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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenvorrichtung und insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung für Fahrzeuge, die Luft als Reaktionsgas und Kühlmittel verwendet.
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RELEVANTER STAND DER TECHNIK
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Brennstoffzellenstapel können eine stabile Betriebsleistung aufrechterhalten, wenn sie innerhalb eines angemessenen Temperaturbereiches gehalten werden. Zum Beispiel neigt bei Brennstoffzellenfahrzeugen, die mit einem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel ausgestattet sind, der Brennstoffzellenstapel dazu, in Umgebungen, die höhere Temperaturen der Außenluft mit sich bringen, gesteigerte Temperaturen aufzuweisen. Dann kann der Brennstoffzellenstapel übermäßig gesteigerte Temperaturen aufweisen, die eine vorgeschriebene Temperatur überschreiten, mit Besorgnissen über verschlechterte Betriebsleistungen des Brennstoffzellenstapels. In solchen Situationen muss der Brennstoffzellenstapel mit so viel wie möglich natürlichen Lüftungsluftströmen (manchmal einfach als Luftströme bezeichnet), die in eine Luftansaugleitung zur Zufuhr zu dem Brennstoffzellenstapel angesaugt werden, gekühlt werden. Es ist zu bemerken, dass sich der Begriff „natürliche Lüftungsluftströme“ auf Durchflüsse oder Ströme von Außenluft um ein Fahrzeug, ob das Fahrzeug fährt oder nicht, bezieht.
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Bei solchen Brennstoffzellenfahrzeugen neigt der Brennstoffzellenstapel dazu, in Umgebungen, die niedrige Temperaturen der Außenluft mit sich bringen, verminderte Temperaturen aufzuweisen. Dann kann der Brennstoffzellenstapel übermäßig verminderte Temperaturen aufweisen, die unter eine vorgeschriebene Temperatur abfallen, mit Besorgnissen über verschlechterte Betriebsleistungen des Brennstoffzellenstapels. In solchen Situationen muss der Brennstoffzellenstapel erwärmt werden, um solche Temperaturen nach Notwendigkeit zu erhöhen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Brennstoffzellenstapel werden hergestellt als eine Kombination aus einem Satz von einem oder mehreren Einzelstapeln und einem Stapelgehäuse, das eine äußere Abdeckung des Einzelstapelsatzes darstellt. Jeder Einzelstapel ist aus mehrlagigen Brennstoffzellen und einer Brennstoffzellenhülle, welche die Brennstoffzellen integral umhüllt, zusammengesetzt. Für eine notwendige Luftführung hat die Brennstoffzellenhülle eine Lufteinleitungsöffnung zum Einleiten von Luft in innere Luftzufuhrkanäle und eine Luftausleitungsöffnung zum Ausleiten von Luft aus Luftablasskanälen, die mit den Luftzufuhrkanälen in Verbindung stehen. An jedem Brennstoffzellenstapel weist das Stapelgehäuse „Verbindungsöffnungsbereiche“ (hierin manchmal einfach als „Öffnungsbereiche“ bezeichnet) auf, die mit Öffnungen, die nach Notwendigkeit in den Brennstoffzellenhüllen des einen oder der mehreren Einzelstapel geformt sind, in Verbindung stehen.
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Luftgekühlte Brennstoffzellenstapel haben Hilfsmittel, wie beispielsweise diejenigen, die z.B. Klappen vom Öffnung-Verschluss-Typ zum Sperren natürlicher Lüftungsluftströme verwenden, wie sie benötigt werden, um Gegenmaßnahmen gegen eine Überkühlung auf Grund von natürlichen Lüftungsluftströmen zu gewährleisten.
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Auch unter denjenigen Fahrzeugen, die mit vorhandenen, Benzin verwendenden, Verbrennungskraftmaschinen ausgestattet sind, ist ein Fahrzeug bekannt, das eine Kühlergrill-Verschlusseinrichtung umfasst, die vor einem Kühler eingebaut ist, um Luftströme, die so verlaufen, dass sie in einen Motorraum strömen, zu unterbrechen (siehe die Japanische Patentanmeldungsauslegeschrift
JP 2007-001 503 A . Darüber hinaus ist eine solche Kühlungsstruktur für luftgekühlte Brennstoffzellen unter Verwendung von natürlichen Lüftungsluftströmen bekannt, die eine Luftstrom-Verteilungsstruktur und in einem Motorraum eingebaute Brennstoffzellenstapel umfasst (siehe die Japanische Patentanmeldungsauslegeschrift
JP 2005-216777 A ).
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Es könnte eine luftgekühlte Brennstoffzellenvorrichtung geben, die mit der in der Veröffentlichung
JP 2007-001 503 A offenbarten Kühlergrill-Verschlusseinrichtung kombiniert ist. Jedoch würde diese Kombination natürliche Lüftungsluftströme aufweisen, die den Kühler passieren, folglich erhitzt werden, weshalb sie einen Brennstoffzellenstapel nicht wirksam kühlen.
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Andererseits ist die die in der Veröffentlichung
JP 2005-216777 A offengelegte Kühlungsstruktur für luftgekühlte Brennstoffzellen in der Konfiguration ebenso kompliziert wie das System, was ein Problem ist. Darüber hinaus bringt diese Kühlungsstruktur eine Besorgnis darüber mit sich, dass erwärmte Luft in dem Motorraum zu den Brennstoffzellenstapeln angesaugt wird, mit einer verringerten Kühlungswirkung.
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Die
DE 11 2011 102 498 T5 offenbart eine Brennstoffzellenvorrichtung für Fahrzeuge und insbesondere einen Abgasungskanal an einer zentralen Position in einem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel, welcher hinter einem Kühler angeordnet ist. Der Abgasungskanal erstreckt sich um eine vorgegebene Länge von einem hinteren Ende des Brennstoffzellenstapels nach hinten. Eine mögliche Steuerung erwärmter Luft ist jedoch nicht ohne weiteres möglich.
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Die US 2004 / 0 106 027 A1 offenbart eine Kühlungsstruktur für eine Fahrzeug-Brennstoffzelle. Die Anordnung umfasst einen Träger sowie einen an dem Träger befestigten Stoßfänger. Eine Kühlluftschaltung für eine Brennstoffzelle umfasst hierbei einen Kühler, der hinter dem Träger angeordnet ist.
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Die US 2010 / 0 243 351 A1 offenbart eine Anordnung mit einem Kühlergrill für ein Fahrzeug und Luftfließpassagen, wobei bewegliche Finnen vorgesehen sind.
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Die vorliegende Erfindung ist im Blick auf solche Probleme erdacht worden. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzellenvorrichtung für Fahrzeuge bereitzustellen, die eine verbesserte Betriebsleistung eines Brennstoffzellenstapels ermöglicht.
