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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellenfahrzeug.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Brennstoffzellenstapel und seine Peripheriegeräte (Zubehör) sind in einem vorderen Raum eines Brennstoffzellenfahrzeugs an der Vorderseite in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung angeordnet. Der Brennstoffzellenstapel ist auf einen im vorderen Raum befestigten Stapelrahmen gesetzt und das Zubehör, wie z.B. ein Kompressor und eine Brennstoffgaspumpe, sind an einem unteren Teil des Stapelrahmens befestigt (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung
JP 2017- 74 819 A ). Die
DE 10 2019 103 076 A1 offenbart ein Brennstoffzellenfahrzeug aufweisend einen Brennstoffzellenstapel und eine Brenngaspumpe, die einen Teil eines aus dem Brennstoffzellenstapel abgeleiteten Brenngasabgases an den Brennstoffzellenstapel zirkuliert. Das Brennstoffzellenfahrzeug beinhaltet ein Frontabteil und ein Armaturenbrett an der Vorderseite des Fahrzeugs. Das Frontabteil nimmt den Brennstoffzellenstapel und die Brenngaspumpe auf. Das Armaturenbrett trennt das Frontabteil und eine Kabine. Der Brennstoffzellenstapel ist auf einem Stapelrahmen angeordnet und der Stapelrahmen ist an dem Frontabteil befestigt. Die Brenngaspumpe ist an einem unteren Abschnitt des Stapelrahmens in einem Zustand montiert, in dem sie vom Stapelrahmen zur Seite des Armaturenbretts ragt. Die Brenngaspumpe ist über eine Halterung am Stapelrahmen befestigt, so dass eine Drehachsenlinie eines Motors, der zum Antreiben der Brenngaspumpe geeignet ist, in Bezug auf eine Referenzlinie entlang einer Front-Heck-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs in Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug geneigt ist. Die Halterung weist einen Montageabschnitt in Form einer flachen Platte bzw. einer flachen Plattenform auf, der sich in horizontaler Richtung erstreckt, und die Halterung ist am Stapelrahmen mit zwei Befestigungselementen am Montageabschnitt befestigt. Ein Befestigungselement der beiden Befestigungselementen sichert den Stapelrahmen an der Halterung in einem Zustand, bei dem es durch ein am Montageabschnitt ausgebildetes Durchgangsloch eingesetzt ist, und das andere Befestigungselement sichert den Stapelrahmen an der Halterung in einem Zustand, bei dem es durch einen an dem Montageabschnitt ausgebildeten Ausschnitt eingesetzt ist. Der Ausschnitt ist so ausgebildet, dass das andere Befestigungselement aus einer Öffnung des Ausschnitts heraustritt, wenn sich die Halterung zusammen mit der Brenngaspumpe in Bezug auf den Stapelrahmen unter Verwendung des einen Befestigungselements, das durch das Durchgangsloch eingeführt ist, als Drehmittelpunkt dreht. Ein weiteres Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Frontabteil und einem metallischen Armaturenträger an einer Vorderseite des Fahrzeugs ist Gegenstand der
DE 10 2019 100 003 A1 . Das Frontabteil nimmt einen Brennstoffzellenstapel, einen Gas-Flüssigkeits-Separator und eine Brenngaspumpe auf. Der Armaturenträger ist zwischen dem Frontabteil und einer Kabine angeordnet, um diese zu trennen. Die Brenngaspumpe ist an einem unteren Abschnitt eines Stapelrahmens in einem Zustand montiert, bei dem sie vom Stapelrahmen zur Seite des Armaturenträgers vorsteht. Der Gas-Flüssigkeits-Separator ist an einem unteren Abschnitt der Brenngaspumpe in einem Zustand montiert, bei dem er vom Stapelrahmen und der Brenngaspumpe zur Seite des Armaturenträgers vorsteht. Die Brenngaspumpe besteht aus Metall und der Gas-Flüssigkeits-Separator besteht aus Harz.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Hierbei gewinnt die am unteren Teil des Stapelrahmens angebrachte Brennstoffgaspumpe das Brennstoffabgas aus dem Brennstoffzellenstapel zurück und führt einen Teil des so zurückgewonnenen Brennstoffabgases dem Brennstoffzellenstapel wieder als Brennstoffgas zu. Der Brennstoffzellenstapel ist auf den Stapelrahmen aufgesetzt, und damit die Brennstoffgaspumpe das Brennstoffabgas zum Brennstoffzellenstapel auf einem kürzeren Weg zirkulieren kann, wird angenommen, dass die Brennstoffgaspumpe beispielsweise so am Stapelrahmen befestigt ist, dass sie zu einer Armaturenbrett-Seite hin vom dem Stapelrahmen vorsteht.
