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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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Technischer Hintergrund
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Bislang
existierte ein Vorschlag für ein Brennstoffzellensystem,
das in der Praxis auch angewendet worden ist, und dieses Brennstoffzellensystem
beinhaltet eine Brennstoffzelle zum Aufnehmen eines zugeführten
Reaktionsgases (eines Brenngases und eines Oxidationsgases), um
so eine Leistung zu erzeugen. Im Allgemeinen ist ein derartiges Brennstoffzellensystem
mit einer Brennstoffzuführleitung versehen, durch die das
von einer Brennstoffzuführquelle, wie z. B. einem Wasserstofftank,
zugeführte Brenngas zur Brennstoffzelle strömt,
und die Brennstoffzuführleitung ist mit einem Druckregulierventil
(einem Regler) versehen, das den Druck des Brenngases, das von der
Brennstoffquelle zugeführt werden soll, auf einen konstanten
Wert senkt.
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Gegenwärtig
besteht ein Vorschlag für eine Technologie, in der ein
Ein-/Aus-Ventil zum Verändern des Zuführdrucks
des Brenngases in der Brennstoffzuführleitung angeordnet
ist, um den Zuführdruck des Brenngases entsprechend dem
Betriebszustand des Systems zu ändern. In den letzten Jahren
ist außerdem auch ein Vorschlag für eine Technologie
gemacht worden, in der ein Drucksensor auf der Seite stromauf des
Ein-/Aus-Ventils angeordnet ist, um das Ein-/Aus-Ventil basierend
auf einem Wert zu steuern, der durch den Drucksensor erfasst wird
(siehe z. B. die
japanische
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 2005-302563 ). Mit
der Verwendung der in dieser Patentschrift offenbarten Technologie
ist eine Beurteilung des Ausfalls des Ein-/Aus-Ventils möglich.
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Offenbarung der Erfindung
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Jedoch
selbst dann, wenn die in der
japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 2005-302563 offenbarte
Technologie verwendet wird, wenn ein Drucksensor aufgrund einer
Trennung bzw. Abschaltung, eines Kurzschlusses oder dergleichen
in einen anomalen Zustand gerät, kann der Ausfall des Ein-/Aus-Ventils
nicht beurteilt werden, und das Ein-/Aus-Ventil kann im Normalfall
nicht gesteuert werden. Wenn es aufgrund eines fehlerhaften Betriebs
des Ein-/Aus-Ventils zu einer solchen Situation kommt, nimmt die
einer Brennstoffzelle zuzuführende Brenngasmenge unmittelbar
zu oder ab, und es kann zu einer Störung des normalen bzw.
regulären Leistungserzeugungsbetriebs kommen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht einer solchen Situation
entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe derselben, die Anomalität
der Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle zu unterdrücken,
die durch eine Sensoranomalität in einem Brennstoffzellensystem
bewirkt wird, das ein Ein-/Aus-Ventil, das den Zuführzustand
eines Brenngases zur Brennstoffzelle verändert, und einen
Sensor aufweist, der den Zustand des Gases erfasst, um das Ein-/Aus-Ventil
zu steuern.
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Um
die Aufgabe zu lösen, handelt es sich bei dem Brennstoffzellensystem
gemäß der vorliegen Erfindung um ein Brennstoffzellensystem,
aufweisend: eine Brennstoffzelle; eine Brennstoffzuführleitung, durch
die ein Brenngas, das von einer Brennstoffzuführquelle
zugeführt wird, zur Brennstoffzelle strömt; ein
Ein-/Aus-Ventil, das den Zustand des Gases auf der Seite stromauf
der Brennstoffzuführleitung reguliert, um das Gas der stromabwärtigen
Seite derselben zuzuführen; einen Sensor, der den Zustand
des Gases in der Brennstoffzuführleitung erfasst; und eine
Steuerungseinrichtung zum Steuern des Ein-/Aus-Ventils basierend
auf einem Wert, der durch den Sensor erfasst wird, wobei die Steuerungseinrichtung
den Öffnungs-/Schließvorgang des Ein-/Aus-Ventils
stoppt, wenn der Sensor in einen anomalen Zustand geraten ist.
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Durch
die Verwendung eines derartigen Aufbaus kann verhindert werden,
dass der Zuführzustand des Brenngases zur Brennstoffzelle
aufgrund des fehlerhaften Betriebs des Ein-/Aus-Ventils, der durch
die Sensoranomalität bewirkt wird, in einen anomalen Zustand
gerät. Somit kann verhindert werden, dass der Leistungserzeugungszustand
der Brennstoffzelle in einen anomalen Zustand gerät, und
es kann außerdem verhindert werden, dass Bauteile in der
Brennstoffzelle aufgrund des unmittelbaren Anstiegs der Brennstoffmenge,
die der Brennstoffzelle zugeführt werden soll, verschleißen.
Es ist zu beachten, dass unter der Bezeichnung „Zustand des
Gases” ein Gaszustand zu verstehen ist, der durch eine
Strömungsrate, einen Druck, eine Temperatur, eine molare
Konzentration oder dergleichen dargestellt wird, und insbesondere
umfasst der Zustand zumindest entweder die Gasströmungsrate oder
den Gasdruck.
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In
dem Brennstoffzellensystem kann die Steuerungseinrichtung zum Beurteilen,
dass der Sensor in den anomalen Zustand geraten ist, in einem Fall
verwendet werden, wenn der erfasste Wert des Sensors einen vorbestimmten
unteren Grenzwert unterschreitet oder einen vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet
(oder in einem Fall, wenn der erfasste Wert des Sensors den vorbestimmten unteren
Grenzwert unterschreitet oder den vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet
und dieser Zustand für eine vorbestimmte Zeitspanne fortbesteht).
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Außerdem
weist das Brennstoffzellensystem ferner ein Sperrventil auf, das
auf der Seite stromauf des Ein-/Aus-Ventils angeordnet ist und so
konfiguriert ist, dass das von der Brennstoffzuführquelle
zugeführte Brenngas abgesperrt wird, und kann ferner die
Steuerungseinrichtung zum Schließen des Sperrventils verwenden,
wenn der Sensor in den anomalen Zustand geraten ist.
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Durch
die Verwendung eines solchen Aufbaus kann das Sperrventil auf der
Seite stromauf des Ein-/Aus-Ventils der Sensoranomalität
entsprechend geschlossen werden, wodurch verhindert werden kann,
dass der Druck des Brenngases auf der Seite stromauf des Ein-/Aus-Ventils übermäßig
ansteigt, und der Ausfall des Ein-/Aus-Ventils unterdrückt
werden kann.
