DE102017209322A1

DE102017209322A1 - Brennstoffzellensystem mit einem Sollbruchteil zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil

Info

Publication number: DE102017209322A1
Application number: DE102017209322.6A
Authority: DE
Inventors: Se Kwon Jung; Hyo Sub Shim; Bu Kil Kwon
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-06-21
Also published as: KR20180071547A; US20180175422A1; KR102496179B1; CN108206290B; CN108206290A; US10727507B2

Abstract

Brennstoffzellensystem mit einem Wasserstoff-Absperrventil und einem damit verbundenen Wasserstoff-Zufuhrventil, wobei das Brennstoffzellensystem enthält: einen Halter, der das Wasserstoff-Zufuhrventil aufnehmen kann, wobei der Halter ein Sollbruchteil enthält, das an einer Stelle zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil ausgebildet sein kann, und das Wasserstoff-Zufuhrventil sowie das Wasserstoff-Absperrventil können an einem oder mehreren herausgeführten Enden des Halters aufgenommen sein, und wenn das Sollbruchteil durch einen externen Stoß bricht, werden das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil voneinander getrennt.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbindungsstruktur eines Wasserstoff-Zufuhrventils und eines Wasserstoff-Absperrventils, die in einem Wasserstoff-Zufuhrsystem eines Fahrzeugs vorgesehen sein kann, in dem ein Brennstoffzellensystem eingebaut sein kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Verbindungsstruktur, in der sich ein Halter, der das Wasserstoff-Zufuhrventil aufnehmen kann, auslegerförmig zur Aufnahme des Wasserstoff-Absperrventils erstreckt, und ein Sollbruchteil ist an einem vorgegebenen Punkt zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil ausgebildet, um eine gefährliche Situation, in der Wasserstoff aus dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil austritt, zu verhindern, indem das Sollbruchteil bricht, wenn eine Stoßbelastung aufgebracht wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Brennstoffzellensystem ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass es einen Brennstoffzellenstapel zur Erzeugung elektrischer Energie, ein Brennstoffzufuhrsystem, das dem Brennstoffzellenstapel Brennstoff (Wasserstoff) zuführt, ein Luftzufuhrsystem, das dem Brennstoffzellenstapel in Luft enthaltenen Wasserstoff zuführt, der ein erforderliches Oxidans für eine elektrochemische Reaktion ist, ein Wärme- und Wasser-Managementsystem, das die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapel und dgl. steuert, enthält.
Unter hohem Druck verdichteter Wasserstoff mit einem Druck von ca. 700 bar wird in einem Hochdruckbehälter (Wasserstofftank) im Brennstoffzufuhrsystem, d. h. einem Wasserstoff-Zufuhrsystem gespeichert, und der gespeicherte verdichtete Wasserstoff wird in eine Hochdruckleitung gemäß dem EIN/AUS einer Hochdruck-Steuerung an einem Einlass des Wasserstofftanks ausgeleitet und danach durch ein Startventil und ein Wasserstoff-Zufuhrventil drucklos gemacht und an den Brennstoffzellenstapel geliefert.
In dem Fall, wenn Bauteile zwischen dem Hochdruckbehälter (alternativ Speicher) und dem Stapel des Brennstoffzellensystems im Detail beschrieben werden, können Ventilbauteile einschließlich eines Reglers, Wasserstoff-Absperrventile und Wasserstoff--Zufuhrventile und Leitungen, durch die Wasserstoff fließen kann, und eine Vielzahl Anschlussstellen für die Leitungen ausgebildet sein. Die Dichtheit der den Wasserstoff führenden Bauteile ist eine der wichtigsten Eigenschaften in Zusammenhang mit der Sicherheit des Wasserstoff-Zufuhrsystems und schließlich des gesamten Brennstoffzellensystems. Deshalb kann zwischen dem Regler und dem Wasserstoff-Zufuhrventil das Wasserstoff-Absperrventil in einer Wasserstoff-Zufuhrleitung des Brennstoffzellensystems installiert sein, um ein sicheres Durchströmen des Hochdruckwasserstoffs durch die Leitung zu gewährleisten.
Um eine Wasserstoffleckage zu verhindern und Wasserstoffversprödung zu minimieren, wird das Wasserstoff-Zufuhrsystem des Brennstoffzellensystems als ein nahezu starrer Körper konzipiert. Wenn eine externe Stoßbelastung aufgrund eines Unfalls und dgl. aufgebracht wird, kann ein nicht vorhersehbarer Abschnitt beschädigt werden. Bei einem Unfall werden die meisten Bauteile beschädigt, so dass ihr Ersatz erforderlich wird. Insbesondere wenn die Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems und ein Stapelverteiler beschädigt werden, müssen das gesamte Kraftübertragungsmodul oder tiefer liegenden Bauteile einer Fahrzeugkarosserie ausgebaut und ersetzt werden, und im Ergebnis können die Reparaturkosten exzessiv ansteigen. Da ferner Wasserstoff aus der Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems und dem Stapelverteiler austreten kann, die beschädigt sind, besteht die Gefahr eines Folgeschadens wie Brandoder dgl.
