DE102017221900A1

DE102017221900A1 - Luftabsperrventilmodul und dessen Steuerverfahren

Info

Publication number: DE102017221900A1
Application number: DE102017221900.9A
Authority: DE
Inventors: Myoung Jin Kim; Dong Bin Shin
Original assignee: Hyundai Kefico Corp
Current assignee: Hyundai Kefico Corp
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: KR101884533B1; CN108223846B; DE102017221900B4; US20180175414A1; KR20180069454A; US10096848B2; CN108223846A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftabsperrventilmodul eines Systems von einem Brennstoffzellenfahrzeug und dessen Steuerverfahren, und die Ventilplatten und Antriebsmechanismen sind in einem Modul konstruiert; da das Modul direkt auf dem Stapel angebracht ist, wird die Konstruktion des sich auf das Luftabsperrventil des Stapels bezogenen Teils kompakt. Zugleich ist ein Umgehungsströmungskanal dabei ausgebildet, um sich das Abgas des Stapels verdünnen zu lassen, so dass die Wasserstoffkonzentration reduziert werden kann.

Description

[Technischer Bereich der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftabsperrventilmodul und dessen Steuerverfahren, und zwar geht es dabei um ein Luftabsperrventilmodul zum Öffnen und Schließen von Lufteinlassrohrleitung und Luftauslassrohrleitung eines Stapels in einem Brennstoffzellenfahrzeug und dessen Steuerverfahren.
[Technischer Hintergrund der Erfindung]
Das Brennstoffzellenfahrzeug ist ein Fahrzeug, dessen Motor durch elektrische Energie angetrieben wird, die wiederum von einem Brennstoffzellenstapel erzeugt wird.
In dem Stapel wird Wasserstoff mit Sauerstoff in der Luft reagiert, um Elektrizität zu erzeugen, und dabei entstehen Wasser (Wasserdampf) und Wärme.
Wie in 1 gezeigt, sind eine Lufteinlassrohrleitung 2 und eine Luftauslassrohrleitung 3 an den Stapel 1 angeschlossen. Ein Lüfter (blower) 4 ist auf der Lufteinlassrohrleitung 2 installiert, um die Außenluft gleichmäßig an den Stapel 1 liefern zu können. Während die Zuluft durch einen Befeuchter 5 einströmt, wird sie so befeuchtet, dass sich die elektrolytischen Membranen innerhalb des Stapels 1 ausreichend im feuchten Zustand befinden können, wodurch die Wasserstoffionenbewegung von der Anode zu der Kathode aktiv stattfindet, und dabei die elektrochemische Reaktion des Stapels beschleunigt wird.
In dem Stapel 1 wird Luft, die nicht für die Reaktion verwendet wird, durch die Luftauslassrohrleitung 3 an die Atmosphäre abgelassen, wobei die Luftauslassrohrleitung 3 auch an dem Befeuchter 5 vorbeigeht.
Zugleich sind die Luftabsperrventile 6 und 7 an der Lufteinlassrohrleitung 2 bzw. der Luftauslassrohrleitung 3 installiert.
Die Luftabsperrventile 6 und 7 dienen dazu, es zu verhindern, dass die Haltbarkeit des Stapels dadurch beeinträchtigt wird, dass sich die Außenluft bei einer Betätigungseinstellung des Stapels 1 durch die Lufteinlassrohrleitung 2 und die Luftauslassrohrleitung 3 im Innern (Luftelektrode) des Stapels 1 verteilt.
Da, wie oben beschrieben, die Luftabsperrventile 6 und 7 herkömmlicherweise an der Lufteinlassrohrleitung 2 bzw. der Luftauslassrohrleitung 3 angebracht sind, wobei die Luftabsperrventile 6 und 7 ebenfalls mit den Antriebseinrichtungen ausgestattet sind, so wird die Größe des auf die Luftabsperrventile 6 und 7 bezogenen Teils vergrößert und deren Konstruktion ist kompliziert.
Dabei entstand das Problem, dass, selbst wenn die Luftabsperrventile 6 und 7 weit vom Stapel 1 entfernt sind und während der Betätigungseinstellung eines Stapels geschlossen werden, die Luft zwischen dem Stapel 1 und den Luftabsperrventilen 6 und 7 in den Stapel 1 eingelassen wird, wodurch eine unnötige Reaktion verursacht wird.
In dem Stand der herkömmlichen Technik entstand das Problem auch noch, dass, da die Luft im Stapel 1, die also Wasserstoff enthält, durch die Luftauslassrohrleitung 3 einfach abgelassen wird, wenn die Luftabsperrventile 6 und 7 beim Starten des Stapels 1 geöffnet werden, die Wasserstoffkonzentration des Abgases in der Luft höher als in dem Regulierungsniveau lag. (Um einen Brand zu verhindern, wird die Wasserstoffkonzentration des Abgases gewöhnlich weniger als 4 % geregelt.)