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In einem solchen Befestigungszustand jedoch bewegt sich der Stapelrahmen, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug einen Frontalaufprall hat, zusammen mit dem Brennstoffzellenstapel und dem am Stapelrahmen befestigten Zubehör zur Armaturenbrett-Seite hin. Zu diesem Zeitpunkt könnte die vom Stapelrahmen vorstehende Brennstoffgaspumpe in das Armaturenbrett geschoben werden.
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Die Erfindung schafft ein Brennstoffzellenfahrzeug, das verhindern kann, dass die vom Stapelrahmen vorstehende Brennstoffpumpe bei einer Beaufschlagung des Fahrzeugs mit einer Last von der Vorderseite in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung in das Armaturenbrett geschoben wird.
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Ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzellenfahrzeug, umfassend: einen Brennstoffzellenstapel; eine Brennstoffgaspumpe, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil des von dem Brennstoffzellenstapel abgegebenen Brennstoffabgases zu dem Brennstoffzellenstapel zirkuliert; einen vorderen Raum, in dem der Brennstoffzellenstapel und die Brennstoffgaspumpe aufgenommen sind, wobei der vordere Raum an einer Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs in einer Fahrzeug-Front-Heck-Richtung angeordnet ist; und ein Armaturenbrett, das den vorderen Raum von einer Kabine trennt, wobei: der Brennstoffzellenstapel auf einen am vorderen Raum befestigten Stapelrahmen gesetzt ist; die Brennstoffgaspumpe an einer Unterseite des Stapelrahmens in einem Zustand angebracht ist, in dem die Brennstoffgaspumpe von dem Stapelrahmen zu einer Armaturenbrett-Seite hin vorsteht; die Brennstoffgaspumpe an dem Stapelrahmen und dem Brennstoffzellenstapel über eine erste Halterung und eine zweite Halterung so befestigt ist, dass eine Rotationsachse eines Motors, der zum Antrieb der Brennstoffgaspumpe konfiguriert ist, in einer Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug zu einer Referenzlinie entlang der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung geneigt ist; die erste Halterung einen flach geformten Befestigungsabschnitt umfasst, der ein Durchgangsloch und eine erste Kerbe aufweist; der Befestigungsabschnitt an dem Stapelrahmen durch ein erstes Befestigungsmittel und ein zweites Befestigungsmittel befestigt ist; das erste Befestigungsmittel den Stapelrahmen an der ersten Halterung in einem Zustand befestigt, in dem das erste Befestigungsmittel durch das Durchgangsloch geführt ist; das zweite Befestigungsmittel den Stapelrahmen an der ersten Halterung in einem Zustand befestigt, in dem das zweite Befestigungsmittel durch die erste Kerbe geführt ist; die zweite Halterung einen ersten Arm umfasst, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, und einen zweiten Arm, der mit dem ersten Arm über einen Biegeabschnitt verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, wobei die zweite Richtung eine von der ersten Richtung verschiedene Richtung ist; der erste Arm eine zweite Kerbe aufweist; der erste Arm an der Brennstoffgaspumpe durch ein drittes Befestigungsmittel befestigt ist, das durch die zweite Kerbe geführt ist; der zweite Arm an dem Brennstoffzellenstapel befestigt ist; die erste Kerbe so angeordnet ist, dass sich das zweite Befestigungsmittel von der ersten Halterung löst und aus der ersten Kerbe herausrutscht, wenn sich die Brennstoffgaspumpe relativ zu dem Stapelrahmen um das erste Befestigungsmittel als Rotationsmittelpunkt dreht; die zweite Kerbe so angeordnet ist, dass sich das dritte Befestigungsmittel von der zweiten Halterung löst und aus der zweiten Kerbe herausrutscht; und die erste Halterung und die zweite Halterung so konfiguriert sind, dass sich das dritte Befestigungsmittel, durch die Rotation der Brennstoffgaspumpe, zu einem Zeitpunkt von der zweiten Halterung löst und aus der zweiten Kerbe rutscht, der sich von einem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem sich das zweite Befestigungsmittel von der ersten Halterung löst.
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Gemäß dem obigen Aspekt bewegt sich, wenn eine Last von der Vorderseite in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung aufgebracht wird, der im vorderen Raum angebrachte Stapelrahmen zur Seite des Armaturenbretts. Zu diesem Zeitpunkt ist die Brennstoffgaspumpe an einem unteren Teil des Stapelrahmens in einem Zustand befestigt, in dem die Brennstoffgaspumpe vom Stapelrahmen zur Armaturenbrett-Seite hin vorsteht. Dementsprechend bewegt sich die Brennstoffgaspumpe zusammen mit dem Stapelrahmen zur Armaturenbrett-Seite hin, so dass die Brennstoffgaspumpe mit dem Armaturenbrett in Kontakt kommt.
