專利名稱：氫供給設(shè)備和用于控制氫供給設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫供給設(shè)備和用于控制氫供給設(shè)備的方法。 相關(guān)技術(shù)描述
在常規(guī)的氫供給設(shè)備中，例如在日本專利申請公開2004-111167 (JP-A-2004-111167)中提出的，響應(yīng)于在包括氳供給目標(例如，燃料 電池)的加臭處理的氫的循環(huán)回路中流動的氫中的加臭劑濃度，將含有 高濃度加臭劑的氫添加到從罐中釋放的純氫中并供給到加臭劑處理的 氫循環(huán)回路，以控制供給到氫供給目標的氫中的加臭劑濃度。
在日本專利申請公開2004-111167 (JP-A-2004-111167)中描述的技術(shù) 中，需要儲存混有高濃度加臭劑的氫的加臭劑處理的氫的罐。因為加臭 劑處理的氫的罐儲存氫和加臭劑，所以當它的尺寸增加時導(dǎo)致系統(tǒng)尺寸 增加?？紤]到這點，因為如果使加臭劑處理的氫的罐變小，則儲存的加 臭劑的量少于如果只儲存加臭劑時的量，所以更新含有加臭劑處理的氫 的罐(替換加臭劑處理的氫的罐)的周期可能變短。此外，在日本專利 申請公開2004-111167 (JP-A-2004-111167)的技術(shù)中，因為未考慮與純氫 混合的加臭劑處理的氫的量，所以在供給到加臭劑處理的氫的循環(huán)回路 中的氫中的加臭劑濃度可能出現(xiàn)變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供可以抑制設(shè)備的尺寸增加并且可以延長更新含有加臭 劑的加臭劑罐的周期的氫供給設(shè)備和控制方法。
本發(fā)明還提供能夠?qū)⒁种屏思映魟舛炔痪鶆虻臍涔┙o到氫供給 目標的氫供給設(shè)備和控制方法。
本發(fā)明的諸多方面采用以下構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的氫供給設(shè)備包括氫罐；氫供給通路，來自該氫罐的氫經(jīng)由該氫供給通路供給到氫供給目標；從所述氫供給通路分 支出的分支通路，從該氫罐供給的氫的一部分在所述分支通路中流動； 用于將加臭劑添加到在所述分支通路中流動的氫中的添加裝置；儲存加 臭劑處理的氫的緩沖罐；和用于將儲存在所述緩沖罐中的加臭劑處理的 氫供給到所述氫供給通路的供給裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在分支通路中將加臭劑添加到氫中，然后 在將其儲存在緩沖罐中以達到均勻的加臭劑濃度之后，將所述緩沖罐中 的加臭劑處理的氫送到氫供給通路并與在所述氫供給通路中流動的氫 混合。這樣，就不需要如常規(guī)技術(shù)中的加臭劑處理的氫的罐，由此能夠 減小設(shè)備尺寸，并且延長更新含有加臭劑的罐的周期。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的氫供給目標是燃料電池，其中供給裝置可以 根據(jù)所述燃料電池中氫的消耗量將加臭劑處理的氫供給到氫供給通路。 或者，才艮據(jù)本發(fā)明第一方面的供給裝置可以基于作為氫供給目標的燃料 電池中產(chǎn)生的電流將一定量的加臭劑處理的氫供給到氫供給通路。這 樣，可以與氫消耗量和產(chǎn)生的電流成比例地將加臭劑添加到氫中，由此 抑制了氫中的加臭劑濃度不均勻。
根據(jù)本發(fā)明的第 一 方面，可以將具有與氫供給通路相關(guān)的孔的中空 纖維模塊設(shè)置在氫供給通路中，并且供給裝置可以將加臭劑處理的氫供 給到所述中空纖維模塊中。這樣，可以將擴散于中空纖維模塊中的加臭 劑處理的氫混合到在氫供給通路中流動的氫中，由此將加臭劑均勻地混 合到氫中。
根據(jù)本發(fā)明第 一 方面的氫供給設(shè)備還可以包括用于調(diào)節(jié)在氫供給 通路中流動的氫和通過供給裝置供給到氳供給通路中的加臭劑處理的 氫之間的接觸表面積的裝置。這樣，可以調(diào)節(jié)相對于氫的加臭劑的供給 量。
本發(fā)明的第一方面可以是如下構(gòu)造其中設(shè)置有具有與氫供給通路 相關(guān)的孔的多個中空纖維模塊，每個中空纖維模塊可以具有不同的孔表 面積。此外，供給裝置可以包括將加臭劑處理的氫供給到中空纖維模塊 中的多個供給入口。本發(fā)明的第一方面還可以包括設(shè)置在氫供給通路和分支通路的分 支點上游的氫流量測量裝置，并且可以配置為使得添加裝置根據(jù)由氫流 量測量裝置測量的氫流量添加加臭劑。這樣，可以根據(jù)供給到燃料電池 的氫的量添加加臭劑.