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Außerdem
verwendet das Brennstoffzellensystem die Steuerungseinrichtung vorzugsweise zum
Neustarten des Öffnungs-/Schließbetriebs des Ein-/Aus-Ventils,
wenn der Sensor aus dem anomalen Zustand wieder in einen normalen
Zustand zurück gekehrt ist bzw. sein Normalzustand wiederhergestellt
worden ist.
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Wird
ein solcher Aufbau verwendet und gerät der Sensor aus dem
anomalen Zustand wieder in den normalen Zustand bzw. kehrt dahin
wieder zurück, kann der Öffnungs-/Schließbetrieb
des Ein-/Aus-Ventils automatisch neu gestartet werden, so dass die
Zuführung des Brennstoffs zur Brennstoffzelle neu gestartet
werden kann. Wenn somit der Sensor aus dem anomalen Zustand wieder
in den normalen Zustand zurück gekehrt ist, kann die Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle automatisch neu gestartet werden.
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Außerdem
kann in dem Brennstoffzellensystem die Steuerungseinrichtung zum
Beurteilen, dass der Sensor aus dem anomalen Zustand wieder in den normalen
Zustand geraten ist, dann verwendet werden, wenn der erfasste Wert
des Sensors, der laut Beurteilung anomal ist, den vorbestimmten
unteren Grenzwert oder einen darüber liegenden Wert und den
vorbestimmten oberen Grenzwert oder einen darunter liegenden Wert
aufweist (oder dann, wenn der erfasste Wert des Sensors, der laut
Beurteilung anomal ist, den vorbestimmten unteren Grenzwert oder
einen darüber liegenden Wert aufweist und den vorbestimmten
oberen Grenzwert oder einen darunter liegenden Wert aufweist, und
dieser Zustand für eine vorbestimmte Zeitspanne fortbesteht).
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In
dem Brennstoffzellensystem wird ferner eine Einspritzdüse
als das Ein-/Aus-Ventil verwendet, und ein Drucksensor, der den
Druck des Brenngases auf der stromabwärtigen Seite der
Einspritzdüse erfasst, kann als der Sensor verwendet werden.
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Bei
der Einspritzdüse handelt es sich um ein elektromagnetisch
angetriebenes Ein-/Aus-Ventil, in dem ein Ventilkörper
für einen vorbestimmten Antriebszyklus durch eine elektromagnetische
Antriebskraft direkt angetrieben wird und aus einem Ventilsitz gelöst
wird, wodurch der Gaszustand (die Gasströmungsrate oder
der Gasdruck) reguliert werden können. Ein vorbestimmter
Steuerungsabschnitt treibt den Ventilkörper der Einspritzdüse
an, um den Strahlsteuerzeitpunkt oder die Strahlzeitspanne des Brenngases
zu steuern, wodurch die Strömungsrate oder der Druck des
Brenngases gesteuert werden können.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann in dem Brennstoffzellensystem, das das
Ein-/Aus-Ventil, das den Zuführzustand des Brenngases zur Brennstoffzelle
verändert, und den Sensor aufweist, der den Gaszustand
erfasst, um das Ein-/Aus-Ventil zu steuern, die Anomalität
der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle unterdrückt
werden, die durch die Sensoranomalität bewirkt wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Aufbaudiagramm eines Brennstoffzellensystem gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Steuerungsblockdiagramm zur Erläuterung der Steuerungskonfiguration
einer Steuerungsvorrichtung für das in 1 gezeigte
Brennstoffzellensystem;
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3A ist
ein Zeitdiagramm, das den Verlauf eines Werts im Zeitverlauf darstellt,
wobei der Wert durch einen sekundären Drucksensor des Brennstoffzellensystems
erfasst wird, das in 1 gezeigt ist;
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3B ist
ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Steuerungsbetrieb
einer Einspritzdüse des Brennstoffzellensystem darstellt,
das in 1 gezeigt ist;
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3C ist
ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für den Steuerungsbetrieb
eines Sperrventils des Brennstoffzellensystems darstellt, das in 1 gezeigt
ist;
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3D ist
ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen an dem in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystem durchgeführten Zwangsunterbrechungsbetrieb
zeigt;
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4 ist
ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebsverfahrens
des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems;
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5A ist
ein Zeitdiagramm, das den Verlauf des Werts im Zeitverlauf darstellt,
wobei der Wert durch den sekundären Drucksensor des in 1 gezeigten
Brennstoffzellensystems erfasst wird;
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5B ist
ein Zeitdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Steuerungsbetrieb
der Einspritzdüse des Brennstoffzellensystems in 1 darstellt; und
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6 ist
ein Aufbaudiagramm, das eine Modifizierung des Brennstoffzellensystems
darstellt, das in 1 gezeigt ist.
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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. In der vorliegenden
Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem die vorliegende
Erfindung auf ein an einem Auto montiertes Leistungserzeugungssystem
eines Brennstoffzellenfahrzeugs angewendet wird.
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Zunächst
erfolgt eine Beschreibung eines Aufbaus des Brennstoffzellensystems 1 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3D.
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 Oxidationsgas zuführt, ein Wasserstoffgas-Leitungssystem 3,
das der Brennstoffzelle 10 ein Wasserstoffgas als Brenngas
zuführt, eine Steuerungsvorrichtung 4, die das
gesamte System integrierend bzw. übergreifend steuert.
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Die
Brennstoffzelle 10 weist eine Stapelstruktur auf, in der
die erforderliche Anzahl von einheitlichen Zellen zum Aufnehmen
des zugeführten Reaktionsgases für die Leistungserzeugung
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. Außerdem ist
ein Stromsensor 13 zum Erfassen eines Stroms während
der Leistungserzeugung an der Brennstoffzelle 10 angebracht.
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Das
Oxidationsgas-Leitungssystem 2 beinhaltet eine Luftzuführleitung 21,
die das Oxidationsgas (die Luft), das durch die Befeuchtungseinrichtung 20 befeuchtet
wird, der Brennstoffzelle 10 zuführt, eine Luftabführleitung 22,
die ein von der Brennstoffzelle 10 abgeführtes
Oxidations-Abgas bzw. Oxidizing-Offgas zur Befeuchtungseinrichtung 10 leitet,
und eine Abgasleitung 23, die das Oxidationsabgas von der
Befeuchtungseinrichtung 20 nach außen abführt.
Die Luftzuführleitung 21 ist mit einem Kompressor 24 versehen,
der das Oxidationsgas aus der Atmosphäre verwendet und
das Gas unter Druck stehend an die Befeuchtungseinrichtung 20 weiterleitet.