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Hierbei ist die Brennstoffgaspumpe über die erste und die zweite Halterung am Stapelrahmen und am Brennstoffzellenstapel befestigt, so dass die Rotationsachse des Motors, der die Brennstoffgaspumpe antreibt, in der Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug zur Referenzlinie entlang der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung geneigt ist. Hierdurch wird beim Kontakt der Brennstoffgaspumpe mit dem Armaturenbrett ein Moment auf die Brennstoffgaspumpe aufgebracht, so dass sich die Brennstoffgaspumpe in eine Richtung dreht, in der sich die Brennstoffgaspumpe vom Armaturenbrett entfernt.
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Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die erste Halterung zusammen mit der Brennstoffgaspumpe relativ zum Stapelrahmen um das erste Befestigungsmittel, das durch das Durchgangsloch geführt ist, als Rotationsmittelpunkt, und das zweite Befestigungsmittel löst sich von der ersten Halterung und rutscht aus der ersten Kerbe heraus. Daher dreht sich die Brennstoffgaspumpe problemlos mit der ersten Halterung wodurch verhindert werden kann, dass die Brennstoffgaspumpe das Armaturenbrett zur Kabinenseite hin drückt.
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Außerdem löst sich durch die Drehung der Brennstoffgaspumpe relativ zum Stapelrahmen das dritte Befestigungsmittel zu einem Zeitpunkt von der zweiten Halterung und rutscht aus der zweiten Kerbe, der sich von einem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem sich das zweite Befestigungsmittel von der ersten Halterung löst. Da sich der Zeitpunkt, zu dem sich das zweite Befestigungsmittel von der ersten Halterung löst, von dem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem sich das dritte Befestigungsmittel von der zweiten Halterung löst, ist es möglich, die auf das Armaturenbrett zum Zeitpunkt einer Kollision aufgebrachte Last in zwei Stufen zu begrenzen. Dadurch ist es möglich, die Verformung des Armaturenbretts zu begrenzen und die Sicherheit der Insassen auf einfache Weise zu gewährleisten. Dass sich ein Befestigungsmittel, wie hier beschrieben, von einer Halterung löst, zeigt an, dass ein Befestigungszustand der Halterung durch das Befestigungsmittel gelöst ist.
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Hierbei sind die Materialien, Formen und dergleichen der ersten und zweiten Halterung nicht besonders eingeschränkt, sofern sich das zweite Befestigungsmittel und das dritte Befestigungsmittel zu unterschiedlichen Zeitpunkten von der ersten und zweiten Halterung lösen können. Wenn zum Beispiel eine Kontaktlänge, um die das zweite Befestigungsmittel mit der ersten Halterung in Kontakt kommt, und eine Kontaktlänge, um die das dritte Befestigungsmittel mit der zweiten Halterung in Kontakt kommt, in einem Bereich eingestellt werden, in dem sich die Brennstoffgaspumpe dreht, können der Zeitpunkt, zu dem sich das zweite Befestigungsmittel von der ersten Halterung löst, und der Zeitpunkt, zu dem sich das dritte Befestigungsmittel von der zweiten Halterung löst, eingestellt werden.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann die zweite Halterung ein plastisch verformbares Metallelement sein, und die zweite Halterung kann so konfiguriert sein, dass sich bei einer Drehung der Brennstoffgaspumpe relativ zum Stapelrahmen das dritte Befestigungsmittel von der zweiten Halterung löst, nachdem sich zumindest der Biegeabschnitt der zweiten Halterung plastisch verformt hat.
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Gemäß der obigen Konfiguration verformt sich bei der Drehung der Brennstoffgaspumpe relativ zum Stapelrahmen in der ersten Halterung zumindest der Biegeabschnitt der zweiten Halterung plastisch, so dass eine bei einer Kollision des Fahrzeugs verursachte Stoßbelastung von der zweiten Halterung aufgenommen werden kann. Weiterhin kann sich das zweite Befestigungsmittel von der ersten Halterung lösen, während sich die zweite Halterung plastisch verformt, und danach kann sich das dritte Befestigungsmittel von der zweiten Halterung lösen. Hierdurch kann, während die zum Zeitpunkt der Drehung der Brennstoffgaspumpe auf das Armaturenbrett wirkende Stoßbelastung durch die plastische Verformung des zweiten Trägers aufgenommen wird, die Stoßbelastung in zwei Stufen begrenzt werden.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist die Form der zweiten Halterung nicht begrenzt, insbesondere unter der Voraussetzung, dass sich die zweite Halterung plastisch verformt. Die zweite Halterung kann eine am Biegeabschnitt verengte Form haben.