根據(jù)本發(fā)明第 一方面的添加裝置的構(gòu)造還可以包括加臭劑儲罐和 閥，所述閥在關(guān)閉時阻斷分支通路和加臭劑罐之間的流動，在打開時形 成將在分支通路中流動的氫的一部分引入到加臭劑儲罐中的流動通路， 并且引入到加臭劑儲罐中的氫在與加臭劑儲罐中的加臭劑接觸之后返 回分支通路。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的添加裝置的構(gòu)造還可以包括加臭劑儲罐、設(shè) 置在分支通路中并具有與分支通路相關(guān)的孔開口的中空纖維模塊、和用 于將加臭劑儲罐中的加臭劑供給到所述中空纖維模塊中的加臭劑供給 裝置。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的添加裝置可以包括加臭劑儲罐、設(shè)置在分支 通路中并具有相對于所述分支通路的孔的多個中空纖維模塊、和用于將 所述加臭劑儲罐中的加臭劑供給到所述中空纖維模塊中的多個加臭劑 供給裝置。該多個中空纖維模塊可以具有相互不同的孔表面積。
通過采用上述的添加裝置構(gòu)造，可以將抑制了加臭劑濃度不均勻性 的加臭劑處理的氫供給到緩沖罐中。這可以使緩沖罐的容量變小。
本發(fā)明的第二方面是用于控制第一方面的氫供給設(shè)備中的氫供給 的方法，該方法包括根據(jù)氫供給目標中的氫消耗量將加臭劑處理的氫供 給到氫供給通路。


參照附圖，從以下示例性實施方案的說明中，本發(fā)明的前述和其它 特征和優(yōu)點會變得明顯，附圖中類似的附圖標記用于表示類似的要素/
元件，其中
圖l顯示可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的氫供給^:備的燃料電 池系統(tǒng)的構(gòu)造；
8圖2顯示將儲存在緩沖罐中的加臭劑處理的氫供給到主管的構(gòu)造實
例l;
圖3是顯示燃料電池電流值(氫消耗量)和注入量之間的關(guān)系的圖； 圖4顯示將儲存在緩沖罐中的加臭劑處理的氫供給到主管的構(gòu)造實
例2;
圖5顯示將儲存在緩沖罐中的加臭劑處理的氫供給到主管的構(gòu)造實
例3;
圖6顯示圖1所示的添加單元的構(gòu)造實例1;
圖7顯示圖1所示的添加單元的構(gòu)造實例2;以及
圖8顯示圖1所示的添加單元的構(gòu)造實例3。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施方案。這些實施方案是舉例，并且不 限制本發(fā)明實施方案的構(gòu)造。
現(xiàn)在將利用使用氫作為燃料氣體的燃料電池系統(tǒng)概述本發(fā)明的 一個實 施方案，其中將加臭劑添加到氫氣中以有利于檢測氫的泄漏。在該實施方 案中，將描述響應(yīng)于燃料電池的氫消耗量(燃料電池電流)將少量加臭劑 添加到氫中的氫供^i殳備和控制該氫供^i殳備的方法。
該實施方案的氬供^i殳備具有以下特征。在緩沖罐中混合(攪動)氫 (H2)和加臭劑，并且響應(yīng)于氫消耗量(燃料電池電流)將緩沖罐中的加 臭劑處理的氫輸送到(例如，注入)氬供給通路再通到燃料電池。通過利 用碟岡和具有不同孔表面積(孔直徑和孔密度)的中空纖維調(diào)節(jié)氫和加臭 劑之間的接觸表面，以調(diào)節(jié)氳中的加臭劑濃度。
現(xiàn)在將描述燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造。圖l顯示使用根據(jù)本發(fā)明的氬供給 設(shè)備的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造的一個實例。圖1所示的燃料電池系統(tǒng)安M 車輛上，但是該氫供給i殳備也可以應(yīng)用到固定式燃料電池系統(tǒng)。圖l所示 的燃料電池1是固體聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFC )，但是在應(yīng)用中本發(fā) 明不限于PEFC。本發(fā)明可以應(yīng)用到除了燃料電^外的氫供給目標，在圖1中，燃料電池l具有通過堆疊多個單電池形成的電池堆。每個 單電池具有固體聚合物電解質(zhì)膜、從每側(cè)夾住固體聚合物電解質(zhì)膜的燃料
