СИСТЕМА ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2021 года по МПК H01M8/04 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к системе топливного элемента.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Когда, например, работа системы топливного элемента прекращается в среде с температурой ниже точки замерзания, влага, сгенерированная при выработке электрической энергии, может замерзать, превращаясь в лед, вблизи выходного отверстия для отходящего газа батареи топливных элементов, и лед может блокировать выходное отверстие для отходящего газа. Следовательно, во время возобновления работы системы топливного элемента проводят разогрев для плавления льда, используя тепло, генерированное за счет электрической энергии, чтобы ограничить снижение эффективности генерации электрической энергии из-за блокировки выходного отверстия для отходящего газа.

[0003] Однако в системе топливного элемента, содержащей циклический канал для отходящего газа и эжектор, газообразный водород подают из резервуара через эжектор в батарею топливных элементов и, кроме того, отходящий газ также подают по циклическому каналу через эжектор к батарее топливных элементов (см., например, публикацию японской патентной заявки № 2013-134882). Следовательно, другой газ (называемый далее «примесным газом») в отходящем газе, остающийся в циклическом канале и эжекторе, например, газообразный азот, смешивается с газообразным водородом, так что концентрация газообразного водорода уменьшается. Следовательно, из-за блокировки выходного отверстия для отходящего газа батарея топливных элементов наполняется примесным газом и подаваемое количество газообразного водорода становится недостаточным, так что существует опасность того, что продолжение генерации электрической энергии будет невозможно до тех пор, пока лед не расплавится в достаточной степени.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В качестве ответной меры возможно продолжение генерации электрической энергии путем непрерывной подачи высококонцентрированного газообразного водорода к топливному элементу из линейного соленоидного клапана, соединенного с резервуаром, минуя эжектор. Однако в случае подачи газообразного водорода по пути, который минует эжектор, газообразный водород может течь в обратном направлении в эжектор, и подаваемое количество газообразного водорода может уменьшаться, поскольку давление в цикле на отрезке от выходного отверстия для отходящего газа до эжектора меньше давления в батарее топливных элементов.

[0005] Возможно ограничение обратного течения путем добавления другого эжектора (называемого далее «дополнительным эжектором»), соединенного с эжектором параллельно, и другого линейного соленоидного клапана (называемого далее «дополнительным клапаном»), соединенного с дополнительным эжектором, и подачи малого количества газообразного водорода из дополнительного клапана через дополнительный эжектор. Однако газообразный водород, текущий из дополнительного клапана, не вызывает пульсации давления анодной системы. Следовательно, отведение из дополнительного эжектора жидкой воды, всосанной в дополнительный эжектор вместе с отходящим газом, или жидкой воды, генерированной в результате конденсации водяного пара из-за низкотемпературного газообразного водорода, затруднительно. Соответственно, жидкая вода может оставаться в дополнительном эжекторе даже после разогрева, может замерзать, когда окружающая температура опускается ниже температуры замерзания, и может блокировать инжекцию газообразного водорода.

[0006] Изобретение предлагает систему топливного элемента, которая может легко отводить жидкую воду, которая остается в эжекторе после разогрева топливного элемента.

[0007] Система топливного элемента по изобретению содержит: топливный элемент, который имеет входное отверстие и выходное отверстие для газа-реагента, который используют для генерации электрической энергии; первое инжекторное устройство для периодической инжекции газа-реагента; второе инжекторное устройство и третье инжекторное устройство для непрерывной инжекции газа-реагента; эжектор, который имеет эжекторное отверстие для выброса газа-реагента, выпущенного из выходного отверстия, вместе с газом-реагентом, инжектированным из первого инжекторного устройства или из второго инжекторного устройства; первый проточный канал, соединяющий входное отверстие и эжекторное отверстие; второй проточный канал для направления газа-реагента, инжектированного из третьего инжекторного устройства, мимо эжектора к первому проточному каналу; и управляющее устройство, сконфигурированное для управления инжекцией первого инжекторного устройства, второго инжекторного устройства и третьего инжекторного устройства, при этом: эжектор имеет общий третий проточный канал для протекания газа-реагента, выпущенного из выходного отверстия, и газа-реагента, инжектированного из первого инжекторного устройства и второго инжекторного устройства, к эжекторному отверстию; и управляющее устройство сконфигурировано для выполнения разогрева топливного элемента путем осуществления инжекции третьего инжекторного устройства, для ограничения обратного потока газа-реагента путем инжекции второго инжекторного устройства, причем обратный поток представляет собой обратный поток, в котором газ-реагент течет из третьего инжекторного устройства в третий проточный канал через второй проточный канал, первый проточный канал и эжекторное отверстие, и для осуществления инжекции первого инжекторного устройства после завершения разогрева топливного элемента.

[0008] Имея вышеописанную конфигурацию, управляющее устройство сконфигурировано для выполнения разогрева топливного элемента путем осуществления инжекции третьего инжекторного устройства, и оно ограничивает обратный поток газа-реагента, в котором газ-реагент течет из третьего инжекторного устройства в третий проточный канал через второй проточный канал, первый проточный канал и эжекторное отверстие, путем осуществления инжекции второго инжекторного устройства. Поскольку второе инжекторное устройство и третье инжекторное устройство непрерывно инжектируют газ-реагент, обратный поток газа-реагента в эжектор ограничен. Более того, возможно осуществление разогрева при непрерывной подаче из третьего инжекторного устройства к топливному элементу газа-реагента, который не содержит примесного газа в эжекторе и который имеет высокую концентрацию.

[0009] Более того, управляющее устройство может быть сконфигурировано для осуществления инжекции первого инжекторного устройства после завершения разогрева топливного элемента. Первое инжекторное устройство периодически инжектирует газ-реагент, и топливный элемент использует газ-реагент для генерации электрической энергии. Следовательно, давление в эжекторе пульсирует из-за периодической инжекции первого инжекторного устройства.

[0010] Более того, эжектор содержит общий третий проточный канал, по которому газ-реагент, выпущенный из выходного отверстия, и газ-реагент, инжектированный из первого инжекторного устройства и второго инжекторного устройства, течет к эжекторному отверстию. Следовательно, жидкая вода, генерированная в третьем проточном канале инжекцией второго инжекторного устройства, отводится из выходного отверстия пульсацией давления из-за периодической инжекции первого инжекторного устройства.

[0011] Соответственно, система топливного элемента по изобретению может легко отводить жидкую воду, которая остается в эжекторе после разогрева топливного элемента.

[0012] В вышеописанной конфигурации управляющее устройство может быть сконфигурировано для остановки инжекции второго инжекторного устройства и третьего инжекторного устройства после завершения разогрева топливного элемента.