Die obigen in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbarten Ausführungen dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung ist in dem Bestreben erarbeitet worden, die oben beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu lösen.
Deshalb stellt die vorliegende Offenbarung eine Verbindungsstruktur eines Wasserstoff-Zufuhrventils und eines Wasserstoff-Absperrventils bereit, die eine Beschädigung einer Leitung eines Wasserstoff-Zufuhrsystems auf ein Minimum begrenzen und verhindern kann, dass Wasserstoff austritt, wenn ein externer Stoß oder eine Last aufgebracht wird, indem eine Ventilverbindungsstruktur (Ventilanschlussstruktur) bereitgestellt wird, die einen Bruch zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil herbeiführt, wenn auf das Fahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem eingebaut ist, ein starker Stoß von außen wirkt (Unfall usw.).
Bei einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Brennstoffzellensystem mit einem Wasserstoff-Absperrventil und einem mit dem Wasserstoff-Absperrventil und speziell mit dem Brennstoffzellensystem verbundenen Wasserstoff-Zufuhrventil bereit, das enthält: einen Halter, der entweder eine Ansteuereinheit des Wasserstoff-Zufuhrventils oder eine Ansteuereinheit des Wasserstoff-Absperrventils aufnehmen kann, wobei der Halter ein Sollbruchteil enthält, das an einer Stelle zwischen dem Wasserstoff--Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil ausgebildet ist, und entweder das Wasserstoff-Zufuhrventil oder das Wasserstoff-Absperrventil kann an einem herausgeführten Ende des Halters entsprechend dem Ventiltyp im Halter befestigt sein, und wenn das Sollbruchteil durch einen externen Stoß bricht, werden das Wasserstoff--Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil voneinander getrennt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das eine herausgeführte Ende des Halters eine auskragende Form haben.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das eine herausgeführte Ende des Halters des Halters eine ‚⊏‘-Form haben, deren mittlerer Abschnitt leer ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können das Wasserstoff--Absperrventil, das Wasserstoff-Zufuhrventil und der Halter auf einer Oberfläche eines Stapelverteilers des Brennstoffzellensystems angebracht sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein unteres Ende des Wasserstoff-Zufuhrventils mit dem Stapel kommunizieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Halter an einem oberen Ende des Stapels des Brennstoffzellensystems angeordnet sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform führt ein Ende des Wasserstoff-Absperrventils oder des Wasserstoff-Zufuhrventils in das jeweils andere Venil, das wie oben angegeben kommuniziert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Brennstoffzellensystem ferner einen O-Ring enthalten, der an einer Stelle eines Bereichs des jeweils anderen Ventils angeordnet ist, das wie oben angegeben kommuniziert, in das ein Ende des Wasserstoff-Absperrventils oder des Wasserstoff-Zufuhrventil führt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Wasserstoff-Absperrventil mittels einer Schraube am Halter befestigt sein kann und die Einschraubrichtung kann parallel zur Richtung der Schwerkraft sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Brennstoffzellensystem ferner einen O-Ring enthalten, der an einem Ende eines Bereichs, wo das Wasserstoff-Absperrventil in den Halter eingeführt ist, angeordnet sein kann, wobei das Wasserstoff-Absperrventil mittels einer Schraube am Halter befestigt sein kann und die Einschraubrichtung der Schraube und eine durch den O-Ring gebildete Ebene können parallel zueinander sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann in der Mitte des Sollbruchteils ein das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil verbindender Strömungspfad ausgebildet sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine Kerbe im Sollbruchteil ausgebildet sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt die folgenden Effekte durch die Mittel zur Lösung der Probleme bereit.
Wenn gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Stoßbelastung einer vorgegebenen Größe oder darüber von außen aufgebracht wird, bricht ein Sollbruchteil ab, und als Ergebnis werden ein Wasserstoff-Absperrventil und ein Wasserstoff-Zufuhrventil voneinander getrennt, wobei eine mit einem Hochdruckbehälter und eine mit einem Stapelverteiler verbundene Leitung dicht verschlossen werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann durch das dichte Verschließen jeder Leitung ein Austritt des Wasserstoffs verhindert werden, und als Ergebnis können gefährliche Folgesituationen einschl. Brand, Explosion und dgl. durch eine Wasserstoffleckage vermieden werden.
Da gemäß der vorliegenden Offenbarung das Wasserstoff-Zufuhrventil und das Wasserstoff-Absperrventil voneinander getrennt werden, können eine Leitung eines Wasserstoff-Zufuhrsystems von einem Hochdruckbehälter und die mit dem Stapelverteiler verbundene Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems voneinander getrennt werden. Trotz des durch den Stoß herabfallenden Stapelverteilers können deshalb die Schäden an der Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems vom Hochdruckbehälter und der des Wasserstoff-Absperrventils auf einem Minimum gehalten werden.
