieselbe des Gasdrucks des Brennstoffversorgungswegs unmittelbar
vor dem Einspritzer, und es besteht ein Problem, dass es schwierig
ist, den Einspritzer genau zu steuern.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorhergehenden Situation
entwickelt, und eine Aufgabe derselben besteht darin, ein Brennstoffzellensystem
zu schaffen, bei dem, selbst wenn eine Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung getrieben wird, eine Pulsation nicht
ohne weiteres in einem Brennstoffgas erzeugt wird, wodurch die Erzeugung einer
Vibration oder eines Geräuschs, das durch die Pulsation
des Brennstoffgases verursacht wird, unterdrückt werden
kann, und darin, ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug zu schaffen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brennstoffzellensystem
zu schaffen, das den Gaszustand (zum Beispiel einen Gasdruck) eines
Brennstoffversorgungswegs auf der Stromaufwärtsseite von
der Vorrichtung für eine variable Gasversorgung ohne eine
Zeitverzögerung korrekt misst, wodurch die Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung genau gesteuert werden
kann, und darin, ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug zu schaffen.
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Um
die vorhergehenden Aufgaben zu lösen, weist das Brennstoffzellensystem
der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffgasversorgungsweg,
der ermöglicht, dass ein Brennstoffgas von einer Brennstoffversorgungsquelle
zugeführt wird, um in die Brennstoffzelle zu strömen, eine
Vorrichtung für eine variable Gasversorgung, die den Zustand
des Gases auf der Stromaufwärtsseite des Brennstoffgasversorgungswegs
regelt, um das Brennstoffgas der Stromabwärtsseite zuzuführen, und
einen Ausgleichstank auf, der in dem Brennstoffgasversorgungsweg
auf der Stromaufwärtsseite von der Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung vorgesehen ist und die Schwankung des
Drucks des Gases in dem Brennstoffgasversorgungsweg unterdrückt.
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Das
Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung weist außerdem
eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffgasversorgungsweg, der ermöglicht, dass
ein Brennstoffgas, das von einer Brennstoffversorgungsquelle zugeführt
wird, in die Brennstoffzelle strömt, eine Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung, die den Zustand des Gases auf der Stromaufwärtsseite
des Brennstoffgasversorgungswegs regelt, um das Gas der Stromabwärtsseite
zuzuführen, und einen erweiterten Querschnittsabschnitt,
der in dem Brennstoffgasversorgungsweg auf der Stromaufwärtsseite
von der Vorrichtung für eine variable Gasversorgung angeordnet
ist, auf, wobei der erweiterte Querschnittsabschnitt mindestens
einen größeren Querschnitt als eine Stromaufwärtsseite
desselben hat.
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Gemäß diesem
Aufbau wird, selbst wenn die Vorrichtung für eine variable
Gasversorgung betrieben wird, die Schwankung des Gaszustands, die durch
das Treiben verursacht wird, durch den Ausgleichstank oder den erweiterten
Querschnittsabschnitt absorbiert, derart, dass eine Pulsation nicht ohne
weiteres in dem Brennstoffgas des Brennstoffgasversorgungswegs erzeugt
wird, und die Erzeugung einer Vibration oder eines Geräuschs,
das durch die Pulsation des Brennstoffgases versursacht wird, unterdrückt
wird.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann der Ausgleichstank
lediglich auf der Stromaufwärtsseite der Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung angeordnet sein.
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Gemäß diesem
Aufbau wird, selbst wenn die Pulsation durch das Treiben der Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung verursacht wird, die Pulsation
sofort durch den Ausgleichstank verringert, und die Erzeugung der
Vibration oder des Geräuschs auf der Stromaufwärtsseite
von dem Ausgleichstank wird unterdrückt.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann ein Einströmungskanal
des Brennstoffgases des Ausgleichstanks parallel zu einem Ausströmungskanal
des Brennstoffgases des Ausgleichstanks vorgesehen sein, derart,
dass die Einströmungsrichtung des Brennstoffgases in den Einströmungskanal
entgegengesetzt zu der Ausströmungsrichtung des Brennstoffgases
durch den Ausströmungskanal ist.
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Gemäß diesem
Aufbau wird verglichen mit einem Fall, bei dem die Gaseinströmungsrichtung
in den Einströmungskanal mit der Gasausströmungsrichtung
durch den Ausströmungskanal übereinstimmt oder
zu derselben parallel ist, eine große effektive Kapazität
des Ausgleichstanks sichergestellt, und ein pulsationsunterdrückender
Effekt, der durch den Ausgleichstank erzeugt wird, ist daher verbessert.
Infolgedessen wird die Erzeugung der Vibration oder des Geräuschs
merklich unterdrückt.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann der Einströmungskanal
des Brennstoffgases des Ausgleichstanks mit einer Öffnung
versehen sein.
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Gemäß diesem
Aufbau wird, wenn das Brennstoffgas durch die Öffnung geht,
der Stoß der Pulsation absorbiert, und daher ist der pulsationsunterdrückende
Effekt, der durch den Ausgleichstank erzeugt wird, weiter verbessert.