[0013] В вышеописанной конфигурации управляющее устройство может быть сконфигурировано для остановки инжекции первого инжекторного устройства до завершения разогрева топливного элемента.

[0014] В вышеописанной конфигурации управляющее устройство может быть сконфигурировано для осуществления инжекции второго инжекторного устройства со скоростью потока, зависящей от температуры топливного элемента во время начала разогрева топливного элемента.

[0015] В вышеописанной конфигурации эжектор может содержать первую форсунку для инжекции газа-реагента, инжектированного из первого инжекторного устройства, в третий проточный канал, и вторую форсунку для инжекции газа-реагента, инжектированного из второго инжекторного устройства, в третий проточный канал.

[0016] В вышеописанной конфигурации эжектор может содержать общую третью форсунку для инжекции в третий проточный канал газа-реагента, инжектированного из первого инжекторного устройства, и газа-реагента, инжектированного из второго инжекторного устройства.

[0017] В вышеописанной конфигурации управляющее устройство может быть сконфигурировано для осуществления разогрева топливного элемента до тех пор, пока температура топливного элемента не превысит точки замерзания.

[0018] В вышеописанной конфигурации первое инжекторное устройство может содержать инжектор, и каждое устройство из второго инжекторного устройства и третьего инжекторного устройства содержит линейный соленоидный клапан.

[0019] С помощью данного изобретения возможно легко отвести жидкую воду, которая остается в эжекторе после разогрева топливного элемента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020] Отличительные признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость иллюстративных примеров осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и при этом:

на ФИГ. 1 представлена схема конфигурации, показывающая пример системы топливного элемента;

на ФИГ. 2 представлена диаграмма, показывающая пример потока анодного газа и анодного отходящего газа во время разогрева топливного элемента;

на ФИГ. 3 представлена диаграмма, показывающая пример потока анодного газа и анодного отходящего газа во время нормальной работы топливного элемента;

на ФИГ. 4 представлена диаграмма, показывающая пример изменения от времени скоростей потока анодных газов, инжектированных из обводного линейного соленоидного клапана, вспомогательного линейного соленоидного клапана и инжектора;

на ФИГ. 5 представлена диаграмма, показывающая результат сравнения производительности инжектора и линейного соленоидного клапана;

на ФИГ. 6 представлена блок-схема, показывающая пример процесса электронного блока управления (ЭБУ);

на ФИГ. 7 представлена схема конфигурации, показывающая другой пример системы топливного элемента; и

на ФИГ. 8 представлена схема конфигурации, показывающая систему топливного элемента из сравнительного примера.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Конфигурация системы 100 топливного элемента

[0021] На ФИГ. 1 представлена схема конфигурации, показывающая пример системы 100 топливного элемента. Система 100 топливного элемента установлена, например, на транспортном средстве, работающем на топливных элементах, и содержит топливный элемент (ТЭ) 1, электродвигатель М, катодную систему 2, анодную систему 3 и управляющую систему 7. Электрическая конфигурация соединения ТЭ 1 и электродвигателя M не проиллюстрирована.

[0022] ТЭ 1 содержит слоистое тело, образованное множеством единичных ячеек, каждая из которых содержит твердый полимерный электролит. ТЭ 1 принимает подаваемый катодный газ и анодный газ и генерирует электрическую энергию путем химической реакции катодного газа и анодного газа. В данном примере осуществления воздух, содержащий кислород, используют в качестве катодного газа, и газообразный водород используют в качестве анодного газа. Анодный газ представляет собой пример газа-реагента, который используют для генерации электрической энергии. Электрическая энергия, генерированная посредством ТЭ 1, подается на электродвигатель M.

[0023] ТЭ 1 содержит впускное отверстие 11 и выпускное отверстие 12 для анодного газа и впускное отверстие 13 и выпускное отверстие 14 для катодного газа. Впускное отверстие 11 и выпускное отверстие 12 для анодного газа соединены проточным каналом L31 для анодного газа, и впускное отверстие 13 и выпускное отверстие 14 для катодного газа соединены проточным каналом L21 для катодного газа. Как проточный канал L31 для анодного газа, так проточный канал L21 для катодного газа содержат коллектор, который проходит через слоистое тело, образованное единичными ячейками, канавками, которые сформированы на разделителях единичных ячеек, и тому подобное. Впускное отверстие 11 и выпускное отверстие 12 для анодного газа представляют собой соответственно пример входного отверстия и пример выходного отверстия для газа-реагента.

[0024] Катодная система 2 подает к ТЭ 1 кислород, содержащий воздух, в качестве катодного газа. Например, катодная система 2 содержит катодную питающую трубу L20, катодную отводящую трубу L22 и воздушный компрессор 20.

[0025] Нижний по потоку концевой участок катодной питающей трубы L20 соединен с впускным отверстием 13 ТЭ 1 для катодного газа. Воздушный компрессор (ВК) 20 предусмотрен в катодной питающей трубе L20. Воздушный компрессор 20 сжимает катодный газ. Катодный газ течет по катодной питающей трубе L20 и подается в ТЭ 1, как показано стрелкой R20. Катодный газ в ТЭ 1 течет по проточному каналу L21 для катодного газа от впускного отверстия 13, как показано стрелкой R21, и используется для генерации электрической энергии путем химической реакции с анодным газом.

[0026] Верхний по потоку концевой участок катодной отводящей трубы L22 соединен с выпускным отверстием 14 ТЭ 1 для катодного отходящего газа. ТЭ 1 выпускает катодный газ, использованный для генерации электрической энергии, в виде катодного отходящего газа из выпускного отверстия 14 в катодную отводящую трубу L22. Катодный отходящий газ течет по катодной отводящей трубе L22 и выпускается во внешнее пространство, как показано стрелкой R22.

[0027] Анодная система 3 подает анодный газ к ТЭ 1. Анодная система 3 содержит анодную питающую трубу L30, анодную отводящую трубу L32, возвратную трубу L33, обводную трубу L34, отводящую трубу L35 для газа и жидкости, топливный резервуар 30, инжектор (ИНЖ) 31, вспомогательный линейный соленоидный клапан (ЛСК) 32, обводной линейный соленоидный клапан (обводной LS) 33, эжектор 4, газожидкостный сепаратор 5 и анодный выпускной клапан 6.

[0028] В топливном резервуаре 30 анодный газ хранится под высоким давлением. Топливный резервуар 30 подает анодный газ в инжектор 31, вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 и обводной линейный соленоидный клапан 33. Инжектор 31 периодически инжектирует анодный газ. Например, через равные промежутки времени инжектор 31 инжектирует анодный газ с заданной скоростью потока. Вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 и обводной линейный соленоидный клапан 33 непрерывно инжектируют анодный газ. Более того, вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 и обводной линейный соленоидный клапан 33 могут инжектировать анодный газ с произвольными скоростями потока.

