-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
(a) Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einer Wasserstoffabzugsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug und insbesondere eine Vorrichtung, um Wasserstoff sicher abzugeben, welches einen Brennstofftank eines Brennstoffzellenfahrzeugs durchdringt und aus diesem leckt.
-
(b) Hintergrund der Erfindung
-
Im allgemeinen kann eine Technologie zum Anwenden einer Wasserstoffenergie auf ein Fahrzeug beträchtliche soziale Vorteile stellen und einen direkten Beitrag zu einem erhöhten Marktanteil bereitstellen, indem die potentielle Menge des erzeugten CO2 verringert wird und die Unabhängigkeit von Öl bzw. Petroleum gefördert wird. Ferner kann die Verwendung einer Wasserstoffenergie in einem Fahrzeug die industrielle Wettbewerbsfähigkeit verbessern.
-
Jedoch birgt Wasserstoff potentielle Gefahren in Bezug auf die Speicherung und den Transport in sich. Zum Beispiel ist die Volumenenergiedichte von Wasserstoff lediglich 1/3000 von Benzin. Typischerweise gibt es begrenzten Platz innerhalb eines Fahrzeugs, um den Transportbehälter anzubringen. Die Verwendung von Wasserstoffbrennstoff für ein Brennstoffzellenfahrzeug bedingt, dass der Wasserstoff sicher und kompakt hergestellt, transportiert und, was wichtig ist, gespeichert wird. D. h., es wird eine Technologie benötigt, um eine Sicherheit, einen kompakten Transport und eine Speicherung von Wasserstoff sicherzustellen. Gegenwärtig ist für diese Anwendung ein leichter Tank mit einem hohen Innendruck verwendet worden.
-
Im Allgemeinen ist ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches Wasserstoff/Kraftstoff verwendet, ein Fahrzeug, das einen Motor durch Verwendung der Ladung, die durch eine Reaktion des Wasserstoffs und des Sauerstoffs erzeugt wird, betreibt und dadurch unter Verwendung des angetriebenen Motors ein Moment erzeugt. Ein Wasserstoffspeichersystem ist innerhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs angebracht. Herkömmlicherweise weisen die Wasserstoffspeichersysteme, die die höchste Kommerzialisierung erreicht haben, eine Hochdrucktoleranz von 700 bar auf. Um den Wasserstoff mit hohem Druck des Brennstoffzellenfahrzeugs zu speichern ist ein Tank, der eine Kohlenstoffverbindung in Anwendung bringt, verwendet worden. Typischerweise werden Tanks in den Typ 3 oder den Typ 4 klassifiziert, und zwar in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Innenverkleidungsmaterialen.
-
Typischerweise verwendet der Typ 4 Tank eine Plastikinnenverkleidung, was zu einem Wasserstoffübertragungsproblem führt. Zum Beispiel fordern die europäischen Vorschriften, dass die Wasserstoffdurchdringungsmenge 6 cc/L nicht überschreiten kann. Mit anderen Worten, die Gesamtmenge des an die Luft abgegebenen Wasserstoffs wird geregelt, wodurch die Wasserstoffmenge, die die Plastikverkleidung durchdringt und die von dem Typ 4 Tank an die Luft abgegeben wird, begrenzt wird. Jedoch ist es schwierig quantitativ die an die Luft abgegebene Wasserstoffmenge zu messen und der an die Luft abgegebene Wasserstoff kann Sicherheitsbedenken hervorrufen.
-
Die obige Information, die in diesem Abschnitt offenbart ist, dient lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und kann deshalb Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bildet, der für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet in diesem Land bereits bekannt ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die vorliegende Erfindung stellt eine Wasserstoffabzugsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, um Wasserstoff, der einen Tank durchdringt, zu sammeln und sicher zu verarbeiten. Die Wasserstoffübertragungsmengen können quantitativ ausgewertet (zum Beispiel überwacht) werden, indem eine Form und eine Befestigungsweise eines Domprotektors, der in einem Wasserstoffbrennstofftank angebracht ist, verbessert wird, wodurch die Sicherheit des an die Luft abgegebenen Wasserstoffs verbessert wird und aktiv auf die verschiedenen Steuerungen reagiert wird, indem quantitativ die Wasserstoffübertragungsmenge ausgewertet wird.
-
In einem Aspekt kann eine Wasserstoffabzugsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen: einen Domprotektor, der an einem Domabschnitt eines Brennstofftanks angebracht sein kann, einen Flusspfad, der innerhalb des Domprotektor ausgebildet sein kann, und einen Auslass, der auf einer Seite des Flusspfads gebildet sein kann. In einem anderen Aspekt kann Wasserstoff, welcher den Brennstofftank durchdringt, innerhalb des Flusspfads gesammelt und über den Auslass abgegeben werden. Der in dem Domprotektor gebildete Flusspfad kann eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Flusspfaden, die in einer Form eines konzentrischen Kreises angeordnet sein können, und eine Vielzahl von radialen Flusspfaden, die radial angeordnet sein können, während sie in Kommunikation mit den konzentrischen zirkulieren Flusspfaden sind, umfassen. Der Auslass des Flusspfads, der in dem Domprotektor gebildet ist, kann an einem im Wesentlichen zentralen (mittleren) Abschnitt eines Doms gebildet sein.