(Patentschrift 1) Offenlegungsschrift KR 10-1134646 (02.04.2012)
[Inhalt der Erfindung]
[Aufgabe der Erfindung]
Demgemäß ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wobei es ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Luftabsperrventilmodul anzubieten, in dem ein auf ein Luftabsperrventil eines Stapels bezogener Teil kompakt konstruiert wird, und das in der Lage ist, einerseits die Haltbarkeit eines Stapels dadurch nicht beeinträchtigt zu werden, dass die Luft zwischen dem Stapel und dem Luftabsperrventil während einer Betätigungseinstellung eines Stapels eine unnötige Reaktion verursacht, und andererseits eine Konzentration von Wasserstoffgas dadurch zu reduzieren, dass das Wasserstoffgas durch eine Luftauslassrohrleitung beim Anstarten eines Stapels ausgestoßen wird.
Es ist auch ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für das Luftabsperrventilmodul bereitzustellen, das die Konzentration von Wasserstoffgas unter Verwendung des Luftabsperrventilmoduls reduzieren kann, indem das Wasserstoffgas beim Starten eines Stapels durch die Luftauslassrohrleitung ausgestoßen wird.
[Technische Lösung]
Um den obengenannten Zweck zu erreichen, ist ein Luftabsperrventilmodul als ein System eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Brennstoffzellenstapel ausgestattet und dadurch gekennzeichnet, dass das Luftabsperrventilmodul die folgenden Teile umfasst: ein Untergehäuse, in dem ein Lufteinlass und ein Luftauslass, die voneinander getrennt ausgebildet sind und an einem Stapel angebracht sind, so dass sie mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass des Stapels übereinstimmen; ein Hauptgehäuse, das mit dem Untergehäuse verbunden ist und einen einlassrohrseitigen Raum kommunizierend mit dem Lufteinlass und einen auslassrohrseitigen Raum kommunizierend mit dem Luftauslass des Untergehäuses aufweist, worin eine Lufteinlassrohrleitung und eine Luftauslassrohrleitung ausgebildet sind, die wiederum durch die jeweiligen Räume hindurch angeschlossen sind; eine Gehäuseabdeckung, die an dem Hauptgehäuse angebracht ist und mit einem Umgehungsströmungskanal ausgebildet wird, der jeweils an den Raum der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite miteinander angeschlossen ist, sowie die Ventilplatten, die jeweils in dem Raum der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite installiert sind, um den Einlass und den Auslass des Umgehungsströmungskanals zu öffnen und zu schließen, und (auch dadurch gekennzeichnet,) dass der Einlass und der Auslass des Hauptgehäuses bei einer Betätigungseinstellung des Stapels durch die Ventilplatten abgesperrt werden, und dass die Ventilplatten beim Starten des Stapels in einem Zwischenzustand geöffnet sind, und dabei alle Einlässe und Auslässe des Hauptgehäuses sowie des Umgehungsströmungskanals anschließend geöffnet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Luftabsperrventilmoduls eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel ausgestattet und umfasst die folgenden Stufen: eine Absperrstufe des Lufteinlasses und Luftauslasses, die sich darin befindet, dass die Ventilplatten bei einer Betätigungseinstellung des Stapels unter Antrieb eines Motors den Einlass und den Auslass eines Untergehäuses sperren, und eine mittlere Öffnungstufe des Ventils, die sich darin befindet, dass die Ventilplatten beim Starten des Stapels unter Antrieb des Motors in einem Zwischenzustand geöffnet sind, und dabei alle Einlässe und Auslässe des Hauptgehäuses sowie des Umgehungsströmungskanals anschließend geöffnet werden, so dass sich ein Teil der von außen zugeführten Luft umgehen lassen, der wiederum mit der aus dem Auslass des Untergehäuses ausgestoßenen Luft gemischt wird, um die Wasserstoffkonzentration des Abgases zu reduzieren.
[Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, sind die Absperrventile der Lufteinlassrohrleitung und der Luftauslassrohrleitung sowie Antriebsmechanismen, die die Motoren zum Antrieb deren Absperrventile enthalten, und ein Steuergerät in einem Modul ausgebildet.
Infolgedessen besteht ein Effekt darin, dass die Konstruktion des sich auf das Luftabsperrventil des Stapels bezogenen Teils kompakt wird.