電極(陽極)和空氣電極(氧化劑電極陰極)、和夾住燃料電極和空氣 電極的燃料電極側(cè)隔離器(隔板)和空氣電極側(cè)隔離器。
燃料電極具有擴散層和催化劑層。含氫燃料例如氫氣或富氫氣體通過 燃料供給系統(tǒng)供給到燃料電極。供給到燃料電極的燃料在擴M中擴散并 到達催化劑層。在催化劑層中，氫分離成質(zhì)子(氫離子)和電子。氫離子 穿過固體聚合物電解質(zhì)膜，并且移動到空氣電極，而電子穿過外部電路并 移動到空氣電極。
空氣電極具有擴散層和催化劑層，并且氧化氣體諸如空氣通過氧化氣 體供給系統(tǒng)供給到空氣電極。供給到空氣電極的氧化氣體通過擴散層擴散 并到達催化劑層。在催化劑層中，氧化氣體、穿過固體聚合物電解質(zhì)膜并 到達空氣電極的氫離子、和穿過外部電路并到達空氣電極的電子之間的反 應(yīng)生成水.在燃料電極和空氣電極處發(fā)生反應(yīng)時穿過外部電路的電子用作 用于連接在燃料電池1的電池堆的端子之間的負荷2的電能。
燃料供給/排放系統(tǒng)連接到燃料電池l以供給和排放燃料。燃料電池l 還連接到供給和排放氧化劑的氧化劑供給/排放系統(tǒng)。在圖1中，顯示了燃 料供給/排放系統(tǒng)，其構(gòu)造將在下文描述。
燃料供給系統(tǒng)具有氫供給通路，該氫供給通路將在高壓下儲存于氬罐 3中的氫氣從氫罐3供給到設(shè)置在燃料電池1中的燃料入口 。氫供給通路 具有連接到氫罐3并調(diào)節(jié)從氫罐3供給的氫氣流動量的調(diào)節(jié)閥4、測量流 過調(diào)節(jié)閥4的氫流動量的氫流量計(HFM) 5、和連接氫流量計5和燃料 電池l的管6。
氫供給系統(tǒng)還具有從氫供給通路分支出來的分支通路。分支通路具有 從管6分支出來的分支管7;連接到分支管7的泵8;管9;通過管9連接 到泵8的用于添加加臭劑的添加單元10;儲存已經(jīng)通過添加單元10添加 加臭劑的氫(加臭劑處理的氫)的緩沖罐ll;和用作將加臭劑處理的氫從 緩沖罐11注入(供給)到管6中的供給裝置的注入器13。
燃料排放系統(tǒng)具有以下構(gòu)造。排放閥(例如，電磁閥)15通過管14 連接到燃料電池1的燃料出口 。排放閥15通過管16A連接到稀釋器16。 循環(huán)泵18通過分支管17連接到管14,循環(huán)泵18通過管19連接到管6。通過采用該構(gòu)造，當排放閥15處于關(guān)閉狀態(tài)時，通過驅(qū)動循環(huán)泵18，從 燃料電池1排出的氫氣穿過管17、循環(huán)泵18、管19和管6，并再次供給 到燃料電池l，使得氫氣通過循環(huán)通路循環(huán)穿過燃料電池l。相反地，當排 放岡15打開時，排放到管14的氫氣穿過排放閥15并到達稀釋器16，并 且在稀釋后排放到大氣。
燃料供給/排放系統(tǒng)的運行由控制系統(tǒng)控制?？刂葡到y(tǒng)具有用作控制裝 置的ECU (電子控制單元)20。 ECU 20包拾漆如CPU的處理器、存儲執(zhí) 行程序時使用的程序和數(shù)據(jù)的儲存器件(存儲器，例如易失性存儲器)、 和1/0 (輸A/輸出)接口。
ECU 20通過執(zhí)行存儲在存儲器件中的程序的處理器來控制燃料供給/ 排放系統(tǒng)的運行。在執(zhí)^序時，使用預(yù)先存儲在存儲器件中的數(shù)據(jù)，來 自氫流量計5的氫氣流量輸入和通過與燃料電池1串聯(lián)連接的安培計12 測量的燃料電池l產(chǎn)生的電流(燃料電池電流)。ECU20設(shè)置為接收來自 氫流量計5的指示氫氣流動量的信號和來自安培計12的指示燃料電池電流 值的信號(這些信號在圖1中由虛線箭頭顯示)。
ECU 20根據(jù)程序進行控制，例如調(diào)節(jié)閥4的打開/關(guān)閉控制和打開度 調(diào)節(jié)(氫氣流動量的調(diào)節(jié))、泵8和循環(huán)泵18的開/關(guān)和轉(zhuǎn)動量(噴射量) 控制、排放泵15的打開/關(guān)閉控制、注入器13的IMt控制、和通過添加單 元10添加的加臭劑的量的調(diào)節(jié)。為此，ECU20將控制信號(參考圖1中 的虛線箭頭)提供給調(diào)節(jié)閥4、泵8、添加單元IO、注入器13、排放閥15 和循環(huán)泵18。