-
Ein Abzugsrohr (Auspuffrohr) kann mit dem Auslass, der in dem Flusspfad des Domprotektors gebildet ist, verbunden sein. Der durch den Auslass abgegebene Wasserstoff kann innerhalb des Abzugsrohrs mit Luft gemischt werden, kann verdünnt werden, und kann an die Luft abgegeben werden.
-
In einem anderen Aspekt kann die Wasserstoffabzugsvorrichtung quantitativ die Menge des durchdringenden Wasserstoffs messen, indem ein existierender Domprotektor verwendet wird. Der Wasserstoff kann sicher abgegeben und verarbeitet werden, indem Wasserstoff, der durchgedrungen ist, ohne die Abgabe des durchdringenden Wasserstoffs an die Luft gesammelt wird. Der Wasserstoff kann von einem Fahrzeug nach außen abgegeben werden, wenn der Wasserstoff mit Luft über die Verbindung mit dem Abzugsrohr gemischt wird und verdünnt wird, wodurch die Sicherheit eines Fahrzeugs gewährleistet wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung ergeben sich näher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Querschnittsansicht, die eine Wasserstoffabzugsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorderansicht, die die Wasserstoffabzugsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
3 eine beispielhafte Ausführungsform einer Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A der 1; und
-
4 eine beispielhafte Ausführungsform eine Querschnittsansicht, die einen Verwendungszustand der Wasserstoffabzugsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise im Maßstab dargestellt sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darbieten, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, so wie sie hier offenbart ist, umfassen beispielsweise spezifische Abmessungen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, die teilweise durch die bestimmte beabsichtigte Anwendung und die Verwendungsumgebung bestimmt werden.
-
In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den mehreren Figuren der Zeichnung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Vorteile und Merkmale der Erfindung und Verfahren, um diese umzusetzen, können durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und den beiliegenden Zeichnungen einfacher verstanden werden. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Weisen umgesetzt werden und sollte nicht so betrachtet werden, dass sie auf die hier aufgeführten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdeckt, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, äquivalente Ausführungsformen und andere Ausführungsformen, die in den Grundgedanken und den Schutzumfang der Erfindung fallen, so wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
-
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht zur Beschränkung der Erfindung gedacht. Wie hier verwendet, umfasst der Singular „ein”, „eine” und „der/die” genauso den Plural, außer wenn der Kontext dies deutlich anderweitig anzeigt. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke „umfasst” und/oder „umfassend”, soweit sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber die Anwesenheit oder Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder” irgendwelche oder sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Teile. Zum Beispiel werden zum Zweck einer klaren Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht relevante Teile nicht gezeigt und die Dicken von Schichten und Regionen werden zur Klarheit übertrieben dargestellt. Wenn angegeben ist, dass eine Schicht „auf” einer anderen Schicht oder einem Substrat ist, dann kann ferner die Schicht direkt auf einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat sein oder eine dritte Schicht kann dazwischen angeordnet sein.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „fahrzeuggebunden” oder andere ähnliche Ausdrücke, so wie sie hier verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen einschließen, wie beispielsweise Fahrzeugautomobile, wie Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und hybride Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffe, die von anderen Ressourcen außer Petroleum abgeleitet werden). Wie hier verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl Benzin-betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
-
1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Querschnittsansicht, die eine Wasserstoffabzugsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorderansicht, die die Wasserstoffabzugsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 und 2 gezeigt kann die Wasserstoffabzugsvorrichtung einen Aufbau aufweisen, der eine Sammlung von Wasserstoff, der einen Brennstofftank durchdringt (durch diesen sickert), und eine sichere Abgabe des gesammelten Wasserstoffs an die Luft ermöglicht. Ferner kann die Wasserstoffabzugsvorrichtung einen Brennstofftank 10, der aus einer Kohlenstoffverbundmaterialschicht 17 und einer Plastikinnenverkleidungsschicht 18 gebildet ist, und Domprotektoren 11, die wie ein Dom ausgeformt sind, der an Domabschnitten auf beiden Seiten des Brennstofftanks 10 jeweils angebracht werden kann, umfassen. Mit anderen Worten, der Domprotektor 11 kann zur Verstärkung der Festigkeit des Domabschnitts des Tanks verwendet werden, der eine geringe Härte aufweisen kann.
