DE112004000413T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem mit:
einer Brennstoffzelle,
einem Gaszufuhrrohr zur Zufuhr von Gas, das zur Erzeugung von Elektrizität verwendet wird, zu der Brennstoffzelle,
ein Gasausstoßrohr zum Ausstoßen von Gas, das von der Brennstoffzelle ausgestoßen wird,
eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, die bei zumindest einem Teil des Gasausstoßrohres und des Gaszufuhrrohres angeordnet ist, zum Sammeln von Wasser in dem ausgestoßenen Gas und
eine Einfrierbestimmungsvorrichtung, die das Einfrieren von Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, bestimmt.

Description

  • TECHNOLOGIEGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einfrierbestimmung eines Brennstoffzellensystems zur Erzeugung von Elektrizität unter Verwendung einer elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren sind Brennstoffzellen zur Erzeugung von Elektrizität unter Verwendung einer elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff als eine Energiequelle in den Blickpunkt geraten. Durch die elektrochemische Reaktion von Brennstoffzellen wird Wasser erzeugt. Das erzeugte Wasser wird zur Kühlung des Brennstoffzellensysteminnenbereichs verwendet und aus einem Wasserausstoßrohr nach außen ausgestoßen.
  • Wenn diese Art von Brennstoffzellensystemen für eine festgelegte Zeit unter niedrigen Temperaturbedingungen, bspw. wenn die Außenlufttemperatur niedriger als der Gefrierpunkt ist, gestoppt ist, friert das Wasser, das sich in Teilen innerhalb des Systems, wie bspw. einer Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, angesammelt hat, ein. Dies verursacht, dass es unmöglich wird, Wasser aus dem Wasserausstoßrohr nach außen auszustoßen, was eine Gasansammlung erzeugt, so dass das Brennstoffzellensystem nicht arbeiten kann, wobei die Gefahr eines Verkürzens der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems vorhanden ist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung dieser Schwierigkeiten gemacht worden, wobei eine Notwendigkeit besteht, die schädlichen Auswirkungen zu unterdrücken oder zu vermeiden, die bei einem Brennstoffzellensystem durch das Einfrieren von Wasser bei der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung auftreten können.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt, um sich mit den vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu befassen. Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Brennstoffzelle, ein Gaszufuhrrohr zur Zufuhr von Gas zu der Brennstoffzelle, die zur Erzeugung von Elektrizität verwendet wird, ein Gasausstoßrohr zum Ausstoßen von Gas, das aus der Brennstoffzelle ausgestoßen wird, eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, die sich in zumindest einem des Gaszufuhrrohrs oder des Gasausstoßrohrs befindet, zum Sammeln von Wasser innerhalb des Gases und eine Einfrierbestimmungsvorrichtung umfasst, die das Einfrieren von Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt wird, bestimmt.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Einfrieren von Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung zu erfassen. Folglich ist es möglich, die schädlichen Auswirkungen zu vermeiden, die bei der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung während eines Einfrierens auftreten. Ein Einfrieren kann bei verschiedenen Zeitsteuerungen bzw. Zeitpunkten bestimmt werden, und wenn dies bspw. bei der Zeit einer Aktivierung des Brennstoffzellensystems ausgeführt wird, ist es möglich, wenn ein Einfrieren von Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung erfasst wird, eine Aktivierung des Brennstoffzellensystems zu verhindern. Folglich ist es möglich, eine Verschlechterung des Brennstoffzellensystems auf Grund eines erzwungenen Betriebs der Brennstoffzelle während eines Einfrierens zu unterdrücken und ebenso das Auftreten von Anomalien bei dem System zu vermeiden. Ebenso ist es, wenn ein Einfrieren erfasst wird, bspw. möglich, ein Auftauen durch das Betreiben einer Heizeinrichtung unter Verwendung der Energie einer Batterie oder dergleichen auszuführen und das Brennstoffzellensystem zu aktivieren, wenn ein Auftauen erfasst ist.
  • Für das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Einfrierbestimmung entsprechend der Einfrierbestimmungsvorrichtung ebenso ein Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt wird, auf der Grundlage der Differenz in den Strömungseigenschaften des in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelten Wassers, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, bestimmen. In diesem Fall ist es einfach, das Einfrieren von Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung zu bestimmen.
  • Wenn die Einfrierbestimmung auf den Strömungseigenschaften beruht, ist es bspw. möglich, ein bewegliches Element, das in dem Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, betreibbar ist, eine Betriebsvorrichtung zum Betreiben des beweglichen Elements und eine Betriebserfassungseinrichtung zu umfassen, die den Betriebszustand des beweglichen Elements erfasst, sowie die Einfrierbestimmungsvorrichtung das Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse unter Verwendung der Betriebserfassungseinrichtung bestimmen zu lassen. Indem auf diese Art und Weise gearbeitet wird, ist es möglich, ein Einfrieren relativ einfach zu bestimmen.
  • Bspw. ist es, wenn das bewegliche Element aus Metall hergestellt ist und die Betriebsvorrichtung ein Magnet ist, möglich, den Betriebszustand durch ein Bewegen oder ein Nicht-Bewegen des Metalls bspw. durch ein Schwimmen oder dergleichen zu erfassen, indem der Magnet nahe an das Metall während der Einfrierbestimmung gebracht wird. Die Betriebserfassungseinrichtung kann ebenso mit einem Sensor zwischen dem beweglichen Element, das sich bei einer spezifischen Position bei der Bodenfläche befindet, und der Bodenfläche versehen sein, wobei durch ein Verwenden dieses Sensors ein Auf und Ab des beweglichen Elements bestätigt wird. Es ist bspw. ebenso möglich zu erfassen, ob eine Differenz in dem Zustand des beweglichen Elements vor und nach der Einfrierbestimmung bei Verwendung der Betriebsvorrichtung vorhanden ist oder nicht.
  • Es ist bspw. ebenso möglich, einen Kontaktpunkt zu umfassen, der einen Leitfähigkeitszustand durch des Betreiben des beweglichen Elements ändert, und für die Betriebserfassungseinrichtung möglich, Änderungen in dem Leitfähigkeitszustand des Kontaktpunkts zu erfassen. Bspw. ist es möglich, eine Einfrierbestimmung auszuführen, wenn kein Einfrieren vorliegt, indem sich das bewegliche Element bewegt und den Kontaktpunkt kontaktiert, wobei der Kontaktpunkt, der nicht in einem nicht eingefrorenen Zustand gewesen ist, in einem leitfähigen Zustand ist, wobei sich, wenn ein Einfrieren vorliegt, da Eis vorhanden ist, das bewegliche Element nicht bewegt und den Kontaktpunkt nicht kontaktiert, so dass der nichtleitfähige Zustand bleibt, wie er ist. Unterschiedlich zu dem Kontaktpunkt, der ein bewegliches Element ist, kann er ebenso ein Schalter sein, der so aufgebaut ist, dass der Schalter eingeschaltet wird, wenn sich das bewegliche Element bewegt, was einen leitfähigen Zustand zur Folge hat. Ebenso ist es bspw. möglich, ein Einfrieren zu bestimmen, indem von einem leitfähigen Zustand ausgegangen wird, wenn das bewegliche Element in Kontakt mit dem Kontaktpunkt ist, um von dem Kontaktpunkt getrennt zu werden, wenn sich das bewegliche Element bewegt, was einen nicht-leitfähigen Zustand zur Folge hat. Diese Einfrierbestimmung kann ebenso mit dem vorstehend beschriebenen Schalteraufbau angewendet werden. Es gibt keine Begrenzung hinsichtlich dieser Beispiele, und es besteht eine Akzeptant, solange sich der Leitfähigkeitszustand des Kontaktpunktes mit einem Betreiben des beweglichen Elements ändert und es möglich ist, dies zu erfassen.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Gaszufuhrrohr ein Brennstoffgaszufuhrrohr zur Zufuhr eines Brennstoffgases zu der Brennstoffzelle, wobei das Gaszufuhrrohr ein Brennstoffgaszufuhrrohr zur Zufuhr eines Brennstoffgases zu der Brennstoffzelle umfasst, das Gasausstoßrohr ein Anodenabgasausstoßrohr zum Ausstoßen eines Anodenabgases aus der Brennstoffzelle umfasst, die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung über dem Anodenabgasausstoßrohr angeordnet ist, wobei das Brennstoffzellensystem ferner eine verbundene Umgehungsrohrleitung, die von dem Anodenabgasausstoßrohr abzweigt und die sich unter der Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung fortsetzt, eine Umschaltvorrichtung, die den Brennstoffgasweg entweder zu dem Anodenabgasausstoßrohr oder der verbundenen Umgehungsrohrleitung umschaltet, und eine Druckmessvorrichtung umfasst, die den Druck des Anodenabgasausstoßrohrs misst, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung ein Einfrieren ebenso auf der Grundlage des Druckwerts bestimmen kann, der durch die Druckmessvorrichtung bei einem Zustand gemessen wird, bei dem der Weg, auf den umgeschaltet ist, die Seite der verbundenen Umgehungsrohrleitungen ist.