現(xiàn)在將描述氬供^i殳備的構(gòu)造。在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中，形成 氫供給通路和分支通路的組成元件形成根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的氫供 ^i殳備，其構(gòu)造在下文詳述。
在圖1中，當燃料電池l運行時，來自氬罐3的氫氣經(jīng)過氫供給通路 供給到燃料電池1。當ECU 20打開調(diào)節(jié)閥4時，從氬罐3供給的氳氣流 到壓力低的調(diào)節(jié)閥4的下游(在圖1中，氫氣用直線箭頭表示)。氫氣穿過 管6(主管)，供給到燃料電池l用于發(fā)電。當出現(xiàn)這種情況時，ECU 20 關(guān)閉排放閥15，并且按需驅(qū)動循環(huán)泵18以在循環(huán)回路中循環(huán)氬氣。
然后，ECU20驅(qū)動泵8以將在管6中流動的氫氣的一部分抽吸到分支 通路(管(子管)側(cè))，作為添加裝置的添加單元10將加臭劑添加(注入)
ii到氫氣中，該添加了加臭劑的氫氣被送到緩沖罐11。在緩沖罐ll中，氫
氣和加臭劑混合在一起以獲得均勻的加臭劑濃度。ECU 20將控制信號提 供給作為供給裝置的注入器13，以使注入器13將容納在緩沖罐11中的加 臭劑處理的氫氣注入到管6中(參考圖2中所示的構(gòu)造實例1)。這樣，注 入器13下游的管6內(nèi)部接收加臭劑處理的氫氣流，該加臭劑處理的氫氣流 供給到燃料電池l(在圖l和圖2中，加臭劑處理的氫氣用鏈線箭頭表示)。
基于通過安培計12測量的燃料電池1產(chǎn)生的電流(燃料電池電流，該 電流可處理為與燃料電池l中的氫氣消耗量等同)控制注入器13的IMt， 并且根據(jù)所產(chǎn)生的電流控制氫氣的流量。
在該情況下，燃料電池的電流值(例如，每單位時間的累積電流值) 和來自氫罐3的氫流動量(供給到燃料電池1的氫流動量)成比例地相關(guān)。 也就是說，控制氫的供給，使得產(chǎn)生的燃料電池的電流越大，供給到燃料 電池l的氫氣越多。根據(jù)從安培計12接收的燃料電池電流值，ECU 20調(diào) 節(jié)調(diào)節(jié)閥4的打開度以使流到下游(到主管6)的氫氣的量與燃料電池電 流值成比例。流過調(diào)節(jié)閥4的氬氣流動量通過氫流量計5測量，并且通知 到ECU 20。
ECU 20控制添加單元10的操作以添加與氬氣流動量成比例的量的加 臭劑。ECU 20控制注入器13的注入操作，以在穿過管6然后供給到燃料 電池l的氫氣中獲得均勻的加臭劑濃度。
注入器13設(shè)置為每次注入中將少量的加臭劑處理的氫注入到管6中。 例如，ECU 20根據(jù)通過氫流量計5測量的氫氣流量改變注入的加臭劑處 理的氫的量或注入器13的注入次數(shù)。圖3是顯示燃料電池電流值(氫消耗 量)和注入量之間的關(guān)系的圖。例如，如圖3中所示，ECU 20控制注入 器13的注入量使之與燃料電池電流值(氫消耗量)成比例。以該方式，調(diào) 節(jié)加臭劑和氫的混合比，以給燃料電池1供給具有均勻的加臭劑濃度的加 臭劑處理的氫氣。
在該實施方案中，所示的實例為即使液態(tài)加臭劑累積在緩沖罐11中， 應(yīng)用注入器13也使得可以霧化加臭劑并供給到管6中的實例。只要可以調(diào) 節(jié)供給到管6中的加臭劑處理的氫氣的量，就可以應(yīng)用諸如電磁閥的閥代 替注入器13。
添加單元10具有儲存加臭劑的加臭劑罐。加臭劑罐內(nèi)的加臭劑與在分支通路(管9)中流動的氫氣接觸以將加臭劑添加到氫氣中?？梢詫⒓映?劑以氣體、液體或固體(皿)的形式儲存在加臭劑罐中。加臭劑罐的容 量可以小于儲存加臭劑處理的氫的罐的容量。具體地，當儲存液體或固體 (亂歐)形式的加臭劑時，可以使加臭劑罐較小，并且可以延長加臭劑罐 的更新時間周期(加臭劑更新周期)。
