CN103035933A - 用于燃料电池车辆的底部集成排气路径 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃料电池车辆的底部集成排气路径，具体提供一种具有免除了对排气导管、管路、支撑系统和地面间隔问题的需要的耐温排气系统的燃料电池车辆。所述排气系统包括与燃料电池堆和排气管流体连通的燃料电池排气导管。所述排气管支撑在排气通道内，所述排气通道沿着所述燃料电池车辆的底部延伸并且形成所述燃料电池车辆的底部的一部分。备选地，所述排气管在所述排气通道的内部形成。

Description

用于燃料电池车辆的底部集成排气路径
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，更具体地涉及一种燃料电池排气路径以及燃料电池的部件。
背景技术
氢是一种非常有吸引力的燃料，因为氢是清洁的并且可用于在燃料电池中有效地产生电。汽车行业在氢燃料电池作为车辆动力源的研究方面花费了大量资源。这些车辆将更高效并且将比现今采用内燃发动机的车辆产生更少的排放。
质子交换膜(PEM)燃料电池采用固体聚合物在通常使用的燃料电池中作为电解质膜。在这种类型的燃料电池车辆中，通过燃料电池内的空气与氢之间的电化学反应来产生动力。氢燃料电池是包括其间设置有电解质的阳极和阴极的电化学器件。阳极接收氢气而阴极接收氧气和空气。氢气在阳极分解从而产生自由氢质子和电子。氢质子穿过电解质到达阴极。氢质子与阴极处的氧和电子反应从而产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，并因此被引导穿过负载以便在被发送到阴极之前做功。所述功用于运转车辆。
多个燃料电池通常组合在一个燃料电池堆中以便为车辆生成期望的功率。燃料电池堆接收阴极输入气体作为通常是在压缩机的强制作用下穿过燃料电池堆的空气流。不是空气中的所有氧气都被燃料电池堆消耗，一些空气作为阴极排出气体被排出，所述阴极排出气体可包括作为燃料电池堆的副产品的水。不用于产生动力的空气通过排气导管与由电化学反应形成的水一起排出到外部。进一步，因为燃料电池被供以高压空气，所以高压排出气体流动穿过排气导管。
PEM燃料电池在低温下操作。环境压力设计在80℃左右操作。该水平比汽油燃烧发动机的超过2000℃的火焰温度以及大致500℃的排气温度低得多。被加压的PEM燃料电池仅在相对较低的压力下使用，因此温度在200℃以下。该热量中的某些被携带到排出气流中。
燃料电池车辆排气系统的部件可包括附接至燃料电池堆-例如上述氢PEM燃料电池的燃料电池堆排气导管。燃料电池排气导管用作燃料电池堆与燃料电池排气系统之间的导管。燃料电池排出气体从燃料电池堆穿过排气导管流动至诸如空气扩散器的额外部件并且通过排气管排放到大气中。排气系统的支撑结构包括用于引导排出气体的导管以及支撑所述导管的一系列悬挂件。悬挂管的地面间隔与排气噪音以及排气系统暴露到大气的总体程度一起是设计的考虑因素。
期望提供一种免除了对排气导管、引导管路、支撑系统和地面间隔问题的需要的耐温排气系统。
发明内容
与本发明协调一致地，已经惊奇地发现一种用于燃料电池车辆的底部集成排气路径。在一个实施方式中，燃料电池车辆排气系统包括：具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；与所述排气导管的第二端流体连通的排气管；以及排气通道，所述排气通道沿着所述排气管的长度延伸并且将所述排气管固定至燃料电池车辆的底部并且还构造成从燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使其排出所述排气管进入到大气中。
在另一个实施方式中，燃料电池车辆排气系统包括：具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；以及与所述排气导管的第二端流体连通并且固定至所述燃料电池车辆的底部的排气通道；所述排气通道构造成从燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使其排出所述排气通道进入到大气中。
在另一个实施方式中，燃料电池车辆排气系统包括：具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；以及与所述排气导管的第二端流体连通并且固定至所述燃料电池车辆的底部并且进一步包括形成排气管的密封腔室的排气通道；所述排气通道构造成从燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使其排出所述排气通道进入到大气中。
方案1. 一种燃料电池车辆排气系统，包括：
具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；
与所述排气导管的第二端流体连通的排气管；以及
排气通道，所述排气通道沿着所述排气管的长度延伸并且将所述排气管固定至所述排气通道，所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的底部的一部分并且构造成从所述燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使所述排出蒸汽从所述排气管排出到大气中。
方案2. 如方案1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的底部的下围板的一部分。
方案3. 如方案1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一个的一部分。
方案4. 如方案1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管由柔性材料形成。