  • Die Umschaltvorrichtung kann auf einfache Weise unter Verwendung eines Umschaltens, das bspw. Ventile verwendet, verwirklicht werden. Die Druckmessvorrichtung kann bspw. einen Drucksensor in dem Anodenabgasausstoßrohr umfassen. Der Drucksensor kann sich bei der Stromaufwärtsseite der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung befinden oder kann sich ebenso bei der Stromabwärtsseite zwischen der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung und dem Brennstoffzellenstapel befinden.
  • Wenn das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gefroren ist, kann das Wasserstoffgas, das durch die verbundene Umgehungsrohrleitung hindurchgeht, die Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung nicht. passieren, wobei im Vergleich dazu, wenn das Brennstoffzellensystem normal arbeitet, genauer gesagt, wenn es nicht eingefroren ist, eine Änderung in dem Druckwert auftritt. Die Druckänderung weist Fälle auf, bei denen sie der spezifizierte Wert oder höher ist, und Fälle auf, bei denen sie der spezifizierte Wert oder niedriger ist, in Abhängigkeit von der Seite, bei der sich der Drucksensor befindet. In jedem Fall ist es, wenn eine Bestimmung auf der Grundlage der Obergrenze und der Untergrenze des Druckwerts, der während eines normalen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird, ausgeführt wird, möglich, ein Einfrieren mit einem einfachen Aufbau zu bestimmen.
  • Das Wasserstoffgas, das für diese Einfrierbestimmung verwendet wird, kann von einem Wasserstofftank zur Zufuhr von Brennstoffgas zu der Brennstoffzelle über das Brennstoffgaszufuhrrohr zugeführt werden, oder es ist ebenso möglich, Wasserstoffgas zu verwenden, das bereits während des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems vorhanden war.
  • Für das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Einfrierbestimmungsvorrichtung das Einfrieren von Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage von Differenzen in einem Volumen des Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, bestimmen.
  • Im Allgemeinen durchläuft Wasser eine Zustandsänderung zu Eis auf Grund eines Einfrierens und es ist bekannt, dass sich das Volumen entsprechend dieser Zustandsänderung ausdehnt. Bzgl. der vorliegenden Erfindung wird es, wenn ein Einfrieren durch die Differenz in dem Volumen, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, entsprechend dieser Volumenausdehnung bestimmt wird, möglich, auf einfache Weise das Einfrieren einer mechanischen Vorrichtung, wie bspw. der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, zu bestimmen.
  • Was diese Art von Einfrierbestimmungsvorrichtung betrifft, wenn sie eine Druckmessvorrichtung umfasst, die einen Druck bei einem Teil misst, der niedriger als die Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung ist, und ein Einfrieren auf der Grundlage des gemessenen Druckwerts bestimmt wird, ist dies wünschenswert, da es möglich ist, ein Einfrieren mit einem einfachen Aufbau zu bestimmen. In diesem Fall ist es bspw. möglich, dies durch Installieren einer Druckmessvorrichtung, wie bspw. eines Drucksensors, bei einer beliebigen Stelle unter der Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung auf einfache Weise zu verwirklichen.
  • Ebenso ist es bspw. möglich, dass ein elastisches Element umfasst ist, das eine Form mit einem Druck ändert und bei einem beliebigen Teil unter der Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung bereitgestellt ist, und dass die Einfrierbestimmungsvorrichtung ein Einfrieren auf der Grundlage des Formänderungszustands des elastischen Elements bestimmt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ebenso eine Einfrierbestimmungsvorrichtung bereit, die ein Einfrieren bei einer Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung bestimmt. Die Einfrierbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gasrohrleitung, in der ein Gas strömt, eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, die mit der Gasrohrleitung verbunden ist, zum Trennen und Sammeln von Feuchtigkeit, die in einem Gas beinhaltet ist, das in der Gasrohrleitung strömt, und eine Einfrierbestimmungsvorrichtung umfasst, die das Einfrieren von Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage von Differenzen in den Strömungseigenschaften, wenn das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelte Wasser eingefroren ist und wenn es nicht eingefroren ist, bestimmt.
  • Die Einfrierbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in verschiedenen Ausgestaltungen auf die gleiche Weise wie das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die verschiedenen Eigenschaften, die vorstehend beschrieben sind, mit geeigneten Kombinationen oder mit weggelassenen Teilen zu verwenden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Aufbau wie bei dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem begrenzt, sondern kann ebenso in verschiedenen Ausgestaltungen, wie bspw. als eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Aktivierung einer Bestimmung eines Einfrierens des Brennstoffzellensystems, einem Steuerungsverfahren, einem Einfrierbestimmungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Für jede der Ausgestaltungen ist es möglich, die vorstehend beschriebenen, verschiedenen Eigenschaften anzuwenden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Es zeigen:
  • 1 eine beschreibende Darstellung, die den Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems als ein Ausführungsbeispiel zeigt,
  • 2 eine beschreibende Darstellung, die eine Steuerungseinheit zur Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellensystems zeigt,
  • 3 eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus einer Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 4 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Einfrierbestimmungsvorgangs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 5 eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 6 eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 7 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Einfrierbestimmungsvorgangs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 8 eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung eines veränderten Beispiels des zweiten Ausführungsbeispiels,
  • 9 eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
  • 10 eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung eines veränderten Beispiels des dritten Ausführungsbeispiels.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel:
  • Vorrichtungsaufbau:
  • In 1 ist eine beschreibende Darstellung gezeigt, die den Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems als ein Ausführungsbeispiel zeigt. Das Brennstoffzellensystem gemäß dem Ausführungsbeispiel ist als eine Energiequelle in einem elektrischen Fahrzeug eingebaut, das durch einen Motor angetrieben wird. Eine Elektrizitätserzeugung wird entsprechend einer Betätigung einer Beschleunigungseinrichtung durch eine Bedienungsperson ausgeführt, wobei das Fahrzeug unter Verwendung dieser Energie fahren kann. Das Brennstoffzellensystem gemäß dem Ausführungsbeispiel muss nicht in dem Fahrzeug angeordnet sein, sondern kann verschiedene Aufbauten aufweisen, wie bspw. als eine stationäre Brennstoffzelle oder dergleichen.