Infolgedessen wird die Erzeugung der Vibration oder des Geräuschs merklich
unterdrückt.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann der Ausgleichstank
ein plattenähnliches Glied aufweisen, das aus einem Befestigungsabschnitt
für die Vorrichtung für eine variable Gasversorgung,
der die Vorrichtung für eine variable Gasversorgung an
dem Ausgleichstank befestigt, und einem Ausgleichstankbefestigungsabschnitt,
der den Ausgleichstank an einem Trägerglied befestigt, einstückig
aufbebaut ist.
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Gemäß diesem
Aufbau ist die Vorrichtung für eine variable Gasversorgung
mit dem Ausgleichstank integriert, derart, dass sich, wenn die Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung und der Ausgleichstank
an dem Trägerglied von beispielsweise der Brennstoffzelle
oder dergleichen befestigt sind, eine Zusammenbaugenauigkeit zwischen
Teilen verbessert.
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Das
heißt, wenn die Vorrichtung für eine variable
Gasversorgung und der Ausgleichstank an dem Trägerglied
einzeln befestigt sind, wird eine Abweichung zwischen der Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung und dem Ausgleichstank
durch einen Unterschied zwischen der Zusammenbaugenauigkeit der
Vorrichtung für eine variable Gasversorgung hinsichtlich
der Brennstoffzelle und der Zusammenbaugenauigkeit des Ausgleichstanks
hinsichtlich der Brennstoffzelle erzeugt, und die Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung kann nicht ordnungsgemäß mit
dem Ausgleichstank in Eingriff gebracht werden. Gemäß dem
Aufbau der vorliegenden Erfindung wird andererseits, da die Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung mit dem Ausgleichstank
integriert ist, und der Ausgleichstank, der mit der Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung integriert ist, an der Brennstoffzelle
befestigt ist, keine Abweichung zwischen der Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung und dem Ausgleichstank erzeugt. Die
Vorrichtung für eine variable Gasversorgung ist daher mit dem
Ausgleichstank ordnungsgemäß in Eingriff gebracht.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann die Wandfläche
des Ausgleichstanks, die zu der Vorrichtung für eine variable Gasversorgung
gewandt ist, mit einem vorstehenden Abschnitt oder einem vertieften
Abschnitt versehen sein.
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Gemäß diesem
Aufbau erhöht sich die Steifigkeit der Wandfläche
des Ausgleichstanks. Selbst wenn daher die Energie des Brennstoffgases,
das in den Ausgleichstank strömt, hoch ist, wird die Erzeugung
der Vibration in der Wandfläche des Ausgleichstanks unterdrückt.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann der Ausgleichstank
mit einem Drucksensor versehen sein, der den Druck des Brennstoffgases
misst.
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Gemäß diesem
Aufbau ist die Vorrichtung für eine variable Gasversorgung
näher zu dem Drucksensor angeordnet, und daher wird eine
Abweichung nicht ohne weiteres zwischen der tatsächlichen
Einspritzungszeitsteuerung der Vorrichtung für eine variable
Gasversorgung und der Einspritzungszeitsteuerung der Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung, die basierend auf dem
Messungsresultat des Drucksensors erfasst wird, erzeugt. Die Variation
des Gasdrucks, die basierend auf dem Messungsresultat des Drucksensors
erfasst wird, ist zusätzlich im Wesentlichen gleich derselben
des Gasdrucks des Brennstoffgasversorgungswegs unmittelbar vor der Vorrichtung
für eine variable Gasversorgung. Die Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung kann daher basierend auf dem Messungsresultat
des Drucksensors genau gesteuert werden.
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Das
Brennstoffzellenhybridfahrzeug der vorliegenden Erfindung weist
eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffgasversorgungsweg, der ermöglicht,
dass ein Brennstoffgas, das einer Brennstoffversorgungsquelle zugeführt
wird, in die Brennstoffzelle strömt, eine Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung, die den Zustand des Gases auf der Stromaufwärtsseite des
Brennstoffgasversorgungswegs regelt, um das Gas der Stromabwärtsseite
zuzuführen, und einen Ausgleichstank auf, der in dem Brennstoffgasversorgungsweg
auf der Stromaufwärtsseite von der Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung vorgesehen ist und der die Schwankung
des Drucks des Gases in dem Brennstoffgasversorgungsweg unterdrückt,
wobei der Ausgleichstank zwischen der Vorrichtung für eine
variable Gasversorgung und einem Insassenraum angeordnet ist.