Andere Aspekte und bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend erläutert.
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugtechnisch“ oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
Die obigen und andere Merkmale der Erfindung werden nachstehend erläutert.
Figurenliste
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen nur beispielhaft dargestellt sind, nachstehend ausführlich beschrieben und schränken somit die vorliegende Offenbarung nicht ein; es zeigen:

1 ein Diagramm einer Ausführungsform einer Verbindungsbeziehung zwischen Bauteilen eines Brennstoffzellensystems mit einem Wasserstoff-Zufuhrventil und einem Wasserstoff-Absperrventil der vorliegenden Offenbarung;
2 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, das die Befestigung des Wasserstoff-Absperrventils an einem Halter zeigt, der das Wasserstoff-Zufuhrventil aufnimmt;
3 ein Diagramm einer Ausführungsform, bei dem das Wasserstoff-Absperrventil und der Halter als eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aneinander befestigt sind;
4 ein Diagramm, das Zustand in einer Seitenansicht zeigt, in dem der Halter an einer Seite des Stapelverteilers angebracht ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 ein Diagramm, das Zustand in einer Vorderansicht zeigt, in dem der Halter an einer Seite des Stapelverteilers angebracht ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
6 ein Diagramm, das die Stelle zeigt, wo ein Sollbruchteil in einem Zustand ausgebildet ist, in das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil im Halter als eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgenommen sind.

Die in den Zeichnungen angegebenen Bezugszeichen beziehen sich auf die folgenden Elemente, die nachstehend erläutert werden:

100: Halter, der das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil aufnehmen kann
110: Sollbruchteil des Halters
120: Strömungspfad des Halters
200: O-Ring

Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt.
In den Figuren kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung ausführlich erläutert, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden. Obwohl die Offenbarung in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass sich die vorliegende Beschreibung die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Die Offenbarung soll im Gegenteil nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abdecken, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Offenbarung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, erfasst werden.
Begriffe einschließlich „Teil“, „Einheit“, „Modul“ und dgl. in der Beschreibung beziehen sich auf Einheiten zum Ausführen mindestens einer Funktion oder Operation und, die durch Hardware oder Software oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden kann.
Ein in einem Fahrzeug eingebautes Brennstoffzellensystem kann allgemein mit einem Brennstoffzellenstapel zum Erzeugen elektrischer Energie, einer Brennstoff--Zufuhrvorrichtung, die dem Brennstoffzellenstapel Brennstoff (Wasserstoff) zuführt, einer Luftzufuhrvorrichtung, die dem Brennstoffzellenstapel in Luft enthaltenen Sauerstoff zuführt, der ein erforderliches Oxidans für eine elektrochemische Reaktion ist, einem Kühlsystem zum Ausleiten der Reaktionswärme des Brennstoffzellenstapel nach außen und zum Regeln der Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und einer Steuereinheit, die eine Mehrzahl Ventile im Brennstoffzellensystem öffnen und schließen kann, konfiguriert sein.
Ein Verteiler kann an einem Ende eines Stapels, in dem Energie im Brennstoffzellensystem erzeugt wird, vorgesehen sein. Der Verteiler (Stapelverteiler) des Brennstoffzellenstapels kann als eine Stütze des Stapels und als ein Strömungspfadelement dienen, durch das Gas und Kühlwasser vor und nach einer Reaktion in ein Brennstoffzelle strömen oder daraus ausgeleitet werden können. Im Einzelnen trägt oder enthält der Stapelverteiler eine Endplatte des Stapels und kann zur Zufuhr oder Verteilung von Wasser, Luft und/oder Wasserstoff an den Stapel dienen.
1 ist ein Diagramm, das eine Verbindungsbeziehung zwischen Bauteilen eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wie in 1 dargestellt kann ein Hochdruckbehälter, der den Wasserstoff enthält, als ein Brennstoffspeicherbehälter in einem Wasserstoffbrennstoff-Zufuhrsystem vorhanden sein. Der Wasserstoff kann vorzugsweise im Hochdruckbehälter enthalten sein und als Brennstoff dienen, und Hochdruck-Wasserstoffgas mit ca. 700 bar kann im Hochdruckbehälter gespeichert sein.
Gemäß 1 ist die Steuereinheit des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung elektrisch mit dem Wasserstoff-Zufuhrventil, dem Wasserstoff-Absperrventil, einem Entlüftungsventil und einem Ablassventil verbunden, um das Öffnen und/oder Schließen jedes Ventils durch ein Signal und durch Kommunikation zu steuern. Ferner ist die Steuereinheit ebenso mit dem Stapel zum Empfang von Statusinformationen des Stapels, wie Spannung, Stromstärke und Temperatur des Stapels verbunden.