  • Ein Brennstoffzellenstapel 10 ist ein geschichteter Körper, der durch Schichten einer Vielzahl einzelner Zellen zur Erzeugung von Elektrizität mittels einer elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff gebildet ist. Jede einzelne Zelle weist einen Aufbau auf, bei dem ein Wasserstoffpol (nachstehend als Anode bezeichnet) und ein Sauerstoffpol (nachstehend als Kathode bezeichnet) so angeordnet sind, dass sie eine elektrolytische Membrane umgeben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Zelle eines festen Polymertyps mit einer festen Polymermembrane, wie bspw. Nafion (eingetragene Marke), als die elektrolytische Membrane verwendet, wobei aber die Erfindung nicht hierauf begrenzt ist und verschiedene Typen von Zellen verwendet werden können.
  • Komprimierte Luft wird als ein Gas, das Sauerstoff beinhaltet, der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt. Die Luft wird von einem Filter 40 aufgenommen und wird, nachdem sie durch einen Kompressor 41 komprimiert ist, durch eine Befeuchtigungseinrichtung bzw. einen Befeuchter 42 befeuchtet und dem Brennstoffzellenstapel 10 über eine Rohrleitung 35 zugeführt. Ein Temperatursensor 202, der eine Einlasslufttemperatur erfasst, ist bei der Rohrleitung 35 bereitgestellt. Das Abgas von der Kathode (nachstehend als Kathodenabgas bezeichnet) wird nach außen über eine Rohrleitung 36 und einen Schalldämpfer bzw. Auspufftopf 43 ausgestoßen. Der Luftzufuhrdruck wird durch einen Drucksensor 53, der bei der Rohrleitung 36 bereitgestellt ist, erfasst und wird durch den Öffnungsgrad bzw. Öffnungspegel eines Druckregulierventils 27 gesteuert.
  • Wasserstoff wird der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 von einem Wasserstofftank 20, in dem Wasserstoff unter einem hohen Druck gespeichert ist, über eine Rohrleitung 32 zugeführt. An Stelle des Wasserstofftanks 20 ist es ebenso möglich, Wasserstoff oder ein Gas, das Wasserstoff beinhaltet, unter Verwendung einer Reforming-Reaktion bzw. Reformierungsreaktion mit Alkohol, Kohlenwasserstoff, Aldehyd und dergleichen als Grundmaterialien zu erzeugen, wobei das erzeugte Gas der Anode zugeführt werden kann.
  • Der Druck und die Menge, die von dem unter hohem Druck in dem Wasserstofftank 20 gespeicherten Wasserstoff zugeführt wird, werden durch ein Sperrventil 21, eine Reguliereinrichtung 22, ein Hochdruckventil 23 und ein Niedrigdruckventil 24, die bei dem Auslass bereitgestellt sind, eingestellt, wobei der Wasserstoff dann der Anode zugeführt wird. Das Abgas von der Anode (nachstehend als Anodenabgas bezeichnet) wird zu einer Rohrleitung 33 ausgelassen. Ein Drucksensor 51 und ein Ventil 25 sind bei dem Anodenauslass bereitgestellt, wobei diese zur Steuerung des Zufuhrdrucks und der Zufuhrmenge zu der Anode verwendet werden.
  • Die Rohrleitung 33 verzweigt in der Mitte in zwei Wege, wobei der eine mit einem Ausstoßrohr 37 zum Ausstoßen des Anodenabgases nach Außen verbunden ist und der andere mit der Rohrleitung 32 über ein Rückschlagventil 28 verbunden ist. Als Ergebnis eines Verbrauchs des Wasserstoffs durch die Erzeugung von Elektrizität bei dem Brennstoffzellenstapel 10 befindet sich der Druck des Anodenabgases in einem relativ niedrigen Zustand, so dass eine Wasserstoffpumpe 45 bei der Rohrleitung 33 bereitgestellt ist, um das Anodenabgas unter Druck zu setzen.
  • Während das Ausstoßventil 26, das bei dem Ausstoßrohr 37 bereitgestellt ist, geschlossen ist, wird das Anodenabgas über die Rohrleitung 32 wieder in den Brennstoffzellenstapel 10 eingebracht. Der Wasserstoff, der durch eine Erzeugung von Elektrizität nicht verbraucht ist, verbleibt in dem Anodenabgas, so dass es, indem es auf diese Art und Weise zirkulieren gelassen wird, möglich ist, Wasserstoff auf effektive Weise zu verwenden.
  • Während eines Zirkulierens des Anodenabgases wird der Wasserstoff durch die elektromotorische Reaktion verbraucht, wobei aber Verunreinigungen, die zu Wasserstoff verschieden sind, wie bspw. Stickstoff, der von der Kathode durch die elektrolytische Membrane übertragen wird, oder dergleichen, nicht verbraucht werden und zurück bleiben, so dass die Konzentration von Verunreinigungen bei der Anode allmählich zunimmt. In diesem Zustand geht, wenn das Ausstoßventil 26 sich öffnet, das Anodenabgas durch das Ausstoßrohr 37, wobei nach einer Verdünnung durch die Luft bei einer Verdünnungseinrichtung bzw. einem Verdünner 44 das Zirkulationsvolumen der Verunreinigungen, die nach außen ausgestoßen werden, abnimmt. Zu dieser Zeit wird jedoch, da gleichzeitig ebenso Wasserstoff ausgestoßen wird, das Öffnungsvolumen des Ausstoßventils 26 so weit wie möglich unterdrückt, wobei dies vom Standpunkt einer Verbesserung eines Brennstoffverbrauchs wünschenswert ist.
  • Durch Kühlen des Anodenabgases, das hindurchgeht, trennt eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 das Wasser, das in dem Anodenabgas beinhaltet ist, in Dampf (Gas) und Wasser (Flüssigkeit) und sammelt das Wasser. Das gesammelte Wasser wird zur Befeuchtung von Wasserstoff oder Sauerstoff, die der Brennstoffzelle zugeführt werden, oder dergleichen verwendet. Eine Heizeinrichtung, die ein Abtauen ausführt, wenn die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 einfriert, ist nahe bei der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 bereitgestellt. Die Heizeinrichtung 47 führt ein Abtauen unter Verwendung einer Energie, für die Elektrizität durch den Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt worden ist, einer Wärme, die durch die Elektrizitätserzeugung erzeugt wird, oder einer Batterieenergie aus.
  • Zusätzlich zu Wasserstoff und Sauerstoff wird dem Brennstoffzellenstapel 10 ebenso Kühlwasser zugeführt. Das Kühlwasser wird durch die Pumpe 46 in dem Ausstoßrohr 37 zur Kühlung fließen gelassen, wird in einem Radiator bzw. einem Kühler 38 gekühlt und wird dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Ein Temperatursensor 203, der die Temperatur des Kühlwassers erfasst, ist bei dem Auslass von dem Brennstoffzellenstapel 10 bereitgestellt.
  • Steuerungseinheit:
  • In 2 ist eine beschreibende Darstellung gezeigt, die eine Steuerungseinheit bzw. Regeleinheit 200 zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des Brennstoffzellensystems zeigt. Die Steuerungseinheit 200 ist als ein Mikrocomputer aufgebaut, der intern eine CPU, ein RAM und ein ROM umfasst, wobei der Systembetrieb entsprechend einem Programm gesteuert wird, das in dem ROM gespeichert ist. Die Steuerungseinheit 200 fungiert als eine Einfrierbestimmungsvorrichtung. In 2 ist ein Beispiel einer Signaleingabe und -ausgabe bei der Steuerungseinheit 200 zur Verwirklichung dieser Steuerung durch eine durchgezogene Linie angegeben. Als Eingabe sind bspw. die Erfassungssignale von dem Temperatursensor 202, dem Drucksensor 51, dem Drucksensor 53, der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 und des Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgradsensors 201 umfasst. Eine Erzeugung von Elektrizität wird entsprechend dem Betätigungsvolumen der Beschleunigungseinrichtung ausgeführt, die durch den Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgradsensor 201 erfasst wird, wobei das Fahrzeug durch diese Energie fahren kann. Als Ausgabe sind bspw. Steuerungssignale zu der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60, der Wasserstoffpumpe 45, der Heizeinrichtung 47 und einer Anzeige 210 umfasst. In der Anzeige 210 werden Benachrichtigungsinformationen für einen Benutzer angezeigt, bspw. bei einer Verarbeitung während eines Einfrierens eine Aktivierungsverhinderung des Brennstoffzellensystems oder dass eine Abtauverarbeitung läuft.