[0029] Обводной линейный соленоидный клапан 33 и вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 инжектируют анодный газ в процессе разогрева ТЭ 1, и инжектор 31 инжектирует анодный газ при нормальной работе после разогрева ТЭ 1. Инжектор 31 представляет собой пример первого инжекторного устройства, вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 представляет собой пример второго инжекторного устройства, и обводной линейный соленоидный клапан 33 представляет собой пример третьго инжекторного устройства.

[0030] Инжектор 31 и вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 соединены с эжектором 4. Обводной линейный соленоидный клапан 33 соединен с анодной питающей трубой L30 через обводную трубу L34.

[0031] На ФИГ. 1 показано поперечное сечение эжектора 4 вдоль направления, в котором течет анодный газ. Эжектор 4 содержит пластинчатую крепежную деталь 40, форсунку 41 большого диаметра, форсунку 42 малого диаметра и диффузор 43. Материалом эжектора 4 является, например, нержавеющая сталь (SUS согласно японскому стандарту), но без ограничения сталью SUS.

[0032] Крепежная деталь 40 фиксирует форсунку 41 большого диаметра и форсунку 42 малого диаметра. Впускное отверстие 410 форсунки 41 большого диаметра соединено с инжектором 31 и впускное отверстие 420 форсунки 42 малого диаметра соединено с вспомогательным линейным соленоидным клапаном 32. Форсунка 41 большого диаметра инжектирует анодный газ из инжектора 31, из инжекторного отверстия в диффузор 43, и форсунка 42 малого диаметра инжектирует анодный газ из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, из инжекторного отверстия в диффузор 43. Диаметр инжекторного отверстия форсунки 41 большого диаметра больше диаметра инжекторного отверстия форсунки 42 малого диаметра. Форсунка 41 большого диаметра представляет собой пример первой форсунки, и форсунка 42 малого диаметра представляет собой пример второй форсунки.

[0033] Диффузор 43 содержит эжекторный проточный канал 44, по которому течет анодный газ, и выходное отверстие 46, которое соединено с анодной питающей трубой L30. Анодный газ, инжектированный из форсунки 41 большого диаметра и форсунки 42 малого диаметра, течет по эжекторному проточному каналу 44. Анодный газ течет по эжекторному проточному каналу 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 в вышеупомянутую анодную питающую трубу L30.

[0034] Входное отверстие 45, соединенное с возвратной трубой L33, предусмотрено на боковой поверхности диффузора 43. Возвратная труба L33 соединяет входное отверстие 45 и газожидкостный сепаратор 5. Анодный отходящий газ, который течет из газожидкостного сепаратора 5 в возвратную трубу L33, отсасывается из входного отверстия 45 в эжекторный проточный канал 44, поскольку анодный газ, инжектированный из форсунки 41 большого диаметра или форсунки 42 малого диаметра, действует в качестве движущей текучей среды. Анодный отходящий газ течет из газожидкостного сепаратора 5 во входное отверстие 45.

[0035] Анодный отходящий газ течет из входного отверстия 45 к эжекторному проточному каналу 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 к анодной питающей трубе L30 вместе с анодным газом. Эжекторный проточный канал 44 представляет собой пример общего третьего проточного канала, по которому анодный отходящий газ и газ-реагент, инжектированный из инжектора 31 и вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, текут к выходному отверстию 46, и анодный отходящий газ представляет собой пример газа-реагента, выпускаемого из ТЭ 1.

[0036] Один конец анодной питающей трубы L30 соединен с выходным отверстием 46 эжектора 4, и другой конец анодной питающей трубы L30 соединен со впускным отверстием 11 ТЭ 1 для анодного газа. Анодная питающая труба L30 представляет собой пример первого проточного канала, который соединяет впускное отверстие 11 и входное отверстие 45. Один конец обводной трубы L34, простирающийся от обводного линейного соленоидного клапана 33, соединен с серединой (см. ссылочное обозначение P) анодной питающей трубы L30. Обводная труба L34 представляет собой пример второго проточного канала, по которому анодный газ, инжектированный из обводного линейного соленоидного клапана 33, подается к анодной питающей трубе L30 без эжектора 4.

[0037] Один конец анодной отводящей трубы L32 соединен со выпускным отверстием 12 ТЭ 1 для анодного отходящего газа, и другой конец анодной отводящей трубы L32 соединен с газожидкостным сепаратором 5. Анодный отходящий газ течет по анодной отводящей трубе L32 из выпускного отверстия 12 и поступает в газожидкостный сепаратор 5.

[0038] Газожидкостный сепаратор 5 отделяет жидкую воду от анодного отходящего газа, выпущенного из выпускного отверстия 12. Один конец газожидкостной отводящей трубы L35 соединен с газожидкостным сепаратором 5, и другой конец газожидкостной отводящей трубы L35 соединен с катодной отводящей трубой L22. Анодный выпускной клапан 6 предусмотрен в газожидкостной отводящей трубе L35. Когда анодный выпускной клапан 6 открыт, жидкая вода и некоторое количество анодного отходящего газа, которые вытекают из газожидкостного сепаратора 5, текут к катодной отводящей трубе L22 по газожидкостной отводящей трубе L35 и выпускаются во внешнее пространство вместе с катодным отходящим газом, как показано стрелкой R34.

[0039] Один конец возвратной трубы L33 соединен с газожидкостным сепаратором 5, и другой конец возвратной трубы L33 соединен с входным отверстием 45 эжектора 4. Анодный отходящий газ течет по возвратной трубе L33 из газожидкостного сепаратора 5 и поступает во входное отверстие 45 эжектора 4.

[0040] Управляющая система 7 содержит ЭБУ 70, переключатель 71 зажигания, датчик 72 степени задействования акселератора и температурный датчик 73. Переключатель 71 зажигания передает ЭБУ 70 инструкции старта и остановки транспортного средства на топливных элементах. Датчик 72 степени задействования акселератора определяет степень задействования акселератора (не показан) транспортного средства на топливных элементах и передает ЭБУ 70 информацию о степени задействования акселератора. Температурный датчик 73 определяет температуру охлаждающей среды ТЭ 1 и передает ЭБУ 70 информацию о температуре охлаждающей среды. ЭБУ 70 воспринимает данные о температуре, измеренной температурным датчиком 73, как температуру ТЭ 1.