Ein Regler, der für den Fachmann auf dem Gebiet der Brennstoffzellensysteme auf der Hand liegt, kann den Hochdruck-Wasserstoff im Hochdruckbehälter drucklos machen und den drucklosen Wasserstoff an ein hinteres Ende des Reglers liefern. Da ferner ein Ejektor, der Stapel, das Entlüftungsventil, ein Wasserabscheider und das Ablassventil, bei denen es sich ebenfalls um Komponenten handelt, die für den Fachmann für Brennstoffzellensysteme selbstverständlich sind und allgemein verwendet werden, wird auf eine ausführliche Beschreibung im Folgenden verzichtet.
In 1 ist die Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems zwischen dem Hochdruckbehälter und dem Stapel dargestellt, und der Wasserstoff kann vom Hochdruckbehälter durch die Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems zum Stapel strömen. Der Regler, das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil können im Wasserstoff-Zufuhrsystem angeordnet sein. In einer Auslegung der Reihenfolge der Komponenten des Wasserstoff-Zufuhrsystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können der Regler, das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil im Wasserstoff-Zufuhrsystem entsprechend einer Reihenfolge, bei der sich die Komponenten näher am Hochdruckbehälter befinden, angeordnet sein. Das heißt, das Wasserstoff-Absperrventil kann an einer Stelle der Wasserstoff-Zufuhrleitung zwischen dem Regler und dem Wasserstoff-Zufuhrventil angeordnet sein.
Das Brennstoffzellensystem kann in ein Brennstoffzellen-Fahrzeug eingebaut mittels einer Anbauhalterung Montage?? und/oder einer Lagerbuchse befestigt werden, die denen eines üblichen Verbrennungsmotors ähnlich sind. Ferner können die Leitungen des Wasserstoff-Zufuhrsystems an einer Fahrzeugkarosserie in vorgegebenen Abständen installiert werden, die durch Bestimmungen des jeweiligen Landes vorgeschrieben sind. Die Leitungen des Wasserstoff-Zufuhrsystems können mit dem Wasserstoff-Absperrventil mittels eines Fittings oder einer Schnellverbinder- (Steckverbinder-) Struktur im Brennstoffzellensystem befestigt werden.
Das Wasserstoff-Zufuhrventil gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Ventil des Öffnertyps (NC) sein. Das Wasserstoff-Zufuhrventil kann eine Ansteuereinheit enthalten. Die Ansteuereinheit des Wasserstoff-Zufuhrventils kann zusammen mit einem Regler im Hochdruckbehälter oder einem Regler in einem Strömungspfad vom Hochdruckbehälter die Menge des dem Stapel zugeführten Wasserstoffs steuern. Das Wasserstoff-Zufuhrventil kann vorzugsweise als ein Magnetventil, das von einem Elekromagenten betätigt wird, konfiguriert sein. Das Wasserstoff-Zufuhrventil kann grundsätzlich eine Rückkopplungsregelung zur Steuerung der zugeführten Wasserstoffmenge ausführen, indem der Druck einer Anode und der Druck der Wasserstoff--Zufuhrleitung verglichen werden. Im Einzelnen empfängt die Steuereinheit den Druck der Anode, der von einem Drucksensor der Anode gemessen wird, und die Steuereinheit kann die Einschaltzeit des Stroms zum Wasserstoff-Zufuhrventil verlängern, wenn der gemessene Druck der Anode niedriger ist als ein Zieldruck der Anode. Als Ergebnis wird der Öffnungsgrad des Wasserstoff-Zufuhrventils gesteuert und damit kann die Menge des zugeführten Wasserstoffs gesteuert werden. Wenn eine Störung im Fahrzeug oder dgl. erkannt wird, z. B. wenn eine externe Kraft mit einem Maximalwert oder darüber, der das Wasserstoff-Zufuhrventil nicht mehr standhalten kann, wie ein Fahrzeugunfalloder dgl. auf das Wasserstoff-Zufuhrventil aufgebracht wird, kann das Wasserstoff-Zufuhrventil automatisch geschlossen und Wasserstoffströmung zwischen den vorderen und hinteren Ende des Wasserstoff-Zufuhrventils gesperrt werden.
Das Wasserstoff-Absperrventil gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Ventil des Öffnertyps (NC) sein. Das Wasserstoff-Absperrventil gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in der Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems angeordnet sein, die von einem Ende eines Wasserstoffeinlass/-auslasses des Hochdruckbehälters verläuft. Das Wasserstoff-Absperrventil kann ein Ventil zum Absperren des Wasserstoffs sein, der bei einem Notfall aus dem Hochdruckbehälter ausgeleitet werden kann. Entsprechend kann im Normalfall, d. h. wenn das Fahrzeug normal und ohne Probleme gefahren wird, das Ventil im geöffneten Zustand verbleiben. Wenn jedoch die externe Kraft mit einem vorgegebenen Kriterium oder darüber aufgrund äußerer Ursachen einschließlich einer Kollision, eines Unfalls und dgl. auf das Fahrzeug wirkt, kann das Wasserstoff-Absperrventil geschlossen werden, um die Wasserstoffleckage aus dem Hochdruckbehälter zu unterbinden. Wenn im Einzelnen die externe Kraft höher ist, als die Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems des Fahrzeugs aushalten kann, und als Ergebnis der Kollision oder des Unfalls das Risiko einer Beschädigug der Leitung des Wasserstoff-Zufuhrsystems besteht, wird das Wasserstoff-Absperrventil automatisch geschlossen, um die Wasserstoffströmung zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Wasserstoff-Absperrventils zu begrenzen.