  • Aufbau der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung:
  • In 3 ist eine Querschnittsdarstellung zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 umfasst einen Wasserausstoßmechanismus und einen Einfrierbestimmungsmechanismus des gesammelten Wassers Wa. Was den Wasserausstoßmechanismus betrifft sind ein Schwimmer 103, ein Träger 104 zum Halten, um in der Lage zu sein, den Schwimmer 103 zu bewegen, und eine Düse bzw. ein Auslass 105 umfasst, der sich von dem Träger 104 erstreckt, um ein Öffnen und Schließen einer Wasserausstoßöffnung 106 auszuführen. Wenn der Wasserpegel des Wassers Wa einen spezifizierten Wert oder höher erreicht, steigt der Schwimmer 103 an, wobei dies den Träger 104 und den Auslass 105, der sich von dem Träger 104 erstreckt, anhebt. Wenn der Auslass 105 angehoben wird, wird die Wasserausstoßöffnung 106 geöffnet und das Wasser, das bis zu dem spezifizierten Wert oder höher angesammelt worden ist, wird nach außen ausgelassen.
  • Was den Einfrierbestimmungsmechanismus betrifft sind Elektroden 100a und 100b, ein Eisenkern 101, der sich zwischen den Elektroden 100a und 100b befindet, eine magnetische Absorptionssubstanz bzw. ein magnetischer Anziehkörper 110a, die sich in dem Wasser unter dem Eisenkern 101 befindet, und Führungen 102a und 102b zum Regulieren des Betriebs der magnetischen Absorptionssubstanz 110a umfasst. Die Elektroden 100a und 100b sind mit der Steuerungseinheit 200 durch Verbindungsleitungen 200a und 200b, die eine elektrische Schaltung bilden, verbunden. Auch wenn eine Spannung an die Elektroden 100a und 100b angelegt wird, fließt kein Strom in dieser Schaltung, da Kontaktpunkte A und B bei dem sich im Wasser befindlichen Ende der Elektroden 100a und 100b offen sind. Die elektrische Schaltung wird zu einer geschlossenen Schaltung, indem jeder Kontaktpunkt geschlossen wird, wenn leitfähige Substanzen bzw. Körper die Kontaktpunkte A und B kontaktieren, was einen leitfähigen Zustand, genauer gesagt das Fließen eines Stromes zur Folge hat. Die Steuerungseinheit 200 erfasst diesen leitfähigen Zustand und führt eine Einfrierbestimmung aus.
  • Die Steuerungseinheit 200 erzeugt durch ein Anlegen einer Spannung an die Elektroden 100a und 100b ein magnetisches Feld zwischen den Elektroden 100a und 100b, wobei der Eisenkern 101 die Wirkung des magnetischen Felds empfängt und sich in einen Elektromagneten verwandelt. Nachstehend wird der Eisenkern 101 in diesem Zustand als Elektromagnet 101 bezeichnet. Wenn kein Einfrieren vorliegt, wird, nachdem eine Spannung an die Steuerungseinheit 200 angelegt wird, nach Ablauf einer spezifischen Zeit die magnetische Absorptionssubstanz 110a zu dem Elektromagneten 101 gezogen, sie schwimmt zusammen mit den Führungen 102a und 102b, steigt zu der Position der magnetischen Absorptionssubstanz 110b an, die durch die gestrichelte Linie angezeigt ist, und kontaktiert die Kontaktpunkte A und B bei dem sich im Wasser befindlichen Ende der Elektroden 100a und 100b. Indem die magnetische Absorptionssubstanz 110a die Kontaktpunkte A und B kontaktiert, wird die vorstehend beschriebene elektrische Schaltung eine geschlossene Schaltung, ein Strom fließt und die Steuerungseinheit 200 erfasst einen leitfähigen Zustand. Genauer gesagt bestimmt die Steuerungseinheit 200, wenn sie in der Lage ist, einen leitfähigen Zustand zu erfassen, dass das Wasser Wa in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung nicht gefroren ist.
  • Wenn es gefroren ist, befindet sich, auch wenn der Elektromagnet 101 und die magnetische Absorptionssubstanz 110a zueinander angezogen werden, Eis zwischen den Elementen, so dass es schwierig für die magnetische Absorptionssubstanz 110a ist, aufzuschwimmen. Deswegen bestimmt, nachdem eine Spannung an die Elektroden 100a und 100b angelegt ist, die Steuerungseinheit 200, wenn ein leitfähiger Zustand auch nach Ablauf der spezifizierten Zeit nicht erfasst wird, dass das Wasser Wa in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 gefroren ist.
  • Unter Verwendung dieser Art von Aufbau wird es möglich, unter Verwendung eines einfachen Aufbaus das Einfrieren einer mechanischen Vorrichtung, für die eine Bestimmung eines Einfrierens schwierig ist, wie bspw. einer Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung oder dergleichen, zu bestimmen. Ein Einfrieren kann nicht allein durch das Vorhandensein oder Fehlen einer Leitfähigkeit bestimmt werden, es ist ebenso möglich die abgelaufene Zeit bis zu einer Erfassung einer Leitfähigkeit zu berücksichtigen. Indem dies getan wird, ist es möglich, einen halbgefrorenen Zustand zu erfassen. Nachstehend ist der Einfrierbestimmungsvorgang beschrieben.
  • Einfrierbestimmungsvorgang:
  • In 4 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Einfrierbestimmungsvorgangs gezeigt. Der Einfrierbestimmungsvorgang ist ein Vorgang für die Steuerungseinheit 200, die eine Steuerung jedes Funktionsblocks entsprechend dem Aktivierungsbetrieb des Brennstoffzellensystems, der durch die Bedienungsperson ausgeführt wird, ausführt. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Bestimmung, ob das Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 gesammelt ist, gefroren ist oder nicht, unter Verwendung der Wasserströmungseigenschaften ausgeführt. Es ist anzumerken, dass Strömungseigenschaften das Verhalten eines Fluids bzw. einer Flüssigkeit bezeichnen, das sich entsprechend den Bedingungen bei unterschiedlichen Zeiten ändert, wodurch bspw. Wasser, das in einem Behälter gesammelt ist, entsprechend der Bewegung, wenn der Behälter gekippt wird, fließt, wenn es nicht gefroren ist, und zu einem Eiszustand wechselt, wenn es gefroren ist, so dass es, auch wenn der Behälter gekippt wird, in dem Behälter nicht fließt. Genauer gesagt kann gesagt werden, dass Wasser die Eigenschaft zum Fließen aufweist, wenn es nicht gefroren ist, und die Eigenschaft zum Nicht-Fließen aufweist, wenn es gefroren ist.
  • Wenn dieser Vorgang gestartet wird, liest die Steuerungseinheit 200 die externe Temperatur von dem Temperatursensor 202 aus (Schritt S11). Wenn die externe Temperatur, die bei dem Temperatursensor 202 gemessen wird, ein spezifischer Wert oder höher ist (Schritt S12), wird bestimmt, dass die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 nicht gefroren ist, und eine normale Systemaktivierungsverarbeitung wird ausgeführt (Schritt S18). Es ist ebenso möglich, auf die Vorgeschichte der externen Temperatur, die durch den Temperatursensor 202 gemessen wird, Bezug zu nehmen, um eine Einfrierbestimmung auszuführen. Der spezifizierte Wert ist eine Temperatur, die zumindest höher als der Gefrierpunkt von Wasser ist, sowie eine, für die ein Einfrieren möglich ist.