[0041] ЭБУ 70 содержит центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ЭБУ 70 электрически соединен с переключателем 71 зажигания, датчиком 72 степени задействования акселератора, температурным датчиком 73, воздушным компрессором 20, инжектором 31, вспомогательным линейным соленоидным клапаном 32, обводным линейным соленоидным клапаном 33 и анодным выпускным клапаном 6. ЭБУ 70 контролирует приведение в действие воздушного компрессора 20 и инжекцию инжектора 31, вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33.

[0042] ЭБУ 70 начинает генерацию электрической энергии ТЭ 1, когда включают переключатель 71 зажигания, и останавливает генерацию электрической энергии ТЭ 1, когда выключают переключатель 71 зажигания. Когда включают переключатель 71 зажигания, ЭБУ 70 приводит в действие компрессор 20. В момент начала генерации электрической энергии ТЭ 1, в случае, когда температура ТЭ 1 равна либо меньше заранее заданной эталонной температуры TH, ЭБУ 70 осуществляет разогрев ТЭ 1, а затем поддерживает нормальную работу ТЭ 1 после того, как температура ТЭ 1 превысит заранее заданную эталонную температуру TH. В ходе разогрева ЭБУ 70 содействует генерации тепла и повышению температуры ТЭ 1 путем уменьшения стехиометрического отношения катодного газа по сравнению с нормальным режимом работы. Более того, в ходе разогрева ЭБУ 70 может содействовать генерации тепла и повышению температуры путем остановки работы непоказанной на фигурах системы охлаждения. Далее будут описаны подача анодного газа в ходе разогрева и подача анодного газа в ходе нормального режима работы.

Разогрев ТЭ 1

[0043] На ФИГ. 2 представлена диаграмма, показывающая пример потока анодного газа и анодного отходящего газа во время разогрева ТЭ 1. На ФИГ. 2 элементы, общие с таковыми на ФИГ. 1, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описания данных элементов не приводятся.

[0044] ЭБУ 70 выполняет разогрев ТЭ 1 путем осуществления инжекции обводного линейного соленоидного клапана 33. Анодный газ, инжектированный из обводного линейного соленоидного клапана 33, вводится в анодную питающую трубу L30 без эжектора 4, как показано стрелкой R3. В такой ситуации некоторая часть анодного газа, инжектированного из обводного линейного соленоидного клапана 33, течет в обратном направлении к эжектору 4 по анодной питающей трубе L30, как показано стрелкой R30r. Текущий в обратном направлении анодный газ течет по обводной трубе L34 и анодной питающей трубе L30 и течет из выходного отверстия 46 к эжекторному проточному каналу 44.

[0045] В ответ на это ЭБУ 70 побуждает линейный соленоидный клапан 32 к осуществлению инжекции анодного газа, так что обратный поток анодного газа из обводного линейного соленоидного клапана 33 ограничивается. Анодный газ, инжектированный из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, течет по эжекторному проточному каналу 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 в анодную питающую трубу L30, как показано стрелкой R2.

[0046] Поскольку вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 и обводной линейный соленоидный клапан 33 непрерывно инжектируют газ-реагент, обратный поток газа-реагента к эжектору 4 ограничивается. Более того, возможно осуществление разогрева при непрерывной подаче из обводного линейного соленоидного клапана 33 к ТЭ 1 по анодной питающей трубе L30 газа-реагента, который не содержит примесного газа в эжекторе 4 и который имеет высокую концентрацию, как показано стрелкой R30f.

[0047] Например, ЭБУ 70 побуждает обводной линейный соленоидный клапан 33 к осуществлению инжекции анодного газа со скоростью потока в зависимости от температуры температурного датчика 73. Следовательно, возможно быстрое осуществление разогрева в зависимости от температуры ТЭ 1.

[0048] Анодный газ течет по проточному каналу L31 для катодного газа из впускного отверстия 11, как показано стрелкой R31, и используется для генерации электрической энергии путем химической реакции с катодным газом. ТЭ 1 выпускает анодный газ, использованный для генерации электрической энергии, в виде анодного отходящего газа из выпускного отверстия 12 в анодную отводящую трубу L32. Анодный отходящий газ течет по анодной отводящей трубе L32 из выпускного отверстия 12 ТЭ 1 и поступает в газожидкостный сепаратор 5, как показано стрелкой R32.

[0049] Анодный отходящий газ течет по возвратной трубе L33 из газожидкостного сепаратора 5 и течет по эжекторному проточному каналу 44 из входного отверстия 45 эжекторного проточного канала 44, как показано стрелкой R33. То есть, когда вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 инжектирует анодный газ, анодный отходящий газ отсасывается из газожидкостного сепаратора 5 в эжектор 4 по возвратной трубе L33. Анодный отходящий газ, выпущенный из ТЭ 1, содержит влагу, которая генерируется в результате генерации электрической энергии в ТЭ 1. Следовательно, в ходе разогрева в эжекторном проточном канале 44 генерируется жидкая вода m, которая не была отделена газожидкостным сепаратором 5, и жидкая вода m генерируется при охлаждении анодным газом, имеющим низкую температуру, из-за конденсации водяного пара.

[0050] Например, когда жидкая вода m остается в эжекторном проточном канале 44, существует опасность того, что жидкая вода замерзнет при температуре ниже температуры замерзания, блокируя эжекторный проточный канал 44, и того, что анодный газ будет невозможно подать к ТЭ 1 с достаточной скоростью потока во время повторного запуска системы 100 топливного элемента.

[0051] Следовательно, ЭБУ 70 отводит жидкую воду, остающуюся в эжекторном проточном канале 44, осуществляя инжекцию из инжектора 31 в режиме нормальной работы после завершения разогрева.

Нормальная работа ТЭ 1

[0052] На ФИГ. 3 представлена диаграмма, показывающая пример потоков анодного газа и анодного отходящего газа во время нормальной работы ТЭ 1. На ФИГ. 3 элементы, общие с таковыми на ФИГ. 1, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описания данных элементов не приводятся.

[0053] После завершения разогрева ТЭ 1 ЭБУ 70 осуществляет инжекцию инжектора 31. Анодный газ, инжектированный из инжектора 31, течет по эжекторному проточному каналу 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 в анодную питающую трубу L30, как показано стрелкой R1. Более того, анодный отходящий газ в возвратной трубе L33, отсасывается из входного отверстия 45 в эжекторный проточный канал 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 к анодной питающей трубе L30.

[0054] Анодный газ и анодный отходящий газ поступают в проточный канал L31 для анодного газа ТЭ 1 из анодной питающей трубы L30 через впускное отверстие 11, как показано стрелкой R30. Анодный газ и некоторое количество анодного отходящего газа используют для генерации электрической энергии.