Außerdem, da das Untergehäuse des Moduls direkt auf dem Stapel angebracht ist, so ist der Abstand zwischen dem Luftabsperrventil und dem Stapel sehr kurz, demzufolge kann eine Beeinträchtigung von Haltbarkeit des Stapels verringert werden, die bei einer Betätigungseinstellung des Stapels durch die Luft zwischen dem Luftabsperrventil und dem Stapel verursacht wird.
Ferner, da das Modul mit einem Umgehungsströmungskanal in der Nähe einer Position angrenzend an das Luftabsperrventil ausgestattet ist, der an den Lufteinlasskanal und den Luftauslasskanal angeschlossen ist, so besteht ein Effekt darin, dass die Konzentration von Wasserstoffgas dadurch reduziert werden kann, dass sich die von außen zugeführte Luft beim Starten eines Stapels umgehen lässt, womit sich das Wasserstoffgas verdünnen lässt, das anschließend durch die Luftauslassrohrleitung ausgestoßen wird.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine schematische Ansicht, das eine Konstruktion eines Lufteinlasskanals und Luftauslasskanals eines Stapels gemäß dem Stand der Technik darstellt;
2: eine perspektivische Ansicht eines Luftabsperrventilmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
3: eine Längsschnittansicht von 2, wobei die Ansicht den inneren Aufbau des Luftabsperrventilmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 bis 6: die Schnittansichten auf der Linie I - I der 2, wobei 4 eine Zeichnung ist, die einen Zustand zeigt, in dem ein Luftabsperrventil einen Lufteinlass und einen Luftauslass eines Untergehäuses absperrt, und 5 eine Zeichnung ist, die einen Zustand zeigt, in dem ein Luftabsperrventil einen Umgehungsströmungskanal des Hauptgehäuses absperrt, und die 6 eine Zeichnung ist, die einen Zustand zeigt, in dem ein Luftabsperrventil sowohl einen Lufteinlass und einen Luftauslass eines Untergehäuses als auch einen Umgehungsströmungskanal der Gehäuseabdeckung öffnet; und
7: ein Blockdiagramm, das eine Konstruktion eines Steuerverfahrens eines Luftabsperrventilmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

[Ausführungsbeispiele der Erfindung]
Es werden die konkreten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, da verschiedene Änderungen und äquivalente andere Ausführungsformen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfasst, die in die Idee und den technischen Umfang der Erfindung fallen. Dabei können die Dicken der Linien und die Größen der Komponenten, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, zur Klarheit und Bequemlichkeit der Erläuterung übertrieben dargestellt werden.
Darüber hinaus können Begriffe, die nachfolgend beschrieben werden und unter Berücksichtigung der Funktionen der vorliegenden Erfindung definiert sind, nach dem Benutzer, der Absicht des Bedieners oder dem Präzedenzfall variiert werden. Daher sollten die Definitionen dieser Begriffe auf der Basis des Inhalts der gesamten Patentschrift in Bezug genommen werden.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, umfasst ein Luftabsperrventilmodul gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Teile: ein Untergehäuse 10, ein Hauptgehäuse 20, ein Steuergerät 30, eine Gehäuseabdeckung 40, eine Welle 50, einen Motor 60 und Ventilplatten 71 und 72.
Das Untergehäuse 10 ist als ein Teil dafür, dass das Luftabsperrventilmodul direkt an dem Stapel angebracht ist, und wird mit einem Lufteinlasskanal und einem Luftauslasskanal ausgebildet, die voneinander mit dem Hauptgehäuse 20 getrennt sind.
Eine Vielzahl von Flanschen 10a sind an dem Außenumfang eines Untergehäuses 10 zum Anbringen an einem Stapel ausgebildet. Die Bolzenlöcher sind zur Bolzenmontage an den Flanschen 10a ausgebildet.
Innerhalb des Untergehäuses 10 sind ein Einlass 11 und ein Auslass 12 voneinander mit Trennwand getrennt ausgebildet. Wenn das Untergehäuse 10 an dem Stapel angebracht ist, so sind der Einlass 11 und der Auslass 12 jeweils mit einem Einlass und einem Auslass der Kathode des Stapels verbunden.
Ein Hauptgehäuse 20 wird mit einem Einlassrohr 21, das an eine Lufteinlassrohrleitung angeschlossen -ist, und einem Auslassrohr 22 ausgebildet, das an eine Luftauslassrohrleitung angeschlossen ist. Die Innenräume 21a und 22a des Hauptgehäuses 20 sind an das Einlassrohr 21 und das Auslassrohr 22 angeschlossen und voneinander mit Trennwand getrennt. Das heißt, ein Raum einer Einlassrohrseite 21a, der an das Einlassrohr 21 angeschlossen ist, und ein Raum einer Auslassrohrseite 22a, der an das Auslassrohr 22 angeschlossen ist, sind voneinander getrennt.
