CN100404305C - 燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

装载有燃料瓶的燃料电池车辆，高效扩散从燃料瓶经由压力控制阀排放到外部气体中的高压燃料气体，并排放到车外。燃料瓶(14)的压力控制阀(58)，具有气体排放口(59)，该气体排放口(59)与设在上车架(22R)上的扩散导向件(102)相对配置。从气体排放口(59)排出的燃料气体，在碰到扩散导向件(102)的凹面部(104)，并被沿其扩散为放射状的同时，通过开口部(106)并穿过凹面部(104)的一部分气体碰到上车架(22R)的壁面而被整流，并沿着壁面被扩散，以放射状排放到外部气体中。

Description

燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及一种具有燃料瓶和燃料电池组，并以将反应气体和来自所述燃料瓶的燃料气体供给所述燃料电池组而得到的电力来行驶的燃料电池车辆，例如，涉及一种适用于二轮、三轮摩托车或四轮汽车等的优选燃料电池车辆。
背景技术
近来，公知的是将通过燃料电池系统发电得到的电力供给电动机，并通过该电动机来驱动车轮的燃料电池车辆。在所述燃料电池系统中，在燃料电池组中，是通过作为燃料气体的氢气和反应气体的氧气的化学反应来进行发电的。在此，虽然氧气是通过空气压缩机从空气中导入的，但是氢气却是通过流量调整阀从燃料瓶供给的(参见专利文献1)。
在装载于燃料电池车辆上的燃料瓶上，为延长供给一次燃料可行驶的距离等，填充高压氢气。并且，在填充有高压氢气的燃料瓶上，除所述流量调整阀以外，还设有用于防止内部气体压力达到规定气体压力以上的压力控制阀。
专利文献1：特开2001-130468号公报(图1)
发明内容
此外，优选装载有燃料瓶的燃料电池车辆，当所述压力控制阀工作，将氢气从燃料瓶排放到外部气体中时，其排放压力减弱，并且被扩散开来，排放到外部气体中，即车外。
但是，在上述关于现有技术的文献中，并未对压力控制阀自身以及通过其工作来排放氢气的方法作任何记载。
本发明即是考虑上述问题所作出的，其目的在于，提供一种装载在燃料瓶上的可以高效扩散从燃料瓶排放到外部气体中的燃料气体并将其排放到车外的燃料电池车辆。
本发明涉及的燃料电池车辆，具有燃料瓶和燃料电池组，借助于将反应气体和来自所述燃料瓶的燃料气体供给所述燃料电池组得到的电力来行驶，其特征在于，具有：从俯视看来，包围并支撑所述燃料瓶的车架；和气体排放器，其设在所述燃料瓶上，并且具有气体排放口，通过所述气体排放口将所述燃料瓶内的所述燃料气体排放到外部气体中；所述气体排放口，被与所述车架相对配置。
根据本发明，由于将气体排放口与车架相对配置，所以可以通过使从燃料瓶排出的燃料气体碰触车架以使其高效扩散，并排放到车外。
在这种情况下，可以通过在与所述气体排放口相对配置的所述车架上，还设有使从所述气体排放口排出的所述燃料气体向多个方向扩散的扩散导向件，借助于扩散导向件使燃料气体高效扩散。
此外，由于通过在所述扩散导向件上形成与所述气体排放口相对的凹面部，并在所述凹面部上设有使一部分所述燃料气体通过的多个开口部，来通过凹面部扩散排出的燃料气体，同时通过开口部贴着车架并通过车架被扩散开来，所以可以使其高效扩散。
另外，可以通过具有将包围并支撑所述燃料瓶的车架覆盖起来的车盖，将用于把通过所述车架或所述扩散导向件进行扩散的所述燃料气体排放到所述车盖之外的所述外部气体中的出口部，设在车盖中的所述燃料气体碰到的车架或所述扩散导向件的附近，来将通过车架进行扩散的燃料气体、通过扩散导向件进行扩散的燃料气体或通过扩散导向件和车架进行扩散的燃料气体，从车盖的出口部高效排放到车外。