[0055] Инжектор 31 периодически инжектирует анодный газ, и ТЭ 1 использует анодный газ для генерации электрической энергии. Следовательно, давление в эжекторе 4 пульсирует из-за периодической инжекции инжектора 31. Анодный газ, отсосанный из входного отверстия 45, анодный газ, инжектированный из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, и анодный газ, инжектированный из инжектора 31, течет по эжекторному проточному каналу 44. Следовательно, жидкая вода m, генерированная в эжекторном проточном канале 44 инжекцией вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, отводится из выходного отверстия 46 пульсацией давления из-за периодической инжекции инжектора 31.

[0056] Жидкая вода m в эжекторном проточном канале 44 течет по анодной питающей трубе L30, проточному каналу L31 для анодного газа и анодной отводящей трубе L32 и задерживается в газожидкостном сепараторе 5. Жидкая вода, находящаяся в газожидкостном сепараторе 5, отводится из катодной отводящей трубы L22 при открытии анодного выпускного клапана 6.

[0057] В нормальном режиме работы ТЭ 1 ЭБУ 70 рассчитывает значение тока, которое должен произвести ТЭ 1, например, в зависимости от степени задействования акселератора, определенной датчиком 72 степени задействования акселератора. ЭБУ 70 передает инструкцию о скорости потока катодного газа воздушному компрессору 20 и передает инструкцию о скорости потока анодного газа инжектора 31.

Изменение скорости потока анодного газа

[0058] На ФИГ. 4 представлена диаграмма, показывающая пример изменения от времени скоростей потока анодных газов, инжектированных из обводного линейного соленоидного клапана 33, вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и инжектора 31. Ссылочная позиция Ga обозначает пример изменения от времени скорости потока анодного газа из обводного линейного соленоидного клапана 33, ссылочная позиция Gb обозначает пример изменения от времени скорости потока анодного газа из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, и ссылочная позиция Gc обозначает пример изменения от времени скорости потока анодного газа из инжектора 31. Более того, ссылочная позиция Gd обозначает пример изменения от времени температуры ТЭ 1.

[0059] ЭБУ 70 осуществляет разогрев ТЭ 1 на протяжении периода времени от 0 до времени Tc и осуществляет нормальный режим работы ТЭ 1 после времени Tc. ЭБУ 70 переключает режим ТЭ 1 в зависимости от температуры, определяемой температурным датчиком 73. В качестве примера температура ТЭ 1 возрастает от температуры Tm с течением времени и превышает эталонную температуру TH в момент времени Tc.

[0060] В ходе разогрева ЭБУ 70 осуществляет инжекцию обводного линейного соленоидного клапана 33 со скоростью потока Vd в зависимости от температуры Tm ТЭ 1 в момент времени 0. Таким образом, анодный газ подается в ТЭ 1 с надлежащей скоростью потока Vd и, следовательно, температура ТЭ 1 быстро возрастает.

[0061] Более того, в ходе разогрева ЭБУ 70 осуществляет инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 со скоростью потока Vr, так что анодный газ, инжектированный из обводного линейного соленоидного клапана 33, удерживается от обратного течения в эжекторный проточный канал 44. ЭБУ 70 рассчитывает надлежащую скорость потока Vr из скорости потока Vd анодного газа, который инжектируется из обводного линейного соленоидного клапана 33. Основываясь на параметрах степени открытия вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33, ЭБУ 70 регулирует скорости потока анодного газа.

[0062] ЭБУ 70 останавливает инжекцию инжектора 31 до тех пор, пока не завершится разогрев ТЭ 1. Поскольку инжектор 31 периодически инжектирует анодный газ, давление анодного газа пульсирует, и степень циркуляции отходящего анодного газа, который отсасывается из возвратной трубы L33 в эжекторный проточный канал 44, возрастает. Когда степень циркуляции отходящего анодного газа возрастает, количество жидкой воды, которая генерируется в эжекторном проточном канале 44, также возрастает. Следовательно, предпочтительно, чтобы ЭБУ 70 останавливал инжекцию инжектор 31, но без ограничения этим. ЭБУ 70 может осуществлять инжекцию инжектора 31 с такой скоростью потока, что анодный газ для ограничения обратного потока компенсируется.

[0063] Когда температура ТЭ 1 превышает эталонную температуру TH, ЭБУ 70 осуществляет нормальную работу ТЭ 1 путем осуществления инжекции инжектора 31. Эталонная температура TH равна или превышает 0°C, что представляет собой точку замерзания. То есть ЭБУ 70 осуществляет разогрев до тех пор, пока температура ТЭ 1 не превысит точки замерзания. Это предотвращает замерзание жидкой воды, генерированной в эжекторном проточном канале 44 в ходе разогрева, и, следовательно, жидкая вода легче отводится из эжекторного проточного канала 44 инжекцией инжектора 31 по сравнению с ситуацией, когда имеется лед.

[0064] ЭБУ 70 вынуждает инжектор 31 периодически инжектировать анодный газ путем включения инжектора 31 и его выключения, например, с периодом времени f. ЭБУ 70 принимает решение о продолжительности Δt включенного состояния инжектора 31 и периоде f в зависимости от требуемой величины тока ТЭ 1. Более того, скорость потока Vn анодного газа, который инжектируется из инжектора 31, остается постоянной.

[0065] Когда инжектор 31 инжектирует анодный газ, количество анодного газа в анодной системе 3 временно возрастает и вследствие этого возрастает давление анодного газа. Однако, количество анодного газа уменьшается из-за использования для генерации электрической энергии ТЭ 1 и, следовательно, давление анодного газа уменьшается немедленно после инжекции. Соответственно, когда инжектор 31 периодически инжектирует анодный газ, давление анодного газа пульсирует в анодной системе 3. В этом случае давление в эжекторном проточном канале 44 также пульсирует и, следовательно, жидкая вода в эжекторном проточном канале 44 легко отводится из выходного отверстия 46.

[0066] Ответная реакция инжектора 31 на инструкцию от ЭБУ 70 быстрее, чем реакция вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33, и, следовательно, жидкая вода может быть эффективнее удалена путем инжекции инжектора 31.

[0067] На ФИГ. 5 представлена диаграмма, показывающая результат сравнения производительности инжектора и линейного соленоидного клапана. Непрерывная линия показывает производительность инжектора (инжектора 31), а пунктирная линия показывает производительность линейного соленоидного клапана (вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33). Инжектор представляет собой, например, электромагнитный клапан, и клапан открывается или закрывается электрическим дискретным управлением (степень открытия составляет 100 % или 0 %). В отличие от инжектора линейный соленоидный клапан допускает настройку скорости потока и, следовательно, степень открытия можно эффективно регулировать с получением произвольной степени открытия (от 0 % до 100 %).