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Gemäß der obigen Konfiguration ist der Biegeabschnitt der zweiten Halterung ein anfälligeres Teil als andere Teile, so dass sich die zweite Halterung am Biegeabschnitt leicht plastisch verformen kann. Hierdurch kann, während die Stoßbelastung durch den Biegeabschnitt aufgenommen wird, eine Störung der Drehung der Brennstoffgaspumpe begrenzt werden.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann eine Länge vom Rotationsmittelpunkt bis zu einer Befestigungsposition des zweiten Befestigungsmittels gleich der Länge vom Rotationsmittelpunkt bis zu einer Befestigungsposition des dritten Befestigungsmittels sein oder sie können sich voneinander unterscheiden, vorausgesetzt, dass das zweite Befestigungsmittel und das dritte Befestigungsmittel sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten von der ersten und zweiten Halterung lösen. Ein Abstand vom Rotationsmittelpunkt zu einer Befestigungsposition des dritten Befestigungsmittels kann länger sein als ein Abstand vom Rotationsmittelpunkt zu einer Befestigungsposition des zweiten Befestigungsmittels.
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Gemäß der obigen Konfiguration wird bei der Drehung der Brennstoffgaspumpe relativ zum Stapelrahmen ein größeres Moment auf das dritte Befestigungsmittel aufgebracht als auf das zweite Befestigungsmittel, so dass sich die zweite Halterung leicht plastisch verformt. Hierdurch ist es möglich, während die Stoßbelastung vom Biegeabschnitt aufgenommen wird, dass die Störung der Drehung der Brennstoffgaspumpe begrenzt werden kann.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann sich der zweite Arm entlang einer Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels in Fahrzeugbreitenrichtung erstrecken; und der Biegeabschnitt kann mit einem unteren Ende des zweiten Arms verbunden sein.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann die erste Kerbe an einer Rückseite des Biegeabschnitts in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung angeordnet sein und die zweite Kerbe kann an der Vorderseite des ersten Arms in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung angeordnet sein.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann eine Befestigungsposition des dritten Befestigungsmittels hinter einer Geraden liegen, die den Rotationsmittelpunkt und eine Befestigungsposition des zweiten Befestigungsmittels in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung verbindet.
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Bei dem vorstehenden Aspekt kann die erste Richtung eine horizontale Richtung sein und die zweite Richtung kann eine vertikale Richtung sein.
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Ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Brennstoffzellenstapel; eine Brennstoffgaspumpe, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil des von dem Brennstoffzellenstapel abgegebenen Brennstoffabgases zu dem Brennstoffzellenstapel zirkuliert; einen vorderen Raum, in dem der Brennstoffzellenstapel und die Brennstoffgaspumpe aufgenommen sind, wobei der vordere Raum an einer Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs in einer Fahrzeug-Front-Heck-Richtung angeordnet ist; und ein Armaturenbrett, das den vorderen Raum von einer Kabine trennt, wobei: der Brennstoffzellenstapel auf einen am vorderen Raum befestigten Stapelrahmen gesetzt ist; die Brennstoffgaspumpe an dem Stapelrahmen in einem Zustand angebracht ist, in dem die Brenngaspumpe von dem Stapelrahmen zu einer Armaturenbrett-Seite hin vorsteht; die Brennstoffgaspumpe an dem Stapelrahmen und dem Brennstoffzellenstapel über eine erste Halterung und eine zweite Halterung so befestigt ist, dass eine Linie entlang einer Längsrichtung der Brennstoffgaspumpe in einer Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug zu einer Referenzlinie entlang der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung geneigt ist; die erste Halterung einen flach geformten Befestigungsabschnitt umfasst, der ein Durchgangsloch und eine erste Kerbe aufweist; der Befestigungsabschnitt an dem Stapelrahmen durch ein erstes Befestigungsmittel und ein zweites Befestigungsmittel befestigt ist; das erste Befestigungsmittel den Stapelrahmen an der ersten Halterung in einem Zustand befestigt, in dem das erste Befestigungsmittel durch das Durchgangsloch geführt ist; das zweite Befestigungsmittel den Stapelrahmen an der ersten Halterung in einem Zustand befestigt, in dem das zweite Befestigungsmittel durch die erste Kerbe geführt ist; die zweite Halterung einen ersten Arm umfasst, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, und einen zweiten Arm, der mit dem ersten Arm über einen Biegeabschnitt verbunden ist und sich in einer zweiten Richtung erstreckt, wobei die zweite Richtung eine von der ersten Richtung verschiedene Richtung ist; der erste Arm eine zweite Kerbe aufweist; der erste Arm an der Brennstoffgaspumpe durch ein drittes Befestigungsmittel befestigt ist, das durch die zweite Kerbe geführt ist; der zweite Arm an dem Brennstoffzellenstapel befestigt ist; und die erste Halterung und die zweite Halterung so angeordnet sind, dass sich das zweite Befestigungsmittel und das dritte Befestigungsmittel zu entsprechend unterschiedlichen Zeitpunkten von der ersten Halterung und der zweiten Halterung lösen, wenn sich die Brenngaspumpe um das erste Befestigungsmittel als Rotationsmittelpunkt dreht.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenfahrzeug ist es möglich, zu verhindern, dass eine Brennstoffgaspumpe ein Armaturenbrett zur Kabinenseite drückt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