Die Räume der beiden Seiten 21a und 22a sind auf der Rückseite des Hauptgehäuses 20 (auf einer Seite, worauf das Untergehäuse 10 angebracht ist) offen, und am Rand der jeweiligen offenen Seite ist ein Anbringungsteil des Untergehäuses 25 (siehe 4) vorspringend ausgebildet.
Der Anbringungsteil 25 des Untergehäuses ist in einer Form ausgebildet, worin der Einlass 11 und der Auslass 12 des Untergehäuses 10 jeweils eingeschoben werden können. Das heißt, ein Anbringungsteil 25, mit dem der Einlass 11 des Untergehäuses 10 verbunden ist, und ein Anbringungsteil 25, mit dem der Auslass 12 verbunden ist, sind separat ausgebildet.
Der Einlass 11 und der Auslass 12 des Untergehäuses 10 sind in den Anbringungsteil 25 eingeschoben und deren Endteile sind den Räumen 21a und 22a des Hauptgehäuses 20 ausgesetzt.
Gemäß der oben beschriebenen Konstruktion ist ein Lufteinlasskanal der Reihe nach dem Einlassrohr 21, dem Raum 21a und dem Einlass 11 innerhalb des Moduls ausgebildet, und ein Luftauslasskanal ist der Reihe nach dem Auslass 12, dem Raum 22a und dem Auslassrohr 22 ausgebildet. Wie oben beschrieben, sind der Lufteinlasskanal und der Luftauslasskanal voneinander getrennt.
In dem Hauptgehäuse 20 ist eine Welle 50 angebracht, die einen Seitenteil der Räume 21a und 22a (die gegenüberliegende Seitenteil des angrenzenden Endteils in dem Einlassrohr 21 und dem Auslassrohr 22) überquert. Ein Wellenloch 23, durch das die Welle 50 hindurchgeht, ist an der abgrenzenden Trennwand von zwei Räumen der beiden Seiten 21a und 22a ausgebildet.
Die Endteile der beiden Seiten der Welle 50 sind auf Lager gestützt, die in dem Hauptgehäuse 20 installiert sind.
Eine Ventilplatte 71 zum Absperren des Lufteinlasskanals und eine Ventilplatte 72 zum Absperren des Luftauslasskanals sind auf der Welle 50 mittels Schrauben angebracht. In den Räumen 21a und 22a werden die Ventilplatten 71 und72 durch die Drehbewegung der Welle 50 unter dem gleichen Winkel zusammen gedreht.
Ein Dichtungselement 73, das aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, kann an den Oberflächen der Ventilplatten 71 und 72 angebracht sein, um die Dichtigkeit der Ventilplatten 71 und 72 zu verbessern (siehe 4).
An einem Seitenteil des Hauptgehäuses 20 (an dem gegenüberliegenden Teil der Position, worin der Einlassrohr 21 und der Auslassrohr 22 ausgebildet sind) ist ein Einschiebeteil eines Motors 24 ausgebildet, und an dem Einschiebeteil eines Motors 24 ist ein Motor 60 einschiebend installiert. Gegebenenfalls kann ein Zahnradsatz 61 zum Reduzieren der Ausgangsdrehzahl des Motors 60 und zum Erhöhen des Drehmoments innen eingebaut werden. Der Zahnradsatz 61 kann ein Planetenradsatz sein.
Ein Ritzel 62 ist an der Ausgangswelle des Motors 60 (oder des Zahnradsatzes 61) installiert, und ein Segmentzahnrad 51 ist an einem Seitenende der Welle 50 installiert, wobei der Ritzel 62 und das Segmentzahnrad 51 miteinander verzahnt sind. Demzufolge wird die Drehkraft des Motors 60 auf die Welle 50 übertragen, und die Welle 50 wird je nach der Antriebsrichtung des Motors 60 in beide Richtungen gedreht wird.
Das Steuergerät 30 ist auf einer anderen Seite des Hauptgehäuses 20 installiert. Das Steuergerät 30 steuert den Antrieb des Motors 60, wobei es mit einer Brennstoffzellensteuereinheit (FCU: Fuel cell control unit) kommuniziert und den Motor 60 gemäß dem EIN / AUS-Zustand des Stapels steuert, so dass die Ventilplatten 71 und 72 betätigt werden, um den Lufteinlasskanal und den Luftauslasskanal zu öffnen und zu schließen. Eine Steuerschaltungsplatine 31, die eine solche elektronische Steuergerät ermöglicht, ist innerhalb des Steuergerätes 30 aufgebaut.
Die vordere Seite des Hauptgehäuses 20 (die gegenüberliegende Seite einer Seite, worauf das Untergehäuse 10 angebracht ist) ist offen, um die Ventilplatten 71 und 72 an der Welle 50 zu montieren, und um diese offene Seite zu bedecken, ist mit der Gehäuseabdeckung 40 ausgestattet.