[0068] Ссылочная позиция Ha обозначает пример изменения скорости потока анодного газа во времени. Момент Ts представляет собой момент, когда ЭБУ 70 передает инструкцию об инжекции инжектору и линейному соленоидному клапану. Время, необходимое для того, чтобы скорость потока инжектора достигла пиковой скорости потока Vp, от момента подачи инструкции Ts, короче, чем время, необходимое для того, чтобы скорость потока линейного соленоидного клапана достигла пиковой скорости потока Vp от момента подачи инструкции Ts. То есть, ответная реакция инжектора быстрее, чем таковая линейного соленоидного клапана.

[0069] Ссылочная позиция Hb обозначает пример изменения во времени разницы давления Δp между верхней по потоку стороной и нижней по потоку стороной капли воды, размещенной в проточном канале в случае инжекции инжектора и линейного соленоидного клапана. Из-за вышеупомянутой разницы в ответной реакции время, необходимое для того, чтобы разница давления Δp в инжекторе достигла максимального значения p1, меньше, чем время, необходимое для того, чтобы разница давления Δp в линейном соленоидном клапане достигла максимального значения p2. Более того, максимальное значение p1 разницы давления Δp во время инжекции инжектора больше, чем максимальное значение p2 разницы давления Δp во время инжекции линейного соленоидного клапана. Следовательно, когда ЭБУ 70 осуществляет инжекцию инжектора 31, жидкая вода отводится эффективнее, чем когда ЭБУ 70 осуществляет инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33.

[0070] Если снова обратиться к ФИГ. 4, ЭБУ 70 останавливает инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33 в режиме нормальной работы после завершения разогрева. Это ограничивает потребление анодного газа, который генерируется инжекцией вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33. Например, в случае, когда прогнозируется, что количество анодного газа недостаточно из-за того, что требуемая величина тока ТЭ 1 велика, ЭБУ 70 может осуществлять инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 и обводного линейного соленоидного клапана 33 в режиме нормальной работы.

Процесс, осуществляемый ЭБУ 70

[0071] На ФИГ. 6 представлена блок-схема, показывающая пример процесса, осуществляемого ЭБУ 70. Процесс осуществляется, когда переключатель 71 зажигания находится в выключенном состоянии и система 100 топливного элемента находится в остановленном состоянии.

[0072] ЭБУ 70 определяет, был ли включен переключатель 71 зажигания (стадия Ст1). В случае, если переключатель 71 зажигания находится в выключенном состоянии («Нет» на стадии Ст1), стадия Ст1 осуществляется снова. В случае, если переключатель 71 зажигания только что включен («Да» на стадии Ст1), ЭБУ 70 приводит в действие воздушный компрессор 20 для генерации электрической энергии ТЭ 1 (стадия Ст2). Посредством этого начинается подача катодного газа из воздушного компрессора 20 к ТЭ 1.

[0073] Затем посредством температурного датчика 73 ЭБУ 70 измеряет температуру охлаждающей среды как температуру ТЭ 1 (стадия Ст3). В случае, если температура ТЭ 1 равна или ниже эталонной температуры TH («Да» на стадии Ст4), ЭБУ 70 осуществляют разогрев ТЭ 1 (стадия Ст5 - стадия Ст8). В случае, если температура ТЭ 1 выше эталонной температуры TH («Нет» на стадии Ст4), ЭБУ 70 осуществляют нормальный рабочий режим ТЭ 1 (стадия Ст11 - стадия Ст13).

[0074] Сначала будет описан разогрев. ЭБУ 70 выключает инжектор 31 (стадия Ст5). Следовательно, подача анодного газа из инжектора 31 к ТЭ 1 не осуществляется.

[0075] Затем на основе значения температуры ТЭ 1 ЭБУ 70 рассчитывает степень открытия обводного линейного соленоидного клапана 33 (стадия Ст6). Посредством этого ЭБУ 70 определяет скорость потока анодного газа, который инжектируется из обводного линейного соленоидного клапана 33, в зависимости от температуры ТЭ 1 во время начала разогрева.

[0076] Затем ЭБУ 70 рассчитывает степень открытия вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 на основе степени открытия обводного линейного соленоидного клапана 33 так, что ограничивается обратный поток анодного газа из обводного линейного соленоидного клапана 33 к эжекторному проточному каналу 44 (стадия Ст7). Например, ЭБУ 70 рассчитывает степень открытия вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 так, что анодный газ инжектируется со скоростью потока, которая позволяет компенсировать обратный поток анодного газа.

[0077] Затем ЭБУ 70 устанавливает степень открытия обводного линейного соленоидного клапана 33 и степень открытия вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 (стадия Ст8). В результате этого обводной линейный соленоидный клапан 33 и вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 начинают инжекцию анодного газа со скоростями потока в зависимости от установленных степеней открытия (стадия Ст8). Таким образом ЭБУ 70 осуществляет инжекцию обводного линейного соленоидного клапана 33 со скоростью потока в зависимости от температуры ТЭ 1 во время начала разогрева ТЭ 1, и может быстро повысить температуру ТЭ 1.

[0078] Затем посредством температурного датчика 73 ЭБУ 70 измеряет температуру ТЭ 1 (стадия Ст9). В случае, если температура ТЭ 1 равна или ниже эталонной температуры TH («Да» на стадии Ст10), ЭБУ 70 снова измеряет температуру ТЭ 1 (стадия Ст9). В случае, если температура ТЭ 1 выше эталонной температуры TH («Нет» на стадии Ст10), ЭБУ 70 осуществляют нормальный рабочий режим ТЭ 1 (стадия Ст11 - стадия Ст13).

[0079] Затем будет описан нормальный рабочий режим. ЭБУ 70 закрывает линейный соленоидный клапан 33 и вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 (стадия Ст11). В результате этого останавливается инжекция анодного газа из обводного линейного соленоидного клапана 33 и вспомогательного линейного соленоидного клапана 32.

[0080] Затем ЭБУ 70 принимает решение о требуемой величине тока ТЭ 1 на основе, например, определенного значения от датчика 72 степени задействования акселератора и рассчитывает продолжительность включения инжектора 31 и период включения/выключения (Δt и f на ФИГ. 4) на основе требуемой величины тока (стадия Ст12). Затем ЭБУ 70 осуществляет дискретное управление инжектором 31 в соответствии с продолжительностью включения и периодом включения/выключения (стадия Ст13). В результате этого анодный газ подается к ТЭ 1 со скоростью потока в зависимости от требуемой величины тока.