- 1 eine Skizze einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenfahrzeugs;
- 2 ein Systemkonfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das in dem in 1 dargestellten Brennstoffzellenfahrzeug verwendet wird;
- 3 eine schematische Hauptansicht, die eine Seitenfläche eines Hauptteils in einer Ausführungsform des in 1 dargestellten Brennstoffzellenfahrzeugs zeigt;
- 4 eine schematische Hauptansicht, die eine Unterseite des Hauptteils in 3 zeigt;
- 5 eine perspektivische Explosionsansicht des Hauptteils aus 3 und 4;
- 6A eine perspektivische Hauptansicht einer Brennstoffgaspumpe und eines Gas-Flüssigkeits-Abscheiders, die in 3 bis 5 dargestellt sind;
- 6B eine Draufsicht auf eine erste Halterung;
- 6C eine perspektivische Ansicht einer zweiten Halterung;
- 7 eine schematische Hauptansicht einer Unterseite, die einen Vorgang zum Zeitpunkt einer Kollision mit einem kleinen Aufprall veranschaulicht;
- 8 eine schematische Hauptansicht der Unterseite, die einen Vorgang zum Zeitpunkt einer Kollision mit großem Aufprall veranschaulicht;
- 9 eine Unteransicht, die eine Anordnungsposition der Brennstoffgaspumpe zu einer normalen Zeit veranschaulicht;
- 10 eine Unteransicht, die eine Anordnungsposition zeigt, wenn sich die Brennstoffgaspumpe zum Zeitpunkt einer Kollision dreht;
- 11 eine schematische Draufsicht, die eine Rotation der Brennstoffgaspumpe zum Zeitpunkt einer Kollision veranschaulicht; und
- 12 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen einer auf ein Armaturenbrett wirkenden Last und einer Bewegungsmenge der Brennstoffgaspumpe und einer Zubehöreinheit zum Zeitpunkt einer Kollision der Brennstoffgaspumpe veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenfahrzeugs wird im Folgenden anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Zunächst wird das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug Bezug nehmend auf 1 beschrieben. In 1 ist das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein Fahrzeug wie z.B. ein PKW und hat einen vorderen Raum R, der an der Vorderseite in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung ausgebildet ist. Im vorderen Raum R sind ein Brennstoffzellenstapel 10 und einige Zusatzaggregate, z.B. ein Kompressor 22, ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 und eine Brennstoffgaspumpe 38 wie z.B. eine Wasserstoffpumpe, untergebracht. Der Kompressor 22 ist Teil eines Oxidationsgasversorgungssystems 20, das konfiguriert ist, um den Brennstoffzellenstapel 10 mit Oxidationsgas zu versorgen. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 und die Brennstoffgaspumpe 38 bilden einen Zirkulationskanal 36, durch den das aus dem Brennstoffzellenstapel 10 austretende Brennstoffabgas zum Brennstoffzellenstapel 10 zirkuliert (siehe 2).
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Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 umfasst ein Armaturenbrett 40 zwischen dem vorderen Raum R und einer Kabine C, in der ein Insasse sitzen soll, auf der Vorderseite in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung, so dass das Armaturenbrett 40 den vorderen Raum R von der Kabine C trennt. Das Armaturenbrett 40 ist eine Platte aus Metall wie Stahl oder einer Aluminiumlegierung und hat eine höhere Steifigkeit als der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37. Das Armaturenbrett 40 besteht aus einer Bodenplatte 41, die die Bodenfläche der Kabine C bildet, und einer Fußleiste 42, die von der Bodenplatte 41 nach oben geneigt verläuft. Das Armaturenbrett 40 enthält eine Verstärkung (nicht abgebildet) zur Sicherung eines Raumes der Kabine C. Die Verstärkung hat eine höhere Steifigkeit als die der Brennstoffgaspumpe 38.
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Wie in 3 dargestellt, ist der Brennstoffzellenstapel 10 auf einen oberen Teil eines Stapelrahmens 2 gesetzt, und der Stapelrahmen 2 ist an einem Element befestigt, das den vorderen Raum R bildet. Der Kompressor 22 ist über eine Kompressorhalterung 3 in hängendem Zustand an einem unteren Teil des Stapelrahmens 2 fest angebracht. Die Brennstoffgaspumpe 38 ist an dem unteren Teil des Stapelrahmens 2 und des Brennstoffzellenstapels 10 in einem Zustand, in dem die Brennstoffgaspumpe 38 vom Stapelrahmen 2 zur Seite des Armaturenbretts 40 hin vorsteht, und in einem Zustand, in dem die Brennstoffgaspumpe 38 über eine erste Halterung 4 und eine zweite Halterung 7 aufgehängt ist, befestigt.