Im Folgenden werden eine Struktur und eine Verbindungsbeziehung des Wasserstoff-Zufuhrsystems des Brennstoffzellensystems mit dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben.
2 ist ein Diagramm einer Verbindungsstruktur des Wasserstoff-Zufuhrventils und des Wasserstoff-Absperrventils gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In 2 der vorliegenden Offenbarung ist ein Halter 100 zur Aufnahme des Wasserstoff-Zufuhrventils und des Wasserstoff-Absperrventils dargestellt.
Der Halter 100 kann in einen Bereich unterteilt werden, in dem das Wasserstoff-Zufuhrventil oder das Wasserstoff-Absperrventil aufgenommen werden kann, und in einen anderen Bereich, der sich aus dem einen Bereich erstreckt. Im Einzelnen kann die Ansteuereinheit des Wasserstoff-Zufuhrventils oder eine Ansteuereinheit des Wasserstoff-Absperrventils in einem Bereich aufgenommen werden, und ein dem in dem einen Bereich aufgenommenen entsprechendes Ventil dem Ventil kann im anderen Bereich angebracht werden. Im Einzelnen kann das Ventil im anderen Bereich verschraubt werden.
Das heißt, wenn bei der vorliegenden Offenbarung das Wasserstoff-Zufuhrventil im Halter 100 aufgenommen ist, kann das Wasserstoff-Absperrventil entsprechend dazu im anderen aus dem Halter 100 hervorstehenden Bereich befestigt werden. Analog gilt, wenn das Wasserstoff-Absperrventil im Halter 100 aufgenommen ist, kann das Wasserstoff-Zufuhrventil entsprechend dazu im anderen aus dem Halter 100 hervorstehenden Bereich befestigt werden. Ferner kann das Wasserstoff-Zufuhrventil oder das Wasserstoff-Absperrventil, das im anderen Bereich mit auskragender Form befestigt ist, am Halter 100 an einer oberen oder unteren Seite des anderen Bereichs mit auskragender Form befestigt werden.
Demnach können als verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Fall, bei dem das Wasserstoff-Absperrventil an der oberen Seite oder an der unteren Seite des anderen Bereichs mit auskragender Form am Halter 100 befestigt ist, in dem das Wasserstoff-Zufuhrventil in einem Bereich aufgenommen ist, und ein Fall, bei dem das Wasserstoff-Zufuhrventil an der oberen Seite oder an der unteren Seite des anderen Bereichs mit auskragender Form im Halter 100 befestigt ist, in dem das Wasserstoff-Absperrventil in einem Bereich aufgenommen ist, und dgl. betrachtet werden.
Ein Strömungspfad 120 von einem Umwälzgebläse oder dem Wasserabscheider ist am unteren Ende des einen Bereichs des Halters 100 ausgebildet, an dem das Wasserstoff-Zufuhrventil angeordnet ist. Deshalb kann der am unteren Ende des einen Bereichs des Halters 100 ausgebildete Strömungspfad 120 mit dem Innern des Wasserstoff--Zufuhrventils verbunden sein.
Das Wasserstoff-Zufuhrventil der vorliegenden Offenbarung kann mit dem Stapel durch den an einem Ende ausgebildeten Strömungspfad verbunden sein. Außerdem kann der das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil verbindende Strömungspfad zwischen den Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil verlaufen. Im Einzelnen wird ein Strömungspfad 120 in der Mitte des Halters 100 zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil zum Verbinden des Wasserstoff-Zufuhrventils und des Wasserstoff-Absperrventils gebildet. Das heißt, der Strömungspfad 120 in der Mitte des Halters 100 kann den Wasserstoff aus dem Hochdruckbehälter vom Wasserstoff-Absperrventil zum Wasserstoff-Zufuhrventil liefern oder fördern.
Der andere Bereich des Halters 100, der das Wasserstoff-Absperrventil aufnimmt, kann am Halter 100 freitragend ausgebildet sein. Das heißt, der andere Bereich des Halters 100 kann in auskragender Form ohne eigenes Stützelement am unteren Ende ausgebildet sein.