在此，优选将所述气体排放器做成，当所述燃料瓶内的燃料气体压力超过规定值时，所述排放口自动打开以排放所述燃料气体的压力控制阀。压力控制阀，例如，具有下述功能：在阀体内使弹力和内部燃料气体压力对抗，如果燃料气体压力超过弹力，则阀体打开，并将多余的压力排放到外部气体中。因此，可以防止燃料瓶内的压力增至过大。
根据本发明，在装载有燃料瓶的燃料电池车辆中，可以通过将从燃料瓶通过气体排放器的气体排放口被排出的燃料气体碰到车架或扩散导向件，进行高效扩散并排放到车外。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例涉及的燃料电池二轮车的部分概略侧视图。
图2是图1例的燃料电池二轮车的部分概略透视图。
图3是车架构造的模式图。
图4是表示燃料瓶和支撑其的上车架的主视图。
图5是从车身右斜前方看到的鼓风机组件的部分概略透视图。
图6是从车身左斜前方看到的鼓风机组件的部分概略透视图。
图7是空气过滤器的分解透视图。
图8是表示燃料电池系统的构成的侧视图。
图9是表示燃料电池系统的构成的俯视图。
图10是图8所示的燃料电池箱的沿X-X线的剖面图。
图11是图8所示的燃料电池箱的沿X-XI线的剖面图。
图12是供于说明气体扩散机构的配置和动作的透视图。
图13是供于说明气体扩散机构的配置的俯视图。
图14是被车盖覆盖的燃料电池车辆的透视图。
图15是供于说明另一实施方式的气体扩散机构的配置和动作的透视图。
图16是供于说明另一实施方式的气体扩散机构的配置和动作的透视图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示适用于本发明的燃料电池车辆的一个实施方式的燃料电池二轮车10的构成的部分概略侧视图；图2是燃料电池二轮车10的透视图；图3是表示燃料电池二轮车10的车架12的框架的模式图；图4是表示车架12支撑燃料瓶14的状态的说明图。
主要是，如图3所示，车架12，基本上由下述部分构成：头管16；以该头管16为起点(一端)沿斜下方延伸的左右一对上部下车架18L、18R；在该上部下车架18L、18R下方，以头管16为起点(上端)沿下方延伸的左右一对下部下车架20L、20R；从下部下车架20L、20R的大约中央部沿斜上方延伸，其中间被上部下车架18L、18R的另一端连接起来的左右一对上车架22L、22R；在该上车架22L、22R下方，从下部下车架20L、20R的下端沿后方延伸的左右一对下车架24L、24R；环状车架26，其大约为四方形的环状结构，通过其四角来支撑上车架22L、22R和下车架24L、24R的后端；在连接有上车架22L、22R和下车架24L、24R的位置上，分别连接下部下车架20L、20R的上部连接车架30和下部连接车架32。
车架12，还具有从下车架24L、24R后端沿斜上方延伸的后板28。
主要如图1所示，在头管16上，连接有通过桥架17可自由旋转地支撑前轮FW的左右一对前叉34，在该前叉34上，通过桥架17可操纵地连接有操控手柄36。左右一对摆动车架38被以轴40为支点可自由摆动地支撑在后板28下方，作为驱动轮的后轮RW被支撑在摆动车架38后端。另外，虽然未图示，但是在后轮RW上，一体装入由通过燃料电池系统发出的电所驱动的电动机。
在燃料电池二轮车10上装入燃料电池系统，该燃料电池系统，基本上包括：燃料电池组42，其通过使供给阳极的燃料气体(氢气)和供给阴极的反应气体(氧气)发生反应来进行发电(电流)；内置该燃料电池组42的燃料电池箱44；燃料瓶(氢气瓶)14，其以高压状态存储供给该燃料电池箱44内的燃料电池组42的燃料气体；以及管道系统46，其导入外部气体(大气)，并将其作为反应气体、换气气体和冷却气体供给燃料电池组44。另外，还具有作为辅助电源的多个二次蓄电池47、48和燃料电池49。