Ein U-förmiger Umgehungsströmungskanal 41 ist innerhalb der Gehäuseabdeckung 40 ausgebildet. Der Umgehungsströmungskanal 41 ist von der Innenseite des Hauptgehäuses 20 an den Raum 21a auf der Seite des Einlassrohrs 21 und den Raum 22a auf der Seite des Auslassrohrs 22 angeschlossen.
Im Folgenden wird die Betätigung des Luftabsperrventilmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Da der Motor 60 durch das Steuergerät 30 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gedreht wird, so werden die Ventilplatten 71 und 72 zusammen mit der Welle 50 in Drehbewegung versetzt, um den Lufteinlasskanal und den Luftauslasskanal sowie den Umgehungsströmungskanal 41 zu öffnen und zu schließen.
Wie in 4 gezeigt, werden die Ventilplatten 71 und 72 zusammen mit der Welle 50 in Drehbewegung versetzt, während der Motor 60 betätigt wird(Da 4 eine Schnittansicht auf der Linie I - I in 2 zeigt, wird nur die Ventilplatte 71 auf der Seite des Lufteinlasskanals gezeigt, wobei die Ventilplatte 72 auf der entgegengesetzten Seite des Luftauslasskanals jedoch ebenfalls in demselben Zustand betätigt wird).
Wenn die Ventilplatten 71 und 72 in Richtung des Untergehäuses 10 gedreht werden, so haften die Ventilplatten 71 und 72 dicht an den Endteilen des Einlasses 11 und des Auslasses 12 des Untergehäuses 10, und dann sperren sie den Einlass 11 und den Auslass 12 ab, und anschließend sperren sie den Lufteinlasskanal und den Luftauslasskanal ab.
Wie in 5 gezeigt, wenn die Ventilplatten 71 und 72 in Richtung der Gehäuseabdeckung 40 gedreht werden, dann verschließen die Ventilplatten 71 und 72 den Einlass 41a und den Auslass des Umgehungsströmungskanals 41 (es ist offensichtlich, dass sich ein Auslass auf der gegenüberliegenden Seite befindet, der an den Raum 22a auf der Seite des Auslassrohrs 22 des Hauptgehäuses 20 angeschlossen ist) und so sperren sie den Umgehungsströmungskanal 41 für den Lufteinlasskanal und den Luftauslasskanal ab.
Wie in 6 gezeigt, da die Betätigungsgröße des Motors 60 durch das Steuergerät 30 gesteuert wird, ist es möglich, dass der Öffnungsgrad der Ventilplatten 71 und 72 im Bereich von den Sperrpositionen des Einlasses 11 und des Auslasses 12 des Untergehäuses 10 bis zum Einlass 41a und Auslass des Umgehungsströmungskanals 41 frei einstellbar ist. Gemäß der Einstellung des Öffnungsgrades der Ventilplatten 71 und 72 können die Strömungsmenge und die Ausstoßmenge des Stapels sowie die Umgehungsströmungssmenge je nach Bedarfsmenge eingestellt werden.
Wie oben beschrieben, sind in einem Luftabsperrventilmodul ein Lufteinlasskanal und Luftauslasskanal gemäß der vorliegenden Erfindung zueinander annähernd ausgebildet, worin die Ventilplatten 71 und 72, die jeweils den Lufteinlasskanal und Luftauslasskanal öffnen und schließen, durch einen Motor 50 und eine Welle 60 betätigt werden. Das heißt, die Ventilplatten 71 und 72 des Lufteinlasskanals und Luftauslasskanals werden durch denselben Antriebsmechanismus betätigt. Die Welle 50 und der Motor 60 sind in dem auf einem Modul aufbauenden Hauptgehäuse 20 aufgenommen, an dessen Seitenteil das Steuergerät 30, das die Betätigung des Motors 60 steuert, ebenfalls angebracht ist.
Demzufolge kann eine Konstruktion, die sich auf ein Luftabsperrventil bezieht, als ein sehr kompaktes Modul konstruiert werden, wobei das Luftabsperrventil eine Lufteinlassrohrleitung und eine Luftauslassrohrleitung des Stapels absperrt. Daher kann das Layout der Stapelperipherie des Brennstoffzellenfahrzeugs noch kompakter konstruiert werden und infolgedessen kann der dadurch entstandene freie Raum für die Anordnung anderer Vorrichtungen zur Verfügung stehen.