添加單元10通過例如使加臭劑罐中的加臭劑與流過管9的氫氣接觸來 添加加臭劑?；蛘?，添加單元10的構(gòu)造可以使得添加單元10通過將氣體 或霧狀加臭劑注入管9內(nèi)的氫氣流中來添加加臭劑。
緩沖罐11例如可以通it^添加單元10引入的氫氣和其內(nèi)壁處的加臭 劑之間的碰撞在緩沖罐ll中引起旋渦，由此攪拌加臭劑并且將其均勻地分 散到整個氫氣中。或者，可以采用在緩沖罐11中設(shè)置攪拌葉片(攪拌構(gòu)件) 以在緩沖罐11中混合氫氣和加臭劑的構(gòu)造。
圖2顯示構(gòu)造實例1，其中注入器13只是將加臭劑處理的氫氣直接注 入管6中?？梢詰?yīng)用圖4的結(jié)構(gòu)(構(gòu)造實例2)來代替該構(gòu)造實例1。圖4 顯示了構(gòu)造實例2，其中將加臭劑處理的氫氣供給到管6(主管)中。如圖 4所示，在構(gòu)造實例2中，中空纖維模塊21設(shè)置在管6內(nèi)部，從注入器13 的噴嘴注入的加臭劑處理的氫被注入到中空纖維模塊21中。
中空纖維模塊21具有圓筒形狀，并且在壁表面上沿其周邊方向上具有 與中空纖維模塊21的內(nèi)部連通的多個通孔22。中空纖維模塊21的內(nèi)部和 管6的內(nèi)部通過孔22連通。注入中空纖維模塊21中的加臭劑處理的氫氣 擴散然后穿過孔22流出并i^管6中，加臭劑處理的氫在管6中與在管6 中流動的氫氣混合。通過采用這種類型的構(gòu)造，可以使來自緩沖罐ll的加 臭劑處理的氫氣與在管6中流動的氫氣均勻混合。
通過將前述構(gòu)造與基于燃料電池電流的注入量控制相結(jié)合，與將加臭 劑處理的氫氣直接注入管6中的構(gòu)造(參考圖2)相比，可以更精確地控 制氫氣和加臭劑的混合比例，并且可以在供給到燃料電池l的加臭劑處理 的氫氣中獲得均勻的加臭劑濃度。尤其是，利用上述構(gòu)造，可以獲得均勻 的加臭劑濃度，即使在管6中流動的氫氣流速不均勻時也是如此。
可以使用圖5所示的構(gòu)造代替圖4中所示的構(gòu)造實例2。圖5顯示與 加臭劑處理的氫氣供給到管6(主管)相關(guān)的構(gòu)造實例3。在圖5所示的構(gòu) 造實例3中，在緩沖罐11和管6之間設(shè)置與這兩個元件連通的多個注入器(在圖5中示例性顯示為注入器13A、 13B和13C)。在管6中還另外拔^供 與注入器13A、 13B和13C配對的多個中空纖維模塊21A、 21B和21C。
中空纖維模塊21A、 21B和21C具有多個孔22，該孔22連通中空纖 維模塊的內(nèi)部和管6的內(nèi)部。中空纖維模塊21A、 21B和21C設(shè)置為相對 于管6具有相互不同的孔表面積。例如，該構(gòu)造為不同中空纖維模塊之間 的模塊表面中的孔比例(孔密度，即每單位表面積的孔數(shù))不同的構(gòu)造。 或者，該構(gòu)造為不同中空纖維模塊之間的孔直徑不同的構(gòu)造。或者，該構(gòu) 造為不同中空纖維模塊之間的孔密度和孔直徑不同的構(gòu)造.孔表面積表示 為孔22的總表面積的值。在圖5所示的實例中，應(yīng)用了中空纖維模塊的孔 表面積以中空纖維模塊21C、 21B和21A的順序增加的構(gòu)造.孔表面積形 成模塊內(nèi)加臭劑處理的氫氣和管6中的氫氣之間的接觸表面積，該結(jié)構(gòu)使 得根據(jù)所用的中空纖維模塊，加臭劑處理的氫氣和氫氣之間的接觸面積不 同。
通過采用前述構(gòu)造，對于給定相同量的從注入器13A、 13B和13C注 入的加臭劑處理的氫氣，穿過孔22并從管6內(nèi)部流出的加臭劑處理的氫氣 的量不同。
在圖5所示的構(gòu)造實例中，ECU 20執(zhí)行例如從管6供給到燃料電池1 的加臭劑處理的氫氣中加臭劑濃度的以下調(diào)節(jié)。ECU 20可以執(zhí)^ff控制， 使得注入器13A、 13B和13C平行注入加臭劑處理的氫氣?；蛘撸珽CU 20 可以執(zhí)行控制以選擇注入器13A、 13B和13C中的一個注入器，以僅M 定的注入器注入加臭劑處理的氫氣。
如^U主入器13A、 13B和13C平行注入，則在需增加(所添加的量 通過氫氣流動量確定)所添加的加臭劑的量(加臭劑處理的氫氣供給量) 時，ECU 20增加注入器13A、 13B和13C的注入量(或者每單位時間的 注入次數(shù))。另一方面，如果要減少所添加的加臭劑的量，則ECU20減小 注入器13A、 13B和13C的注入量(或者每單位時間的注入次數(shù))。