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Gemäß diesem
Aufbau funktioniert der Ausgleichstank als ein Schallisolator oder
ein Schallabsorber. Selbst wenn daher das Geräusch in der
Vorrichtung für eine variable Gasversorgung erzeugt wird,
wird die Ausbreitung des Geräuschs zu dem Insassenraum
unterdrückt.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird, selbst wenn die Vorrichtung für
eine variable Gasversorgung getrieben ist, die Pulsation nicht ohne
weiteres in dem Brennstoffgas erzeugt, und die Erzeugung der Vibration
oder des Geräuschs, die durch die Pulsation des Brennstoffgases
verursacht wird, kann daher unterdrückt werden. Der Gasdruck
eines Wasserstoffversorgungswegs auf der Stromaufwärtsseite von
der Vorrichtung für eine variable Gasversorgung kann ohne
eine Zeitverzögerung korrekt gemessen werden, wodurch die
Vorrichtung für eine variable Gasversorgung genau gesteuert
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs,
bei dem das Brennstoffzellensystem des ersten Ausführungsbeispiels
angebracht ist;
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3 ist
ein Diagramm, das das erste Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist
eine Schnittansicht eines Ausgleichstanks;
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4 ist
ein Diagramm, das eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels
des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, und ist eine Schnittansicht eines Ausgleichstanks;
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5 ist
ein Diagramm, das ein zweites Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist
eine Schnittansicht eines Ausgleichstanks;
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6 ist
ein Diagramm, das ein drittes Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist
eine Schnittansicht eines Ausgleichstanks;
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7 ist
ein Diagramm zur Verwendung bei einem Vergleich mit einem dritten
Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems der vorliegenden Erfindung
und eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der
tatsächlichen Einspritzungszeitsteuerung eines Einspritzers
und der Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers, die basierend
auf dem Messungsresultat eines Drucksensors bei einem herkömmlichen
Brennstoffzellensystem erfasst wird, zeigt; und
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8 ist
ein Diagramm zum Erläutern des dritten Ausführungsbeispiels
des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung und eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der
tatsächlichen Einspritzungszeitsteuerung eines Einspritzers
und der Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers, die basierend
auf dem Messungsresultat eines Drucksensors in dem Brennstoffzellensystem
des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfasst wird, zeigt.
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BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Als
Nächstes ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Im Folgenden ist ein Fall beschrieben, bei
dem dieses Brennstoffzellensystem bei einem wagenangebrachten Leistungserzeugungssystem
eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs angewandt ist, die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Anwendungsbeispiel begrenzt
und kann auf alle mobilen Körper, wie zum Beispiel ein
Schiff, ein Flugzeug, einen Zug und einen Laufroboter und ein stationäres
Leistungserzeugungssystem, bei dem eine Brennstoffzelle als beispielsweise
eine Leistungserzeugungsanlage für einen Bau (ein Haus,
ein Gebäude oder dergleichen) verwendet wird, angewendet
sein.
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Bei
einem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem 1 wird
Luft als ein oxidierendes Gas (Außenluft, ein befeuchtetes
Gas) einem Luftversorgungskanal einer Brennstoffzelle 20 durch
einen Luftversorgungsweg 71 zugeführt. Der Luftversorgungsweg 71 ist
mit einem Luftfilter A1, das feine Partikel aus der Luft entfernt,
einem Verdichter A3, der die Luft unter Druck setzt, und einem Befeuchter
A21, der der Luft einen erforderlichen Wassergehalt hinzufügt,
versehen. Das Luftfilter A1 ist mit einem Luftströmungsmesser
(nicht gezeigt) versehen, der die Strömungsrate der Luft
erfasst. Der Verdichter A3 wird durch einen Motor M angetrieben.
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Ein
Luftabgas (ein oxidierendes Abgas), das aus der Brennstoffzelle 20 entladen
wird, wird durch einen Ausstoßweg 72 zu dem Äußeren
entladen. Der Ausstoßweg 72 ist mit einem Druckregelungsventil A4
und dem Befeuchter A21 versehen. Das Druckregelungsventil A4 funktioniert
als eine Druckregelungseinheit, die den Druck der Luft, die der
Brennstoffzelle 20 zuzuführen ist, einstellt.
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Ein
Wasserstoffgas als ein Brennstoffgas wird von einer Wasserstoffversorgungsquelle 30 einem
Wasserstoffversorgungskanal der Brennstoffzelle 20 durch
einen Wasserstoffversorgungsweg 74 zugeführt.
Die Wasserstoffversorgungsquelle 30 entspricht beispielsweise
einem Hochdrucktank von Wasserstoff, es kann jedoch ein sogenannter
Brennstoffreformer, ein Tank aus einer Wasserstoffgas absorbierenden
Legierung oder dergleichen verwendet sein.
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Der
Wasserstoffversorgungsweg 74 ist mit einem Absperrventil
H100, das Wasserstoff von der Wasserstoffversorgungsquelle 30 zuführt
oder die Versorgung stoppt, einem Wasserstoffdruckregelungsventil
H9, das den Druck des Wasserstoffgases, das der Brennstoffzelle 20 zuzuführen
ist, reduziert, um den Druck zu regeln, einem Drucksensor P1, der den
Druck des Wasserstoffgases in dem Wasserstoffversorgungsweg 74 misst,
und einem Einspritzer (einer Vorrichtung für eine variable
Gasversorgung) 80 versehen.
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Der
Einspritzer 80 hat sowohl eine Funktion eines Strömungsratenregulierungsventils
als auch eine Funktion eines Ventils für eine variable
Druckregulierung und steuert ein stöchiometrisches Verhältnis
und einen Gegendruck durch beide Funktionen. Ein Ausgleichstank 81 zum
Unterdrücken der Schwankung des Gasdrucks des Wasserstoffversorgungswegs 74 ist
außerdem in dem Wasserstoffversorgungsweg 74 auf
der Stromaufwärtsseite von dem Einspritzer 80 vorgesehen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Ausgleichstank 81 zwischen
dem Einspritzer 80 und dem Insassenraum PS eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs
V angeordnet.