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Um die beschriebene Aufgabe zu lösen, wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend: einen sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden vorderen Stoßfänger, der an einem vorderen Fahrzeugende angeordnet ist, wobei der vordere Stoßfänger einen Kühlergrill-Öffnungssatz hat, der in demselben geformt ist, um Luft von außen zu einem Motorraum hin aufzunehmen; einen in dem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapel, wobei der Brennstoffzellenstapel so aufgebaut ist, dass er Luft als Reaktionsgas und ein Kühlmittel durch einen Luftaufnahme-Öffnungsbereich aufnimmt, und Luft durch einen Luftablass-Öffnungsbereich nach außen ablässt; eine Luftansaugleitung, um Luft von außen zu dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich zu leiten; und einen Kühler, der in dem Motorraum in Fahrzeuglängsrichtung hinter einem vorderen Element angeordnet ist, wobei sich das in Fahrzeugquerrichtung erstreckende vordere Element in der Fahrzeuglängsrichtung hinter dem vorderen Stoßfänger in einer Position angeordnet ist, in der es den Kühlergrill-Öffnungssatz in der Fahrzeuglängsrichtung nicht überlappt. Der Brennstoffzellenstapel ist in dem Motorraum positioniert und in einer Fahrzeugquerrichtung neben dem Kühler angeordnet. Die Luftansaugleitung erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung von dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich in Richtung des Kühlergrill-Öffnungssatzes bis zu dem vorderen Element. Die Luftansaugleitung weist einen Luftaufnahme-Öffnungssatz auf, der vor dem Kühler in der Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist. Der Luftaufnahme-Öffnungssatz ist zu dem Kühlergrill-Öffnungssatz hin geöffnet, um Luft von außen durch den Kühlergrill-Öffnungssatz in das Innere der Luftansaugleitung ohne eine Überlagerung von dem vorderen Element einzuleiten. Der Kühlergrill-Öffnungssatz umfasst einen oberen Kühlergrill-Öffnungssatz, der in der Fahrzeugvertikalrichtung oberhalb des vorderen Elements angeordnet ist, und einen unteren Kühlergrill-Öffnungssatz, der in der Fahrzeugvertikalrichtung unterhalb des vorderen Elements angeordnet ist. Die Luftansaugleitung umfasst einen stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitt, der sich von dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich des Brennstoffzellenstapels zu dem vorderen Element hin erstreckt, und einen stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitt, der von einem vorderen Ende des stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitts aus in der Fahrzeugvertikalrichtung gegabelt ist. Der stromaufwärts gelegene Leitungsabschnitt weist einen oberen Luftaufnahmeschlitz auf, der gegenüber dem oberen Kühlergrill-Öffnungssatz an einer in der Fahrzeugvertikalrichtung oberen Seite des vorderen Elements geöffnet ist, und einen unteren Luftaufnahmeschlitz, der gegenüber dem unteren Kühlergrill-Öffnungssatz an einer in der Fahrzeugvertikalrichtung unteren Seite des vorderen Elements geöffnet ist.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Seitenriss einer vorderen Sektion eines Fahrzeugs, das eine Brennstoffzellenvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
- 2 ist eine Draufsicht der vorderen Fahrzeugsektion.
- 3 ist eine Dreiviertel-Ansicht der Brennstoffzellenvorrichtung.
- 4 ist eine auseinandergezogene Dreiviertel-Ansicht der Brennstoffzellenvorrichtung.
- 5 ist eine Draufsicht der Brennstoffzellenvorrichtung.
- 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI - VI von 5.
- 7 ist ein Blockdiagramm eines Fluidleitungssystems in der Brennstoffzellenvorrichtung.
- 8 ist eine Seitenansicht einer Brennstoffzellenvorrichtung für Fahrzeuge nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, ausführlich eine Brennstoffzellenvorrichtung für Fahrzeuge (im Folgenden manchmal einfach als Brennstoffzellenvorrichtung bezeichnet) nach einer jeweiligen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Es ist zu bemerken, dass die Zeichnungen illustrativ sind, wobei sie Abweichungen von Praktiken, wie beispielsweise diejenigen in Größen oder Proportionen von Abmessungen oder Formen, umfassen. Die Zeichnungen können ebenfalls Unterschiede untereinander, wie beispielsweise diejenigen in Verhältnissen oder Beziehungen von Abmessungen oder Formen, umfassen. Es ist ebenfalls zu bemerken, dass die Zeichnungen, der Zweckmäßigkeit bei der Beschreibung halber, Koordinatensysteme haben, die durch Pfeile als Legenden definiert werden, um Fahrzeuglängsrichtungen, -querrichtungen und -vertikalrichtungen zu identifizieren.
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(Erste Ausführungsform)
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1 und 2 zeigen, in einem Seitenriss beziehungsweise einer Draufsicht, eine vordere Sektion 100F eines Fahrzeugs 100, das eine Brennstoffzellenvorrichtung 1 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Die vordere Fahrzeugsektion 100F umfasst einen Motorraum 104, der durch einen Satz von Fahrzeugplatten definiert wird, einschließlich von Fahrgestellplatten, wo die Brennstoffzellenvorrichtung 1 eingerichtet ist.
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(Fahrzeugkonfiguration)
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Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der Satz von Fahrzeugplatten, der den Motorraum 104 definiert, eine Motorhaube 101, Seitenwände 102 und eine Trennwand 103. Die vordere Sektion 100F des Fahrzeugs 100, die den Motorraum 104 umfasst, ist, zusätzlich zu der Brennstoffzellenvorrichtung 1, mit einem Antriebsmotor 105 für Zugkraft, einem Wechselrichter 106, einem Kühler 107 und einem sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden vorderen Element 108 versehen.
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Das Fahrzeug 100 hat einen sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckenden vorderen Stoßfänger 109, der an einem vorderen Fahrzeugende desselben angeordnet ist. Der vordere Stoßfänger 109 hat einen Satz von Kühlergrill-Öffnungen, der in demselben geformt ist, um Luft zu dem Motorraum 104 hin aufzunehmen. Der Kühlergrill-Öffnungssatz besteht aus einem Satz von oberen Kühlergrill-Öffnungen 110, die in der Fahrzeugvertikalrichtung oberhalb des vorderen Elements 108 angeordnet sind, und einem Satz von unteren Kühlergrill-Öffnungen 111, die in der Fahrzeugvertikalrichtung unterhalb des vorderen Elements 108 angeordnet sind, wobei eine nicht vergitterte oder blinde Mittelstegzone 112 des vorderen Stoßfänger 109 zwischen denselben angeordnet ist. Der obere Kühlergrill-Öffnungssatz 110 und der untere Kühlergrill-Öffnungssatz 111 sind jeweils in der Fahrzeugquerrichtung länglichen rechteckigen Formen konturiert.