方案5. 如方案1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管密封至所述排气管。
方案6. 如方案1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道由金属板形成。
方案7. 一种燃料电池车辆排气系统，包括：
具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；以及
与所述排气导管的第二端流体连通并且固定至所述燃料电池车辆的底部同时形成为所述燃料电池车辆的底部的一部分的排气通道；所述排气通道构造成将从所述燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使所述排出蒸汽从所述排气通道排出到大气中。
方案8. 如方案7所述的燃料电池车辆排气系统，进一步包括在所述排气通道的内部形成的排气管。
方案9. 如方案8所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气管是密封腔室并且沿着排气通道的长度延伸。
方案10. 如方案7所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的底部的下围板的一部分。
方案11. 如方案7所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一个的一部分。
方案12. 如方案7所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管由柔性材料形成。
方案13. 如方案7所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管密封至所述排气通道。
方案14. 如方案7所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道由金属板形成。
方案15. 一种燃料电池车辆排气系统，包括：
具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；以及
与所述排气导管的第二端流体连通并且固定至所述燃料电池车辆的底部同时形成所述燃料电池车辆的底部的一部分的排气通道，所述排气通道进一步包括形成排气管的密封腔室；所述排气通道构造成从所述燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使所述排出蒸汽从所述排气通道排出到大气中。
方案16. 如方案15所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气管在所述排气通道的内部形成。
方案17. 如方案15所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气管沿着所述排气通道的长度延伸。
方案18. 如方案15所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的底部的下围板的一部分。
方案19. 如方案15所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一个的一部分。
方案20. 如方案15所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管密封至所述排气通道。
附图说明
通过结合附图来考虑下面对优选实施方式的详细描述，对所属领域技术人员来说，本发明的上述以及其他优点将变得显而易见，附图中：
图1示出了包括根据本发明的一个实施方式的燃料电池车辆的排气系统的燃料电池系统的示意图；
图2示出了包括本发明的排气系统的一个实施方式的燃料电池车辆的底部的后视立体图；
图3示出了沿着线3-3截取的图2的排气系统的剖视图；
图4示出了包括本发明的排气系统的另一个实施方式的燃料电池车辆的底部的后视立体图；
图5示出了沿着线5-5截取的图4的排气系统的剖视图。
具体实施方式
下面的详细描述和附图描述并示出了本发明的各种示例性实施方式。所述描述和附图用于使所属领域技术人员能够制作和使用本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。就所公开的方法而言，所给出的步骤本质上仅是示例性的，并且因此所述步骤的顺序不是必须的或关键的。
图1示出了典型燃料电池车辆10的示意图。所述燃料电池车辆10包括燃料电池堆12-例如质子交换膜(PEM)燃料电池和从所述燃料电池堆12延伸的排气系统14。
在参阅图1和2所示的本发明的第一实施方式中，燃料电池车辆10的排气系统14包括在第一端18与燃料电池堆12流体连通并且在第二端20与排气管22流体连通的燃料电池排气导管16。在一个实施方式中，排气导管16可由柔性材料-诸如橡胶管或模制塑料形成，从而使排气系统14不会过重。可使用诸如橡胶或塑料的材料，因为它们通常耐受温度并且PEM燃料电池的排出蒸汽的温度在低温下操作，其中环境压力设计在80℃左右操作。该水平比汽油燃烧发动机的超过2000℃的火焰温度以及大致500℃的排出气体温度低得多。被加压的PEM燃料电池仅在相对较低的压力下使用，因此温度在200℃以下。燃料电池排气导管16通常密封到排气管22。