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Das
Wasserstoffgas-Leitungssystem 3 beinhaltet einen Wasserstofftank 30 als
eine Brennstoffzuführquelle, in der das einen hohen Druck
aufweisende Wasserstoffgas aufgenommen wird, eine Wasserstoffzuführleitung 31 als
eine Brennstoffzuführleitung, die der Brennstoffzelle 10 das
Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 30 zuführt,
und eine Zirkulationsleitung 32, die ein aus der Brennstoffzelle 10 abgeführtes
Wasserstoff-Abgas bzw. Hydrogen-Offgas an die Wasserstoffzuführleitung 31 zurückführt.
Es ist zu beachten, dass, anstelle des Wasserstofftanks 30,
eine Reformiereinrichtung, die aus einem Brennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis
ein reformiertes wasserstoffreiches Gas bildet, und ein Hochdrucktank,
der das reformierte Gas, das durch diese Reformiereinrichtung gebildet
wird, in einen Hochdruckzustand versetzt, um Druck aufzubauen, als
die Brennstoffzuführquelle verwendet werden kann. Außerdem
kann als die Brennstoffzuführquelle ein Tank mit einer
Wasserstoffeinlagerungslegierung verwendet werden.
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Die
Wasserstoffzuführleitung 31 ist mit einem Sperrventil 33,
das die Zuführung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstofftank 30 sperrt
oder freigibt, einem Regler 34, der den Druck des Wasserstoffgases
reguliert, und einer Einspritzdüse 35 versehen.
Außerdem ist die Seite stromauf der Einspritzdüse 35 mit
einem Primärdrucksensor 41 und einem Temperatursensor 42 zum
Erfassen des Drucks und der Temperatur des Wasserstoffgases in der
Wasserstoffzuführleitung 31 versehen. Ferner ist
auf der stromaufwärtigen der Einspritzdüse 35 und
auf der Seite stromauf eines Verbindungsteils bzw. Zusammenströmungsteils
A1 zwischen der Wasserstoffzuführleitung 31 und
der Zirkulationsleitung 32 ein Sekundärdrucksensor 43 zum
Erfassen des Drucks des Wasserstoffgases in der Wasserstoffzuführleitung 31 angeordnet.
Der Sekundärdrucksensor 43 entspricht einer Ausführungsform
eines Sensors oder eines Drucksensors in der vorliegenden Ausführungsform.
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Der
Regler 34 ist eine Vorrichtung, die den Druck stromauf
(den Primärdruck) des Reglers auf einen voreingestellten
Sekundärdruck regelt. In der vorliegenden Ausführungsform
wird ein mechanisches Druckreduzierventil zum Verringern des Primärdrucks
als der Regler 34 verwendet. Als ein Aufbau bzw. eine Konstruktion
für das mechanische Druckreduzierventil kann ein bekannter
Aufbau bzw. eine bekannte Konstruktion verwendet werden, der bzw.
die ein Gehäuse aufweist, das mit einer Gegendruckkammer
und einer Druckregulierkammer versehen ist, die über eine
Membrane ausgebildet sind, und in dem der Primärdruck durch
den Gegendruck der Gegendruckkammer auf einen vorbestimmten Druck
reduziert wird, um den Sekundärdruck in der Druckregulierkammer
zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie
in 1 gezeigt ist, zwei Regler 34 auf der
Seite stromauf der Einspritzdüse 35 angeordnet,
wodurch der Druck stromauf der Einspritzdüse 35 effektiv
bzw. wirksam verringert werden kann. Dementsprechend ist ein größerer
Entwurfsfreiheitsgrad der mechanischen Struktur (des Ventilkörpers,
des Gehäuses, einer Leitung, einer Antriebsvorrichtung
etc.) der Einspritzdüse 35 möglich. Da
der Druck stromauf der Einspritzdüse 35 verringert
werden kann, kann eine Situation bzw. ein Umstand umgangen werden,
in der bzw. in dem sich der Ventilkörper der Einspritzdüse 35 aufgrund
der erhöhten Differenz zwischen dem Druck stromauf der Einspritzdüse 35 und
dem stromabwärtigen Druck der Einspritzdüse nicht
ohne Weiteres bewegen kann. Somit kann die variable Druckregulierspanne des
stromabwärtigen Drucks der Einspritzdüse 35 vergrößert
und eine Verschlechterung des Reaktionsvermögens der Einspritzdüse 35 verhindert
werden.
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Bei
der Einspritzdüse 35 handelt es sich um ein elektromagnetisch
angetriebenes Ein-/Aus-Ventil, in dem ein Ventilkörper
für einen vorbestimmten Antriebszyklus durch eine elektromagnetischen
Antriebskraft direkt angetrieben und aus einem Ventilsitz gelöst
wird, wodurch eine Gasströmungsrate oder ein Gasdruck reguliert
werden können. Die Einspritzdüse 35 umfasst
den Ventilsitz, der eine Strahlöffnung aufweist, die einen
gasförmigen Brennstoff, wie z. B. das Wasserstoffgas, ausstößt,
und beinhaltet zudem einen Düsenkörper, der den
gasförmigen Brennstoff der Strahlöffnung zuführt
und zu dieser leitet, und den Ventilkörper, der in einer
in Bezug auf den Düsenkörper axialen Richtung
(einer Gasströmungsrichtung) aufgenommen und gehalten wird, um
die Strahlöffnung zu öffnen oder zu schließen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ventilkörper
der Einspritzdüse 35 durch eine Magnetspule angetrieben,
bei der es sich um eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung handelt,
und ein pulsartiger Erregerstrom, der der Magnetpulse zugeführt
wird, wird ein-/ausgeschaltet, wodurch die Öffnungsbereiche
der Strahlöffnung auf zwei oder mehr Stufen geschaltet
werden können. Wenn die Gasstrahlzeitspanne und der Gasstrahlsteuerzeitpunkt
der Einspritzdüse 35 gemäß einem
Steuersignal gesteuert werden, das aus der Steuerungsvorrichtung 4 ausgegeben
wird, werden dabei die Strömungsrate und der Druck des
Wasserstoffgases präzise gesteuert. Die Einspritzdüse 35 treibt
das Ventil (den Ventilkörper und den Ventilsitz) direkt
an, um das Ventil durch die elektromagnetische Antriebskraft zu öffnen
und zu schließen, und der Antriebszyklus der Einspritzdüse kann
auf einen hohen Ansprechbereich gesteuert werden, und somit weist
die Einspritzdüse ein hohes Ansprechvermögen auf.