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Das
Wasserstoffgas, das durch die Brennstoffzelle 20 nicht
verbraucht wurde, wird als ein Wasserstoffabgas (ein Brennstoffabgas)
zu einem Wasserstoffzirkulationsweg 75 entladen und zu
dem Wasserstoffversorgungsweg 74 auf der Stromabwärtsseite
des Wasserstoffdruckregelungsventils H9 zurückgeführt.
Der Wasserstoffzirkulationsweg 75 ist mit einer Gas-Flüssigkeits-Trennungsvorrichtung H42,
die einen Wassergehalt aus dem Wasserstoffabgas sammelt, einem Wasserentladungsventil
H41, das ein erzeugtes Wasser sammelt, um das Wasser durch den Wasserstoffzirkulationsweg 75 zu
einem Tank (nicht gezeigt) oder dergleichen zu entladen, und einer
Wasserstoffpumpe H50, die das Wasserstoffabgas unter Druck setzt,
versehen.
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Ein
Absperrventil H21 schließt die Anodenseite der Brennstoffzelle 20.
Der Betrieb der Wasserstoffpumpe H50 wird durch einen Steuerungsabschnitt 50 derart
gesteuert, dass das Wasserstoffgas der Brennstoffzelle 20 durch
den Wasserstoffversorgungsweg 74 zugeführt werden
kann, oder das Wasserstoffgas der Brennstoffzelle 20 durch
den Wasserstoffversorgungsweg 74 und den Wasserstoffzirkulationsweg 57 zugeführt
werden kann. Das Wasserstoffabgas vereinigt sich in dem Wasserstoffversorgungsweg 74 mit
dem Wasserstoffgas, wird der Brennstoffzelle 20 zugeführt
und erneut verwendet.
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Der
Wasserstoffzirkulationsweg 75 ist auf der Stromabwärtsseite
des Befeuchters A21 über ein Entladungssteuerungsventil
H51 durch einen Spülungsdurchgang 76 mit dem Ausstoßweg 72 verbunden.
Das Entladungssteuerungsventil H51 ist ein elektromagnetisches Absperrventil
und wird gemäß einem Befehl von dem Steuerungsabschnitt 50 betrieben,
um das Wasserstoffabgas zusammen mit dem Luftabgas, das aus der
Brennstoffzelle 20 entladen wird, zu dem Äußeren
zu entladen (zu spülen). Wenn dieser Spülungsbetrieb
intermittierend durchgeführt wird, ist es möglich,
zu verhindern, dass eine Zellspannung durch die Erhöhung
der Konzentration von Verunreinigungen in dem Wasserstoffgas gesenkt
wird.
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Ein
Kühlwasser-Auslass/Einlass der Brennstoffzelle 20 ist
mit einem Kühlweg 73 zum Zirkulieren eines Kühlwassers
versehen. Der Kühlweg 73 ist mit einem Strahlkörper
(einem Wärmetauscher) C2, der die Wärme des Kühlwassers
zu dem Äußeren strahlt, und einer Pumpe C1, die
das Kühlwasser unter Druck setzt und zirkuliert, versehen.
Der Strahlkörper C2 ist außerdem mit einem Kühlgebläse
C13, das durch einen Motor angetrieben und gedreht wird, versehen.
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Die
Brennstoffzelle 20 hat einen Aufbau eines Brennstoffzellenstapels,
bei dem die erforderliche Zahl von Einheitszellen gestapelt ist,
um ein zugeführtes Wasserstoffgas und Luft aufzunehmen, wodurch
durch eine elektrochemische Reaktion eine Leistung erzeugt wird.
Die durch die Brennstoffzelle 20 erzeugte Leistung wird
einer Leistungssteuerungseinheit (nicht gezeigt) zugeführt.
Die Leistungssteuerungseinheit weist einen Wechselrichter, der die Leistung
einem Fahrzeugfahrmotor zuführt, einen Wechselrichter,
der die Leistung verschiedenen Zusatzvorrichtungen, wie zum Beispiel
einem Verdichtermotor und einem Motor für eine Wasserstoffpumpe,
zuführt, einen Gleichwandler, der eine Akkumulatoreinrichtung,
wie zum Beispiel eine Sekundärbatterie, lädt oder
der die Leistung von der Akkumulatoreinrichtung den Motoren zuführt,
und dergleichen auf.
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Der
Steuerungsabschnitt 50 ist aus einem Steuerungscomputersystem,
das mit einem bekannten Aufbau, der eine CPU, einen ROM, einen RAM, eine
HDD, eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle, eine Anzeige und dergleichen
aufweist, versehen ist, aufgebaut, und der Steuerungsabschnitt nimmt
eine erforderliche Last, wie zum Beispiel ein Beschleunigersignal
bzw. ein Gaspedalsignal eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) und Steuerungsinformationen
von Sensoren (einem Drucksensor, einem Temperatursensor, einem Strömungsratensensor,
einem Ausgangsamperemeter, einem Ausgangsvoltmeter etc.) für
die Teile des Brennstoffzellensystems 1 auf, um den Betrieb
der Ventile oder Motoren der Systemteile zu steuern.