-
Ferner kann ein Flusspfad 12 im Inneren (zum Beispiel auf einer inneren Oberfläche) des Domprotektors 11 gebildet sein, um zu ermöglichen, dass Wasserstoff fließt und gesammelt werden kann. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Flusspfad 12 eine Netzstruktur aufweisen. Zum Beispiel kann der Flusspfad 12, der in dem Domprotektor 12 gebildet ist, eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Flusspfaden 14 mit einer Form umfassen, bei der kreisförmige Flusspfade in einem konzentrischen Kreis angeordnet werden können, dessen Innendurchmesser von einem Anfangsdurchmesser auf einen größeren Durchmesser anwächst. Eine Vielzahl von radialen Flusspfaden 15 können radial angeordnet sein, während sie die jeweiligen konzentrischen kreisförmigen Flusspfades 14 radial kreuzen und in Kommunikation mit diesen sein können.
-
Ferner kann Sauerstoff die Plastikinnenverkleidungsschicht 18 und die Kohlenstoffverbundmaterialschicht 17 des Brennstofftanks 10 durchdringen und kann sich entlang der konzentrischen kreisförmigen Flusspfades 14 und der radialen Flusspfades 15, die in Kommunikation miteinander sein können, bewegen und kann innerhalb des Flusspfads 12 versperrt werden. Wie in 3 gezeigt, kann der Flusspfad 12 durch eine Verarbeitung von Ausnehmungen, die in einer inneren Oberfläche des Domprotektors angeordnet sind, gebildet werden. Ferner kann ein Auslass 13, der nach außen offen ist, auf einer Seite des Flusspfads 12 gebildet sein. Zum Beispiel kann ein Ende einer mittleren Seite des Doms von irgendeinem radialen Flusspfad 15, und Wasserstoff, welcher sich entlang der konzentrischen kreisförmigen Flusspfade 14 und der radialen Flusspfade 15 bewegt hat, von einer Innenseite des Flusspfads durch den Auslass 13 abgegeben werden. Insbesondere kann der Auslass 13 des Flusspfads 12, der in dem Domprotektor 11 gebildet ist, an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt des Doms positioniert sein. Mit anderen Worten, eine Seite einer Oberfläche kann in eine kreisförmige Form (oder dergleichen) an im Wesentlichen der Mitte der Domstruktur des Protektors geschnitten werden.
-
Wie in 4 gezeigt, kann ferner ein Abzugsrohr 16 mit dem Auslass 13 des Flusspfads 12 verbunden sein. Der durch den Auslass 13 des Flusspfads 12 abgegebene Wasserstoff kann innerhalb des Abzugsrohrs mit Luft gemischt werden und kann verdünnt werden, während er entlang des Abzugsrohrs 16 fließt, und kann sicher an die Luft abgegeben werden. Ein Verwendungszustand der Wasserstoffabzugsvorrichtung, die wie voranstehend beschrieben konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben. 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Querschnittsansicht, die einen Verwendungszustand der Wasserstoffabzugsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Wie in 4 dargestellt kann Wasserstoff, der die Plastikinnenverkleidungsschicht 18 und die Kohlenstoffverbundmaterialschicht 17 des mit Wasserstoff gefüllten Brennstofftanks 10 durchdringt, innerhalb des Flusspfads 12 gesammelt werden.
-
Der Domprotektor 11 kann an den Brennstofftank 10 angeklebt sein, um die Abdichtungseigenschaften aufrechtzuerhalten. Ein Abschnitt des Domprotektors 10 kann nicht verklebt verbleiben und den Auslass 13 bereitstellen, der Wasserstoff sammeln kann. Der gesammelte Wasserstoff kann an die Luft abgegeben werden und ein Übertragungsgrad des Tanks kann quantitativ erfasst werden, indem die Wasserstoffmenge gemessen wird, die abgegeben werden kann, indem der Auslass 13 verwendet wird, durch den Wasserstoff abgegeben wird. Der Wasserstoff, der durch den Auslass 13 abgegeben wird, kann in das Abzugsrohr 16 hinein fließen und kann ferner entlang des Abzugsrohrs 16 fließen, um über eine distales Ende des Abzugsrohrs 16 an die Luft abgegeben zu werden. Wenn die Wasserstoffabzugsvorrichtung das Abzugsrohr umfasst, dann kann Wasserstoff mit Luft innerhalb des Abzugsrohrs gemischt werden und kann verdünnt werden und sicher abgegeben werden. Der Wasserstoff kann durch ein sicheres Verfahren abgegeben werden, wobei die Sicherheit des Fahrzeugs verbessert wird.
-
Wie voranstehend beschrieben sammelte die vorliegende Erfindung Wasserstoff, der durchsickert (durchdringt), indem eine Form und ein Anbringungsverfahren des Domprotektors verändert wird, der gesammelte Wasserstoff abgegeben wird, die Wasserstoffübertragungsmenge quantitativ erfasst wird, und der Wasserstoff durch die Verbindung mit dem Abzugsrohr (Auspuffrohr) sicher abgegeben wird.
-
Während diese Offenbarung in Verbindung damit beschrieben worden ist, was gegenwärtig als beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass im Gegenteil beabsichtigt ist, dass verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in den Grundgedanken und den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen, abgedeckt werden. Zusätzlich sei darauf hingewiesen, dass sämtliche dieser Modifikationen und Abwandlungen in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