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Für
den Zweck der Zuführung des Gases zur stromabwärtigen
Seite der Einspritzdüse 35 bei einer angeforderten
Strömungsrate verändert die Einspritzdüse 35 zumindest
entweder den Öffnungsbereich (Öffnungswinkel)
oder die Öffnungszeitspanne des Ventilkörpers,
der in der Gasleitung der Einspritzdüse 35 angeordnet
ist, um die Strömungsrate (oder eine Wasserstoffmolarität)
des Gases zu regulieren, das der stromabwärtigen Seite
(einer Seite der Brennstoffzelle 10) zugeführt
wird. Es ist zu beachten, dass der Ventilkörper der Einspritzdüse 35 geöffnet
oder geschlossen wird, um die Gasströmungsrate zu regulieren,
der Druck des Gases, der der stromabwärtigen Seite der
Einspritzdüse 35 zugeführt wird, gegenüber
dem Druck das Gases auf der Seite stromauf der Einspritzdüse 35 verringert
wird, und somit die Einspritzdüse 35 als ein Druckregulierventil (ein
Druckreduktionsventil, ein Regler) betrachtet werden kann. In der
vorliegenden Ausführungsform kann die Einspritzdüse
außerdem als ein variables Druckregulierventil betrachtet
werden, dass in der Lage ist, den Druckregulierbetrag (den Druckreduzierbetrag)
des Gasdrucks stromauf der Einspritzdüse 35 zu ändern,
so dass der Druck mit einem angeforderten Druck in einem vorbestimmten
Druckbereich entsprechend dem Gasbedarf übereinstimmt.
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Es
ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform,
wie in 1 gezeigt ist, die Einspritzdüse 35 auf
der Seite stromauf des Verbindungsteils bzw. Zusammenströmungsteils
A1 zwischen der Wasserstoffzuführleitung 31 und
der Zirkulationsleitung 32 angeordnet ist. Wenn außerdem, wie
in 1 durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, eine
Mehrzahl von Wasserstofftanks 30 als die Brennstoffzuführquelle
verwendet wird, ist die Einspritzdüse 35 auf der
stromabwärtigen Seite eines Teils (eines Wasserstoffgas-Verbindungsteils
A2) angeordnet, wo die Wasserstoffgase zusammenströmen,
die von den jeweiligen Wasserstofftanks 30 zugeführt
werden.
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Die
Zirkulationsleitung 32 ist durch einen Gas-Flüssigkeitsabscheider 36 und
ein Gas-/Wasser-Abführventil 37 mit einer Abführleitung 38 verbunden.
In dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 36 wird aus
dem Wasserstoff-Abgas Wasser aufgefangen. Das Gas-/Wasser-Abführventil 37 arbeitet
gemäß einem Befehl von der Steuerungsvorrichtung 4,
nach dem das durch den Gas-Flüssigkeitsabscheider 36 aufgefangene
Wasser und das Wasserstoff-Abgas (ein Brennstoff-Abgas), das in
der Zirkulationsleitung 32 Verunreinigungen beinhaltet,
nach außen abgeführt (abgeleitet) werden sollen.
Außerdem ist die Zirkulationsleitung 32 mit einer
Wasserstoffpumpe 39 versehen, die das Wasserstoff-Abgas
in der Zirkulationsleitung 32 mit Druck beaufschlagt, um
das Gas auf eine Seite der Wasserstoffzuführleitung 31 weiterzuleiten.
Es ist zu beachten, dass das Wasserstoff-Abgas, das durch das Gas-/Wasser-Abführventil 37 und
die Abführleitung 38 abgeführt wird,
mit dem Oxidationsabgas in der Abgasleitung 23 zusammenströmt
und durch eine Verdünnungseinrichtung 40 verdünnt
wird.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 erfasst den Betätigungsbetrag
bzw. Verstellweg eines Beschleunigungsbetätigungselements
(eines Fahrpedals oder dergleichen), das in dem Fahrzeug angeordnet
ist, und empfängt Steuerungsinformationen, wie z. B. einen
angeforderten Beschleunigungswert (z. B. einen angeforderten Leistungserzeugungsbetrag
von einer Lastvorrichtung, wie z. B. dem Fahrmotor 12),
um die Betriebsabläufe der verschiedenen Vorrichtungen
in dem System zu steuern. Es ist zu beachten, dass unter dem Begriff
der Lastvorrichtung im Allgemeinen eine Leistungsverbrauchsvorrichtung
zu verstehen ist, und Beispiele für die Vorrichtung, neben
dem Fahrmotor 12, Zusatzvorrichtungen (z. B. Elektromotoren
für den Kompressor 24, die Wasserstoffpumpe 39 und
eine Kühlpumpe etc.), die zum Betreiben der Brennstoffzelle 10 notwendig
sind, Stellglieder zur Verwendung in verschiedenen Vorrichtungen
(ein Wechselrad, eine Radführungsvorrichtung, eine Lenkvorrichtung,
eine Aufhängungsvorrichtung etc.), die mit dem Laufbetrieb
des Fahrzeugs zu tun haben, und eine Luftaufbereitungsvorrichtung
(eine Klimaanlage), Beleuchtung, Audio und dergleichen für
den Fahrgastraum beinhalten.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 besteht aus einem Computersystem
(nicht gezeigt). Ein solches Computersystem beinhaltet eine CPU,
einen ROM, einen RAM, einen HDD, eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle,
eine Anzeige und ähnliches, und die CPU liest und führt
verschiedene Steuerprogramme aus, die in dem ROM aufgezeichnet sind,
um verschiedene Steuerungsvorgänge zu realisieren.
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Wie
in 2 gezeigt ist, berechnet insbesondere die Steuerungsvorrichtung 4 die
durch die Brennstoffzelle 10 zu verbrauchende Menge des Wasserstoffgases
(die nachstehend als „die Wasserstoffverbrauchsmenge” bezeichnet
wird) basierend auf dem Betriebszustand der Brennstoffzelle 10 (dem Wert
des durch den Stromsensor 13 während der Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle 10 erfassten Stroms) (einer Brennstoffverbrauchsmengen-Berechnungsfunktion:
B1). In der vorliegenden Ausführungsform wird die Wasserstoffverbrauchsmenge
für einen jeden Berechnungszyklus der Steuerungsvorrichtung 4 berechnet
und aktualisiert, indem eine spezifische Berechnungsformel verwendet
wird, die eine Beziehung zwischen dem Stromwert und der Wasserstoffverbrauchsmenge
in der Brennstoffzelle 10 anzeigt.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 berechnet außerdem den
Soll-Druckwert (den Soll-Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden
Gases) des Wasserstoffgases in der stromabwärtigen Position
der Einspritzdüse 35 basierend auf dem Betriebszustand der
Brennstoffzelle 10 (dem Wert des Stroms, der durch den
Stromsensor 13 während der Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle 10 erfasst wird) (eine Soll-Druckwert-Berechnungsfunktion:
B2). In der vorliegenden Ausführungsform wird der Soll-Druckwert an
einer Position, wo der Sekundärdrucksensor 43 angeordnet
ist, für jeden Berechnungszyklus der Steuerungsvorrichtung 4 durch
Hinzuziehung eines spezifischen Kennfelds berechnet und aktualisiert, das
eine Beziehung zwischen dem Leistungserzeugungs-Stromwert und dem
Soll-Druckwert in der Brennstoffzelle 10 anzeigt.