  • Wenn die externe Temperatur nicht der spezifizierte Wert oder größer ist (Schritt S12), wird bestimmt, dass es eine hohe Wahrscheinlichkeit gibt, dass das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 gefroren ist, und eine Einfrierbestimmungsverarbeitung wird ausgeführt. Durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 100a und 100b, die sich in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 befinden, (Schritt S13) und durch ein Erzeugen eines magnetischen Feldes um die Elektroden 100a und 100b herum verwandelt die Steuerungseinheit 200 den Eisenkern 101 in den Elektromagneten 101 (Schritt S14).
  • Nachdem eine Spannung an die Elektroden 100a und 100b angelegt ist und nachdem die spezifizierte Zeit abgelaufen ist, bestimmt die Steuerungseinheit 200, ob eine Leitfähigkeit erfasst worden ist oder nicht (Schritt S15). Wenn eine Leitfähigkeit erfasst werden kann, wird bestimmt, dass das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 nicht gefroren ist, und das System wird aktiviert (Schritt S18). Wenn die Steuerungseinheit 200 keine Leitfähigkeit erfassen kann, wird bestimmt, dass das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 gefroren ist, die Heizeinrichtung wird aktiviert (Schritt S16) und ein Abtauen des Eises in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 wird ausgeführt. Der Abtauvorgang kann bspw. ebenso ausgeführt werden, indem eine Energie von der Batterie zugeführt wird und die Heizeinrichtung 47 aktiviert wird. Wie es in der Figur gezeigt ist, benachrichtigt die Steuerungseinheit 200 den Benutzer über die Anzeige 210, dass der Abtauvorgang im Gang ist (Schritt S17).
  • Mit dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist es unter Verwendung eines einfachen Aufbaus möglich, das Einfrieren des Wassers in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung zu bestimmen und die Aktivierung des Systems auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Einfrierbestimmung zu steuern, so dass es möglich ist, im Vorfeld zu verhindern, dass es nicht möglich ist, der Bremsstoffzelle Gas in ausreichender Weise zuzuführen, was es ermöglicht, eine Verschlechterung des Systems zu vermeiden.
  • Variationen:
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist ein Magnetfeld zwischen zwei Elektroden erzeugt worden, der Eisenkern, der zwischen diesen bereitgestellt ist, ist als ein Elektromagnet verwendet worden und ein Einfrieren ist durch den Zustand, ob die magnetische Absorptionssubstanz in der Lage gewesen ist, sich in dem Wasser zu bewegen, bestimmt worden, wobei es aber ebenso möglich ist, eine Einfrierbestimmung unter Verwendung des in 5 gezeigten Aufbaus auszuführen.
  • In 5 ist eine Querschnittdarstellung zur Beschreibung des Aufbaus einer Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß einem veränderten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 gemäß diesem veränderten Beispiel umfasst ein Stabelement 121, das in der Lage ist, sich in dem Wasser zu bewegen, einen Träger 122 zum Halten des Stabelements 121 bei einer spezifizierten Position, einen Haltepunkt 120 zum Drehen des Stabelements 121, wie es durch einen Pfeil in der Figur gezeigt ist, und einen Kontaktpunkt 123 für das Stabelement 121, um einen Kontakt herzustellen, wenn es dem Pfeil folgend gedreht wird.
  • Der Kontaktpunkt 123 weist einen Sensor auf, der sich in Kontakt mit der Steuerungseinheit 200 befindet, wobei, wenn das Stabelement 121 einen Kontakt herstellt, ein Signal an die Steuerungseinheit 200 gemeldet wird. Durch Drehen des Haltepunkts 120 unter Verwendung bspw. eines Motors dreht die Steuerungseinheit 200 das Stabelement 121 dem Pfeil nachfolgend. Wenn kein Einfrieren vorliegt, kontaktiert das Stabelement 121 den Kontaktpunkt 123, wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist (angezeigt durch einen Kreis C in der Figur). Zu dieser Zeit hat die Steuerungseinheit 200 Signale von dem Sensor empfangen und bestimmt den Zustand als nicht eingefroren.
  • Wenn ein Einfrieren vorliegt, kann das Stabelement 121 nicht betrieben werden, so dass es, wenn die Steuerungseinheit 200 den Haltepunkt 120 unter Verwendung eines Motors dreht und nicht durch Signale von dem Sensor benachrichtigt wird, nachdem eine spezifizierte Zeit abgelaufen ist, ebenso möglich ist, dies als in gefrorenem Zustand befindlich zu bestimmen. Es ist ebenso möglich zu bestimmen, in gefrorenem Zustand zu sein, indem erfasst wird, dass sich der Haltepunkt 120 nicht dreht.
  • Zusätzlich hierzu ist es als ein Einfrierbestimmungsverfahren, das die Strömungseigenschaften von Wasser verwendet, möglich, durch das Fließen von Wasser, wenn die Gas-Flüssigkeit- Trenneinrichtung 60 gekippt wird oder schwingen gelassen wird, zu bestimmen oder auf der Grundlage der Schwingungsfrequenz, wenn sie schwingen gelassen wird, eine Bestimmung auszuführen.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Einfrieren des Wassers in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A durch den Betriebszustand des beweglichen Elements, das sich in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung befindet, bestimmt worden. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Einfrieren des Wassers in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A auf der Grundlage des Druckwerts des Wasserstoffgases bestimmt, der durch den Drucksensor gemessen wird, der sich in der Rohrleitung befindet, die von der Anodenabgasrohrleitung abzweigt, für das eine Umgehungsrohrleitung so angeordnet ist, dass es in das Wasser der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung strömt.
  • Aufbau der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung:
  • In 6 ist eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Anodenabgas, das aus dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgestoßen wird, wird zu der Rohrleitung 33 ausgelassen. Ein Ventil 25 zur Regulierung des Ausströmvolumens des Anodenabgases ist in der Rohrleitung 33 angeordnet. Wie es in der Figur gezeigt ist, ist eine Umgehungsrohrleitung bzw. Nebenschlussrohrleitung 70 von der Rohrleitung 33 abgezweigt und so angeordnet, dass das Anodenabgas strömt, wobei das Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtungsende der Umgehungsrohrleitung 70 unter der Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A angeordnet ist. Ein Ventil 71 zur Einstellung des Ausströmvolumens des Anodenabgases ist in der Umgehungsrohrleitung 70 angeordnet, wobei, wenn die Steuerungseinheit 200 die Einfrierbestimmung des Wassers der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A ausführt, sie das Öffnen und Schließen des Ventils 25 und des Ventils 71 steuert und so umschaltet, dass das Anodenabgas zu der einen oder der anderen der Rohrleitung 33 oder der Umgehungsrohrleitung 70 ausströmt. An Stelle des Ventils 25 oder 71 ist es ebenso möglich, ein Umschaltventil bei der Verzweigungsstelle bereitzustellen.
  • Das Anodenabgas, das durch die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A hindurchgeht, strömt in eine Rohrleitung 34. In der Rohrleitung 34 sind eine Wasserstoffpumpe 45, um das Anodenabgas unter Druck zu setzen, ein Drucksensor 55, der den Stromaufwärtsseitendruck der Wasserstoffpumpe 45 misst, und ein Drucksensor 56 angeordnet, der den Stromabwärtsseitendruck misst. Die Steuerungseinheit 200 bestimmt das Einfrieren auf der Grundlage des Messwerts der Drucksensoren 55 und 56.