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Es ist zu bemerken, dass der Kühler 107 in dem Motorraum 104 in der Fahrzeuglängsrichtung hinter dem vorderen Element 108 in dem Motorraum 104 angeordnet ist. Das vordere Element 108 ist in der Fahrzeuglängsrichtung hinter der Mittelstegzone 112 des vorderen Stoßfängers 109, nahe dem vorderen Stoßfänger 109, in einer Position desselben, dass es den Kühlergrill-Öffnungssatz in der Fahrzeuglängsrichtung nicht überlappt, angeordnet.
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(Brennstoffzellenvorrichtung)
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die Brennstoffzellenvorrichtung 1 in einer Gegenüberstellung mit dem Kühler 107 in der Fahrzeugquerrichtung, in der Fahrzeuglängsrichtung hinter dem vorderen Element 108, in dem Motorraum angeordnet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 umfasst eine Luftansaugleitung 2, ein Paar von Brennstoffzellenstapeln 3, zwei Paare von Luftablassleitungen 4, die paarweise für einen Brennstoffzellenstapel 3 angeordnet sind, und Luftablassgebläse 5, die jeweils für eine der Luftablassleitungen 4 angeordnet sind.
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(Luftansaugleitung)
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Luftansaugleitung 2 einen stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitt 210 und einen stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitt 240, der mit dem stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitt 210 an deren Innenseite in Verbindung steht. Der stromabwärts gelegene Leitungsabschnitt 240 erstreckt sich von Luftaufnahme-Öffnungsbereichen 31 (siehe 6) der Brennstoffzellenstapel 3 zu dem vorderen Element 108 hin. Der stromabwärts gelegene Leitungsabschnitt 240 besteht aus einem ersten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 220 und einem zweiten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 230.
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Wie in 3 gezeigt, ist der stromaufwärts gelegene Leitungsabschnitt 210 mit einem rechteckigen röhrenförmigen Gehäuse aufgebaut, das im Wesentlichen in der Seitenansicht in einer C-Form umrissen und in der axialen Länge (d.h., in der Fahrzeuglängsrichtung) verhältnismäßig kurz ist. Der stromaufwärts gelegene Leitungsabschnitt 210 ist in der Fahrzeugvertikalrichtung von einem vorderen Ende des stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitts 240, d.h., einem vorderen Ende des ersten stromabwärts gelegenen Leitungsteils 220, aus gegabelt. Der stromaufwärts gelegene Leitungsabschnitt 210 hat, an einer in der Fahrzeuglängsrichtung vorderen Seite desselben, eine Kombination aus einer oberen Luftaufnahmesektion 215 und einer unteren Luftaufnahmesektion 216, die als in der Fahrzeuglängsrichtung nach vom vorspringende obere beziehungsweise untere Teile desselben bereitgestellt werden.
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Wie in 1 gezeigt, hat der stromaufwärts gelegene Leitungsabschnitt 210, an einer in der Fahrzeuglängsrichtung vorderen Seite desselben, eine vordere Seitenwand 211, die sich zwischen der oberen Luftaufnahmesektion 215 und der unteren Luftaufnahmesektion 216 erstreckt, wobei beide teilweise eingeschlossen sind. Die vordere Seitenwand 211 umfasst einen Zwischenteil 211A, einen oberen Kantenteil 211B und einen unteren Kantenteil 211C. Der Zwischenteil 211A erstreckt sich in der Fahrzeugvertikalrichtung, wobei er eine Zwischenregion der vorderen Seitenwand 211 darstellt. Der obere Kantenteil 211B erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung von einer runden Ecke an einer oberen Kante des Zwischenteils 211A aus nach vorn. Der untere Kantenteil 211C erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung von einer runden Ecke an einer unteren Kante des Zwischenteils 211A aus nach vorn. Dementsprechend stellt der obere Kantenteil 211B der vorderen Seitenwand 211 eine Unterseite der oberen Luftaufnahmesektion 215 dar und der untere Kantenteil 211C der vorderen Seitenwand 211 stellt eine Oberseite der unteren Luftaufnahmesektion 216 dar.
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Wie in 1, 3 und 4 gezeigt, hat die obere Luftaufnahmesektion 215 einen oberen Luftaufnahmeschlitz 212A, der an einem vorderen Ende derselben geformt ist, und die untere Luftaufnahmesektion 216 hat einen unteren Luftaufnahmeschlitz 212B, der an einem vorderen Ende derselben geformt ist. Der obere Luftaufnahmeschlitz 212A ist auf einer in der Fahrzeugvertikalrichtung oberen Seite des vorderen Elements 108 gegenüber dem oberen Kühlergrill-Öffnungssatz 110 geöffnet. Der untere Luftaufnahmeschlitz 212B ist auf einer in der Fahrzeugvertikalrichtung unteren Seite des vorderen Elements 108 gegenüber dem unteren Kühlergrill-Öffnungssatz 111 geöffnet. Wie in 3 und 4 gezeigt, gibt es bewegliche Klappen 213, die jeweils an oder in dem oberen Luftaufnahmeschlitz 212A beziehungsweise dem unteren Luftaufnahmeschlitz 212B bereitgestellt werden. Die beweglichen Klappen 213 sind drehbar durch einen Antrieb mit einem Klappenantrieb 213A, wodurch sie für ihre Operationen eingerichtet sind, um den oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und den unteren Luftaufnahmeschlitz 212B nach Notwendigkeit, auf der Grundlage einer Temperatur der Außenluft oder jedes Brennstoffzellenstapels 3, zu öffnen oder zu schließen.
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Wie in 6 gezeigt, hat der stromaufwärts gelegene Leitungsabschnitt 210 eine hintere Seitenwand 214, die der vorderen Seitenwand 211 gegenüberliegt. Die hintere Seitenwand 214 ist mit einer rechteckigen Öffnung 214A geformt, die sich in der Fahrzeugvertikalrichtung sowohl über ein Höhenniveau, das der obere Kantenteil 211B der vorderen Seitenwand 211 hat, als auch ein Höhenniveau, das der untere Kantenteil 211C der vorderen Seitenwand 211 hat, hinaus erstreckt. Wie in 4 und 6 gezeigt, ist der erste stromabwärts gelegene Leitungsteil 220 als ein rechteckiges kurzes röhrenförmiges Element aufgebaut, das an einem stromaufwärts gelegenen Ende desselben an der hinteren Seitenwand 214, entlang eines Umfangs der rechteckigen Öffnung 214A, eng angebracht und befestigt ist, wobei es für eine innere Luftverbindung mit dem stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitt 210 durch die Öffnung 214A der hinteren Seitenwand 214 sorgt. Wie in 4 gezeigt, hat der stromabwärts gelegene erste Leitungsabschnitt 220 einen rechteckigen ebenen Filter 221, der dafür bereitgestellt wird, dass das Innere mit demselben gefüllt wird.