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Ferner
berechnet die Steuerungsvorrichtung 4 eine Feedback- bzw.
Rückführkorrektur-Strömungsrate basierend
auf einer Differenz zwischen dem berechneten Soll-Druckwert und
dem erfassten Druckwert der stromabwärtigen Position der
Einspritzdüse 35, die durch den Sekundärdrucksensor 43 erfasst
wird (eine Feedbackkorrektur-Strömungsraten-Berechnungsfunktion:
B3). Die Feedbackkorrektur-Strömungsrate ist eine Wasserstoffgas-Strömungsrate,
die der Wasserstoffverbrauchsmenge hinzugefügt wird, um
die Differenz zwischen dem Soll-Druckwert und dem erfassten Druckwert
zu reduzieren. In der vorliegenden Ausführungsform wird die
Feedbackkorektur-Strömungsrate für jeden Berechnungszyklus
der Steuervorrichtung 4 unter Verwendung einer PI-Feedback-Steuerungsregel
berechnet und aktualisiert.
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Darüber
hinaus berechnet die Steuerungsvorrichtung 4 eine statische
Strömungsrate auf der Seite stromauf der Einspritzdüse 35 basierend
auf dem Gaszustand stromauf der Einspritzdüse 35 (dem
Druck des Wasserstoffgases, der durch den Primärdrucksensor 41 erfasst
wird, und der Temperatur des durch den Temperatursensor 42 erfassten Wasserstoffgases)
(eine statische Strömungsraten-Berechnungsfunktion: B4).
In der vorliegenden Ausführungsform wird die statische
Strömungsrate für jeden Berechnungszyklus der
Steuerungsvorrichtung 4 unter Verwendung einer spezifischen
Berechnungsformel berechnet und aktualisiert, die eine Beziehung
zwischen dem Druck und der Temperatur und der statischen Strömungsrate
des Wasserstoffgases auf der Seite stromauf der Einspritzdüse 35 anzeigt.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 berechnet außerdem die
ungültige Strahlzeitspanne der Einspritzdüse 35 basierend
auf dem Gaszustand stromauf der Einspritzdüse 35 (dem
Druck und der Temperatur des Wasserstoffgases) und einer anliegenden
Spannung (eine Berechnungsfunktion für eine ungültige
Strahlzeitspanne: B5). Hier handelt es sich bei der ungültigen
Strahlzeitspanne um eine Zeit, die von einem Zeitpunkt, wenn die
Einspritzdüse 35 das Steuersignal von der Steuerungsvorrichtung 4 empfängt,
bis zu einem Zeitpunkt benötigt wird, wenn die Einspritzdüse
den Strahlvorgang tatsächlich startet. In der vorliegenden
Ausführungsform wird die ungültige Strahlzeitspanne
für jeden Berechnungszyklus der Steuerungsvorrichtung 4 durch
Hinzuziehung eines spezifischen Kennfelds berechnet und aktualisiert,
das eine Beziehung zwischen dem Druck und der Temperatur des Wasserstoffgases
auf der Seite stromauf der Einspritzdüse 35, der
anliegenden Spannung und der ungültigen Strahlzeitspanne
anzeigt.
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Ferner
zählt die Steuerungsvorrichtung 4 die Wasserstoffverbrauchsmenge
und die Feedbackkorrektur-Strömungsrate zusammen, um die
Strahlströmungsrate der Einspritzdüse 35 zu
berechnen (eine Strahlströmungsraten-Berechnungsfunktion:
B6). Dann multipliziert die Steuerungsvorrichtung 4 mit dem
Antriebszyklus der Einspritzdüse 35 einen Wert, der
durch Dividieren der Strahlströmungsrate der Einspritzdüse 25 durch
die statische Strömungsrate erhalten wird, um die Grund-Strahlzeitspanne
der Einspritzdüse 35 zu berechnen, und die Steuerungsvorrichtung zählt
diese Grundstrahlzeitspanne und die ungültige Strahlzeitspanne
zusammen, um die Gesamt-Strahlzeitspanne der Einspritzdüse 35 zu berechnen
(eine Gesamt-Strahlzeitspannen-Berechnungsfunktion: B7). Bei dem
Antriebszyklus handelt es sich hier um eine Periode mit einer abgestuften (Ein-/Aus-)Wellenform,
die den Öffnungs-/Schließzustand der Strahlöffnung
der Einspritzdüse 35 anzeigt. In der vorliegenden
Ausführungsform stellt die Steuerungsvorrichtung 4 den
Antriebszyklus auf einen konstanten Wert ein.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 sendet darüber hinaus
das Steuersignal zum Realisieren der Gesamt-Strahlzeitspanne der
Einspritzdüse 35 aus, die durch das vorstehende
Verfahren berechnet wird, um die Gasstrahlzeitspanne und den Gasstrahlsteuerzeitpunkt
der Einspritzdüse 35 zu steuern, wodurch die Strömungsrate
und der Druck des der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden
Wasserstoffgases reguliert werden. Folglich steuert die Steuerungsvorrichtung 4 die
Einspritzdüse 35 unter Bezugnahme auf den erfassten
Druckwert der stromabwärtigen Position der Einspritzdüse 35,
die durch den Sekundärdrucksensor 43 erfasst wird.
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Darüber
hinaus beurteilt die Steuerungsvorrichtung 4 während
des Normalbetriebs der Brennstoffzelle 10, ob der Sekundärdrucksensor 43 anomal arbeitet,
und stoppt den Strahlvorgang (den Öffnungs-/Schließvorgang
bzw. -betrieb) der Einspritzdüse 35, um dann einen
vollkommen geschlossenen Zustand zu erhalten, wenn beurteilt wird,
dass der Sekundärdrucksensor 43 in den anomalen
Zustand geraten ist. Insbesondere dann, wenn der Wert, der durch
den Sekundärdrucksensor 43 erfasst wird, einen
vorbestimmten unteren Grenzwert unterschreitet oder einen vorbestimmten
oberen Grenzwert überschreitet und dieser Zustand für
eine vorbestimmte Zeitspanne T0 fortbesteht,
wie in 3A gezeigt ist, beurteilt die
Steuerungsvorrichtung 4, dass der Sekundärdrucksensor 43 in
den anomalen Zustand geraten ist, und, wie in 3B gezeigt
ist, versetzt die Steuerungsvorrichtung die Einspritzdüse 35 in
den vollkommen geschlossenen Zustand. Das heißt, dass die
Steuerungsvorrichtung 4 als eine Ausführungsform
einer Steuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung funktioniert.