  • Wenn das Einfrieren des Wassers Wa in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A gemäß diesem Ausführungsbeispiel bestimmt wird, ist, da es vor der Aktivierung des Systems ist, das Ventil 25 im Vorfeld geschlossen. Die Steuerungseinheit 200 öffnet das Ventil 71 und steuert derart, dass das Anodenabgas, das von dem Brennstoffzellenstapel 10 herausströmt, zu der Umgehungsrohrleitung 70 strömt. Da sich das bei der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A befindliche Ende der Umgehungsrohrleitung 70 im Wasser befindet, fließt das Wasser ebenso in die Umgehungsrohrleitung 70, wobei die Wasseroberfläche sf bei der gleichen Position wie die Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A ist.
  • Wenn kein Einfrieren vorliegt, geht das Anodenabgas durch das Wasser in der Umgehungsrohrleitung 70, wird innerhalb des Wassers als Luftblasen bub von dem Auslass der Umgehungsrohrleitung 70 freigegeben, was durch den Kreis D in der Figur angezeigt ist, und strömt in die Rohrleitung 34. Das Anodenabgas wird durch die Wasserstoffpumpe 45 unter Druck gesetzt und strömt in die Rohrleitung. In diesem Fall unterscheiden sich die Druckwerte, die bei den Drucksensoren 55 und 56 gemessen werden, nicht von einem Zeitpunkt während einer normalen Aktivierung des Brennstoffzellensystems.
  • Wenn ein Einfrieren vorliegt, wird die Wasserstoffpumpe 45 betrieben, wobei das Anodenabgas, das in die Umgehungsrohrleitung 70 strömt, innerhalb des Wassers der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A nicht freigegeben bleibt, so dass der Druckwert, der durch den Drucksensor 55 gemessen wird, niedriger ist als während einer normalen Aktivierung des Brennstoffzellensystems. Die Steuerungseinheit 200 bestimmt, dass das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A gefroren ist, wenn die Differenz zwischen diesem Druckwert und dem Druckwert, der durch den Drucksensor 55 während eines normalen Betriebs gemessen wird, ein spezifizierter Wert oder größer ist.
  • Einfrierbestimmungsvorgang:
  • In 7 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Einfrierbestimmungsvorgangs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieser Vorgang ist ein Vorgang für die Steuerungseinheit 20, um eine Steuerung jedes Funktionsblocks auszuführen. Schritt S11 bis Schritt S12 sowie Schritte S16 bis S18 sind die gleichen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass eine Beschreibung hiervon weggelassen ist.
  • Die Steuerungseinheit 200 führt den Einfrierbestimmungsvorgang aus, wenn die externe Temperatur nicht ein spezifizierter Wert oder mehr ist (Schritt S12). Zuerst wird das Verschlussventil 21 geöffnet (Schritt S13) und das Wasserstoffgas wird von dem Wasserstofftank 20 dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt (Schritt S31). Als nächstes wird, damit das Anodenabgas, das von dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgestoßen wird, zu der Seite der Umgehungsrohrleitung 70 strömt, das Ventil 71 geöffnet (Schritt S32). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Einfrierbestimmung vor der Systemaktivierung ausgeführt und das Ventil 25, das in der Rohrleitung 33 angeordnet ist, ist im Vorfeld geschlossen.
  • Nach Ablauf der spezifizierten Zeit bestimmt die Steuerungseinheit 200, ob der Druckwert, der durch den Drucksensor 55 gemessen wird, ein spezifizierter Wert oder weniger ist oder nicht (Schritt S33). Wenn der Druckwert der spezifizierte Wert oder weniger ist, wird bestimmt, dass das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A gefroren ist, und eine Verarbeitung bei einem Einfrieren gemäß Schritt S16 bis Schritt S17 wird ausgeführt. Wenn der Druckwert nicht der spezifizierte Wert oder weniger ist, wird bestimmt, dass kein Einfrieren vorliegt, und das System wird aktiviert (Schritt S18).
  • Mit dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist es wie mit dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, ein Einfrieren eines mechanischen Geräts, für das eine Erfassung eines Einfrierens schwierig ist, wie bspw. einer Gas-Flüssigkeit- Trenneinrichtung oder dergleichen, auf einfache Weise zu erfassen, wobei, wenn ein Einfrieren vorliegt, eine Aktivierung des Systems verhindert wird, so dass es möglich ist, schädliche Auswirkungen während eines Startens des Brennstoffzellensystems zu vermeiden, während gleichzeitig eine Verschlechterung des Brennstoffzellensystems verhindert wird. Ebenso wird, wenn ein Einfrieren vorliegt, die Heizeinrichtung aktiviert, um ein Abtauen auszuführen, so dass es, wenn ein Abtauen erfasst ist, möglich ist, das Brennstoffzellensystem schnell zu aktivieren.
  • Variationen:
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist das Wasserstoffgas von dem Wasserstofftank 20 zugeführt worden, aber es ist ebenso möglich, den Restwasserstoff während des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems zu verwenden.
  • In 8 ist eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung für ein verändertes Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Wie es in der Figur gezeigt ist, zweigt die Umgehungsrohrleitung 70 von der Stromabwärtsseite der Wasserstoffpumpe 45 ab, das andere Ende der Umgehungsrohrleitung 70 ist so angeordnet, dass es sich unter der Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60 befindet, und das Ventil 71 zur Einstellung des Einströmens des Anodenabgases ist bei der Umgehungsrohrleitung 70 angeordnet. Ebenso wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Wasseroberfläche sf bei der gleichen Position wie die Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60.
  • Wenn eine Einfrierbestimmung ausgeführt wird, öffnet die Steuerungseinheit 200 ein Ventil 81 und aktiviert die Wasserstoffpumpe 45. Die Wasserstoffpumpe 45 setzt den Restwasserstoff, der in der Rohrleitung 33, 34 und der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A während des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems verblieben ist, unter Druck und lässt diesen zu der Umgehungsrohrleitung 70 strömen. Wenn die Einfrierbestimmung während einer Aktivierung ausgeführt wird, ist jedes der verschiedenen Ventile im Vorfeld geschlossen.
  • Wenn kein Einfrieren vorliegt, geht das Anodenabgas durch die Umgehungsrohrleitung 70 hindurch, wird innerhalb des Wassers als die Luftblasen bub von dem Auslass der Umgehungsrohrleitung 70 freigegeben, wie es durch den Kreis E in der Figur angezeigt ist, und strömt in die Rohrleitung 34. Die verschiedenen Ventiltypen, die zu dem Ventil 71 verschieden sind, sind geschlossen, so dass das Anodenabgas in einem geschlossenen Weg der Rohrleitung 34 zu der Umgehungsrohrleitung 70 zu der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A zirkuliert, so dass während der Einfrierbestimmung die Druckwerte, die durch die Drucksensoren 55 und 56 gemessen werden, Werte innerhalb des spezifizierten Bereichs sind.
  • Wenn ein Einfrieren vorliegt, wird das Anodenabgas, das in die Umgehungsrohrleitung 70 strömt, gelassen wie es ist, ohne innerhalb des Wassers der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A freigegeben zu werden, und die Wasserstoffpumpe 45 arbeitet, so dass der Druckwert, der durch den Drucksensor 55 gemessen wird, kleiner als der spezifizierte Wert oder darüber ist. Die Steuerungseinheit 200 bestimmt, dass das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A gefroren ist, wenn der Druckwert, der durch den Drucksensor 55 gemessen wird, kleiner als der spezifizierte Wert oder mehr ist.
  • Unter Verwendung dieser Art von Aufbau, wobei der verbleibende Wasserstoff des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems verwendet wird, ohne zu warten, bis neues Wasserstoffgas zugeführt ist, ist es möglich, eine Einfrierbestimmung unter Verwendung eines einfachen Aufbaus auszuführen, was wünschenswert ist.