[0081] Затем ЭБУ 70 определяет, был ли выключен переключатель 71 зажигания (стадия Ст14). В случае, если переключатель 71 зажигания находится во включенном состоянии («Нет» на стадии Ст14), стадии Ст12 - Ст14 осуществляются снова. В случае, если переключатель 71 зажигания был выключен («Да» на стадии Ст14), ЭБУ 70 выключает инжектор 31 (стадия Ст15) и останавливает воздушный компрессор 20 (стадия Ст16). В результате этого останавливается генерация электрической энергии ТЭ 1.

Другая система топливного элемента

[0082] В вышеописанной системе 100 топливного элемента эжектор 4 содержит форсунку 41 большого диаметра и форсунку 42 малого диаметра, которые установлены отдельно друг от друга и которые соединены соответственно с инжектором 31 и вспомогательным линейным соленоидным клапаном 32. То есть эжектор 4 содержит форсунку 41 большого диаметра, из которой анодный газ, инжектированный из инжектора 31, инжектируется в эжекторный проточный канал 44, и форсунку 42 малого диаметра, из которой анодный газ, инжектированный из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, инжектируется в эжекторный проточный канал 44. Следовательно, возможно регулировать подходящие разные инжектированные количества, а именно количество, инжектированное из форсунки 41 большого диаметра и количество, инжектированное из форсунки 42 малого диаметра. Однако, без ограничения этим, инжектор 31 и вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 могут быть соединены с общей форсункой.

[0083] На ФИГ. 7 представлена схема конфигурации, показывающая другой пример системы 100а топливного элемента. На ФИГ. 7 элементы, общие с таковыми на ФИГ. 2, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описания данных элементов не приводятся.

[0084] Система 100a топливного элемента содержит эжектор 4a, содержащий единственную форсунку 41a, вместо эжектора 4. Инжектор 31 и вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 соединены с впускным отверстием 410a форсунки 41a через вилкообразную соединяющую трубу L4. Следовательно, анодный газ, инжектированный из инжектора 31 или из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, течет из форсунки 41a в эжекторный проточный канал 44, как показано стрелкой R4. Форсунка 41a представляет собой пример третьей форсунки.

[0085] Таким образом, эжектор 4a содержит общую форсунку 41a, из которой анодный газ, инжектированный из инжектора 31, и анодный газ, инжектированный из вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, инжектируются в эжекторный проточный канал 44. Следовательно, размер эжектора 4a может быть меньше, чем размер эжектора 4, содержащего форсунку 41 большого диаметра и форсунку 42 малого диаметра.

Система топливного элемента сравнительного примера

[0086] На ФИГ. 8 представлена схема конфигурации, показывающая систему 100x топливного элемента сравнительного примера. На ФИГ. 8 элементы, общие с таковыми на ФИГ. 1, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описания данных элементов не приводятся.

[0087] Система 100x топливного элемента вместо эжектора 4 содержит эжекторы 4j, 4k, соединенные с инжектором 31 и вспомогательным линейным соленоидным клапаном 32. Каждый из эжекторов 4j, 4k имеют такую же структуру, что и эжектор 4a, показанный на ФИГ. 7.

[0088] Выходные отверстия 46 эжекторов 4j, 4k соединены со впускным отверстием 11 ТЭ 1 через вилкообразную анодную питающую трубу L30x. Более того, входные отверстия 45 эжекторов 4j, 4k соединены с газожидкостным сепаратором 5 через вилкообразную возвратную трубу L33x.

[0089] Когда инжектор 31 инжектирует анодный газ, анодный отходящий газ течет по возвратной трубе L33x из газожидкостного сепаратора 5 и отсасывается из входного отверстия 45 в эжектор 4j, как показано стрелкой R33j. Анодный газ, инжектированный из инжектора 31, течет по эжекторному проточному каналу 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 к анодной питающей трубе L30x вместе с анодным отходящим газом, отсосанным из входного отверстия 45.

[0090] Когда вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 и инжектор 31 инжектируют анодный газ, анодный отходящий газ течет по возвратной трубе L33x из газожидкостного сепаратора 5 и отсасывается из входного отверстия 45 в эжектор 4k, как показано стрелкой R33k. Анодный газ, инжектированный из инжектора 31, течет по эжекторному проточному каналу 44 и эжектируется из выходного отверстия 46 к анодной питающей трубе L30x вместе с анодным отходящим газом, отсосанным из входного отверстия 45.

[0091] ЭБУ 70 осуществляет разогрев ТЭ 1 путем непрерывного осуществления инжекции обводного линейного соленоидного клапана 33 и вспомогательного линейного соленоидного клапана 32. В такой ситуации анодный газ, инжектированный из обводного линейного соленоидного клапана 33, течет в обратном направлении к эжекторам 4j, 4k, как показано стрелкой R30r.

[0092] ЭБУ 70 осуществляет инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 так, что ограничивается обратный поток анодного газа. Посредством этого анодный газ, инжектированный из обводного линейного соленоидного клапана 33, течет к впускному отверстию 11 ТЭ 1, как показано стрелкой R30f.

[0093] В такой ситуации анодный отходящий газ течет из входного отверстия 45 в эжектор 4k. Следовательно, когда ЭБУ 70 останавливает инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 во время завершения разогрева, жидкая вода, содержавшаяся в анодном отходящем газе, остается в эжекторном проточном канале 44 эжектора 4k.

[0094] После завершения разогрева ЭБУ 70 осуществляет нормальный рабочий режим ТЭ 1 путем периодического осуществления инжекции инжектором 31. В такой ситуации анодный отходящий газ течет из входного отверстия 45 в эжектор 4j, и жидкая вода генерируется в эжекторном проточном канале 44. Однако, поскольку инжекция инжектором 31 осуществляется периодически, давление анодного газа пульсирует, и жидкая вода в эжекторном проточном канале 44 легко отводится из выходного отверстия 46.

[0095] В сравнительном примере эжектор 4j, соединенный с инжектором 31, и эжектор 4k, соединенный со вспомогательным линейным соленоидным клапаном 32, установлены без соединения друг с другом. Следовательно, жидкая вода остается в эжекторе 4k после остановки инжекции вспомогательного линейного соленоидного клапана 32. Даже если инжекция вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 продолжается в нормальном режиме работы, инжекция осуществляется непрерывно. Следовательно, давление анодного газа не пульсирует, в отличие от ситуации с инжектором 31. Следовательно, выпуск жидкой воды, находящейся в эжекторе 4k, затруднен.

[0096] Для решения этой проблемы вышеописанные системы 100, 100a топливного элемента снабжены общими эжекторами 4, 4a, соединенными с инжектором 31 и вспомогательным линейным соленоидным клапаном 32. Хотя ЭБУ 70 непрерывно осуществляет инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32 в ходе разогрева, ЭБУ 70 периодически осуществляет инжекцию инжектором 31 после разогрева. Следовательно, в отличие от сравнительного примера, жидкая вода в эжекторах 4, 4a легко отводится за счет пульсации давления анодного газа благодаря инжекции инжектора 31.