Nunmehr sei erneut auf 2 verwiesen, wonach gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Breite des anderen Bereichs des Halters 100 kleiner sein kann als die des einen Bereichs des Halters 100. Vorzugsweise kann der andere Bereich des Halters 100 sich in der langen Richtung des Halters 100 mit einer vorgegebenen Breite von beiden Endpunkten der kurzen Richtung des einen Bereichs des Halters 100 aus erstrecken. Zusammenfassend kann der andere Bereich des Halters 100 in ‚⊏‘-Form ausgebildet sein. In diesem Fall kann ein Leerraum im mittleren Abschnitt des anderen Bereichs des Halters 100 ausgebildet sein. Des Weiteren kann eine kleinere Größe des Wasserstoff-Absperrventils auf diese Weise der Größe des Leerraums des ‚⊏‘-förmigen anderen Bereichs des Halters 100 angepasst werden. Des Weiteren können ein Schraubenloch und dgl. im anderen Bereich des Halters 100 ausgebildet sein. Deshalb kann das Wasserstoff-Absperrventil entsprechend der Größe Leerraums des anderen Bereichs des Halters 100 eingebaut werden und der Außenumfang des Ventils oder eine Halterung des Wasserstoff-Absperrventils kann am Halter 100 verschraubt werden. Der andere Bereich kann ferner in '
'-Form konfiguriert sein, indem ein Abschnitt des anderen Bereichs entfällt. Im Gegensatz dazu kann außerdem der andere im Wasserstoff-Absperrventil in der'⊏'- oder '
'-Form konfiguriert sein.
3 ist ein Diagramm verschiedener Ausführungsformen, bei denen das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil im Halter 100 angeschlossen sein können. Wie in 3 dargestellt kann ein Ende des Strömungspfads im Wasserstoff-Absperrventil in den Strömungspfad 120 eingeführt sein, der zwischen dem Wasserstoff-Absperrventil und dem Wasserstoff-Zufuhrventil im Halter 100 ausgebildet ist. Das heißt, der Durchmesser des Wasserstoff-Strömungspfads des Wasserstoff--Absperrventils kann kleiner sein als der Durchmesser des Strömungspfads 120, der im Halter 100 ausgebildet sein kann, und der Strömungspfad des Wasserstoff-Absperrventils kann in den Strömungspfad 120 des Halters 100 eingeführt werden.
Ein O-Ring 200 kann zwischen dem Strömungspfad des Wasserstoff-Absperrventils und dem Strömungspfad 120 im Halter 100 angeordnet sein. Der O-Ring 200 kann eine Wasserstoffleckage an einem Verbindungsabschnitt des Wasserstoff-Absperrventils und des Wasserstoff-Zufuhrventils verhindern.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Wasserstoff Strömungspfad des Wasserstoff-Absperrventils in den Strömungspfad 120 des Halters 100 schräg eingeführt werden muss, um die Befestigung eines Dichtabschnitts zwischen dem Strömungspfad des Wasserstoff-Absperrventils und dem Strömungspfad 120 des Halters 100 zu lösen, wenn der Kragarm bricht.
Wenn das Wasserstoff-Absperrventil und/oder das Wasserstoff-Zufuhrventil getrennt voneinander auf der Trägerstruktur und dem Sollbruchteil 110 befestigt sind, und die Richtung einer die Ventile befestigenden Schraube senkrecht zur Richtung der Schwerkraft verläuft, muss die die beiden Ventile befestigende Schraube brechen, damit das Wasserstoff-Zufuhrventil und das Wasserstoff-Absperrventil an einer Grenzfläche zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil getrennt werden. In diesem Fall kann deshalb ein Effekt erwartet werden, bei dem die Schraube durch einen Stoß aufgrund einer vorgegebenen externen Kraft oder darüber nur dann abbricht, wenn eine spezielle Schraube verwendet wird. Demnach kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Richtung, in der das Wasserstoff-Absperrventil und/oder das Wasserstoff-Zufuhrventil mit dem Halter 100 verschraubt sind/ist, parallel zur Richtung der Schwerkraft sein.
Wie in 3 dargestellt ist in Fall 1 die Kopplungseigenschaft des Wasserstoff--Absperrventils und des Halters 100 hervorragend, aber es kann relativ schwierig sein, das Wasserstoff-Absperrventil und den Halter 100 voneinander zu trennen, wenn das Sollbruchteil 110 bricht. In Fall 2, als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, kann das Wasserstoff-Absperrventil leicht vom Halter 100 getrennt werden, wenn das Sollbruchteil 110 durch die externe Kraft bricht, während das Wasserstoff--Absperrventil und Halter 100 durch den O-Ring 200 fixiert sind. Das heißt, bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Wasserstoff--Absperrventil in den Strömungspfad 120 des Halters 100 so weit wie die Breite des Dichtelements wie der O-Ring 200 oder dgl. hineinführen oder eingeführt sein. Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Ende des Wasserstoff-Zufuhrventils in das Wasserstoff-Absperrventil führen, während ein Ende des Wasserstoff-Absperrventils in Wasserstoff-Zufuhrventil führen kann.