排气管22支撑在沿着车辆10的底部24延伸的排气通道26内。排气通道26通常由金属板形成，然而也可以使用其他材料。金属板的规格取决于排气通道26的材料等级和形成过程，其中所述通道26可通过例如弯曲、深拉、冲压、旋压、压模、压弯或辊轧成型来形成。排气通道26在排气管22的长度上延伸。排气管22可通过诸如点焊接的方式固定至排气通道26。排气通道26沿着底部24的一部分延伸并且形成所述底部24的一部分。排气通道26可通过燃料电池车辆10的任何金属板部件-例如A-柱、B-柱、C-柱、所有底部区域形成，或者甚至整体形成至挡泥板和/或顶部件。如图2所示，排气通道26形成为底部24的下围板28的一部分，从而引导排出蒸汽在燃料电池车辆10的后部30处排出排气管22。在另一个实施方式中，排气通道26可形成为C柱32的一部分，从而引导排出蒸汽在车辆10的后部30处从排气管22排出到大气中。
图3示出了沿图2的线3-3截取的排气通道26的视图。燃料电池排气导管16固定至排气管22，所述排气管22又通过点焊等方式固定至排气通道26的内部。
图4示出了本发明的另一个实施方式并且包括与图1-3中描绘的相同部件相同的附图标记。燃料电池车辆10的排气系统14包括在第一端18与燃料电池堆12流体连通并且在第二端20与排气通道26流体连通的燃料电池排气导管16。在一个实施方式中，排气导管16可由柔性材料-诸如橡胶管或模制塑料形成，从而使排气系统14不会过重。可使用诸如橡胶或塑料的材料，因为它们通常耐受温度并且PEM燃料电池的排出蒸汽的温度在低温下操作，其中环境压力设计在80℃左右操作。该水平比汽油燃烧发动机的超过2000℃的火焰温度以及大致500℃的排出气体温度低得多。被加压的PEM燃料电池仅在相对较低的压力下使用，因此温度在200℃以下。燃料电池排气导管16通常密封到排气通道26。
排气通道26可通过燃料电池车辆10的任何金属板部件-例如A-柱、B-柱、C-柱、所有底部区域形成，或者甚至整体形成至挡泥板和/或顶部件。如图4所示，排气通道26可沿着车辆10的底部24延伸。如图5中最清楚示出的，排气通道26可由金属板形成并且包括在所述排气通道26的内部形成的排气管22。排气通道26和排气管22的金属板规格取决于材料等级和形成过程，其中所述通道26可通过例如弯曲、深拉、冲压、旋压、压模、压弯或辊轧成型来形成。排气管22在排气通道26的长度上延伸并且沿着边缘34、36点焊接至排气通道26从而形成密封腔室38。腔室38可以是任何形状或者形式，诸如图示的柱状管或矩形，并且可以任何方式附接至排气通道。排气通道26可形成为底部24的下围板28的一部分，以便将排出蒸汽从排气导管16穿过排气管22引导从而使其在燃料电池车辆10的后部30处排出。在另一个实施方式中，排气通道26可形成为C柱32的一部分，从而引导排出蒸汽在车辆10的后部30处从排气管22排出到大气中。
前面的论述仅仅是对本发明的示例性实施方式的公开和描述。通过这些论述以及附图和权利要求，本领域技术人员将会容易地认识到，在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种改变、改型和变型。

Claims (10)

1.一种燃料电池车辆排气系统，包括：
具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；
与所述排气导管的第二端流体连通的排气管；以及
排气通道，所述排气通道沿着所述排气管的长度延伸并且将所述排气管固定至所述排气通道，所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的底部的一部分并且构造成从所述燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使所述排出蒸汽从所述排气管排出到大气中。
2.如权利要求1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的底部的下围板的一部分。
3.如权利要求1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道形成为所述燃料电池车辆的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一个的一部分。
4.如权利要求1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管由柔性材料形成。
5.如权利要求1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气导管密封至所述排气管。
6.如权利要求1所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气通道由金属板形成。
7.一种燃料电池车辆排气系统，包括：
具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；以及
与所述排气导管的第二端流体连通并且固定至所述燃料电池车辆的底部同时形成为所述燃料电池车辆的底部的一部分的排气通道；所述排气通道构造成将从所述燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使所述排出蒸汽从所述排气通道排出到大气中。
8.如权利要求7所述的燃料电池车辆排气系统，进一步包括在所述排气通道的内部形成的排气管。
9.如权利要求8所述的燃料电池车辆排气系统，其中所述排气管是密封腔室并且沿着排气通道的长度延伸。
10.一种燃料电池车辆排气系统，包括：
具有第一端和第二端的排气导管，其中所述排气导管的第一端与燃料电池堆流体连通；以及
与所述排气导管的第二端流体连通并且固定至所述燃料电池车辆的底部同时形成所述燃料电池车辆的底部的一部分的排气通道，所述排气通道进一步包括形成排气管的密封腔室；所述排气通道构造成从所述燃料电池车辆引导排出蒸汽从而使所述排出蒸汽从所述排气通道排出到大气中。
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