  • Drittes Ausführungsbeispiel:
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Einfrieren auf der Grundlage des Betriebszustands des beweglichen Elements, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B bereitgestellt ist, bestimmt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Umgehungsrohrleitung in dem Wasser der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B von der Rohrleitung bereitgestellt, wobei ein Einfrieren durch den Druckwert, der durch den Drucksensor gemessen wird, bestimmt wird. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird mit einem Vorgang, der Wasser in Eis umwandelt, indem es eingefroren wird, auf der Grundlage der Tatsache, dass sich das Volumen ausdehnt, ein Einfrieren auf der Grundlage der Differenz in dem Volumen des Wassers, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, bestimmt.
  • Aufbau der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung-
  • In 9 ist eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Eine dünne Gummischicht 80a ist bei der Seitenfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60A angeordnet und ein bewegliches Element 81a, das von einer Feder 82 gehalten wird, ist so angeordnet, dass es in Kontakt mit der dünnen Schicht 80a ist. Das andere Ende der Feder 82 ist mit einem fixierten Drucksensor 83 versehen. Zusammen mit der Ausdehnung des Volumens, wenn das Wasser- Wa einfriert, dehnt sich die dünne Schicht 80a zu der Außenseite der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B aus, wie es durch die dünne Schicht 80b der gestrichelten Linie gezeigt ist. Das bewegliche Element 81a wird, wie es durch einen Pfeil gezeigt ist, durch die dünne Schicht 80b gedrückt, wobei es sich, während die Feder 82 damit zusammengedrückt wird, zu der Position des beweglichen Elements 81b bewegt, das durch die gestrichelte Linie gezeigt ist.
  • Der Drucksensor 83 misst den Druck bei der Feder 82, wobei auf der Grundlage des gemessenen Druckwerts und des Druckwerts, der gemessen wird, wenn der vorangegangene Betrieb des Brennstoffzellensystems beendet ist, eine Bestimmung bezüglich des Einfrierens des Wassers Wa der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B ausgeführt wird. Genauer gesagt tritt, wenn kein Einfrieren vorliegt, während einer Einfrierbestimmung des Brennstoffzellensystems keine Differenz eines spezifizierten Werts oder mehr zwischen dem Druckwert, der bei dem Drucksensor 83 gemessen wird, und dem Druckwert auf, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird. Im Vergleich hierzu dehnt sich, wenn ein Einfrieren vorliegt, die dünne Schicht 80a aus, wie es durch die in der Figur gezeigte, dünne Schicht 80b gezeigt ist, wobei hinsichtlich des beweglichen Elements 81a sich dieses auf ähnliche Weise zu der Position des beweglichen Elements 81b bewegt. Deshalb wird eine Kraft in der Pfeilrichtung auf die Feder 83 ausgeübt, wobei im Vergleich zu dem Druckwert, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird, der Druckwert, der bei dem Drucksensor 83 gemessen wird, größer als der spezifizierte Wert oder höher ist. Auf diese Weise bestimmt, wenn der Druckwert, der durch den Drucksensor 83 gemessen wird, im Vergleich zu dem Druckwert, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird, größer als der spezifizierte Wert oder höher ist, die Steuerungseinheit 200 den Zustand als gefroren.
  • Bezüglich des Einfrierbestimmungsvorgangs in dem Flussdiagramm gemäß 7 zur Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels können Schritt S30 als "Druckmessung", Schritt S31 als "Auslesen von Druckwerten während des Endes des vorangegangenen Betriebs", Schritt S32 als "Vergleich von Druckwerten" und Schritt S33 als "gibt es eine Differenz eines spezifizierten Werts oder mehr in den Druckwerten?" beschrieben werden.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Einfrierbestimmung auf der Grundlage der Differenz in einem Volumen des Wassers, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, auszuführen, so dass es möglich ist, ein Einfrieren der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung unter Verwendung eines einfachen Aufbaus zu bestimmen. Folglich ist es möglich zu verhindern, dass eine ausreichende Zufuhr des Abgases zu dem Brennstoffzellenstapel nicht möglich ist, und eine Verschlechterung des Brennstoffzellensystems zu unterdrücken.
  • Variationen:
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel ist ein Einfrieren auf der Grundlage des Ausdehnens der dünnen Schicht, die unter der Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung angeordnet ist, bestimmt worden, wobei es aber an Stelle der dünnen Schicht ebenso möglich ist, einen Drucksensor unter der Wasseroberfläche bereitzustellen.
  • In 10 ist eine Querschnittansicht zur Beschreibung des Aufbaus der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gemäß einem veränderten Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B umfasst einen Drucksensor 90 unter der Wasseroberfläche. Ein Wasserdruck wird, wie es durch einen Pfeil gezeigt ist, durch das Wasser Wa unter der Wasseroberfläche der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B ausgeübt, wobei die Steuerungseinheit 200 ein Einfrieren auf der Grundlage des Wasserdrucks bestimmt, der durch den Drucksensor 90 gemessen wird.
  • Wenn kein Einfrieren vorliegt, erscheint keine Differenz eines spezifizierten Werts oder höher zwischen dem Druckwert, der durch den Drucksensor 90 gemessen wird, und dem Druckwert, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird. Wenn ein Einfrieren vorliegt, dehnt sich das Volumen mit dem Zustandsänderungsvorgang von Wasser zu Eis aus, so dass der Druckwert, der bei dem Drucksensor 90 gemessen wird, höher ist als der Druckwert, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird.
  • Durch ein Verwenden dieser Art von Aufbau ist es möglich, die Ausdehnung des Volumens von Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, anders ausgedrückt ein Einfrieren unter Verwendung eines einfachen Aufbaus zu bestimmen, was wünschenswert ist.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und dem vorstehend beschriebenen veränderten Beispiel ist ein Einfrieren auf der Grundlage des Druckwerts, der während der Einfrierbestimmung gemessen wird, die vor eine Aktivierung des Brennstoffzellensystems ausgeführt wird, und des Druckwerts, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs des Brennstoffzellensystems gemessen wird, bestimmt worden, wobei es aber ebenso möglich ist, unabhängig von dem Druckwert, der bei dem Ende des vorangegangenen Betriebs gemessen wird, ein Einfrieren zu bestimmen, wenn der Druckwert der spezifizierte Wert oder größer ist.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist das bewegliche Element verwendet worden, wobei es aber an Stelle des beweglichen Elements ebenso möglich ist, einen Schalter bereitzustellen. Indem dies getan wird, ist es möglich, ein Einfrieren auf der Grundlage des Schalters, der entsprechend der Ausdehnung der dünnen Schicht eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, zu bestimmen und eine Einfrierbestimmung mit einem einfachen Aufbau zu verwirklichen.
  • Ebenso ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel Gummi für die dünne Schicht verwendet worden, aber die Erfindung ist nicht hierauf begrenzt, wobei die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann, solange es ein elastisches Element ist, das eine Form bei einem spezifizierten Druckwert oder höher ändert. Es ist anzumerken, dass der "spezifizierte Druckwert" ein Wert innerhalb eines spezifizierten Bereichs von dem Druckwert, der erfasst wird, wenn das Wasser in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung 60B gefroren ist, sein kann oder auch ein Wert sein kann, der aus der Volumenausdehnungsrate berechnet wird. Ebenso kann die Einfrierbestimmung bspw. ausgeführt werden, indem das bewegliche Element, das in einen Kontakt mit dem elastischen Element zu bringen ist, bei der Außenseite der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung bereitgestellt ist, wobei das elastische Element zu der Außenseite zusammen mit der Volumenausdehnung auf Grund des Einfrierens des Wassers in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung ausgedehnt wird, wobei der Betriebszustand des beweglichen Elements auf Grund dieser Ausdehnung erfasst wird.