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Der
Einspritzer 80 weist Einspritzungslöcher zum Einspritzen
eines Gasbrennstoffes, wie zum Beispiel Wasserstoffgases, und ferner
einen Düsenkörper, der den Gasbrennstoff den Einspritzungslöchern zuführt
und zu denselben führt, und eine Ventilscheibe, die in
einer axialen Richtung (einer Gasströmungsrichtung) hinsichtlich
dieses Düsenkörpers beweglich aufgenommen und
gehalten ist, um Einspritzungslöcher zu öffnen/schließen,
auf.
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Die
Ventilscheibe des Einspritzers 80 wird durch eine elektromagnetische
Treibkraft, die durch Zuführen von Leistung zu beispielsweise
einem Solenoid erzeugt wird, getrieben. Wenn ein gepulster Erregungsstrom,
der diesem Solenoid zugeführt wird, ein-/ausgeschaltet
wird, kann der Öffnungsbereich (der Öffnungszustand)
der Einspritzungslöcher auf eine mehrstufige Art und Weise
von zwei oder mehr Stufen oder eine stufenlose Art und Weise umgeschaltet
werden. Wenn die Gaseinspritzungszeit und die Gaseinspritzungszeitsteuerung
des Einspritzers 80 durch ein Steuerungssignal, das aus
dem Steuerungsabschnitt 50 ausgegeben wird, gesteuert werden,
werden die Strömungsrate und der Druck des Wasserstoffgases
genau gesteuert.
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Wie
in 3 gezeigt ist, grenzt der Ausgleichstank 81 an
den Einspritzer 80 an und ist unmittelbar auf der Stromaufwärtsseite
des Einspritzers angeordnet. Der Ausgleichstank 81 ist
aus einem plattenähnlichen unteren Glied (einem plattenähnlichen Glied) 82,
das teilweise einen Kuppelabschnitt hat, und einem kuppelähnlichen
oberen Glied 83 aufgebaut. Das heißt der Ausgleichstank 81 ist
in dem Wasserstoffversorgungsweg 74 auf der Stromaufwärtsseite
von dem Einspritzer 80 vorgesehen und ist als ein erweiterter
Querschnittsabschnitt aufgebaut, der einen erweiterten Querschnitt
hat, der größer als ein Querschnitt auf der Stromaufwärtsseite
des Ausgleichstanks 81 ist.
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Das
obere Glied 83 ist angeordnet, um nach unten auf das untere
Glied 82 zu fallen, und die Peripherien von beiden Gliedern
sind auf eine luftdichte Art und Weise miteinander verbunden. Sowohl
das untere Glied 82 als auch das obere Glied 83 werden durch
Stanzen einer dünnen Platte, die aus einem Metall hergestellt
ist, verarbeitet. Das untere Glied 82 weist einen Einströmungskanal 84 des
Wasserstoffgases, einen Ausströmungskanal 85 des
Wasserstoffgases und Klammern (Spülungstankbefestigungsabschnitte) 86 zum
Befestigen des Spülungstanks 81 an der Brennstoffzelle 20 auf.
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Der
Einströmungskanal 84 ist parallel zu dem Ausströmungskanal 85 vorgesehen,
derart, dass die Einströmungsrichtung des Wasserstoffgases
in den Einströmungskanal 84 umgekehrt zu und entgegengesetzt
zu der Ausströmungsrichtung des Wasserstoffgases durch
den Ausströmungskanal 85 ist. Der Einströmungskanal 84 ist
mit einer Öffnung 87 versehen. Der Ausströmungskanal 85 bildet
einen Einspritzerbefestigungsabschnitt zum Befestigen des Einspritzers 80 an
dem Ausgleichstank 81. Der Ausströmungskanal 85 ist
insbesondere in eine zylindrische Form gebildet, derart, dass der
Ausströmungskanal in den Ausgleichstank 81 vorsteht,
und der innere Durchmesser des Ausströmungskanals 85 ist im
Wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser eines
Einströmungskanals 80a des Einspritzers 80.
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Während
eine Anbringung 88, die aus einem elastischen Glied aufgebaut
ist, zwischen dem Einspritzer 80 und dem Ausgleichstank 81 angeordnet ist,
ist der Einströmungskanal 80a des Einspritzers 80 in
den Ausströmungskanal 85 des Ausgleichstanks 81 gepasst,
wodurch der Einspritzer an dem Ausgleichstank 81 einstückig
befestigt ist. Obwohl außerdem eine andere Anbringung 88 zwischen
dem Einspritzer 80 und einem Trägerglied 89,
das mit der Brennstoffzelle 20 integriert ist, angeordnet
ist, ist der Ausgleichstank 81 an einer Endplatte (nicht
gezeigt) der Brennstoffzelle 20 über die Klammern 86 befestigt,
wodurch der Einspritzer bei einer festen Position auf dem Trägerglied 89 angeordnet
ist.