燃料瓶14，被左右上车架22L、22R支撑在其间，并被以使阀部件50(参见图2)朝向后方，同时使阀部件50一侧的端部(前端)高于另一端(后端)地以倾斜的横卧姿势，沿着上车架22L、22R装载在就座用的座位52的前侧。另外，设在燃料瓶14上的阀部件50，由以下部分构成：在氢气燃料站等被供给高压氢气的关闭阀54；流量调整阀56，调整供给燃料电池组42的燃料气体的流量；作为气体排放器的压力控制阀58，其具有当内部气体压力达到规定气体压力以上时自动打开的气体排放口59。
如图4所示，由于左右上车架22L、22R是以两者间隔从上向下变窄的方式构成的，所以能够以横卧姿势支撑燃料瓶14。在上车架22L、22R的对接面上安装有冲击吸收部件45。另外，支撑上车架22L、22R的燃料瓶14的表面，大致形成平板状。燃料瓶14，被金属捆扎带60、62(参见图1和图2)牢固限制在上车架22L、22R上。
在燃料瓶14被限制在上车架22L、22R上的状态下，从俯视看来，如图3中的虚线所示，燃料瓶14被配置在车轴方向上，并以燃料瓶14的前后方向分别被环状车架26的上部和上部连接车架30保护，并且左右方向被上车架22L、22R保护的方式，进行配置。即，燃料瓶14，从俯视看来，被具有厚度的带状框架(车架)包围起来进行保护，该带状框架由构成车架12的环状车架26的上边、上部连接车架30和上车架22L、22R构成；并且通过捆扎带60、62(参见图1和图2)被牢固支撑在上车架22L、22R上。
在燃料瓶14下方，燃料电池箱44位于后车架24L、24R之间，并且沿着连接前轮FW的旋转轴和后轮RW的旋转轴的直线，与该直线重合地，通过设在上车架22L、22R的前后各两处(共四处)上的托架64、66悬挂固定。
作为辅助电源的二次蓄电池47、48和燃料电池49，分别被分散配置在车辆的前方、后方和座位52的下方。在座位52后方，装载有电气安装件68，其包括：将燃料电池系统的输出电压转换成辅机用的电压、例如12[V]的降压器，和控制整个燃料电池二轮车10的ECU(Electric Control Unit：控制部)。
此外，在车体前方，在从头管16延伸到前方的前管72上安装有鼓风机组件70，其作为导入外部气体，并强制将其作为换气气体、反应气体和冷却气体供给燃料电池箱44的空气压缩机而发挥作用。
图5是从车身右斜前方看到的鼓风机组件70的图；图6是从左斜前方看到的图。
鼓风机组件70，基本上由以下部分构成：通过电气安装件68进行控制的鼓风机电动机74和内置鼓风机风扇的鼓风机主体75，空气过滤器78，和连接鼓风机主体75和空气过滤器78的吸气管80。
如图7所示，空气过滤器78，将滤气器78c内置在由右箱78a和左箱78b构成的箱内。在右箱78a的下侧端面上设有导入外部气体的吸气口81，在左箱78b的主面上设有输出口82。吸气管80被连接在输出口82上。
如图5所示，空气过滤器78，吸气口81被以指向车体右侧斜下方的姿势安装在车体上。在空气过滤器78的侧面上设有切口部78d，鼓风机主体75的鼓风机电动机74被收容在该切口部78d上。
鼓风机主体75工作，则吸气管80内变为负压，外部气体从空气过滤器78的吸气口81被吸入。该外部气体在空气过滤器78内被滤气器78c过滤后，从输出口82被吸入到吸气管80内，之后，通过鼓风机电动机74被供给鼓风通路76。
当未图示的点火开关处于接通状态，鼓风机组件70被驱动，开始吸入和加压输送外部气体。
这时，如图8所示，外部气体作为换气气体从鼓风通路76的上流侧旁通阀84经由换气供给通路87被导入到燃料电池箱44内。与此同时，由于下流侧旁通阀86打开，所以，外部气体在经由反应气体供给通路88(也参见图9)被供给燃料电池组42的同时，经由冷却气体供给通路90被供给燃料电池组42。