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In
einem Fall, in dem die Steuerungsvorrichtung 4 beurteilt,
dass der Sekundärdrucksensor 43 in den anomalen
Zustand geraten ist, wie in 3C gezeigt
ist, schließt die Steuerungsvorrichtung auch das Sperrventil 3,
das in der Wasserstoffzuführleitung 31 angeordnet
ist, um die Zuführung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstofftank 30 zu
sperren. Folglich kann verhindert werden, dass der Druck stromauf
der Einspritzdüse 30 übermäßig
ansteigt. Außerdem wird dann, wenn die Steuerungsvorrichtung 4b beurteilt,
dass der Sekundärdrucksensor 43 in den anomalen
Zustand geraten ist, wie in 3D gezeigt
ist, das Gas-/Wasser-Abführventil 37, das in der
Zirkulationsleitung 32 angeordnet ist, durch die Steuerungsvorrichtung
geschlossen, die Wasserstoffpumpe 39 und der Kompressor 24 gestoppt,
von einem Normalbetrieb auf einen Zwangsunterbrechungsbetrieb geschaltet
und die Leistungserzeugung vorübergehend gestoppt.
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Während
dem vorstehend angeführten Zwangsunterbrechungsbetrieb
beurteilt die Steuerungsvorrichtung 4 hingegen, ob der
Sekundärdrucksensor 43 wieder den Normalzustand
erreicht hat oder nicht, und die Steuerungsvorrichtung betätigt dann
erneut die Einspritzdüse 35, wenn beurteilt wird,
dass der Sekundärdrucksensor 43 aus dem anomalen
Zustand wieder in einen normalen Zustand geraten bzw. dahin zurück
gekehrt ist. Speziell in einem wie in 3A gezeigten
Fall, wo der durch den Sekundärdrucksensor 43 erfasste
Wert einen vorbestimmten unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden
Wert aufweist und einen vorbestimmten oberen Grenzwert oder einen
darunterliegenden Wert aufweist und dieser Zustand für
die vorbestimmte Zeitspanne T0 fortbesteht,
beurteilt die Steuerungsvorrichtung 4, dass der Sekundärdrucksensor 43 aus dem
anomalen Zustand wieder in den normalen Zustand geraten ist, und
wie in 3B gezeigt ist, startet die
Steuerungsvorrichtung den Strahlbetrieb bzw. den Strahlvorgang (den Öffnungs-/Schließbetrieb) der
Einspritzdüse 35.
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In
einem Fall, wo die Steuerungsvorrichtung 4 außerdem
beurteilt, dass der Sekundärdrucksensor 43 aus
dem anomalen Zustand wieder in den normalen Zustand geraten ist,
wie in 3C gezeigt ist, öffnet
die Steuerungsvorrichtung das geschlossene Sperrventil 33,
um erneut die Zuführung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstofftank 30 zu
starten. In einem Fall, wo die Steuerungsvorrichtung 4 ferner beurteilt,
dass der Sekundärdrucksensor 43 aus dem anomalen
Zustand wieder in den normalen Zustand geraten ist, wie in 3D gezeigt
ist, öffnet die Steuerungsvorrichtung das Gas-/Wasser-Abführventil 37, das
in der Zirkulationsleitung 32 angeordnet ist, betätigt
sie die Wasserstoffpumpe 39 und den Kompressor 24,
bewirkt sie eine Umschaltung aus dem Zwangsunterbrechungsbetrieb
in den Normalbetrieb und einen Neustart der Leistungserzeugung.
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Als
nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm
von 4 eine Beschreibung eines Betriebsverfahrens des
Brennstoffzellensystems 1 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
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Während
des Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems 1 wird das
Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 30 dem Brennstoffstab
der Brennstoffzelle 10 durch die Wasserstoffzuführleitung 31 zugeführt,
und die befeuchtete und regulierte Luft wird einem Oxidationsstab
der Brennstoffzelle 10 durch die Luftzuführleitung 21 zugeführt,
wodurch Leistung erzeugt wird. In diesem Fall wird die aus der Brennstoffzelle 10 abzuführende
Leistung (die angeforderte Leistung) durch die Steuerungsvorrichtung 4 berechnet,
und die Einspritzdüse 35 oder der Kompressor 24 wird
so angetrieben und gesteuert, dass das Wasserstoffgas und die Luft
der Brennstoffzelle 10 entsprechend der Leistungserzeugungsmenge zugeführt
werden. Wenn in der vorliegenden Ausführungsform der Sekundärdrucksensor 43 während
eines solchen Normalbetriebs in den anomalen Zustand gerät,
wird der Strahlbetrieb der Einspritzdüse 35 gestoppt
und in den Zwangsunterbrechungsbetrieb umgeschaltet, wodurch die
Leistungserzeugung vorübergehend gestoppt wird.
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Zunächst
erfasst die Steuerungsvorrichtung 4 des Brennstoffzellensystems 1 den
Druckwert des Wasserstoffgases auf der stromabwärtigen
Seite der Einspritzdüse 35 durch Verwendung des
Sekundärdrucksensors 43 (ein Normalzeit-Druckerfassungsschritt:
S1). Dann beurteilt die Steuerungsvorrichtung 4, ob der
erfasste Wert in dem Normalzeit-Druckerfassungsschritt S1 einen
vorbestimmten unteren Grenzwert unterschreitet oder einen vorbestimmten oberen
Grenzwert überschreitet und ob dieser Zustand für
die vorbestimmte Zeitspanne T0 fortbesteht oder
nicht (ein Anomalitätsbeurteilungsschritt: S2).
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In
einem Fall, wo in dem Anomalitätsbeurteilungsschritt S2
die Steuerungsvorrichtung 4 beurteilt, dass der erfasste
Wert des Sekundärdrucksensors 43 den vorbestimmten
unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden Wert aufweist
und den vorbestimmten oberen Grenzwert oder einen darunterliegenden
Wert aufweist, oder die Steuerungsvorrichtung beurteilt, dass der
erfasste Wert des Sekundärdrucksensors 43 den
vorbestimmten unteren Grenzwert unterschreitet oder den vorbestimmten
oberen Grenzwert überschreitet, doch der Zustand für
die vorbestimmte Zeitspanne T0 nicht fortbesteht,
dann beurteilt die Steuerungsvorrichtung, dass der Sekundärdrucksensor 43 normal
ist und beendet den Steuerungsbetrieb so wie er ist.