Zudem ist das Luftabsperrventilmodul so ausgebildet, dass, da das Untergehäuse 10 direkt an den Lufteinlass und Luftauslass des Stapels angeschlossen ist, eine Rohrleitung von der durch die Ventilplatten 71 und 72 abgesperrten Position bis zum Stapel sehr kurz ist, wenn der Lufteinlasskanal und der Luftauslasskanal bei einer Betätigungseinstellung des Stapels in einem Zustand der 4 abgesperrt sind.
Da die Luftmenge, die sich innerhalb der Rohrleitung befindend und dann sich in die Luftelektrode (Kathode) des Stapels verteilend zugeführt wird, fast nicht vorhanden ist, so kann es verhindert werden, dass die Haltbarkeit des Stapels dadurch beeinträchtigt wird, dass eine unnötige Reaktion während einer Betätigungseinstellung eines Stapels verursacht wird.
Außerdem - um die Umgehung der zugeführten Luft durch den Umgehungsströmungskanal 41 ermöglichen zu können - befindet sich das Luftabsperrventilmodul in einem Zustand, in dem die Ventilplatten 71 und 72 den Einlass 11 und den Auslass 12 des Untergehäuses 10 während einer Betätigungseinstellung des Stapels absperren, und bei einem Starten des Antriebs eines Stapels stellt das Modul die Ventilplatten 71 und 72 darauf ein, dass sie sich in einem mit vorbestimmten Winkel geöffneten Zustand wie in 6 befinden sollen.
In diesem Fall öffnet die Ventilplatte 72 den Auslass 12 des Untergehäuses 10, und dann wird der in dem Stapel verbliebene Wasserstoff durch den Auslass 12 in den Raum 22a auf der Seite des Auslassrohrs 22 ausgestoßen, und anschließend wird das Wasserstoffgas mit der Außenluft (der nicht am Stapel vorbeigekommenen Luft) gemischt, die durch den Umgehungsströmungskanal 41 von dem Raum 21a auf der Seite des Einlassrohrs 21 in den Raum 22a umgeleitet wird, so dass die Wasserstoffkonzentration des durch Luftauslassrohrleitung ausgestoßenen Abgases reduziert werden kann.
Im Folgenden wird ein Steuerverfahren des Luftabsperrventilmoduls zum Reduzieren der Wasserstoffkonzentration des ausgestoßenen Abgases noch detaillierter beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, umfasst ein Steuerverfahren des Luftabsperrventilmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung eine Absperrstufe des Lufteinlasses und Luftauslasses S10, eine mittlere Öffnungsstufe des Ventils S20, und eine Absperrstufe des Umgehungsströmungskanals S30.
Eine Durchführung einer Absperrstufe des Lufteinlasses und Luftauslasses S10 findet in einer Betätigungseinstellung des Stapels statt, wobei das Steuergerät 30 zunächst die Information über Betätigungseinstellung des Stapels von der Brennstoffzellensteuereinheit (FCU: Fuel cell control unit) empfängt und dann den Motor 60 betätigt, so dass er die Ventilplatten 71 und 72, wie in 4 gezeigt, in Drehbewegung zum Untergehäuse 10 zu versetzt, um den Einlass 11 und den Auslass 12 des Untergehäuses 10 abzusperren. In diesem Zustand soll der eigentliche Zweck des Luftabsperrventils erreicht werden, wobei das Ventil verhindert, dass die Luft während der Betätigungseinstellung des Stapels von Außen in den Stapel eingelassen wird, womit eine unnötige Reaktion in dem Stapel verursacht wird.
Danach, wenn der Stapel gestartet wird, findet eine Durchführung einer mittleren Öffnungsstufe des Ventils S20 statt, worin die Ventilplatten 71 und 72 unter einem vorbestimmten Winkel geöffnet werden. In diesem Zustand, da der auf der Lufteinlassrohrleitung installierte Lüfter (blower) bereits betätigt wird, strömt Außenluft durch das Einlassrohr 21 ein und diese Luft wird durch den Einlass 11 des geöffneten Untergehäuses 10 in den Stapel zugeführt. Und die Luft mit dem sich in dem Stapel befindenden Wasserstoff wird durch den Auslass 12 des Untergehäuses 10 in den Raum 22a an der Seite des Auslassrohrs 22 des Hauptgehäuses 20 ausgestoßen. Zudem, da der Umgehungsströmungskanal 41 durch die mittlere Öffnungsstufe der Ventilplatten 71 und 72 geöffnet wird, wird die Luft in dem Raum 21a an der Seite des Einlassrohrs 21 des Hauptgehäuses 20 durch den Umgehungsströmungskanal 41 umgeleitet und anschließende direkt in den Raum 22a auf der Seite des Auslassrohrs 22 ausgestoßen.
Infolgedessen wird die Konzentration von Wasserstoff des Abgases durch Mischung von der Luft mit dem durch den Auslass 12 des Untergehäuses 10 ausgestoßenen Wasserstoff und der umgeleiteten Luft reduziert.