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Das
Passen des Einströmungskanals 80a des Einspritzers 80 in
den Ausströmungskanal 85 des Ausgleichstanks 81,
und das Passen eines Ausströmungskanals 80b des
Einspritzers 80 in das Trägerglied 89 sind
streng verwaltet. Infolgedessen wird ein Spalt zwischen dem Einspritzer 80 und
dem Ausgleichstank 81 auf eine luftdichte Art und Weise
verschlossen.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem 1, das den vorhergehenden Aufbau
hat, strömt das Wasserstoffgas, das von der Wasserstoffversorgungsquelle 30 zugeführt
wird, durch den Einströmungskanal 84 in den Ausgleichstank 81, ändert
seine Strömungsrichtung, um sich zu wenden, während
dasselbe entlang der inneren Oberfläche des kuppelähnlichen
oberen Glieds 83 strömt, und strömt in
den Einspritzer 80.
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Gemäß dem
vorhergehenden Brennstoffzellensystem 1 ist der Ausgleichstank 81 zum
Unterdrücken der Schwankung des Gasdrucks des Wasserstoffversorgungswegs 84 vorgesehen.
Selbst wenn daher der Einspritzer 80 getrieben ist, wird
eine Pulsation nicht ohne weiteres in dem Wasserstoffgas des Wasserstoffversorgungswegs 74 erzeugt,
und die Erzeugung der Vibration oder des Geräuschs, das
durch die Pulsation des Wasserstoffgases verursacht wird, wird unterdrückt.
Der Ausgleichstank 81 ist insbesondere unmittelbar auf
der Stromaufwärtsseite des Einspritzers 80 angeordnet.
Selbst wenn daher die Pulsation durch das Treiben des Einspritzers 80 verursacht
wird, wird die Pulsation durch den Ausgleichstank unverzüglich
verringert, und die Erzeugung der Vibration oder des Geräuschs
auf der Stromabwärtsseite von dem Ausgleichstank 81 wird unterdrückt.
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Da
außerdem der Einströmungskanal 84 des Ausgleichstanks 81 parallel
zu dem Ausströmungskanal 85 des gleichen Tanks
angeordnet ist und die Einströmungsrichtung des Wasserstoffgases
in den Einströmungskanal 84 entgegengesetzt zu
der Ausströmungsrichtung des Wasserstoffgases durch den Ausströmungskanal 85 im
Vergleich mit einem Fall ist, bei dem die Gaseinströmungsrichtung
mit der Gasausströmungsrichtung übereinstimmt
oder parallel zu derselben ist, wird die Stagnation des Wasserstoffgases
in dem Ausgleichstank 81 nicht ohne weiteres erzeugt, und
eine große effektive Kapazität des Ausgleichstanks 81 wird
sichergestellt. Ein pulsationsunterdrückender Effekt, der
durch den Ausgleichstank 81 erzeugt wird, ist daher verbessert.
Infolgedessen wird die Erzeugung einer Vibration oder eines Geräuschs
merklich unterdrückt.
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Während
das Wasserstoffgas ferner durch die Öffnung 87 des
Einströmungskanals 84 geht, wird der Stoß der
Pulsation absorbiert, derart, dass der pulsationsunterdrückende
Effekt, der durch den Ausgleichstank erzeugt wird, weiter verbessert
ist. Infolgedessen wird die Erzeugung der Vibration oder des Geräuschs
weiter merklich unterdrückt.
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Da
zusätzlich der Einspritzer 80 mit dem Ausgleichstank 81 integriert
ist und der Ausgleichstank 81 über die Klammern 86 an
der Endplatte der Brennstoffzelle 20 befestigt ist, verbessert
sich die Zusammenbaugenauigkeit unter den Teilen. Wenn insbesondere
der Einspritzer 80 und der Ausgleichstank 81 an
der Brennstoffzelle 20 einzeln befestigt sind, wird eine
Abweichung zwischen dem Einspritzer 80 und dem Ausgleichstank 81 durch
einen Unterschied zwischen der Zusammenbaugenauigkeit des Einspritzers 80 hinsichtlich
der Brennstoffzelle 20 und der Zusammenbaugenauigkeit des
Ausgleichstanks 81 hinsichtlich der Brennstoffzelle 20 erzeugt, und
der Einspritzer 80 könnte nicht ordnungsgemäß mit
dem Ausgleichstank 81 in Eingriff gebracht sein.
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Da
jedoch der Einspritzer 80 mit dem Ausgleichstank 81 integriert
ist, und der Ausgleichstank 81, der mit dem Einspritzer 80 integriert
ist, an der Brennstoffzelle 20 befestigt ist, wird keine
Abweichung zwischen dem Einspritzer 80 und dem Ausgleichstank 81 erzeugt.
Der Einspritzer 80 ist daher mit dem Ausgleichstank 81 ordnungsgemäß in
Eingriff gebracht. Da außerdem die Abweichung des Einspritzers 80 von
dem Ausgleichstank 81 und die Abweichung des Einspritzers 80 von
dem Trägerglied 89 nicht erzeugt werden, ist eine
Verformung, die in der Anbringung 88 erzeugt wird, homogenisiert.
Infolgedessen ist die Leistung der Anbringung nicht beeinträchtigt.