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Wie in 4 gezeigt, ist der zweite stromabwärts gelegene Leitungsteil 230 als ein kastenartiges Element aufgebaut, das in einer Hohlprismenform mit einem im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt geformt ist. Wie in 6 gezeigt, hat der zweite stromabwärts gelegene Leitungsteil 230 eine vordere Seitenwand 231, die an einer in der Fahrzeuglängsrichtung vorderen Seite desselben gegenüber der hinteren Seitenwand 214 des stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitts 210 angeordnet ist. Die vordere Seitenwand 231 ist mit einer rechteckigen stromaufwärts gelegenen Öffnung 231A in einer identischen Größe wie die rechteckige Öffnung 214A der hinteren Seitenwand 214 geformt. An der vorderen Seitenwand 231 ist der erste stromabwärts gelegene Leitungsteil 220 eng an einem stromabwärts gelegenen Ende desselben befestigt, entlang eines Umfangs der stromaufwärts gelegenen Öffnung 231A, um dabei eine innere Luftverbindung durch die Öffnung 231A zwischen dem ersten Leitungsteil 220 und dem zweiten Leitungsteil 230 des stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitts 240 zu ermöglichen. Wie in 6 gezeigt, ist die vordere Seitenwand 231 an einer oberen Ecke derselben mit einem oberen Plattenstück 233, das sich in Diagonalrichtung von derselben aus nach oben erstreckt, wobei es eine Oberseitenregion des zweiten Leitungsteils 230 abdeckt, und an einer unteren Ecke derselben mit einem unteren Plattenstück 234, das sich in Diagonalrichtung von derselben aus nach unten erstreckt, wobei es eine Unterseitenregion des zweiten Leitungsteils 230 abdeckt, versehen.
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Wie in 6 gezeigt, hat der zweite Leitungsteil 230 des stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitts 240, in der Seitenansicht, ein Paar von Öffnungsbereichen 235A, die obere und untere schräge Seiten darstellen, die einander an einem in der Fahrzeuglängsrichtung hinteren Endecke desselben schneiden. Im Einzelnen umfasst der zweite stromabwärts gelegene Leitungsteil 230 ein Paar von rechteckigen stromabwärts gelegenen Öffnungen 235, die im Wesentlichen plansymmetrisch in Bezug auf eine Bezugsebene in der Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind, wodurch die Öffnungsbereiche 235A der paarigen Öffnungen 235 ihre Ausdehnungsebenen so haben, dass sie einander in rechten Winkeln schneiden. An dem zweiten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 230, der in der Seitenansicht zu sehen ist, hat die eine stromabwärts gelegene Öffnung 235 eine senkrechte Linie, die eine Mittelachse derselben darstellt, die im Verhältnis zu der Bezugsebene in der Fahrzeuglängsrichtung aufwärts diagonal nach hinten ausgerichtet ist. An dem zweiten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 230, der in der Seitenansicht zu sehen ist, hat die andere stromabwärts gelegene Öffnung 235 eine senkrechte Linie, die eine Mittelachse derselben darstellt, die im Verhältnis zu der Bezugsebene in der Fahrzeuglängsrichtung abwärts diagonal nach hinten ausgerichtet ist.
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Wie in 4, 5 und 6 gezeigt, hat der zweite stromabwärts gelegene Leitungsteil 230 ein Paar von sich in der Fahrzeugvertikalrichtung erstreckenden seitlichen Seitenwände 232, die an in der Fahrzeugquerrichtung entgegengesetzten zwei Seiten desselben angeordnet sind. Jede seitliche Seitenwand 232 ist mit einem in der Fahrzeugvertikalrichtung länglichen seitlichen Luftaufnahmeschlitz 232A geformt. Wie in 3 und 5 gezeigt, ist der seitliche Luftaufnahmeschlitz 232A von außen mit einem Haubenelement 232B abgedeckt, das sich nach hinten öffnet, um Luft von der in Fahrzeuglängsrichtung hinteren Seite aufzunehmen. Das heißt, der seitliche Luftaufnahmeschlitz 232A ist durch das Bereitstellen des Haubenelements 232B so umgesetzt, dass es sich im Wesentlichen in der Richtung in der Fahrzeuglängsrichtung nach hinten öffnet. Darüber hinaus hat das Habenelement 232B eine bewegliche Klappe 232C, die in demselben untergebracht ist zur Verwendung zum Öffnen und Schließen des seitlichen Luftaufnahmeschlitzes 232A.
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Die bewegliche Klappe 232C wird durch einen in 6 gezeigten Klappenantrieb 232D angetrieben, um Öffnungs- und Schließoperationen durchzuführen. Der Klappenantrieb 232D ist an der Innenwand einer zugeordneten seitlichen Seitenwand 232 eingebaut. Die bewegliche Klappe 232C ist dafür eingerichtet, zu öffnen, wenn die Außenlufttemperatur niedriger ist als eine vorgeschriebene Temperatur, das heißt, eine untere Grenztemperatur eines Temperaturbereichs, der gewährleistet, dass die Brennstoffzellenstapel 3 nach Notwendigkeit arbeiten. Es ist zu bemerken, dass diese Ausführungsform ein Paar von einzeln steuerbaren Klappenantrieben 232D einsetzt, die an einem Paar von seitlichen Seitenwänden 232 eingebaut sind, um ein Paar von beweglichen Klappen 232C anzutreiben, die an einem Paar von zweiten Luftaufnahmeschlitzen 232A bereitgestellt werden. Stattdessen kann ein gemeinsamer Klappenantrieb 232D, der an einer seitlichen Seitenwand 232 eingebaut ist, eingesetzt werden, um das Paar von beweglichen Klappen 232C anzutreiben.