[0097] Как описано выше, ЭБУ 70 осуществляет разогрев ТЭ 1 путем осуществления инжекции обводного линейного соленоидного клапана 33 и осуществляет инжекцию вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, так что обратный поток анодного газа из обводного линейного соленоидного клапана 33 к эжекторам 4, 4a ограничивается. Поскольку вспомогательный линейный соленоидный клапан 32 и обводной линейный соленоидный клапан 33 непрерывно инжектируют анодный газ, обратный поток анодного к эжекторам 4, 4a ограничивается. Более того, возможно осуществление разогрева при непрерывной подаче из обводного линейного соленоидного клапана 33 к ТЭ 1 анодного газа, который не содержит примесного газа в эжекторах 4, 4a и который имеет высокую концентрацию.

[0098] Более того, после завершения разогрева ТЭ 1, ЭБУ 70 осуществляет инжекцию инжектора 31. Инжектор 31 периодически инжектирует анодный газ и ТЭ 1 использует анодный газ для генерации электрической энергии. Следовательно, давление в эжекторах 4, 4a пульсирует из-за периодической инжекции инжектора 31.

[0099] Более того, эжекторы 4, 4a содержат общий эжекторный проточный канал 44, по которому анодный отходящий газ, выпущенный из выпускного отверстия 12 ТЭ 1, и анодный газ, инжектированный из инжектора 31 и вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, текут к выходному отверстию 46. Следовательно, жидкая вода, генерированная в эжекторном проточном канале 44 инжекцией вспомогательного линейного соленоидного клапана 32, отводится из выходного отверстия 46 пульсацией давления из-за периодической инжекции инжектора 31.

[0100] Соответственно, системы 100, 100a топливного элемента в примере осуществления изобретения могут легко отводить жидкую воду, которая остается в эжекторах 4, 4a после разогрева ТЭ 1.

[0101] Вышеописанный пример осуществления изобретения представляет собой иллюстративный предпочтительный пример осуществления изобретения. Изобретение не ограничено данным примером осуществления и могут быть внесены различные изменения в пределах сущности настоящего изобретения.

Изобретение относится к системе топливного элемента. Система топливного элемента содержит: топливный элемент, который имеет входное отверстие и выходное отверстие для газа-реагента; первое инжекторное устройство для периодической инжекции газа-реагента; второе и третье инжекторные устройства для непрерывной инжекции газа-реагента; эжектор, который имеет эжекторное отверстие для газа-реагента из первого или второго инжекторного устройства и выходного отверстия; первый проточный канал, соединяющий входное отверстие и эжекторное отверстие; второй проточный канал для направления газа-реагента из третьего инжекторного устройства к первому проточному каналу мимо эжектора; и управляющее устройство, которое выполняет разогрев путем осуществления инжекции третьего инжекторного устройства, осуществляет инжекцию второго инжекторного устройства и осуществляет инжекцию первого инжекторного устройства после завершения разогрева. Техническим результатом является отвод жидкости, которая остается в эжекторе после разогрева топливного элемента. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система топливного элемента, содержащая:

топливный элемент, который имеет входное отверстие и выходное отверстие для газа-реагента, который используют для генерации электрической энергии;

первое инжекторное устройство для периодической инжекции газа-реагента;

второе инжекторное устройство и третье инжекторное устройство для непрерывной инжекции газа-реагента;

эжектор, который имеет эжекторное отверстие для выброса газа-реагента, выпущенного из выходного отверстия, вместе с газом-реагентом, инжектированным из первого инжекторного устройства или из второго инжекторного устройства;

первый проточный канал, соединяющий входное отверстие и эжекторное отверстие;

второй проточный канал для направления газа-реагента, инжектированного из третьего инжекторного устройства, мимо эжектора к первому проточному каналу; и

управляющее устройство, сконфигурированное для управления инжекцией первого инжекторного устройства, второго инжекторного устройства и третьего инжекторного устройства, при этом:

эжектор имеет общий третий проточный канал для протекания газа-реагента, выпущенного из выходного отверстия, и газа-реагента, инжектированного из первого инжекторного устройства и второго инжекторного устройства, к эжекторному отверстию; и

управляющее устройство сконфигурировано для выполнения разогрева топливного элемента путем осуществления инжекции третьего инжекторного устройства, для ограничения обратного потока газа-реагента путем инжекции второго инжекторного устройства, причем обратный поток представляет собой обратный поток, в котором газ-реагент течет из третьего инжекторного устройства в третий проточный канал через второй проточный канал, первый проточный канал и эжекторное отверстие, и для осуществления инжекции первого инжекторного устройства после завершения разогрева топливного элемента.

2. Система топливного элемента по п. 1, в которой управляющее устройство сконфигурировано для остановки инжекции второго инжекторного устройства и третьего инжекторного устройства после завершения разогрева топливного элемента.

3. Система топливного элемента по п. 1 или 2, в которой управляющее устройство сконфигурировано для остановки инжекции первого инжекторного устройства до завершения разогрева топливного элемента.

4. Система топливного элемента по п. 1 или 2, в которой управляющее устройство сконфигурировано для осуществления инжекции второго инжекторного устройства со скоростью потока, зависящей от температуры топливного элемента во время начала разогрева топливного элемента.

5. Система топливного элемента по п. 1 или 2, в которой эжектор содержит первую форсунку для инжекции газа-реагента, инжектированного из первого инжекторного устройства, в третий проточный канал, и вторую форсунку для инжекции газа-реагента, инжектированного из второго инжекторного устройства, в третий проточный канал.

6. Система топливного элемента по п. 1 или 2, в которой эжектор содержит общую третью форсунку для инжекции в третий проточный канал газа-реагента, инжектированного из первого инжекторного устройства, и газа-реагента, инжектированного из второго инжекторного устройства.

7. Система топливного элемента по п. 1 или 2, в которой управляющее устройство сконфигурировано для осуществления разогрева топливного элемента до тех пор, пока температура топливного элемента не превысит точки замерзания.

8. Система топливного элемента по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что:

первое инжекторное устройство содержит инжектор; и

каждое устройство из второго инжекторного устройства и третьего инжекторного устройства содержит линейный соленоидный клапан.

9. Система топливного элемента по п. 1 или 2, дополнительно содержащая резервуар для топлива, при этом:

первое инжекторное устройство предусмотрено на четвертом проточном канале, соединяющем топливный резервуар и эжектор и предназначенном для протекания газа-реагента; и

второе инжекторное устройство и третье инжекторное устройство расположены на втором проточном канале.