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Ferner ist der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 an einem unteren Teil der Brennstoffgaspumpe 38 in einem Zustand angebracht, in dem der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 vom Stapelrahmen 2 zur Seite des Armaturenbretts 40 und der Brennstoffgaspumpe 38 hin vorsteht. Die Brennstoffgaspumpe 38 ist eine Metallvorrichtung aus einem metallischen Material wie z.B. einem Material auf Eisenbasis oder einem Material auf Aluminiumbasis, und der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 ist eine Vorrichtung aus Harz wie z.B. Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyamid (PA). Eine Brennstoffgasquelle 31, die das Brennstoffgasversorgungssystem 30 bildet und konfiguriert ist, um den Brennstoffzellenstapel 10 mit Wasserstoffgas zu versorgen, ist in einem hinteren Teil des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angeordnet.
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Im Folgenden wird Bezug nehmend auf 2 ein Systemaufbau eines Brennstoffzellensystems beschrieben, das im Brennstoffzellenfahrzeug 1 der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird. Das in 2 dargestellte Brennstoffzellensystem umfasst z.B. den Brennstoffzellenstapel 10, der so konfiguriert ist, dass eine Mehrzahl von Brennstoffzellen jeweils als eine Einheitszelle laminiert ist, das Oxidationsgasversorgungssystem 20, das so konfiguriert ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel 10 Oxidationsgas wie Luft zuführt, und das Brennstoffgasversorgungssystem 30, das so konfiguriert ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel 10 Brennstoffgas wie Wasserstoff zuführt.
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Das Oxidationsgasversorgungssystem 20 umfasst beispielsweise einen Oxidationsgas-Zufuhrkanal 25, der so konfiguriert ist, dass er dem Brennstoffzellenstapel 10 das Oxidationsgas zuführt, und einen Oxidationsgas-Auslasskanal 29, der so konfiguriert ist, dass er das dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführte und einer elektrochemischen Reaktion in den Brennstoffzellen unterworfene Oxidationsgasabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 10 abgibt. Ferner umfasst das Oxidationsgasversorgungssystem 20 einen Bypasskanal 26, der so konfiguriert ist, dass das über den Oxidationsgas-Zufuhrkanal 25 zugeführte Oxidationsgas zum Oxidationsgas-Auslasskanal 29 zirkuliert, ohne dass das Oxidationsgas durch den Brennstoffzellenstapel 10 hindurchgeht. Die Kanäle des Oxidationsgasversorgungssystems 20 können durch eine Leitung, wie z.B. einen Gummischlauch oder ein Metallrohr, gebildet werden.
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Von der stromaufwärts gelegenen Seite ist der Oxidationsgas-Zufuhrkanal 25 mit einem Luftfilter 21, dem Kompressor 22, einem Zwischen- bzw. Ladeluftkühler 23 usw. versehen, und der Oxidationsgas-Auslasskanal 29 ist mit einem Abgasschalldämpfer 28 usw. versehen. Der Oxidationsgas-Zufuhrkanal 25 ist mit einem Einlassventil 25V versehen, das so konfiguriert ist, dass es den Fluss des Oxidationsgases zwischen dem Ladeluftkühler 23 und dem Brennstoffzellenstapel 10 unterbricht. Der Oxidationsgas-Auslasskanal 29 ist mit einem Druckregelventil 29V versehen, das so konfiguriert ist, dass es einen Gegendruck des dem Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführenden Oxidationsgases einstellt. Es sei angemerkt, dass der Oxidationsgas-Zufuhrkanal 25 mit einem Atmosphärendrucksensor, einem Luftmassenmesser und dergleichen (nicht abgebildet) ausgestattet ist.
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Ein erstes Ende des Bypasskanals 26 ist mit dem Oxidationsgas-Zufuhrkanal 25 verbunden, und ein zweites Ende des Bypasskanals 26 ist mit dem Oxidationsgas-Auslasskanal 29 verbunden. Das vom Kompressor 22 gepumpte und vom Ladeluftkühler 23 abgekühlte Oxidationsgas wird unter Umgehung des Brennstoffzellenstapels 10 durch den Bypasskanal 26 zum Oxidationsgas-Auslasskanal 29 abgeführt. Der Bypasskanal 26 ist mit einem Bypassventil 26V versehen, das so konfiguriert ist, dass es die Durchflussmenge des durch den Bypasskanal 26 strömenden Oxidationsgases durch Absperren des zum Oxidationsgas-Auslasskanal 29 strömenden Oxidationsgases einstellt.
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Das Brennstoffgasversorgungssystem 30 umfasst zudem beispielsweise die Brennstoffgasquelle 31 wie einen Wasserstofftank, in dem unter hohem Druck stehendes Brennstoffgas wie Wasserstoff gespeichert ist, einen Brennstoffgas-Zufuhrkanal 35, durch den das Brennstoffgas von der Brennstoffgasquelle 31 zum Brennstoffzellenstapel 10 geführt wird, den Zirkulationskanal 36, durch den das aus dem Brennstoffzellenstapel 10 austretende Brennstoffabgas (unverbranntes Brennstoffgas) teilweise in den Brennstoffgas-Zufuhrkanal 35 zurückgeführt wird, und einen mit dem Zirkulationskanal 36 verzweigt verbundenen Brennstoffgas-Auslasskanal 39, so dass das Brennstoffabgas innerhalb des Zirkulationskanals 36 nach außen abgeführt (in die Atmosphäre entlassen) wird. Jeder der Kanäle des Brennstoffgasversorgungssystems 30 kann durch eine Leitung, wie z.B. einen Gummischlauch oder ein Metallrohr, gebildet werden.