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(Brennstoffzellenstapel)
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Die Brennstoffzellenstapel 3 haben eine Konfiguration, die gestapelte (d.h., mehrlagige) Brennstoffzellen umfasst. Jede Brennstoffzelle umfasst eine Elektrolytfolie, eine Brennstoff- (Wasserstoff-) Elektrode, eine Luft- (Sauerstoff-) Elektrode und einen Separator. Im Einzelnen sind die Brennstoffzellenstapel 3 jeweils als eine Kombination aus einem Satz von einem oder mehreren Einzelstapeln und einem Stapelgehäuse 3C (siehe 3, 4, 5 und 6), das eine äußere Abdeckung des Einzelstapelsatzes darstellt, hergestellt. Jeder Einzelstapel ist aus mehrlagigen Brennstoffzellen und einer Brennstoffzellenhülle, welche die Brennstoffzellen integral umhüllt, zusammengesetzt. An jedem Einzelstapel hat die Brennstoffzellenhülle eine Lufteinleitungsöffnung zum Einleiten von Luft in innere Luftzufuhrkanäle, eine Luftausleitungsöffnung zum Ausleiten von nicht verwendeter Luft aus Luftablasskanälen, die mit den Luftzufuhrkanälen in Verbindung stehen, einen Brenngaskanal-Verbindungsteil zum Einleiten von Brenngas, das Wasserstoff ist, in innere Brenngaskanäle und einen Spülgaskanal-Verbindungsteil zum Ausleiten eines Spülgases, das Wasserstoffgas enthält, aus Spülgaskanälen, die mit den Brenngaskanälen verbunden sind.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, hat an jedem Brennstoffzellenstapel 3 das Brennstoffzellengehäuse 3C im Umriss eine in der Fahrzeugquerrichtung längliche rechtwinklige Quaderform. Wie in 6 gezeigt, hat an jedem Brennstoffzellenstapel 3 das Brennstoffzellengehäuse 3C einen Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31, der die vordere von zwei in der Fahrzeuglängsrichtung gegenüberliegenden zueinander parallelen Seiten der rechtwinkligen Quaderform darstellt, und einen Luftablass-Öffnungsbereich 32, der die hintere dieser zwei Seiten darstellt. Jeder Brennstoffzellenstapel 3 nimmt Luft durch den Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 des Stapelgehäuses 3C auf, um sie als Reaktionsgas und Kühlmittel in jedem Einzelstapel zu verwenden.
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Wie in 4 und 6 gezeigt, hat an jedem Brennstoffzellenstapel 3 das Brennstoffzellengehäuse 3C kurze rechteckige kanalförmige Filterhalter 33, die in einem Paar vor dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 angeordnet sind. Wie in 4 gezeigt, hat jeder Filterhalter 33 einen rechteckigen ebenen Filter 34, der in demselben aufgenommen wird. Wie in 6 gezeigt, ist an jedem Brennstoffzellenstapel 3 das Brennstoffzellengehäuse 3C an dem Ende des Luftaufnahme-Öffnungsbereichs 31 mit einer zugeordneten stromabwärts gelegenen Öffnung 235 des stromabwärts gelegenen zweiten Leitungsteils 230 verbunden, so dass deren Innenräume miteinander in Verbindung stehen.
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(Luftablassleitungen)
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Wie in 2 bis einschließlich 5 gezeigt, hat jeder Brennstoffzellenstapel 3, an einer Rückseite desselben, ein Paar von in der Fahrzeugquerrichtung zueinander benachbarten Luftablassleitungen 4, die an demselben angebracht sind. Wie in 3 und 4 gezeigt, ist jede Luftablassleitung 4 als ein röhrenförmiges Element mit einem rechtwinkligen kegelstumpfförmigen Umriss aufgebaut, einschließlich einer offenen Bodenseite, die ein stromaufwärts gelegenes Ende der Leitung 4 darstellt, und einer im Durchmesser verringerten Oberseite, die ein stromabwärts gelegenes Ende der Leitung 4 darstellt. Wie in 6 gezeigt, ist an jedem Brennstoffzellenstapel 3 das Stapelgehäuse 3C an dem stromabwärts gelegenen Ende, d.h., an dem Ende des Luftablass-Öffnungsbereichs 32, mit stromaufwärts gelegenen Enden von zugeordneten Luftablassleitungen 4 verbunden, was eine innere Luftverbindung zwischen denselben ermöglicht. An jeder Luftablassleitung 4 ist das stromabwärts gelegene Ende durch das Bereitstellen einer kreisförmigen röhrenförmigen Gebläseabdeckung 41 gerichtet verlängert, so dass, wie am besten in 5 gezeigt, die Gebläseabdeckung 41 als ein stromabwärts gelegenes Ende derselben dient, um eine eigenständige Luftablassöffnung der Luftablassleitung 4 darzustellen. Innerhalb der Gebläseabdeckung 41 ist ein Luftablassgebläse 5 eingebaut.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform hat folglich eine Konfiguration, die wenigstens einen Brennstoffzellenstapel 3, der dafür aufgebaut ist, Luft als Reaktionsgas und Kühlmittel durch einen Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 in ein Inneres desselben aufzunehmen und Luft durch einen Luftablass-Öffnungsbereich 32 nach außerhalb desselben abzulassen, und in einer Gegenüberstellung mit dem Kühler 107 in der Fahrzeugquerrichtung in dem Motorraum 104 in der Fahrzeuglängsrichtung hinter dem vorderen Element 108 angeordnet ist, und eine Luftansaugleitung 2, die so aufgebaut ist, dass sie Luft in den Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 des Brennstoffzellenstapels 3 einleitet, umfasst, wobei sich die Luftansaugleitung 2 in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 und dem vorderen Element 108 erstreckt, wobei sie einen Satz von einem oder mehreren Luftaufnahme-Schlitzen 212A und 212B der Luftansaugleitung 2 in der Fahrzeuglängsrichtung vor dem Kühler 107 und geöffnet zu dem Satz von einer oder mehreren Kühlergrill-Öffnungen 110 und 111 hin aufweist.
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In der Brennstoffzellenvorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform wird an jedem Brennstoffzellenstapel 3, wie in 7 gezeigt, Luft durch den Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 in das Stapelgehäuse 3C geleitet, wo die ankommende Luft in jeden Einzelstapel eingeleitet wird. An jedem Einzelstapel wird die eingeleitete Luft von einer Lufteinleitungsöffnung der Brennstoffzellenhülle entlang von inneren Luftzufuhrkanälen geleitet, wobei sie gleichzeitig wirkt, um zugeordnete Regionen in dem Einzelstapel zu kühlen, folglich erhitzt wird, und an Luftelektroden von Brennstoffzellen in dem Einzelstapel verteilt, wo sie für Reaktionen zum Erzeugen von Elektrizität verwendet wird. Nicht verwendete Luft strömt entlang von Luftablasskanälen, die mit den Luftzufuhrkanälen in Verbindung stehen, und wird durch eine Luftausleitungsöffnung der Brennstoffzellenhülle hinausgeleitet, um als Luft mit erhöhter Temperatur durch den Luftablass-Öffnungsbereich 32 des Stapelgehäuses 3C aus dem Brennstoffzellenstapel 3 abgelassen zu werden.