Auf diese Weise bei einem Starten des Antriebs des Stapels werden die Ventilplatten 71 und 72 durch den Zustand der mittleren Öffnungsstufe gesteuert, um die Durchflussmenge der Umgehungsströmung sicherzustellen, und kann die Konzentration von Wasserstoff des Abgases durch Verdünnung der von dem Stapel ausgestoßenen Luft verringert werden. (Demgemäß) Zudem, da die Öffnungsgrade der Ventilplatten 71 und 72 angemessen reguliert werden, so dass die Durchflussmenge der Umgehungsströmung reguliert wird, kann die Wasserstoffkonzentration des Abgases beim Starten des Motors weniger als in dem Regulierungsniveau (gewöhnlich 4 %) reduziert werden.
Demzufolge wird Luft in der mittleren Öffnungsstufe des Ventils S20 durch den Einlass 11 des geöffneten Untergehäuses 10 in den Stapel zugeführt, und dabei diese Luft ebenfalls mit Luft innerhalb des Stapels verdünnt wird, womit eine Verringerung der Wasserstoffkonzentration erfolgt.
Wenn der Startprozess des Stapels abgeschlossen ist, wird eine Absperrstufe des Umgehungsströmungskanals S30 durchgeführt. In der Absperrstufe des Umgehungsströmungskanals S30 steuert das Steuergerät 30 den Motor 50, wobei die Ventilplatten 71 und 72 vollständig zur Gehäuseabdeckung 40 gedreht werden, so dass der Einlass 41a und der Auslass des Umgehungsströmungskanals 41 abgesperrt werden.
In einem normalen Antriebszustand des Stapels wird nicht nur der durch den Luftauslasskanal ausgestoßene Wasserstoff verringert, sondern es wird auch eine große Menge Luft (Sauerstoff) bei der Reaktion innerhalb des Stapels benötigt. Dementsprechend wird eine Absperrstufe des Umgehungsströmungskanals S30 durchgeführt, so dass der Umgehungsströmungskanal 41 abgesperrt wird, und da der Einlass 11 und der Auslass 12 des Untergehäuses 10 vollständig geöffnet werden, kann die gesamte von außen eingeströmte Luft in den Stapel zugeführt werden und die vom Stapel ausgestoßene Luft auch reibungslos abgelassen werden.
Außerdem kann die Reinigungsvorrichtung für Wasserstoff, die in dem Brennstoffzellensystem vorgesehen ist, vor der mittleren Öffnungsstufe des Ventils (S20) betätigt werden, so dass eine Reinigung von Wasserstoff des Stapels zuerst durchgeführt werden kann. Wenn die Reinigung von Wasserstoff durchgeführt wird, so wird Wasserstoff innerhalb des Stapels beseitigt, womit ein Wasserstoffgehalt in der durch den Auslass auf der Seite der Luftelektrode ausgestoßenen Luft noch in winzigen Mengen weiter reduziert werden kann, und die Reinigung von Wasserstoff kann dabei behilflich sein, die Wasserstoffkonzentration des Abgases zu reduzieren.
Wie oben ausführlich gezeigt, wird die vorliegende Erfindung zwar anhand der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben wird, jedoch sind diese Ausführungsformen nur Beispiele, und dabei versteht es sich also, dass verschiedene Änderungen oder äquivalente andere Ausführungsformen durch den durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet möglich sind. Dementsprechend sollte der wahre Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

10: Untergehäuse
11: Einlass
12: Auslass
20: Hauptgehäuse
21: Einlassrohr
22: Auslassrohr
21a: Raum auf der Seite des Einlassrohrs
22a: Raum auf der Seite des Auslassrohrs
23: Wellenloch
24: Einschiebeteil des Motors
30: Steuergerät
31: Steuerschaltungsplatine
40: Gehäuseabdeckung
41: Umgehungsströmungskanal
50: Welle
51: Segmentzahnrad
60: Motor
61: Zahnradsatz
62: Ritzel
71, 72: Ventilplatte
73: Dichtungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 101134646 [0011]

Claims

Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftabsperrventilmodul die folgenden Teile umfasst: ein Untergehäuse, in dem ein Lufteinlass und ein Luftauslass, die voneinander getrennt ausgebildet sind und an einem Stapel angebracht sind, so dass sie mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass des Stapels übereinstimmen; ein Hauptgehäuse, das mit dem Untergehäuse verbunden ist und einen einlassrohrseitigen Raum kommunizierend mit dem Lufteinlass und einen auslassrohrseitigen Raum kommunizierend mit dem Luftauslass des Untergehäuses aufweist, worin eine Lufteinlassrohrleitung und eine Luftauslassrohrleitung ausgebildet sind, die wiederum durch die jeweiligen Räume hindurch angeschlossen sind; eine Gehäuseabdeckung, die an dem Hauptgehäuse angebracht ist und mit einem Umgehungsströmungskanal ausgebildet wird, der jeweils an den Raum der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite miteinander angeschlossen ist; und die Ventilplatten, die jeweils in dem Raum der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite des Hauptgehäuses installiert sind, um Einlässe und Auslässe des Untergehäuses sowie des Umgehungsströmungskanals zu öffnen und zu schließen, dass der Einlass und der Auslass des Untergehäuses beim Stoppen des Stapels durch die Ventilplatten abgesperrt werden, und dass die Ventilplatten beim Starten des Stapels in einem Zwischenzustand geöffnet sind, und dabei alle Einlässe und Auslässe des Untergehäuses sowie des Umgehungsströmungskanals anschließend geöffnet werden.