相反地，如果選擇性使用注入器13A、 13B和13C中的一個，則在要 增加待添加的加臭劑的量(加臭劑處理的氫氣的供給量)時，ECU 20響 應(yīng)于所述增加的量，僅使得與具有大的孔表面積的中空纖維模塊配對的所 選注入器(例如，與中空纖維模塊21A配對的注入器13A)注入加臭劑處 理的氫氣。另一方面，如果要減小待添加的加臭劑的量，則ECU20響應(yīng)于所述減小的量，僅使得與具有小的孑L表面積的中空纖維模塊配對的所選 注入器(例如，與中空纖維模塊21C配對的注入器13C )注AJ&a臭劑處理 的氫氣。即使在選擇性使用注入器13A、 13B和13C時，也可以通過增加 和減小所選注入器注入的量(注入次數(shù))來改變所添加的量。
通過上述控制，響應(yīng)于燃料電池電流(氫消耗量)調(diào)節(jié)所供給的加臭 劑處理的氫氣的量，從而能夠?qū)⒕哂芯鶆虻募映魟舛鹊募映魟┨幚淼臍?氣供給到燃料電池l。
現(xiàn)在將描述添加單元10的構(gòu)造的實例。圖6顯示了添加單元10的構(gòu) 造實例1.圖6顯示的添加單元10具有連接到與緩沖罐11連接的管9 (子 管)的加臭劑罐25、和設(shè)置在加臭劑罐25和管9之間的邊界部分處的碟 閥26 (對應(yīng)于本發(fā)明中的閥)。當?shù)y26關(guān)閉時，加臭劑儲罐25關(guān)閉， 從而阻斷了管9的內(nèi)部和加臭劑儲罐25的內(nèi)部。相反地，當?shù)y26打開 時，管9的內(nèi)部和加臭劑罐25的內(nèi)部相互連通。
通過例如ECU 20控制碟閥26的^Mt(打開的量和打開的時間)。ECU 20響應(yīng)于由氫流量計5測量的氫氣流量控制碟閥26，以使打開度越大，氫 氣的流動量越大?；蛘?，ECU20可以控制碟閥26每單位時間的打開時間 (例如，打開和關(guān)閉碟閥26的重復(fù)次數(shù))。
加臭劑以氣體、液體或固體(例如，凝膠)形式中的任意形式儲存在 加臭劑罐25中。在該情況下，加臭劑以液體或亂歐的形式儲存。當?shù)y 26打開時，在管9中流動的氫氣的一部分流入加臭劑罐25中，與加臭劑 的表面接觸，并且使加臭劑蒸發(fā)。此外， 一部分氫氣再次流入管9中，以 帶走蒸發(fā)的氣態(tài)加臭劑，并到i^沖罐11。以此方式，碟閥26形成流動 通道，在該流動通道中在分支通路(管9)中流動的氫的一部分被引入到 加臭劑罐25中，并且在與加臭劑罐25中的加臭劑接觸之后返回分支通路 (管9 )。以該方式，ECU 20通過控制碟閥26的打開量和/或每單位時間 的打開時間來調(diào)節(jié)添加到氫氣中的加臭劑的量。
圖7顯示了添加單元10的構(gòu)造實例2。圖7顯示的添加單元10具有 儲存加臭劑的加臭劑儲罐27、設(shè)置在加臭劑罐27和管9 (子管)之間并作 為加臭劑供給裝置的注入器28、和設(shè)置于管9內(nèi)部的中空纖維模塊29。與 中空纖維模塊21類似，中空纖維模塊29具有圓筒形形狀并且在其壁表面 上具有多個(通)孔30，中空纖維模塊29的內(nèi)部和管9的內(nèi)部通過孔30連通。
注入器28的噴嘴朝向中空纖維模塊29的內(nèi)部打開，注入器28將加臭 劑注入到中空纖維模塊29中。加臭劑罐27儲存例如處于液體形式的加臭 劑，并且通過注入器28將霧化的加臭劑注入中空纖維模塊29中。注入中 空纖維模塊29中的加臭劑首先保留在中空纖維模塊29內(nèi)，與穿過孔30 的氫氣接觸并混合，在管9中流動，然后到達緩沖罐ll。
ECU 20 ;^L據(jù)響應(yīng)于燃料電池電流值(氫消耗量)的氫流動量(通過氫 流量計5測量)提供控制信號至注入器28，以由此控制注入的量。這樣， 可以基于燃料電池的電流值增加和減少所添加的加臭劑的量。通過應(yīng)用中 空纖維模塊29，可以在到M沖罐ll的氫氣中獲得均勻的加臭劑濃度， 由此有助于緩沖罐ll內(nèi)加臭劑濃度分布的均勻性。這樣，能夠減小緩沖罐 11的容量。此外，只要在緩沖罐ll中充分攪拌加臭劑，就可以省略中空 纖維模塊29.