Die 4 und 5 sind Diagramme, die einen Zustand zeigen, in dem eine Struktur mit dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil der vorliegenden Offenbarung an einem Stapel, genauer einem Verteiler des Stapels, angebracht ist. Wie in den 4 und 5 dargestellt kann bei der vorliegenden Offenbarung ein Bereich, der am Stapel angebracht werden kann, auf einer Oberfläche des Wasserstoff-Zufuhrventils ausgebildet werden. Genauer gesagt, während das Wasserstoff-Zufuhrventil und das Wasserstoff-Absperrventil am Halter 100 befestigt sind, kann ein Bereich zur Befestigung am Stapel auf derselben Oberfläche ausgebildet sein. Bei der vorliegenden Offenbarung kann das Wasserstoff-Absperrventil auf dem Träger angeordnet sein, der ein Teil des Halters 100 des Wasserstoff-Zufuhrventils ist, und im Einzelnen ist das Wasserstoff-Zufuhrventil am Verteiler des Stapels befestigt, so dass der Wasserstoff-Strömungspfad mit dem Stapel verbunden wird.
Deshalb können das Wasserstoff-Zufuhrventil und das Wasserstoff-Absperrventil auf derselben Oberfläche des Stapels angeordnet sein, im Einzelnen können der Verteiler des Stapels und der Halter 100 mit dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff--Absperrventil an einem oberen Ende des Stapels angeordnet sein. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, dass nur der Halter 100 mit dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil getrennt und ersetzt wird, auch wenn das gesamte Brennstoffzellensystem im Fahrzeug eingebaut ist.
Das Sollbruchteil 110 kann dabei an einer Stelle des Halters 100 zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Sollbruchteil 110 an einer Stelle ausgebildet sein, wo der auskragende Träger des Halters 100 beginnt. Das heißt, eine obere und eine untere Stelle eines in Längsrichtung (senkrecht) verlaufenden Elements an der linken Seite in ‚⊏‘-Form kann das Sollbruchteil 110 des Halters 100 werden.
Das Sollbruchteil 110 ist ein Stelle, die durch einen auf das Brennstoffzellensystem aufgebrachten externen Stoß bricht, und wenn das Sollbruchteil 110 bricht, kann der Halter 100 in zwei oder mehr Stücke getrennt werden.
Wenn das Sollbruchteil 110 bricht, kann der das Wasserstoff-Zufuhrventil und das Wasserstoff-Absperrventil verbindende Strömungspfad im Halter 100 abgeschnitten werden. Deshalb kann das Wasserstoff-Zufuhrsystem des Brennstoffzellensystems im Halter 100 in ein abgedichtetes System mit dem Hochdruckbehälter, der Leitung zwischen dem Hochdruckbehälter und dem Wasserstoff-Absperrventil sowie dem Wasserstoff-Absperrventil und dem anderen abgedichteten System mit dem Wasserstoff-Zufuhrventil, der Leitung zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Stapel sowie dem Stapel getrennt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Kerbe in einem Bereich oder an einer Stelle ausgebildet werden, wo das Sollbruchteil 110 des Halters 100 ausgebildet ist. Im Einzelnen kann die Kerbe an einer Stelle oder an einer Mehrzahl Stellen des Bereichs ausgebildet werden, die das Sollbruchteil 110 werden kann. Bei einer ausgebildeten Kerbe konzentriert sich bei Einwirken des externen Stoßes die Spannung in der Kerbe und ein Abbrechen tritt an der Stelle ein, wo die Kerbe ausgebildet ist. Wenn eine Kerbe ausgebildet ist, kann deshalb die Bruchstelle des Sollbruchteils 110 aufgrund der externen Kraft genauer festgelegt werden. Größe, Breite und Tiefe der Kerbe können gemäß den Auslegungsspezifikationen variabel sein und in Abhängigkeit von der Materialqualität und der Festigkeit des jeweiligen Halters 100, der Beständigkeit gegen externe Kräfte und eines Grenzwertes der Stoßbelastung konzipiert werden.
6 ist ein Diagramm, das den das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil aufnehmenden Halter 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. In 6 kann das Sollbruchteil 110 mehr bevorzugt an einem durch einen Pfeil gekennzeichneten Stelle ausgebildet sein, und der Halter 100 kann durch den externen Stoß am Sollbruchteil 110 abbrechen.
Zusammenfassend betrifft ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Halter, der ein Wasserstoff-Absperrventil und eine Wasserstoff-Zufuhrventil eines Wasserstoff--Zufuhrsystems eines Brennstoffzellensystems nebeneinander aufnimmt, und insbesondere kann das Wasserstoff-Absperrventil auf einem Träger angeordnet sein, der von zwei oder mehr Stellen (z. B. einem Sollbruchteil) des Halters herausragt, und wenn das Sollbruchteil durch einen externen Stoß abbricht, werden als Ergebnis das Wasserstoff--Zufuhrventil und das Wasserstoff-Absperrventil voneinander getrennt.