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In der Brennstoffzellenvorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform hat an jedem Brennstoffzellenstapel 3, wie in 7 gezeigt, das Stapelgehäuse 3C einen Brenngas-Leitungsverbindungsteil 35, der mit einem stromabwärts gelegenen Ende einer Brenngasleitung 51 verbunden ist. Der Brenngas-Leitungsverbindungsteil 35 wird mit Brenngas gespeist, das in jeden Einzelstapel eingeleitet wird. An jedem Einzelstapel wird Brenngas durch einen Brenngaskanal-Verbindungsteil der Brennstoffzellenhülle eingeleitet, entlang von inneren Brenngaskanälen geleitet und an Brennstoffelektroden von Brennstoffzellen in dem Einzelstapel verteilt, wo es für Reaktionen zum Erzeugen von Elektrizität verbraucht wird. Da diese Reaktionen als Nebenprodukt Feuchtigkeit erzeugen, werden die Brenngaskanäle nach Bedarf gespült. Dann wird ein Gemisch aus Brenngas (Wasserstoffgas), Feuchtigkeit oder dergleichen als Spülgas entlang von Spülgaskanälen, die mit den Brenngaskanälen in Verbindung stehen, strömen gelassen und durch einen Spülgaskanal-Verbindungsteil der Brennstoffzellenhülle aus dem Einzelstapel hinausgeleitet, um durch einen Spülgas-Leitungsverbindungsteil 36 des Stapelgehäuses 3C aus dem Brennstoffzellenstapel 3 in eine zugeordnete Spülgasleitung 52 abgelassen zu werden.
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(Fluidleitungssystem)
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In der Brennstoffzellenvorrichtung 1 wird, wie in 7 gezeigt, an jedem Brennstoffzellenstapel 3 ankommende Außenluft durch die Luftansaugleitung 2 zu dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 des Stapelgehäuses 3C eingeleitet, und abgehende Luft wird aus dem Luftablass-Öffnungsbereich 32 des Stapelgehäuses 3C zu zugeordneten Luftablassleitungen 4 abgelassen. Die Luftansaugleitung 2 hat den Filter 221 und die Filter 34, wo die Außenluft gereinigt wird. Jede Luftablassleitung 4 hat ein Luftablassgebläse 5, das betriebsfähig ist, um Unterdrücke zu erzeugen, die bis hin zu der Luftansaugleitung 2 vorherrschen, wo sie als Ansaugdrücke wirken. Ferner wird bei diesem Brennstoffzellenstapel 3 Brenngas von einem Hochdruck-Wasserstoffbehälter 6 durch eine zugeordnete Brenngasleitung 51 dem Brenngas-Leitungsverbindungsteil 35 des Stapelgehäuses 3C zugeführt. In dem Wasserstoffbehälter 6 ist komprimiertes Wasserstoffgas gespeichert. Die Brenngasleitung 51 hat ein Druckminderungsventil 7, wo der Druck des Brenngases verringert wird. Wenn der Brennstoffzellenstapel 3 mit einem an einer zugeordneten Spülgasleitung 52 geöffneten Spülventil 8 gespült wird, wird ein Spülgas aus dem Spülgas-Leitungsverbindungsteil 36 des Stapelgehäuses 3C zu der Spülgasleitung 52 abgelassen. Die Spülgase in einer solchen Spülgasleitung 52 werden bei einem Verdünner aufgefangen, wo sie mit aus einer spezifischen Luftablassleitung 4 eingeleiteter Luft vermischt werden, wodurch sie deutlich unter eine untere Grenze eines entflammbarem Wasserstoff-Konzentrationsbereichs verdünnt werden, um nach außerhalb des Fahrzeugs freigesetzt zu werden.
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(Operationen und Wirkungen der Brennstoffzellenvorrichtung)
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Es wird nun eine Beschreibung von Operationen und Wirkungen der Brennstoffzellenvorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform vorgenommen. In der Brennstoffzellenvorrichtung 1 sind, wie in 1 und 2 gezeigt, die paarigen Brennstoffzellenstapel 3 so angeordnet, dass die Luft mit erhöhter Temperatur durch ihre Luftablassleitungen 4 innerhalb des Motorraums 104 ablassen, so dass Ströme von abgelassener Luft in dem Motorraum 104 in der Fahrzeuglängsrichtung aufwärts diagonal nach hinten und abwärts diagonal nach hinten strömen, was den Motorraum 104 praktisch erwärmt.
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Die Klappenantriebe 232D sind betriebsfähig, um die beweglichen Klappen 232C anzutreiben, um die seitlichen Luftaufnahmeschlitze 232A in Situationen, in denen die Außenlufttemperatur in einem angemessenen Bereich von Temperaturen liegt, damit die Brennstoffzellenstapel 3 wie erforderlich arbeiten, das heißt, wenn sie höher ist als eine untere Grenztemperatur des Temperaturbereichs, zu schließen. Falls die seitlichen Luftaufnahmeschlitze 232A geschlossen sind, wird die Luftansaugleitung 2 frei von einem Eindringen von warmer Luft, die von den Luftablassöffnungen 42 vorbeigekommen ist. Unter dieser Bedingung werden sowohl der obere Luftaufnahmeschlitz 212A als auch der untere Luftaufnahmeschlitz 212B offen gehalten. Es ist zu bemerken dass die Haubenelemente 232B der seitlichen Luftaufnahmeschlitze 232A in der Fahrzeuglängsrichtung nach hinten offen sind, wodurch Luftströme um die Luftansaugleitung 2 von Natur aus verringerte Neigungen haben, in dieselben zu treffen, wenn das Fahrzeug fährt.
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6 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 1 unter der Bedingung, dass die seitlichen Luftaufnahmeschlitze 232A geschlossen sind und der obere Luftaufnahmeschlitz 212A und der untere Luftaufnahmeschlitz 212B offen sind. Unter dieser Bedingung unterliegt die Brennstoffzellenvorrichtung 1 den Wirkungen von Ansaugdrücken durch die Betätigung der Luftablassgebläse 5 sowie Winddrücken, wenn das Fahrzeug fährt, wodurch Außenluft entlang von durch Pfeile A1 dargestellten Stromlinien durch den oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und den unteren Luftaufnahmeschlitz 212B in den stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitt 210 strömt und entlang von durch Pfeile A2 dargestellten Stromlinien in dem stromaufwärts gelegenen Leitungsabschnitt 210 läuft, die sich miteinander verbinden, um entlang von durch Pfeile A3 dargestellten Stromlinien durch den Filter 221 in dem ersten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 220 hindurchzugehen, wobei sie in den zweiten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 230 trifft. An dem zweiten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 230 werden die ankommenden Luftströme verzweigt und entlang von durch Pfeile A4 dargestellten Stromlinien zu den paarigen stromabwärts gelegenen Öffnungen 235 geleitet, um von dort in die Brennstoffzellenstapel 3 eingeleitet zu werden. An jedem Brennstoffzellenstapel 3 werden eingeleitete Luftströme verteilt, verwendet und gesammelt, während sie den Stapel innen kühlen und dabei erwärmt werden. Folglich wird wärmere Luft zu zugeordneten Luftablassleitungen 4 ausgeleitet und zum Beispiel entlang von durch Pfeile A5 dargestellten Stromlinien an deren Luftablassöffnungen 42 abgelassen.