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Der Brennstoffgas-Zufuhrkanal 35 ist mit einem Absperrventil 35V versehen, das so konfiguriert ist, dass es das zum Brennstoffzellenstapel 10 strömende Brennstoffgas durch Öffnen und Schließen des Brennstoffgas-Zufuhrkanals 35 absperrt, einem Regler 34, der so konfiguriert ist, dass er den Druck des durch den Brennstoffgas-Zufuhrkanal 35 strömenden Brennstoffgases einstellt (dekomprimiert), und einem Injektor 33, der so konfiguriert ist, dass er das so eingestellte Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstapel 10 zuführt.
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Der Zirkulationskanal 36 ist von der stromaufwärts gelegenen Seite (der Seite des Brennstoffzellenstapels 10) mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37, der Brennstoffgaspumpe 38, und dergleichen versehen. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 trennt von dem durch den Zirkulationskanal 36 strömenden Brennstoffgas (Wasserstoff und dergleichen) enthaltenes Produktwasser vom Gas ab und sammelt dieses. Der Brennstoffgas-Auslasskanal 39 wird durch eine Abzweigung vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 bereitgestellt. Die Brennstoffgaspumpe 38 pumpt einen Teil des Brennstoffabgases, von dem durch Gas-Flüssigkeits-Abscheidung im Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 ein flüssiger Anteil abgeschieden wird, um den Teil des Brennstoffabgases zum Brennstoffgas-Zufuhrkanal 35 zu zirkulieren.
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Der Brennstoffgas-Auslasskanal 39 ist mit einem Spülventil 39V versehen, das so konfiguriert ist, dass es das im Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 abgeschiedene Produktwasser und einen Teil des Brennstoffabgases, das aus dem Brennstoffzellenstapel 10 abgegeben wird, durch Öffnen und Schließen des Brennstoffgas-Auslasskanals 39 abführt. Das Brennstoffabgas, das durch Einstellen des Spülventils 39V des Brennstoffgas-Auslasskanals 39 derart, dass dieses öffnet und schließt, abgeführt wird, wird mit dem Oxidationsgasabgas, das durch den Oxidationsgas-Auslasskanal 29 strömt, vermischt und dann über den Abgasschalldämpfer 28 nach außen in die Atmosphäre abgegeben.
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Das so konfigurierte Brennstoffzellensystem erzeugt Leistung bzw. Strom durch eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Oxidationsgas, wie z.B. der Luft, das der Brennstoffzelle (einer Kathodenelektrode derselben) durch das Oxidationsgasversorgungssystem 20 zugeführt wird, und dem Brennstoffgas, wie z.B. Wasserstoff, das der Brennstoffzelle (einer Anodenelektrode derselben) durch das Brennstoffgasversorgungssystem 30 zugeführt wird.
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Als nächstes wird eine charakteristische Konfiguration des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 3 bis 6B beschrieben. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst im vorderen Raum R den Kompressor 22, der so konfiguriert ist, dass er das dem Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführende Oxidationsgas komprimiert und ausstößt, den Gas-Flüssigkeits-Separator 37, der so konfiguriert ist, dass er Flüssigkeit und Gas in dem vom Brennstoffzellenstapel 10 ausgestoßenen Brennstoffabgas voneinander trennt, und die Brennstoffgaspumpe 38, wie eine Wasserstoffpumpe, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil des Brennstoffabgases, von dem ein flüssiger Anteil durch den Gas-Flüssigkeits-Separator 37 abgeschieden wurde, zum Brennstoffzellenstapel 10 zirkuliert.
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Genauer gesagt ist der Brennstoffzellenstapel 10 auf einen oberen Teil des Stapelrahmens 2 gesetzt, und der Kompressor 22 ist über die Kompressorhalterung 3 am unteren Teil des Stapelrahmens 2 vor der Brennstoffgaspumpe 38 in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung befestigt.
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Die Brennstoffgaspumpe 38 enthält einen Motor M, der so konfiguriert ist, dass er das Brennstoffgas ansaugt und das so angesaugte Brennstoffgas nach außen abgibt. Hinter dem Kompressor 22 in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung ist die Brennstoffgaspumpe 38 über die erste Halterung 4 und die zweite Halterung 7 am unteren Teil des Stapelrahmens 2 und des Brennstoffzellenstapels 10 (genauer gesagt, einem Stapelgehäuse) befestigt, und zwar in einem Zustand, in dem die Brennstoffgaspumpe 38 vom Stapelrahmen 2 zur Seite des Armaturenbretts 40 vorsteht.