这时，通过未图示的温度传感器，经常计测燃料电池组42的组套温度Tbat，当点火开关处于关断状态，对组套温度Tbat与规定的基本温度Tref进行比较。下流侧旁通阀86，如果Tbat＜Tref，从鼓风通路76供给的外部气体既不供给反应气体供给通路88，也不供给冷却气体供给通路90；如果Tbat≥Tref，则进行控制，以停止向反应气体供给通路88一侧的供给，只继续向冷却气体通路90一侧供给。
在燃料电池组44上，还连接有用于排放换气气体的换气输出口通路92和用于排放被净化的燃料气体(氢气)的氢气出口通路94，各通路的另一端，被连接到还作为氢气稀释箱发挥作用的消音器96上。换气气体和被净化的氢气，通过消音器96被混合并排放到外部气体中。
如图8所示，燃料瓶14和燃料电池箱44被燃料气体供给通路98连接起来，燃料气体经由该燃料气体供给通路98，从燃料瓶14被供给燃料电池箱44内的燃料电池组42。经常监控构成燃料电池组42的各电池的电压，其中，即使有一个电池低于基准电压时，进行氢气净化以确保发电效率在规定以上。
图10、11分别是燃料电池箱44的沿X-X线的剖面图和沿X-XI线的剖面图。
在燃料电池箱44内，大致为长方体状的燃料电池组42，其6个面被支撑在箱盒44a、44b之间，以确保换气用的空间。作为换气气体从换气气体供给通路87被导入燃料电池箱44内的外部气体，更换滞留在箱盒44a、44b和燃料电池组42之间的空间内的气体，并从换气输出口通路92被排放掉。
图12表示构成燃料瓶14的阀部件50和车架12中，包含上车架22L、22R的气体扩散机构100的透视结构模式图。
图13是用于说明气体扩散机构100的模式主视图。
气体扩散机构100，由压力控制阀58、扩散导向件102和构成车架12的上车架22R构成。在此，安装于燃料瓶14的阀部件50上的作为气体排放器的压力控制阀58，具有气体排放口59，该气体排放口59，被与设于上车架22R上的扩散导向件102相对配置。
扩散导向件102形成碗状，与气体排放口59相对的那一面形成凹面部104，在该凹面部104的四个部位设有开口部106。开口部106，被开设在沿上车架22R的方向和与其垂直相交的方向上。在此，扩散导向件102的直径L2，形成大于气体排放口59的开口直径的直径，更具体地说，扩散导向件102的大小被设定为，从研钵状的气体排放口59排出的高压燃料气体必然碰到扩散导向件102后才被进行扩散的大小。上车架22R的扩散导向件102的安装面的宽度L1，形成大于扩散导向件102的最大直径L2的值。
另外，扩散导向件102，例如，通过碗状底部被相对于设在上车架22R上的凸台进行螺钉固定。可以做成两个凸台，并通过两个螺钉固定，阻止其转动而构成。此外，还可以做成以下结构：在上车架22R上设置头部为四方形等的异型螺纹状的突起，将与设于扩散导向件102的底部的异型螺纹对应的形状的凹部压入该螺纹状的突起，通过一次操作进行固定。
压力控制阀58，是限定燃料瓶14的最高压力的压力控制阀，例如，具有如下功能：在阀体内使弹力和内部燃料气体压力对抗，当内部燃料压力超过弹力时，阀体打开，多余的燃料气体，如箭头110所示，通过气体排放口59进行排放。
从气体排放口59沿箭头110所示的方向被排出的高压燃料气体，碰到扩散导向件102的凹面部104而压力减弱，并且通过沿着该凹面部104如箭头111所示被扩散为放射状而使压力进一步减弱，并排放到外部气体中，同时通过开口部106穿过扩散导向件102的一部分气体碰到上车架22R的大致为平板状的壁面而进一步衰减并被整流，沿着壁面如箭头112所示被扩散，并以放射状被排放到外部气体中。这样，碰到上车架22R和扩散导向件102的高压燃料气体，势力衰减，并且被迅速地高效扩散至各个方向。