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Nach dieser Ausführungsform umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 1 eine Luftansaugleitung 2, die sich im Wesentlichen entlang einer Fahrzeuglängsrichtung von einem Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 bis zu einem vorderen Element 108, d.h. sich in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 und dem vorderen Element 108, erstreckt, wobei sie einen stromaufwärts gelegenen Luftaufnahmeöffnungssatz, der einen oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und einen unteren Luftaufnahmeschlitz 212B der Luftansaugleitung 2 umfasst, in der Fahrzeuglängsrichtung vor einem Kühler 107 und geöffnet zu einem Kühlergrill-Öffnungssatz hin, der einen Satz von oberen Kühlergrillöffnungen 110 und einen Satz von unteren Kühlergrillöffnungen 111 umfasst, aufweist. Dementsprechend haben Ströme von Luft (warmer Luft), die den Kühler 107 passiert haben, wobei sie folglich erwärmt worden sind, eine verringerte Neigung, zu dem oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und dem unteren Luftaufnahmeschlitz 212B der Luftansaugleitung 2 hin vorbeizukommen. Da dies der Fall ist, kann die Brennstoffzellenvorrichtung 1 vermeiden, dass warme Luft in die Luftansaugleitung 2 eindringt, wenn sie den Kühler 107 passiert hat. Darüber hinaus gewährleistet die Brennstoffzellenvorrichtung 1, die Luftansaugleitung 2 auf eine effiziente Weise mit beträchtlichen Anteilen von natürlichen Lüftungsluftströmen zu speisen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist folglich dafür eingerichtet, jeden Brennstoffzellenstapel 3 effizient zu kühlen, was eine verbesserte Leistung des Brennstoffzellenstapels 3 ermöglicht.
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Nach dieser Ausführungsform hat die Brennstoffzellenvorrichtung 1 eine Struktur, die, als Teilsätze des Kühlergrill-Öffnungssatzes, den Satz von oberen Kühlergrillöffnungen 110, der in der Fahrzeugvertikalrichtung oberhalb des vorderen Elements 108 angeordnet ist, und den Satz von unteren Kühlergrillöffnungen 111, der in der Fahrzeugvertikalrichtung unterhalb des vorderen Elements 108 angeordnet ist, umfasst. Dementsprechend werden natürliche Lüftungsluftströme davon abgehalten, unmittelbar nach ihrem Eindringen in die oberen Kühlergrillöffnungen 110 und die unteren Kühlergrillöffnungen 111 mit dem vorderen Element 108 zusammenzutreffen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 ermöglicht es folglich, dass bedeutende Anteile an natürlichen Lüftungsluftströmen in den Motorraum 104 strömen.
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Nach dieser Ausführungsform umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 1 die Luftansaugleitung 2, die aufgebaut ist als eine Kombination aus einem stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitt 240, der sich von einem Luftaufnahme-Öffnungsbereich 31 eines Brennstoffzellenstapels 3 zu dem vorderen Element 108 hin erstreckt, und einem stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitt 210, der von einem vorderen Ende des stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitts 210 aus in der Fahrzeugvertikalrichtung gegabelt ist, wodurch Überlagerungen zwischen dem vorderen Element und gegabelten Zweigsektionen des stromabwärts gelegenen Leitungsabschnitts 210 vermieden werden.
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Bei einer solchen Struktur hat die Luftansaugleitung 2 eine Kombination aus einem oberen Luftaufnahmeschlitz 212A, der gegenüber dem Satz von oberen Kühlergrillöffnungen 110 an einer in der Fahrzeugvertikalrichtung oberen Seite des vorderen Elements 108 geöffnet ist, und einem unteren Luftaufnahmeschlitz 212B, der gegenüber dem Satz von unteren Kühlergrillöffnungen 111 an einer in der Fahrzeugvertikalrichtung unteren Seite des vorderen Elements 108 geöffnet ist.
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Dann ist der obere Luftaufnahmeschlitz 212A der Luftansaugleitung 2 entlang eines Umrisses des Satzes von oberen Kühlergrillöffnungen 110 geformt, und der untere Luftaufnahmeschlitz 212B der Luftansaugleitung 2 ist entlang eines Umrisses des Satzes von unteren Kühlergrillöffnungen 111 geformt.
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Im Ergebnis kann die Brennstoffzellenvorrichtung 1 frei von Erfordernissen sein, dass die oberen Luftaufnahmeschlitze 212A und die unteren Luftaufnahmeschlitze 212B übermäßig vergrößert werden, um die Luft auf der Rückseite eines vorderen Elements 108 aufzunehmen. Daher gewährleistet es die Brennstoffzellenvorrichtung 1, die Luftansaugleitung 2 in Größe und Konfiguration kompakt zu machen. Darüber hinaus gewährleistet es die Brennstoffzellenvorrichtung 1, dass durch die Luftansaugleitung 2 ein verringertes Volumen in dem Motorraum 104 eingenommen wird, was eine verbesserte Gestaltungsflexibilität des Motorraumes 104 ermöglicht.
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Nach dieser Ausführungsform hat die Brennstoffzellenvorrichtung 1 den oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und den unteren Luftaufnahmeschlitz 212B der Luftansaugleitung 2, die sich in den Umgebungen der hauptsächlichen Teilsätze des Kühlergrill-Öffnungssatzes, d.h., des oberen Kühlergrill-Öffnungssatzes 110 und des unteren Kühlergrill-Öffnungssatzes 111, öffnen. Daher ist die Brennstoffzellenvorrichtung 1 dafür eingerichtet, unter den natürlichen Lüftungsluftströmen, die durch den Kühlergrill-Öffnungssatz in den Motorraum 104 strömen, bedeutende Anteile von Luftströmen, die in die Luftansaugleitung 2 strömen. Außerdem ist die Brennstoffzellenvorrichtung 1 dafür eingerichtet, gesteigerte Mengen von Luftströmen zu haben, die einem Brennstoffzellenstapel 3 zugeführt werden, wobei das durch die Luftansaugleitung 2 eingenommene Volumen verdrängt wird. Nach dieser Ausführungsform ist die Brennstoffzellenvorrichtung 1 folglich für eine effiziente Kühlung des Brennstoffzellenstapels 3 eingerichtet, was eine sichergestellte Verbesserung der Betriebsleistung an dem Brennstoffzellenstapel 3 ermöglicht.