圖8顯示了添加單元10的構(gòu)造實例3。圖8所示的添加單元10具有 儲存加臭劑的加臭劑罐27、設(shè)置在加臭劑罐27和管9 (子管)之間的作為 加臭劑供給裝置的多個注入器(在圖8的情況下，為注入器28A、 28B和 28C)和設(shè)置在管9內(nèi)部與注入器28A、 28B和28C配對的多個中空纖維 模塊29A、 29B和29C。
中空纖維模塊29A、 29B和29C具有與中空纖維模塊21A、 21B和21C 相同類型的構(gòu)造，并且具有孔表面積以中空纖維模塊29C、 29B和29A的 順序增加的孔。加臭劑罐27的構(gòu)造與構(gòu)造實例2中的構(gòu)it^目同。
ECU 20 i更置為平行控制注入器28A、 28B和28C或選擇一個注入器。 如果平行^吏用注入器28A、 28B和28C，則在要增加所添加的加臭劑的量 (所添加的量由氫氣流動量確定)時，ECU 20增加注入器28A、 28B和 28C的注入量(或每單位時間的注入次數(shù))。另一方面，如果要減小所添加 的加臭劑的量，則ECU 20減小注入器28A、 28B和28C的注入量(或每 單位時間的注入次數(shù))。
相反地，如果選擇性使用注入器28A、 28B和28C中的一個，則在要 增加所添加的加臭劑的量(所添加的量由氫氣流動量確定)時，ECU 20 響應(yīng)于所述增加的量僅使與具有大的孔表面積的中空纖維模塊配對的所 選注入器(例如，與中空纖維模塊29A配對的注入器28A)注入加臭劑。
16另一方面，如果要減小所添加的加臭劑的量，則ECU 20響應(yīng)于所述減小 的量僅^^與具有小的孔表面積的中空纖維模塊配對的所選注入器(例如， 與中空纖維模塊29C配對的注入器28C)注A^臭劑處理的氫氣。
通過上述控制，根據(jù)燃料電池的電流(氫消耗量)調(diào)節(jié)所添加的加臭 劑的量，并且可以將具有均勻的加臭劑濃度的氫氣輸送到緩沖罐ll中。
在添加單元10的上述構(gòu)造實例2和構(gòu)造實例3中，可以應(yīng)用電磁閥代 替注入器。此夕卜，盡管上述實施方案示例性使用了儲存高壓氫氣的氫罐3， 但是該實施方案的氫供給設(shè)備也可以適用于容納氫吸留合金(MH)的氫 罐或儲存液態(tài)氫的氬罐。另外，泵8可以是閥。
本發(fā)明的前述實施方案抑制了設(shè)備尺寸的增加，并且提供了能夠延長 加臭劑更新周期的氫供^i史備。前述實施方案還提供了氫供^i殳備，所述 氫供給設(shè)備將抑制了加臭劑濃度不均勻性的氫供給到氫供給目標，在所述 氫供給目標中，抑制了加臭劑濃度的不均勻性。
權(quán)利要求
1.一種氫供給設(shè)備，其特征在于包括氫罐(3)；氫供給通路(6)，來自所述氫罐(3)的氫經(jīng)由所述氫供給通路(6)供給到氫供給目標(1)；從所述氫供給通路(6)分支出的分支通路(9)，來自所述氫罐(3)的氫的一部分在所述分支通路(9)中流動；用于將加臭劑添加到在所述分支通路(9)中流動的氫中的添加裝置(10)；儲存加臭劑處理的氫的緩沖罐(11)；和用于將儲存在所述緩沖罐(11)中的加臭劑處理的氫供給到所述氫供給通路(6)的供給裝置(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供給設(shè)備，其中所述供給裝置(13 )根據(jù)所 述氫供給目標(1)中的氫消耗量將所述加臭劑處理的氫供給到所述氫 供給通路(6 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫供給設(shè)備，其中所述供給裝置(13 )隨著所 述氫供給目標(1)消耗的氫的量增加將更多的所述加臭劑處理的氫供 給到所述氫供給通路(6)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供給設(shè)備，其中所述供給裝置(13 )將基于 所述氫供給目標(1)中產(chǎn)生的電流確定的量的所述加臭劑處理的氫供 給到所述氫供給通路(6)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫供給設(shè)備，其中所述供給裝置(13 )隨著所 述氫供給目標(1)產(chǎn)生的電流增加將更多的所述加臭劑處理的氫供給 到所述氳供給通路(6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的氫供給設(shè)備，還包括設(shè)置在所述氫供給通路(6 )中的中空纖維模塊(21)，所述中空纖 維模塊(21)具有與所述氫供給通路(6)相關(guān)的孔徑，并且其中所述供給裝置(13 )將所述加臭劑處理的氫供給到所述中空纖維模 塊(21)中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項所述的氫供給設(shè)備，還包括用于調(diào)節(jié)在所述氫供給通路(6)中流動的氫和通過所述供給裝置 (13)供給到所述氫供給通路(6)中的所述加臭劑處理的氫之間的接 觸表面積的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項所述的氫供給設(shè)備，還包括設(shè)置在所述氬供給通路(6)中的多個中空纖維模塊(21)，具有與 