实际上，如图14所示，燃料电池二轮车10，由于被由前机罩120、中心机罩122和左右侧机罩124L、124R构成的车盖126覆盖，所以可以通过在左右侧机罩124L、124R的扩散导向件102附近的燃料气体被扩散的地方设置出口部128L、128R，将通过扩散导向件102和上车架22R被扩散的燃料气体高效并且迅速地排到车外。
另外，如图15所示，即使做成不设置扩散导向件102，将压力控制阀58的气体排放口59，直接与上车架22R的壁面相对配置的气体扩散机构100A的结构，由于从气体排放口59排出的燃料气体碰到上车架22R，并如箭头所示被全方向地扩散，所以可以得到一定的扩散效果。在这种情况下，上车架22R的宽度L1被设定为，由气体排放口59排出的高压燃料气体必然与上车架22R抵接之后才被扩散的宽度。
此外，如图16所示，即使做成在未设有开口部106的整个凹面部的扩散导向件113与气体排放口59相对配置的气体扩散机构100B的构成，由于由气体排放口59排出的燃料气体碰到扩散导向件113被全方向地扩散，所以可以得到一定的扩散效果。
在这种情况下，如果评价气体扩散机构100、100A、100B的优劣，则通过车架(上车架22R)上设有具有开口部106的扩散导向件102的图12例的气体扩散机构100可以最高效地进行扩散，以下，按照如下顺序可以高效地进行扩散：在车架上(上车架22R)设有不具有开口部的扩散导向件113的图16例的气体扩散机构100B，以及仅通过车架(上车架22R)使排放气体扩散的图15例的气体扩散机构100A。可以考虑来自气体排放口59的排放压力、上车架22R的形状等，来决定采用哪一种气体扩散机构100、100A和100B。
另外，本发明不限于上述实施方式，根据该说明书的所述内容，例如除燃料电池二轮车10以外，同样适用于燃料电池三轮车和燃料电池四轮车，并且当然可以采用各种结构。

Claims (5)

1.一种燃料电池车辆，具有燃料瓶和燃料电池组，以将反应气体和来自燃料瓶的燃料气体供给所述燃料电池组而得到的电力来行驶，其特征在于，具有：
从俯视看来，包围并且支撑所述燃料瓶的车架；和
气体排放器，其设在所述燃料瓶上，并且具有气体排放口，将所述燃料瓶内的所述燃料气体通过所述气体排放口排放到外部气体中；
所述气体排放口，被与所述车架相对配置；
在与所述气体排放口相对配置的所述车架上，还设有使从所述气体排放口排放的所述燃料气体向多个方向扩散的扩散导向件。
2.如权利要求1所述的燃料气体车辆，其特征在于，
所述扩散导向件，在与所述气体排放口相对的面上形成凹面部，在所述凹面部上设有使一部分所述燃料气体通过的多个开口部。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于，
具有将包围并支撑所述燃料瓶的车架覆盖起来的车盖；
将用于把通过所述车架或所述扩散导向件进行扩散的所述燃料气体排放到所述车盖之外的所述外部气体中的出口部，设在所述车盖中的所述燃料气体碰到的车架或所述扩散导向件的附近。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述气体排放器，是当所述燃料瓶内的燃料气体压力超过规定值时，所述气体排放口自动打开，来排放所述燃料气体的压力控制阀。
5.如权利要求3所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述气体排放器，是当所述燃料瓶内的燃料气体压力超过规定值时，所述气体排放口自动打开，来排放所述燃料气体的压力控制阀。
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