CN2931186Y - 一种燃料电池城市客车顶部的安装结构 - Google Patents

一种燃料电池城市客车顶部的安装结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，该结构包括燃料电池发动机、城市大巴顶部车架、车壳；所述的燃料电池发动机包括燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统、氢气罐及氢气输送子系统、散热器和水泵的冷却与散热子系统，所述的城市大巴顶部呈与燃料电池发动机各系统大小、形状相匹配的凹形结构，燃料电池发动机各系统分别设置于该凹形结构部位，该大巴与普通燃油大巴高度高出不多。本实用新型根据燃料电池发动机的结构与特点进行改进，安全性更高、更美观。

Description

一种燃料电池城市客车顶部的安装结构
技术领域
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池城市客车顶部的安装结构。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
燃料电池城市客车发动机主要由燃料电池电池堆及其支持燃料电池电池堆的辅助运行系统构成。辅助运行支持系统主要由以下四个子系统构成：
(1)空气输送子系统；
(2)氢气罐及氢气输送子系统；其中，为了增加燃料电池客车的续驶里程，需要携带许多高压氢气罐，一般需长大约1米、直径小于0.5米的储氢瓶5-20只；
(3)散热器、水泵等冷却与散热子系统；
(4)电流变换输出与自动控制子系统。
现有城市客车柴油发动机有前置式和后置式两种装置方式。利用现有城市客车的现有内燃机发动机空间即前舱或后舱进行安装的缺陷十分明显，设计困难。
(1)现有城市客车的内燃机不论前置还是后置，空间都很不规则，装配难度很大；
(2)燃料电池发动机与传统内燃机在结构、造型、尺寸上都大不相同，无法在城市客车的原有空间上进行简单替换。
燃料电池大巴的发动机通常是安装在现有内燃机发动机空间即前舱或后舱，上海神力科技有限公司专利申请“燃料电池城市客车发动机的安装方法”(发明专利申请号：200510111647.2，实用新型专利申请号：200520047639.1)提供了一种燃料电池发动机顶部安装的方法，可是这几种安装方法都有一定的缺陷：燃料电池发动机安装在大巴前舱或后舱时，如果发生碰撞，前舱和后舱容易撞坏，而且如有氢气泄漏，容易在仓内聚集，从而发生爆炸；将发动机安装在车顶时，现有的发动机有一定的高度，如装在车顶会使大巴顶部过高，不美观。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全、美观的一种燃料电池城市客车顶部的安装结构。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其特征在于，该结构包括燃料电池发动机、城市大巴顶部车架、车壳；所述的燃料电池发动机包括燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统、氢气罐及氢气输送子系统、散热器和水泵的冷却与散热子系统，所述的城市大巴顶部呈与燃料电池发动机各系统大小、形状相匹配的凹形结构，燃料电池发动机各系统分别设置于该凹形结构部位，该大巴与普通燃油大巴高度高出不超过50公分。
所述的大巴顶部车架、车壳的凹形结构从大巴顶部向下凹进大巴内，压缩大巴部分内部空间，该凹形结构包括，与燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统相匹配的第一凹形结构、与氢气罐及氢气输送子系统相匹配的第二凹形结构、与散热器和水泵的冷却与散热子系统相匹配的第三凹形结构。
所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统左或右平行平铺安放，各安装于大巴顶部凹形部位。
所述的燃料电池堆设置在其辅助运行子系统上方集中安装于大巴顶部凹形部位。
所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统相匹配的第一凹形结构可以位于大巴顶部前端、中间或后端；所述的氢气罐及氢气输送子系统相匹配的第二凹形结构可以位于大巴顶部前端、中间或后端；所述的散热器和水泵的冷却与散热子系统相匹配的第三凹形结构可以位于大巴顶部前端、中间或后端。
本实用新型根据燃料电池发动机的结构与特点进行改进，发动机、氢气输送系统、散热系统都安装在车顶，如发生碰撞，不会直接撞击到发动机，如有氢气泄漏，可从顶部排放，使燃料大巴的安全性更高，而且发动机设计成高度尽可能低的扁平状，从车顶向车内部嵌入安装，使得燃料电池大巴与普通燃油大巴高度相当，外形美观。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本实用新型实施例2的结构示意图；
图4为图3的左视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1、2所示，100千瓦一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其中，燃料电池发动机中燃料电池堆1与辅助支持运行的子系统2上下设置，集中安装于燃料电池客车的车顶尾部与其相匹配的向下第一凹形部位；储氢瓶4放置在车顶最前面与其相匹配的向下第二凹形部位，散热器系统3位于发动机与储氢瓶之间与其相匹配的向下第三凹形部位；也可以根据其它不同顺序进行安装设计，如：可以把燃料电池堆1及其辅助支持运行的子系统2放置于车顶头部，或车顶中间与之相匹配的向下凹进车内部位；储氢瓶、散热器系统的顺序也可以做相应调整。
实施例2
如图3、4所示，100千瓦一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其中，燃料电池发动机中燃料电池堆1与辅助支持运行的子系统2左右平铺设置，集中安装于燃料电池客车的车顶尾部与其相匹配的向下第一凹形部位；储氢瓶4放置在车顶最前面与其相匹配的向下第二凹形部位，散热器系统3位于发动机与储氢瓶之间与其相匹配的向下第三凹形部位；也可以根据其它不同顺序进行安装设计，如：可以把燃料电池堆1及其辅助支持运行的子系统2放置于车顶头部，或车顶中间与之相匹配的向下凹进车内部位；储氢瓶、散热器系统的顺序也可以做相应调整。

Claims (5)

1.一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其特征在于，该结构包括燃料电池发动机、城市大巴顶部车架、车壳；所述的燃料电池发动机包括燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统、氢气罐及氢气输送子系统、散热器和水泵的冷却与散热子系统，所述的城市大巴顶部呈与燃料电池发动机各系统大小、形状相匹配的凹形结构，燃料电池发动机各系统分别设置于该凹形结构部位。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其特征在于，所述的大巴顶部车架、车壳的凹形结构从大巴顶部向下凹进大巴内，压缩大巴部分内部空间，该凹形结构包括，与燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统相匹配的第一凹形结构、与氢气罐及氢气输送子系统相匹配的第二凹形结构、与散热器和水泵的冷却与散热子系统相匹配的第三凹形结构。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统左或右平行平铺安放，各安装于大巴顶部凹形部位。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆设置在其辅助运行子系统上方集中安装于大巴顶部凹形部位。
5.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池城市客车顶部的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助子系统相匹配的第一凹形结构可以位于大巴顶部前端、中间或后端；所述的氢气罐及氢气输送子系统相匹配的第二凹形结构可以位于大巴顶部前端、中间或后端；所述的散热器和水泵的冷却与散热子系统相匹配的第三凹形结构可以位于大巴顶部前端、中间或后端。
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