  • Des Weiteren ist es im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Verfahren möglich, als das Verfahren zum Bestimmen eines Einfrierens verschiedene Verfahren, wie bspw. eine Ausbreitung oder Reflexion von Schall oder eine Reflexion, Transmission oder Brechung von Licht innerhalb der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, zu verwenden.
  • Wenn ein Einfrieren in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung für das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst wird, ist die Aktivierung des Systems verhindert worden, wobei es aber danach, wenn ein Abtauen der eingefrorenen Stellen erfasst ist, möglich ist, Aktivierungsverzögerungen zu verhindern, wenn das System schnell aktiviert wird.
  • Vorstehend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt und es ist ersichtlich, das verschiedene Aufbauten innerhalb eines Bereichs verwendet werden können, der nicht vom Bereich der Erfindung abweicht.
  • Zusammenfassung
  • (3)
  • Eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung (60) ist als ein Einfrierbestimmungsmechanismus mit Elektroden (100a, 100b), einem Eisenkern (101), einem Magnetanziehelement (110a), das unter Wasser angebracht ist, und Führungen (102a, 102b) zur Steuerung des Betriebs des Magnetanziehelements (110a) versehen. Eine Steuerungseinheit legt eine Spannung an die Elektroden an und wandelt den Eisenkern (101) in einen Elektromagneten (101) durch ein magnetisches Feld um, das zwischen den Elektroden erzeugte wird. Während einer nicht eingefroren Zeit ziehen sich der Elektromagnet (101) und das Magnetanziehelement (110a) einander an, um Kontakte (A, B) zu schließen und einen leitfähigen Zustand zu erzeugen. Während einer eingefrorenen Zeit ist es schwierig, das Magnetanziehelement (110) auf Grund des Vorhandenseins von Eis zwischen dem Elektromagneten (101) und dem Magnetanziehelement (110a) aufschwimmen zu lassen, auch wenn sie sich einander anziehen. Die Steuerungseinheit bestimmt, wenn ein leitfähiger Zustand nicht in einer spezifizierten Zeit nach dem Anlegen der Spannung an die Elektroden erfasst wird, dass das Wasser (Wa) in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung (60) gefroren ist.

Claims (17)

  1. Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle, einem Gaszufuhrrohr zur Zufuhr von Gas, das zur Erzeugung von Elektrizität verwendet wird, zu der Brennstoffzelle, ein Gasausstoßrohr zum Ausstoßen von Gas, das von der Brennstoffzelle ausgestoßen wird, eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, die bei zumindest einem Teil des Gasausstoßrohres und des Gaszufuhrrohres angeordnet ist, zum Sammeln von Wasser in dem ausgestoßenen Gas und eine Einfrierbestimmungsvorrichtung, die das Einfrieren von Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, bestimmt.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Einfrierbestimmung durch die Einfrierbestimmungsvorrichtung während einer Aktivierung des Brennstoffzellensystems ausgeführt wird und das Brennstoffzellensystem ein Systemaktivierungsverhinderungsmodul umfasst, das, wenn ein Einfrieren des Wassers erfasst wird, eine Aktivierung des Brennstoffzellensystems verhindert.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung ein Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage von Differenzen in den Strömungseigenschaften des in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelten Wassers, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, bestimmt.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, mit: einem beweglichen Element, das in dem Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, betreibbar ist, einer Betriebsvorrichtung, die das bewegliche Element betreibt und einer Betriebserfassungsvorrichtung, die den Betriebszustand des beweglichen Elements erfasst, wobei das Einfrierbestimmungssystem ein Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse der Betriebserfassungsvorrichtung bestimmt.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, mit: einem Kontaktpunkt, der den Leitfähigkeitszustand durch den Betrieb des beweglichen Elements ändert, wobei die Betriebserfassungsvorrichtung die Änderungen in dem Leitfähigkeitszustand des Kontaktpunkts erfasst.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei das Gaszufuhrrohr ein Brennstoffgaszufuhrrohr zur Zufuhr von Brennstoffgas zu der Brennstoffzelle umfasst, das Gasausstoßrohr ein Anodenabgasausstoßrohr zum Ausstoßen des Anodenabgases von der Brennstoffzelle umfasst, die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung oberhalb des Anodenabgasausstoßrohrs angeordnet ist und das Brennstoffzellensystem umfasst: eine verbundene Umgehungsrohrleitung, die von dem Anodenabgasausstoßrohr abzweigt und die sich unter der Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung fortsetzt, eine Umschaltvorrichtung, die den Brennstoffgasweg entweder zu dem Anodenabgasausstoßrohr oder der verbundenen Umgehungsrohrleitung umschaltet, und eine Druckmessvorrichtung, die den Druck des Anodenabgasausstoßrohrs misst, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung ein Einfrieren auf der Grundlage des Druckwerts bestimmt, der durch die Druckmessvorrichtung in einem Zustand gemessen wird, bei dem der Weg zu der Seite der verbundenen Umgehungsrohrleitung umgeschaltet ist.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung das Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage der Differenz in dem Volumen des Wassers in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, bestimmt.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, mit einer Druckmessvorrichtung, die den Druck bei einem Teil, der niedriger als die Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung ist, misst, und die Einfrierbestimmungsvorrichtung das Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage des gemessenen Druckwerts bestimmt.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, mit einem elastischen Element, das eine Form mit einem Druck ändert und bei einem beliebigen Teil unter der Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung bereitgestellt ist, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung ein Einfrieren auf der Grundlage eines Formänderungszustands des elastischen Elements bestimmt.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, wobei die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung eine Seitenfläche und eine Bodenfläche aufweist und das elastische Element nahe der Bodenfläche bei der Seitenfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung angeordnet ist.
  11. Einfrierbestimmungsvorrichtung mit: einer Gasrohrleitung, in der ein Gas strömt, einer Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, die mit der Gasrohrleitung verbunden ist, zum Trennen und Sammeln von Flüssigkeit, die in dem Gas beinhaltet ist, das in der Gasrohrleitung strömt, und einer Einfrierbestimmungsvorrichtung, die das Einfrieren von Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage von Differenzen in den Strömungseigenschaften bestimmt, wenn das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelte Wasser gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist.
  12. Einfrierbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung umfasst: ein bewegliches Element, das in dem Wasser, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, betreibbar ist, eine Betriebseinheit, die das bewegliche Element betreibt und eine Betriebserfassungseinheit, die den Betriebszustand des beweglichen Elements erfasst, wobei das Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse durch die Betriebserfassungseinheit bestimmt wird.
  13. Einfrierbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 12, mit einem Kontaktpunkt, der den Leitfähigkeitszustand durch den Betrieb des beweglichen Elements ändert, wobei die Betriebserfassungseinheit Änderungen in dem Leitfähigkeitszustand des Kontaktpunkts erfasst.
  14. Einfrierbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung das Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage einer Differenz in dem Volumen des Wassers in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, an Stelle der Differenzen in den Strömungseigenschaften des in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelten Wassers, wenn es gefroren ist und wenn es nicht gefroren ist, bestimmt.
  15. Einfrierbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung umfasst: eine Druckmesseinheit, die den Druck bei einem Teil unter der Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung misst, wobei das Einfrieren des Wassers, das in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung gesammelt ist, auf der Grundlage des gemessenen Druckwerts bestimmt wird.
  16. Einfrierbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Einfrierbestimmungsvorrichtung umfasst: ein elastisches Element, das bei einem beliebigen Teil unter der Wasseroberfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung bereitgestellt ist und eine Form mit einem Druck ändert, wobei das Einfrieren auf der Grundlage des Formänderungszustands des elastischen Elements bestimmt wird.
  17. Einfrierbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung eine Bodenfläche aufweist, wobei das elastische Element nahe der Bodenfläche bei einer Seitenfläche in der Gas-Flüssigkeit-Trenneinrichtung angeordnet ist.
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