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Es
sei bemerkt, dass bei dem Brennstoffzellensystem 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels sowohl das obere Glied 83 als
auch das untere Glied 82, die den Ausgleichstank 81 aufbauen,
durch Stanzen der dünnen Platte, die aus dem Metall hergestellt ist,
verarbeitet werden, der Ausgleichstank 81 kann jedoch,
wie in 4 gezeigt ist, aus drei Gliedern, das heißt
dem oberen Glied 83, einem plattenähnlichen Zwischenglied 90 und
einem unteren Glied 91 aufgebaut sein. Das plattenähnliche
Zwischenglied 90 wird aus einer dicken Platte, die aus
einem Metall hergestellt ist, geschnitten, und das untere Glied 91 wird
durch Stanzen einer dünnen Platte, die aus einem Metall
hergestellt ist, auf die gleiche Art und Weise wie bei dem oberen
Glied 83 verarbeitet.
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Das
plattenähnliche Glied 90 ist mit einem Einströmungskanal 93 des
Wasserstoffgases, einem Ausströmungskanal 94 des
Wasserstoffgases und Klammern 95 zum Befestigen des Ausgleichstanks 81 an
der Brennstoffzelle 20 versehen. Das plattenähnliche
Glied 90 ist außerdem mit einem Durchgangsloch 90A,
das einen Raum, der durch das obere Glied 83 abgeteilt
ist, mit einem Raum, der durch das untere Glied 91 abgeteilt
ist, verbindet, versehen.
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Der
Einströmungskanal 93 ist außerdem parallel
zu dem Ausströmungskanal 94 derart vorgesehen,
dass die Einströmungsrichtung des Wasserstoffgases in den
Einströmungskanal 39 zu der Ausströmungsrichtung
des Wasserstoffgases durch den Ausströmungskanal 94 entgegengesetzt
ist. Der Einströmungskanal 93 ist mit einer Öffnung 95 versehen.
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Gemäß einem
solchen Ausbau ist die Steifigkeit der Wandfläche des Ausgleichstanks 81 verbessert,
da das plattenähnliche Glied 90, das aus der dicken
Metallplatte geschnitten ist, in einem Teil verwendet ist, der den
Ausgleichstank 81 aufbaut, derart, dass, selbst wenn die
Energie des Wasserstoffgases, das in den Ausgleichstank 81 strömt,
hoch ist, die Erzeugung der Vibration in der Wandfläche
des Ausgleichstanks 81 unterdrückt wird. Die Erzeugung der
Vibration oder des Geräuschs, das durch die Pulsation des
Wasserstoffgases verursacht wird, wird daher unterdrückt.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems
gemäß der vorliegenden Erfindung ist als Nächstes
beschrieben. Es sei bemerkt, dass Aufbauerfordernisse, die bereits
im Vorhergehenden bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben
sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, und die Beschreibung
derselben ist weggelassen.
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Wie
in 5 gezeigt ist, grenzt ein Ausgleichstank 100 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels an einen Einspritzer 80 an
und ist unkittelbar auf der Stromaufwärtsseite des Einspritzers
angeordnet, und der Ausgleichstank ist aus einem unteren Glied (einem
plattenähnlichen Glied) 101, das teilweise einen
Kuppelabschnitt hat, und einem koppelähnlichen oberen Glied 102 aufgebaut.
Das obere Glied 102 ist angeordnet, um nach unten auf das
untere Glied 101 zu fallen, und die Peripherien von beiden
Gliedern sind miteinander auf eine luftdichte Art und Weise verbunden.
Sowohl das untere Glied 101 als auch das obere Glied 102 werden
durch Stanzen einer dünnen Platte, die aus einem Metall
hergestellt ist, verarbeitet.
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Das
untere Glied 101 weist außerdem einen Einströmungskanal 103 eines
Wasserstoffgases und einen Ausströmungskanal 104 des
Wasserstoffgases und Klammern (Ausgleichstanksbefestigungsabschnitte) 105 zum
Befestigen des Ausgleichstanks 100 an einer Brennstoffzelle 20 auf.
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Das
obere Glied 102 ist mit einem vertieften Abschnitt 106 versehen,
der nach innen von dem Ausgleichstank 100 vertieft ist.
Der vertiefte Abschnitt 103 wird gleichzeitig gebildet,
wenn das obere Glied 102 durch das Stanzen verarbeitet
wird. Der vertiefte Abschnitt 106 ist im Wesentlichen in
der Mitte des oberen Glieds 102 gebildet und koaxial direkt
oberhalb des Einspritzers 80 angeordnet, während
der Einspritzer 80 und der Ausgleichstank 100 in
vorbestimmten Positionen eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs angebracht
sind.
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Bei
dem Brennstoffzellensystem, das den vorhergehenden Aufbau hat, strömt
das Wasserstoffgas, das von einer Wasserstoffversorgungsquelle 30 zugeführt
wird, durch den Einströmungskanal 103 in den Ausgleichstank 100,
strömt entlang der inneren Oberfläche des kuppelähnlichen
Glieds 102, ändert seine Strömungsrichtung,
um sich entlang des vertieften Abschnitts 106, der in den
Ausgleichstank 100 vorsteht, zu wenden, und strömt
in den Einspritzer 80.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem, das den vorhergehenden Aufbau hat, ist die
Steifigkeit der Wandfläche des Ausgleichstanks 100 erhöht, derart,
dass, selbst wenn die Energie des Wasserstoffgases, das in den Ausgleichstank 100 strömt, hoch
ist, die Erzeugung einer Vibration in der Wandfläche des
Ausgleichstanks 100 unterdrückt wird. Infolgedessen
wird die Erzeugung der Vibration oder des Geräuschs, das
durch die Pulsation des Wasserstoffgases verursacht wird, unterdrückt.