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In
einem Fall hingegen, wo in dem Anomalitätsbeurteilungsschritt
S2 die Steuerungsvorrichtung 4 beurteilt, dass der erfasste
Wert des Sekundärdrucksensors 43 den vorbestimmten
unteren Grenzwert unterschreitet oder den vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet
und dass der Zustand für die vorbestimmte Zeitspanne T0 fortbesteht, beurteilt die Steuerungsvorrichtung,
dass der Sekundärdrucksensor 43 in den anomalen
Zustand geraten ist, und stoppt den Strahlbetrieb der Einspritzdüse 35,
um den vollkommen geschlossenen Zustand zu erhalten (ein Einspritzdüsenstopp-Schritt:
S3). Es ist zu beachten, dass, wenn die Einspritzdüse 35 den
Betrieb stoppt, die Steuerungsvorrichtung 4 das in der
Wasserstoffzuführleitung 31 angeordnete Sperrventil 33 und
das in der Zirkulationsleitung 32 angeordnete Gas-/Wasser-Abführventil 37 schließt,
die Wasserstoffpumpe 39 und den Kompressor 24 stoppt,
aus dem Normalbetrieb in den Zwangsunterbrechungsbetrieb umschaltet
und die Leistungserzeugung vorübergehend stoppt.
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Während
dann der Zwangsunterbrechungsbetrieb durch den Einspritzdüsenstopp-Schritt
S3 ausgeführt wird, erfasst die Steuerungsvorrichtung 4 den
Druckwert des Wasserstoffgases auf der stromabwärtigen
Seite der Einspritzdüse 35 durch Verwendung des
Sekundärdrucksensors 43 (ein Unterbrechungszeit-Druckerfassungsschritt:
S4), und die Steuerungsvorrichtung beurteilt, ob es sich bei dem erfassten
Wert um den vorbestimmten unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden
Wert und den vorbestimmten oberen Grenzwert oder einen darunterliegenden
Wert handelt und ob der Zustand für die vorbestimmte Zeitspanne
T0 fortbesteht (ein Wiederherstellungs-Beurteilungsschritt:
S5).
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In
einem Fall, wo im Wiederherstellungs-Beurteilungsschritt S5 die
Steuerungsvorrichtung 4 beurteilt, dass der erfasste Wert
des Sekundärdrucksensors 43 den vorbestimmten
unteren Grenzwert unterschreitet oder den vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet,
oder die Steuerungsvorrichtung beurteilt, dass der erfasste Wert
des Sekundärdrucksensors 43 den vorbestimmten
unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden Wert aufweist
und den vorbestimmten oberen Grenzwert oder einen darunterliegenden
Wert aufweist, doch der Zustand für die vorbestimmte Zeitspanne
T0 nicht fortbesteht, beurteilt die Steuerungsvorrichtung,
dass der Sekundärdrucksensor 43 sich immer noch
im anomalen Zustand befindet, und kehrt zum Einspritzdüsenstopp-Schritt
S3 zurück, um den Steuerungsvorgang fortzuführen.
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In
einem Fall hingegen, wo im Anomalitätsbeurteilungsschritt
S2 die Steuerungsvorrichtung 4 beurteilt, dass der erfasste
Wert des Sekundärdrucksensors 43 den vorbestimmten
unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden Wert und
den vorbestimmten oberen Grenzwert und einen darunterliegenden Wert
aufweist und dass der Zustand für die vorbestimmte Zeitspanne
T0 fortbesteht, beurteilt die Steuerungsvorrichtung,
dass der Sekundärdrucksensor 43 aus dem anomalen
Zustand wieder in den normalen Zustand geraten ist und bewirkt einen
Neustart des Strahlbetriebs der Einspritzdüse 35 (ein
Einspritzdüsen-Wiederbetätigungsschritt: S6).
Es ist zu beachten, dass, wenn die Einspritzdüse 35 erneut betätigt
wird, die Steuerungsvorrichtung 4 das geschlossene Sperrventil 33 und
das Gas-/Wasserabführventil 37 öffnet,
die Wasserstoffpumpe 39 und den Kompressor 24 erneut
betätigt und aus dem Zwangsunterbrechungsbetrieb in den
Normalzustand umschaltet und die Leistungserzeugung erneut startet.
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In
dem Brennstoffzellensystem 1 nach der vorstehenden Ausführungsform
kann verhindert werden, dass der Zuführzustand des Wasserstoffgases zur
Brennstoffzelle 10 aufgrund des fehlerhaften Betriebs der
Einspritzdüse, der durch die Anomalität der Sekundärdrucksensors 43 bewirkt
wird, einen anomalen Wert erreicht. Somit kann verhindert werden, dass
der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 10 einen
anomalen Wert erreicht, und es kann eine Situation verhindert werden,
in der die Bestandteile in der Brennstoffzelle 10 aufgrund
des unmittelbaren Anstiegs der Brennstoffmenge, die der Brennstoffzelle 10 zugeführt
werden soll, verschleißen.
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In
dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorstehenden
Ausführungsform kann außerdem das Sperrventil 33 auf
der Seite stromauf der Einspritzdüse 35 aufgrund
der Anomalität des Sekundärdrucksensors 43 geschlossen
werden, und somit kann verhindert werden, dass der Druck des Wasserstoffgases
auf der Seite stromauf der Einspritzdüse 35 übermäßig
ansteigt. Daher kann der Ausfall der Einspritzdüse 35 unterdrückt
werden.
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Wenn
in dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
vorstehenden Ausführungsform der Sekundärdrucksensor 43 aus
dem anomalen Zustand wieder in den normalen Zustand geraten ist,
kann der Öffnungs-/Schließbetrieb der Einspritzdüse 35 automatisch
neu gestartet werden, und die Zuführung des Brennstoffs
zur Brennstoffzelle 10 kann erneut gestartet werden. Wenn
daher der Sekundärdrucksensor 43 aus dem anomalen
Zustand in den normalen Zustand geraten ist, kann die Leistungserzeugung der
Brennstoffzelle 10 automatisch neu gestartet werden.
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Es
ist zu beachten, dass in der vorstehenden Ausführungsform
ein Beispiel beschrieben worden ist, in dem beurteilt wird, dass
der Sekundärdrucksensor 43 in einem Fall in den
anomalen Zustand geraten ist, wo der erfasste Wert des Sekundärdrucksensors 43 den
vorbestimmten unteren Grenzwert unterschreitet oder den vorbestimmten
oberen Grenzwert überschreitet und der Zustand für
die vorbestimmte Zeitspanne T0 fortbesteht,
doch ist ein Verfahren zur Anomalitätsbeurteilung nicht
auf dieses Beispiel beschränkt. In einem Fall z. B., wo,
wie in 5A gezeigt ist, der erfasste
Wert des Sekundärdrucksensors 43 den vorbestimmten
unteren Grenzwert unterschreitet oder der erfasste Wert des Sekundärdrucksensors 43 den
vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet, wird umgehend
beurteilt, dass der Sekundärdrucksensor 43 in
den anomalen Zustand geraten ist, und, wie in 5B gezeigt
ist, kann die Einspritzdüse 35 in den vollkommen
geschlossenen Zustand versetzt werden.