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Nach dieser Ausführungsform hat die Brennstoffzellenvorrichtung 1 eine Struktur, die einen Satz von beweglichen Klappen 213 und einen Satz von beweglichen Klappen 232C, an unterschiedlichen Stellen bereitgestellt, die in Situationen, die ein Aufwärmen erfordern, die Verwendung des Satzes von beweglichen Klappen 213 gewährleisten, um ein Einströmen von Luftströmen zu einem Brennstoffzellenstapel 3 zu steuern, um zu verhindern, dass er zu stark wird. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist folglich dafür eingerichtet, eine übermäßige Kühlung durch Luftströme an dem Brennstoffzellenstapel 3 zu verhindern, was ein gefördertes Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 3 ermöglicht. Nach dieser Ausführungsform wird es folglich ermöglicht, dass die Brennstoffzellenvorrichtung 1 eine Betriebsleistung des Brennstoffzellenstapels 3 verbessert. Es ist zu bemerken, dass die Situationen, die ein Aufwärmen erfordern, eine Situation umfassen, in welcher der Brennstoffzellenstapel 3 eine Temperatur innerhalb eines Bereichs unterhalb einer vorgeschriebenen Temperatur (z.B. 0 °C oder nahe) hat. Falls der Brennstoffzellenstapel 3 eine Temperatur in diesem Bereich hat, wird der Satz von beweglichen Klappen 213 geschlossen, während der Satz von beweglichen Klappen 232C für ein Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 3 offen ist. Falls der Brennstoffzellenstapel 3 eine Temperatur hat, welche die vorgeschriebene Temperatur überschreitet, wird der Satz von beweglichen Klappen 213 geöffnet, damit die Brennstoffzellenvorrichtung 1 in einen normalen Lauf eintritt. Es ist zu bemerken, dass in Situationen, die ein Aufwärmen erfordern, die auf seitlichen Seiten bereitgestellten beweglichen Klappen 232C betriebsfähig sind zum Öffnen, zur Verwendung zum Einleiten von warmer Luft in dem Motorraum 104 in den zweiten stromabwärts gelegenen Leitungsteil 230.
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(Zweite Ausführungsform)
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8 zeigt, in einer Seitenansicht, eine Brennstoffzellenvorrichtung 1 nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in einer vorderen Sektion eines Fahrzeugs 100 angebracht ist. Im Verhältnis zu der ersten Ausführungsform werden gleiche Bestandteile der zweiten Ausführungsform in 8 durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine redundante Beschreibung weggelassen wird. Bei dieser Ausführungsform hat, wie in 8 gezeigt, ein oberer Leitungsabschnitt 210 eine obere Luftaufnahmesektion 215A und eine untere Luftaufnahmesektion 216A desselben, die näher an einen oberen Kühlergrill-Öffnungssatz 110 beziehungsweise einen unteren Kühlergrill-Öffnungssatz 111, die jeweils Teilsätze eines Satzes von Kühlergrillöffnungen sind, gebracht sind derart, dass zwischen einem oberen Luftaufnahmeschlitz 212A, der an der oberen Luftaufnahmesektion 215A bereitgestellt wird, und einem unteren Luftaufnahmeschlitz 212B, der an der unteren Luftaufnahmesektion 216A bereitgestellt wird, wenigstens einer (z.B. der untere Luftaufnahmeschlitz 212B in 8) weiter zu einer in der Fahrzeuglängsrichtung vorderen Seite, d.h., zu der Seite des Kühlergrill-Öffnungssatzes hin, vorspringt als ein vorderes Ende eines vorderen Elements 108, das einer nicht vergitterten oder blinden Mittelstegzone 112 eines vorderen Stoßfängers 109 gegenüberliegt.
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Nach dieser Ausführungsform gewährleistet die Brennstoffzellenvorrichtung 1 natürliche Lüftungsluftströme zu haben, die durch den Satz von oberen Kühlergrillöffnungen 110 und den Satz von unteren Kühlergrillöffnungen 111 zu einem Motorraum 104 hin verlaufen, wobei sie in einer anfänglichen Phase ihrer Verteilung dazu veranlasst werden, in den oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und den unteren Luftaufnahmeschlitz 212B zu strömen. Daher ist die Brennstoffzellenvorrichtung 1 dafür eingerichtet, wirksam zu unterdrücken, das Mengen an Luftströmen in Umfangsrichtung auslaufen, das heißt, sich vor einer Luftansaugleitung 2 zerstreuen, durch Lücken, wie beispielsweise diejenigen zwischen dem oberen Kühlergrill-Öffnungssatz 110 und dem oberen Luftaufnahmeschlitz 212A und zwischen dem unteren Kühlergrill-Öffnungssatz 111 und dem unteren Luftaufnahmeschlitz 212B, in räumliche Regionen außerhalb der Luftansaugleitung 2 in dem Motorraum 104. Dementsprechend ermöglicht es die Brennstoffzellenvorrichtung 1, dass bedeutende Anteile von Luftströmen durch die Luftansaugleitung 2 den Brennstoffzellenstapeln 3 zugeführt werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Es sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, einschließlich von Erörterungen und Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung darstellen, die als illustrativ, nicht einschränkend für die Erfindung ausgelegt werden sollten. Es kann verschiedene Ersatzausführungsformen, -beispiele und -anwendungstechniken geben, die dem Fachmann durch die Offenlegung offensichtlich gemacht wurden.
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Zum Beispiel haben die beschriebenen Ausführungsformen eine Konfiguration, die stromabwärts von einem Brennstoffzellenstapel 3 eingebaute Gebläse 5 umfasst, die ersetzt werden kann durch eine Konfiguration, die ein stromaufwärts von dem Brennstoffzellenstapel 3 eingebautes Gebläse 5 umfasst. Darüber hinaus hat nach den beschriebenen Ausführungsformen ein stromabwärts gelegener Leitungsabschnitt 240 einer Luftansaugleitung 2 zwei stromabwärts gelegene Öffnungen 235, während die Anzahl solcher stromabwärts gelegener Öffnungen, wie erforderlich, variiert werden kann. Ferner haben nach den beschriebenen Ausführungsformen die Luftansaugleitung 2 und die Luftablassleitungen 4 ihre Strukturen, die jedoch ebenfalls nicht einschränkend für die Erfindung sind.