所述氫供給通路(6)相關(guān)的孔徑，其中每個中空纖維模塊(21)具有 不同的孔表面積，并且其中所述供給裝置(13)包括將所述加臭劑處理 的氫供給到所述中空奸維模塊(21)中的多個供給入口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項所述的氫供給設(shè)備，還包括設(shè)置在所述氫供給通路(6 )和所述分支通路(9 )的分支點上游的 氫流量測量裝置(5)，其中所述添加裝置(10)才艮據(jù)所述氬流量測量裝置(5)測量的氬流量 添加加臭劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的氫供給設(shè)備，其中所述添加裝置(10)隨著 所述氫流量測量裝置(5)測量的氫流量增加而添加更多的加臭劑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項所述的氫供給設(shè)備，其中所述添加裝 置(10)包括儲存加臭劑的加臭劑罐(25)，和閥(26),所述閥(26)在關(guān)閉時阻斷所述分支通路(9)和所述加 臭劑罐(25)之間的流動，在打開時形成將在所述分支通路(9)中的 部分氫引入所述加臭劑罐(25)中的流動通道，并且在與所述加臭劑罐 (25)中的加臭劑接觸之后返回所述分支通路(9)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項所述的氫供給設(shè)備，其中所述添加裝 置(10 )包括儲存加臭劑的加臭劑罐(27)，設(shè)置在所述分支通路(9)中并具有相對于所述分支通路(9)的孔 的中空纖維模塊(29)，和用于將所述加臭劑罐(27 )中的所述加臭劑供給到所述中空纖維模 塊(29)中的加臭劑供給裝置(28)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項所述的氫供給設(shè)備，其中所述添加裝 置(10)包括儲存加臭劑的加臭劑罐(27)，設(shè)置在所述分支通路(9)中并具有相對于所述分支通路(9)的孔 的多個中空纖維模塊(29)，和用于將所述加臭劑罐(27)中的所述加臭劑供給到所述中空纖維模 塊(29)中的多個加臭劑供給裝置(28)，其中所述多個中空纖維模塊(29)具有相互不同的孔表面積。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1~13中任一項所述的氫供給設(shè)備，其中所述氫供給 目標(1)是燃料電池。
15. —種用于控制根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供給設(shè)備中的氫供給的方 法，包括根據(jù)所述氫供給目標(1)中的氫消耗量將所述加臭劑處理的氫供 給到所述氫供給通路(6)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于控制氫供給的方法，其中隨著所述氫供 給目標(1)消耗的氫量增加而將更多的所述加臭劑處理的氫供給到所 述氫供給通路(6 )。
17. 用于控制根據(jù)權(quán)利要求l所述的氫供給設(shè)備中的氫供給的方法，包 括根據(jù)所述氫供給目標(1)產(chǎn)生的電流將一定量的所述加臭劑處理 的氫供給到所述氫供給通路(6)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于控制氫供給的方法，其中隨著所述氫供 給目標(1)產(chǎn)生的電流增加而將更多的所述加臭劑處理的氫供給到所 述氫供給通路(6 )。
19. 用于控制根據(jù)權(quán)利要求l所述的氫供給設(shè)備中的氫供給的方法，包 括根據(jù)在所述氫供給通路(6 )和所述分支通路(9)的分支點上游流 動的氫流量添加一定量的加臭劑。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于控制氫供給的方法，其中隨著所述氫供 給通路(6)和所述分支通路(9)的分支點上游流動的氫流量增加而添 加更多的加臭劑。
21. —種氫供給設(shè)備，包括' 氫罐；氫供給通路，來自所述氫罐的氫經(jīng)所述氫供給通路供給到氫供給目標；從所述氫供給通路分出的分支通路，來自所述氫罐的部分氫在其中流動；用于將加臭劑添加到在所述分支通路中流動的所述氫中的添加裝置；儲存所述加臭劑處理的氫的緩沖罐；和 用于將儲存在所述緩沖罐中的所述加臭劑處理的氫供給到所述氫 供給通路的供給裝置。
全文摘要
一種氫供給設(shè)備，包括氫供給通路(6)，從氫供給罐(3)釋放的氫通過該氫供給通路(6)到達氫供給目標(1)；來自氫供給通路(6)的分支通路(9)，從氫供給罐(3)釋放的一部分氫在分支通路(9)中流動；添加裝置(10)，用于將加臭劑添加到在分支通路(9)中流動的氫中；緩沖罐(11)，儲存通過添加裝置(10)添加有加臭劑的氫；和供給裝置(13)，用于將緩沖罐(11)中的加臭劑處理的氫供給到氫供給通路(6)。
文檔編號B01J4/00GK101495221SQ200780028643
公開日2009年7月29日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者平形修二 申請人:豐田自動車株式會社