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In
der vorstehenden Ausführungsform ist außerdem
ein Beispiel beschrieben worden, in dem beurteilt wird, dass der
Sekundärdrucksensor 43 in einem Fall aus dem anomalen
Zustand wieder in den normalen Zustand geraten bzw. dahin zurück
gekehrt ist, wo der erfasste Wert des Sekundärdrucksensors 43 den
vorbestimmten unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden
Wert und den vorbestimmte unteren Grenzwert oder einen darunterliegenden
Wert aufweist und der Zustand für die vorbestimmte Zeitspanne
T0 fortbesteht, doch ist ein Verfahren zur Beurteilung der Wiederherstellung
des Zustands aus dem anomalen Zustand nicht auf dieses Beispiel
beschränkt. In einem Fall z. B., wo, wie in 5A gezeigt
ist, der erfasste Wert des Sekundärdrucksensors 43 den
vorbestimmten unteren Grenzwert oder einen darüberliegenden
Wert und den vorbestimmten oberen Grenzwert oder einen darunterliegenden Wert
aufweist, wird umgehend beurteilt, dass der Sekundärdrucksensor 43 aus
dem anomalen Zustand wieder in den normalen Zustand geraten ist,
und, wie in 5B gezeigt ist, kann die Einspritzdüse 35 den Strahlbetrieb
erneut starten.
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In
der vorstehenden Ausführungsform ist außerdem
ein Beispiel beschrieben worden, in dem das Wasserstoffgas-Leitungssystem 3 des
Brennstoffzellensystems 1 mit der Zirkulationsleitung 32 ausgestattet
ist, doch kann die Brennstoffzelle 10, wie beispielsweise
in 6 gezeigt ist, direkt mit der Abführleitung 38 verbunden
sein, und auf die Zirkulationsleitung 32 kann verzichtet
werden. Auch in einem Fall, wo ein solcher Aufbau (ein Dead-End-System
bzw. ein System ohne Abführeinrichtung für die
Gase) verwendet wird, wenn die Steuerungsvorrichtung 4 genauso
wie in der vorstehenden Ausführungsform die Anomalität
des Sekundärdrucksensors 43 beurteilt und der
Sekundärdrucksensor 43 in den anomalen Zustand
gerät, kann die Einspritzdüse 35 in den
vollkommen geschlossenen Zustand versetzt werden.
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Darüber
hinaus ist in der vorstehenden Ausführungsform ein Beispiel
beschrieben worden, in dem die Einspritzdüse 35 als
das Ein-/Aus-Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet wird, doch
ist das Ein-/Aus-Ventil nicht auf die Einspritzdüse 35 beschränkt,
solange der Gaszustand auf der Seite stromauf der Zuführleitung
(der Wasserstoffzuführleitung 31) reguliert wird,
um das Gas der stromabwärtigen Seite derselben zuzuführen.
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In
der vorstehenden Ausführungsform ist außerdem
ein Beispiel beschrieben worden, in dem der Sekundärdrucksensor 43 in
der stromabwärtigen Position der Einspritzdüse 35 in
der Wasserstoffzuführleitung 31 angeordnet ist
und die Einspritzdüse 35 so gesteuert wird, dass
der Druck in dieser Position reguliert wird (der Druck fast auf
einen vorbestimmten Soll-Druckwert gebracht wird), doch die Position
des Sekundärdrucksensors ist nicht auf diese Beispiel beschränkt.
Der Sekundärdrucksensor kann beispielsweise in der Nähe
eines Wasserstoffgaseinlasses der Brennstoffzelle 10 (in
der Wasserstoffzuführleitung 31), der Nähe
eines Wasserstoffgasauslasses der Brennstoffzelle 10 (in
der Zirkulationsleitung 32) oder in der Nähe eines
Auslasses der Wasserstoffpumpe 39 (in der Zirkulationsleitung 32)
angeordnet sein. In diesem Fall wird ein Kennfeld erstellt, in dem die
Soll-Druckwerte in den jeweiligen Positionen des Sekundärdrucksensors
aufgezeichnet sind, und die Rückmeldungskorrektur-Strömungsrate
wird basierend auf diesem Kennfeld berechnet.
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In
der vorstehenden Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben
worden, in dem die Wasserstoffzuführleitung 31 mit
dem Sperrventil 33 und dem Regler 34 versehen
ist, doch führt die Einspritzdüse 35 nicht
nur die Funktion eines variablen Druckregulierventils, sondern auch
die Funktion eines Sperrventils aus, das die Wasserstoffgaszuführung
sperrt, und somit muss das Sperrventil 33 oder der Regler 34 nicht
unbedingt vorgesehen werden. Wenn somit die Einspritzdüse 35 verwendet
wird, kann auf das Sperrventil 33 oder den Regler 34 verzichtet
werden, wodurch eine Miniaturisierung und Kostensenkung des Systems
erreicht werden kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben, kann ein
Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung in ein Brennstoffzellenfahrzeug und in verschiedenen mobilen
Karosserien (einem Roboter, einem Schiff, einem Flugzeug, etc.)
eingebaut werden. Das Brennstoffzellensystem gemäß der
vorliegenden Erfindung kann außerdem auf ein stationäres
Leistungserzeugungssystem zur Verwendung als eine Leistungserzeugungseinrichtung
für eine Baukonstruktion angewendet werden (ein Wohnhaus,
ein Gebäude oder dergleichen).
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem
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Die
Anmeldung offenbart ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle
beinhaltet, eine Brennstoffzuführleitung, durch die ein
Brenngas, das von einer Brennstoffzuführquelle zugeführt
wird, zur Brennstoffzelle strömt, ein Ein-/Aus-Ventil,
das den Zustand des Gase auf der Seite stromauf der Brennstoffzuführleitung
reguliert, um das Gas der stromabwärtigen Seite derselben
zuzuführen, einen Sensor, der den Zustand des Gases in
der Brennstoffzuführleitung erfasst, und eine Steuerungseinrichtung
zum Steuern des Ein-/Aus-Ventils basierend auf einem durch den Sensor
erfassten Wert. Die Steuerungseinrichtung stoppt den Öffnungs-/Schließbetrieb
des Ein-/Aus-Ventils, wenn der Sensor in einen anomalen Zustand
geraten ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-302563 [0003, 0004]