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Räume der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite auf der Rückseite des Hauptgehäuses offen sind, und ein Anbringungsteil des Untergehäuses vorspringend am Rand der jeweiligen Öffnung ausgebildet ist, und dass der Einlass und der Auslass des Untergehäuses in den Anbringungsteil eingeschoben sind, deren jeweiligen Endteile den Räumen der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite ausgesetzt sind.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul eine Welle weiter umfasst, die durch die beiden Räume der Lufteinlassrohrseite und der Luftauslassrohrseite des Hauptgehäuses hindurch installiert, und dass die Ventilplatten an der Welle angebracht sind.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschiebeteil eines Motors auf einer Seite des Hauptgehäuses ausgebildet ist, wobei ein Motor, der die Ventilplatten betätigt, mittels der Welle einschiebend an dem Einschiebeteil eines Motors installiert ist.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ritzel an der Ausgangswelle des Motors installiert ist, und ein Segmentzahnrad, das mit dem Ritzel verzahnt ist, an einem Seitenende der Welle installiert ist.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnradsatz zum Reduzieren der Ausgangsdrehzahl des Motors und zum Erhöhen des Drehmoments an die Ausgangswelle des Motors angeschlossen ist, und dass ein Ritzel an der Ausgangswelle des Motors installiert ist, und ein Segmentzahnrad, das mit dem Ritzel verzahnt ist, an einem Seitenende der Welle installiert ist.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradsatz ein Planetenradsatz ist.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass noch ein Steuergerät auf einer Seite des Hauptgehäuses installiert ist, wobei es mit einer Brennstoffzellensteuereinheit des Systems von Brennstoffzellenfahrzeug kommuniziert und eine Betätigung des Motors steuert.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungselement an den Ventilplatten angebracht ist.
Luftabsperrventilmodul eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor nach dem Abschluss des Startprozesses des Stapels betätigt wird, so dass die Ventilplatten den Einlass und den Auslass des Umgehungsströmungskanals absperren, und dabei die gesamte von außen eingeströmte Luft durch den Einlass des Untergehäuses in den Stapel zugeführt wird.
Steuerverfahren eines Luftabsperrventilmoduls eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: eine Absperrstufe des Lufteinlasses und Luftauslasses, die sich darin befindet, dass die Ventilplatten beim Stoppen des Stapels unter Antrieb eines Motors den Einlass und den Auslass eines Untergehäuses sperren, sowie eine mittlere Öffhungstufe des Ventils, die sich darin befindet, dass die Ventilplatten beim Starten des Stapels unter Antrieb des Motors in einem Zwischenzustand geöffnet sind, und dabei alle Einlässe und Auslässe des Untergehäuses sowie des Umgehungsströmungskanals anschließend geöffnet werden, so dass sich ein Teil der von außen zugeführten Luft umgehen lassen, der wiederum mit der aus dem Auslass des Untergehäuses ausgestoßenen Luft gemischt wird, um die Wasserstoffkonzentration des Abgases zu reduzieren.
Steuerverfahren eines Luftabsperrventilmoduls eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren noch eine Absperrstufe des Umgehungsströmungskanals weiter umfasst, worin der Motor nach dem Abschluss des Startprozesses des Stapels betätigt wird, so dass die Ventilplatten den Einlass und den Auslass des Umgehungsströmungskanals absperren, und dabei die gesamte von außen eingeströmte Luft durch den Einlass des Untergehäuses in den Stapel zugeführt wird.
Steuerverfahren eines Luftabsperrventilmoduls eines Systems von Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigung von Wasserstoff des Stapels zwischen einer Absperrstufe des Lufteinlasses sowie des Luftauslasses und einer mittleren Öffnungsstufe des Ventils durchgeführt wird.