Dabei ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung dadurch gekennzeichnet ist, dass als Hochdruckbehälter die aus dem Hochdruckbehälter herausgeführte Leitung und das Wasserstoff-Absperrventil ein mit dem Wasserstoff gefülltes abgedichtetes System bilden können, und der Stapel, die zum Stapel führende Leitung und das Wasserstoff-Zufuhrventil das andere mit dem Wasserstoff gefüllte abgedichtete System bilden können, wobei verhindert wird, dass der Wasserstoff in das Wasserstoff-Zufuhrsystem des Brennstoffzellensystems eindringt.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind erläutert und beschrieben worden, aber für den Fachmann versteht es sich, dass die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise modifiziert und geändert werden kann, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, durch Hinzufügen, Ändern, Weglassen oder Hinzufügen von Bestandelementen abzuweichen, und dass die Modifikationen und Änderungen von den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sind.
Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung sind ausführliche Beschreibungen bekannter Funktionen oder Bestandteile weggelassen worden, damit das Wesentliche der vorliegenden Offenbarung nicht unklar wird. Außerdem sind die verwendeten Begriffe speziell im Hinblick auf Funktionen des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung definiert und können je nach Absicht oder übliche Praxis eines Nutzers oder Bedieners variieren. Die Begriffe müssen deshalb auf Basis des Inhalts innerhalb der gesamten Beschreibung definiert werden. Die detaillierte Beschreibung der Erfindung soll also nicht die vorliegende Offenbarung in der offenbarten Ausführungsform einschränken und ist dahingehend zu interpretieren, dass die angefügten Ansprüche auch andere Ausführungsformen abdecken.
Die Erfindung ist anhand von bevorzugten Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass Änderungen dieser Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Gültigkeitsbereich in den angefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.

Claims

Brennstoffzellensystem mit einem Wasserstoff-Absperrventil und einem mit dem Wasserstoff-Absperrventil verbundenen Wasserstoff-Zufuhrventil, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: einen Halter, der mindestens entweder eine Ansteuereinheit des Wasserstoff--Zufuhrventils oder eine Ansteuereinheit des Wasserstoff-Absperrventils aufnimmt, wobei der Halter ein Sollbruchteil enthält, das an einer Stelle des Halters zwischen dem Wasserstoff-Zufuhrventil und dem Wasserstoff-Absperrventil ausgebildet ist, und wobei mindestens entweder das Wasserstoff-Zufuhrventil oder das Wasserstoff--Absperrventil an einem herausgeführten Ende des Halters entsprechend dem Ventiltyp im Halter befestigt ist, und wenn das Sollbruchteil durch einen externen Stoß bricht, werden das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil voneinander getrennt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das eine herausgeführte Ende des Halters eine auskragende Form hat.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei das eine herausgeführte Ende des Halters eine ‚⊏‘-Form hat, deren mittlerer Abschnitt leer ist, oder eine '
'-Form, deren mittlerer Abschnitt und eine Seite leer sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Wasserstoff-Absperrventil, das Wasserstoff-Zufuhrventil und der Halter auf einer Oberfläche eines Stapelverteilers des Brennstoffzellensystems angebracht sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das untere Ende des Wasserstoff-Zufuhrventils mit einem Brennstoffzellenstapel kommuniziert.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Halter an einem oberen Ende eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei ein Ende des Wasserstoff- -Absperrventils in das Wasserstoff-Zufuhrventil führt oder eine Ende des Wasserstoff- -Zufuhrventils in das Wasserstoff-Absperrventil führt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, das ferner einen an einer Berührungsfläche zwischen dem Wasserstoff-Absperrventil und dem Wasserstoff-Zufuhrventil angeordneten O-Ring aufweist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Wasserstoff-Absperrventil mittels einer Schraube am Halter befestigt ist, und die Einschraubrichtung der Schraube parallel zur Richtung der Schwerkraft ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen O-Ring, der an einem Ende eines Bereichs angeordnet ist, in dem das Wasserstoff-Absperrventil in den Halter eingeführt ist, wobei das Wasserstoff-Absperrventil mittels der Schraube am Halter befestigt ist und die Einschraubrichtung der Schraube und eine durch den O-Ring gebildete Ebene zueinander parallel sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei ein das Wasserstoff-Absperrventil und das Wasserstoff-Zufuhrventil verbindender Strömungspfad in einem mittleren Abschnitt des Sollbruchteils ausgebildet ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei eine Kerbe im Sollbruchteil ausgebildet ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei mindestens entweder das an dem einen herausgeführten Ende des Halters befestigte Wasserstoff-Zufuhrventil oder das Wasserstoff-Absperrventil über dem einen herausgeführten Ende befestigt ist.
Brennstoffzellensystem 1, wobei mindestens entweder das an dem einen herausgeführten Ende des Halters befestigte Wasserstoff-Zufuhrventil oder das Wasserstoff-Absperrventil unter dem einen herausgeführten Ende befestigt ist.