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Es
sei bemerkt, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
das obere Glied 102 mit dem vertieften Abschnitt 106,
der nach innen von dem Ausgleichstank 100 vertieft ist,
versehen ist, jedoch das obere Glied 102 mit einem vorstehenden
Abschnitt, der von dem Ausgleichstank 100 nach außen vorsteht,
versehen sein kann. Das obere Glied 102 kann zusätzlich
mit einem konzentrischen kreisähnlichen vertieften/vorstehenden
Abschnitt versehen sein, derart, dass das obere Glied 102 eine
wellenähnliche vertikale Schnittform hat. Bei diesem Fall
ist der vertiefte/vorstehende Abschnitt vorzugsweise derart gebildet,
dass die Mitte des vertieften/vorstehenden Abschnitts im Wesentlichen
unmittelbar auf der Stromaufwärtsseite des Einspritzers 80 angeordnet
ist.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems
gemäß der vorliegenden Erfindung ist als Nächstes
beschrieben. Es sei bemerkt, dass Aufbauerfordernisse, die bereits
im Vorhergehenden bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben
sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und die Beschreibung
derselben weggelassen ist.
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Wie
in 6 gezeigt ist, ist in einem Ausgleichstank 200 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Drucksensor P1 angeordnet.
Der Drucksensor P1 ist in einer Position vorgesehen, die im Wesentlichen
symmetrisch hinsichtlich eines Einströmungskanals 84 ist,
während ein Ausströmungskanal 85 zwischen
dem Sensor und dem Einströmungskanal angeordnet ist, um
von der Wandfläche eines oberen Glieds 83 in einen
Ausgleichstank 81 vorzustehen. Es sei bemerkt, dass das
obere Glied 102 nicht mit einem vorstehenden Abschnitt 106 versehen
ist.
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Bei
einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem ist der Einspritzer
weg von dem Drucksensor des Wasserstoffversorgungswegs, derart,
dass, wie in 7 gezeigt ist, manchmal eine
Abweichung zwischen der tatsächlichen Einspritzungszeitsteuerung des
Einspritzers und der Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers,
die basierend auf dem Messungsresultat des Drucksensors erfasst
wird, erzeugt wird.
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Das
heißt, die Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers,
die basierend auf dem Messungsresultat des Drucksensors erfasst
wird, ist manchmal hinter der tatsächlichen Einspritzungszeitsteuerung. Die
Variation des Gasdrucks, die basierend auf dem Messungsresultat
des Drucksensors erfasst wird, wird zusätzlich manchmal
kleiner als dieselbe des Gasdrucks des Wasserstoffversorgungswegs
unmittelbar vor dem Einspritzer.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird andererseits, da der Drucksensor P1 an dem Ausgleichstank 81,
der unmittelbar auf der Stromaufwärtsseite des Einspritzers 80 angeordnet
ist, befestigt ist, wie in 8 gezeigt
ist, eine Abweichung nicht ohne weiteres zwischen der tatsächlichen
Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers 80 und der
Einspritzungszeitsteuerung des Einspritzers 80, die basierend
auf dem Messungsresultat des Drucksensors P1 erfasst wird, erzeugt.
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Die
Variation des Gasdrucks, der basierend auf dem Messungsresultat
des Drucksensors P1 erfasst wird, ist zusätzlich im Wesentlichen
gleich derselben des Gasdrucks des Wasserstoffversorgungswegs 74 unmittelbar
vor dem Einspritzer 80. Der Einspritzer 80 kann
daher basierend auf dem Messungsresultat des Drucksensors P1 genau
gesteuert werden.
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Der
Drucksensor P1 ist außerdem in der Position vorgesehen,
die im Wesentlichen symmetrisch hinsichtlich des Einströmungskanals 84 ist,
während der Ausströmungskanal 85 zwischen
dem Sensor und dem Einströmungskanal vorgesehen ist, derart, dass
der Sensor durch die Schwankung des Drucks des Wasserstoffgases,
das durch den Ausgleichstank 200 strömt, nicht
ohne weiteres beeinflusst wird. Der Druck kann daher genauer gemessen
werden.
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem und
Brennstoffzellenhybridfahrzeug
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Ein
Brennstoffzellensystem hat einen Wasserstoffversorgungsweg (74)
zum Zuführen eines Wasserstoffgases zu einer Brennstoffzelle
(20), einen Einspritzer (80), der in dem Wasserstoffversorgungsweg
(74) vorgesehen ist und den Druck des Gases auf der Stromaufwärtsseite
des Wasserstoffversorgungswegs (74) regelt, um das druckgeregelte Wasserstoffgas
in eine Stromabwärtsseite des Wasserstoffversorgungswegs
(74) einzuspritzen, und einen Ausgleichstank (81),
der in dem Wasserstoffversorgungsweg (74) auf der Stromaufwärtsseite
von dem Einspritzer (80) vorgesehen ist und die Schwankung
des Drucks des Gases in dem Wasserstoffversorgungsweg (74)
unterdrückt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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