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Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 ist an dem unteren Teil der Brennstoffgaspumpe 38 befestigt, indem ein Befestigungsmittel 37a, wie z.B. eine Schraube und eine Mutter, durch ein Durchgangsloch 37b in einem Zustand geführt sind, in dem der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 von dem Stapelrahmen 2 und der Brennstoffgaspumpe 38 zur Seite des Armaturenbretts 40 vorsteht.
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In einem solchen Befestigungszustand ragt eine hintere Endfläche der Brennstoffgaspumpe 38 in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung von einer hinteren Endfläche des Brennstoffzellenstapels 10 in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung nach hinten, und eine hintere Endfläche des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 37 in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung ragt von der hinteren Endfläche der Brennstoffgaspumpe 38 in der Fahrzeug-Front-Heck-Richtung nach hinten.
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Genauer gesagt erfüllen die jeweiligen Abstände S1 bis S3 in Front-Heck-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37, der Brennstoffgaspumpe 38 und dem Stapelrahmen 2 zum Armaturenbrett 40 die folgende Beziehung. Von diesen Abständen S1 bis S3 ist der Abstand S1 zwischen dem Armaturenbrett 40 und dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 am kleinsten, der Abstand S2 zwischen dem Armaturenbrett 40 und der Brennstoffgaspumpe 38 ist größer als der Abstand S1 und der Abstand S3 zwischen dem Armaturenbrett 40 und dem Stapelrahmen 2 ist weiter größer als der Abstand S2.
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Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37, der dem Armaturenbrett 40 am nächsten liegt, ist im Wesentlichen aus Harz hergestellt und hat eine geringere Steifigkeit als die der Brennstoffgaspumpe 38. Außerdem besteht die Brennstoffgaspumpe 38 im Wesentlichen aus Metall und hat eine höhere Steifigkeit als der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37.
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Ferner ist im Brennstoffzellenfahrzeug 1, wie in den 4 und 5 dargestellt, die Brennstoffgaspumpe 38 über die erste Halterung 4 am Stapelrahmen 2 so befestigt, dass eine Rotationsachse L1 des Motors M, der die Brennstoffgaspumpe 38 antreibt, in einer Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug 1 zu einer Referenzlinie L2 entlang der Front-Heck-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 geneigt ist. Ein Neigungswinkel der Rotationsachse L1 zur Referenzlinie L2 ist vorzugsweise nicht kleiner als 20°, aber auch nicht größer als beispielsweise 40°.
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Aus diesem Grund ist die Brennstoffgaspumpe 38 schräg zu einer Fahrtrichtung des Brennstoffzellenfahrzeuges 1 befestigt, und ein hinterer Eckteil der Brennstoffgaspumpe 38 ist einer Vorderseite des Armaturenbrettes 40 zugewandt, so dass dieser Eckteil näher am Armaturenbrett 40 liegt. Ferner ist ein hinterer Eckteil des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 37 ebenfalls der Vorderseite des Armaturenbretts 40 zugewandt, so dass dieser Eckteil näher am Armaturenbrett 40 liegt. Da die Brennstoffgaspumpe 38, wie oben beschrieben, geneigt und am Stapelrahmen 2 befestigt ist, kann sich die Brennstoffgaspumpe 38, wenn der hintere Eckteil der Brennstoffgaspumpe 38 in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung an das Armaturenbrett 40 anstößt, drehen, so dass sie vom Armaturenbrett 40 getrennt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 4 dargestellt, die Brennstoffgaspumpe 38 auf einer Seite näher an einem vorderen Kotflügel am Stapelrahmen 2 befestigt und die Rotationsachse L1 des Motors M ist so geneigt, dass sie sich im Verlauf in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung nach vorne der Mittellinie entlang der Front-Heck-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 nähert. Es sei angemerkt, dass in 4 die Mittellinie so gezeichnet ist, dass sie mit der Referenzlinie L2 übereinstimmt. Bei einer solchen Anordnung dreht sich bei einer Kollision die Brennstoffgaspumpe 38 in einem Raum S im vorderen Raum R in der Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug 1, wodurch die Brennstoffgaspumpe 38 nicht mit anderen, am unteren Teil des Stapelrahmens 2 befestigten Zusatzaggregaten in Kontakt gelangt.
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Die erste Halterung 4 aus Metall wie Eisen oder Aluminium ist ein Element, über das die Brennstoffgaspumpe 38 fest mit dem Stapelrahmen 2 verbunden ist und umfasst einen flachen, horizontal verlaufenden Befestigungsabschnitt 4a. Der Befestigungsabschnitt 4a ist ein flaches Teil, über das die erste Halterung 4 am Stapelrahmen 2 befestigt wird, und die erste Halterung 4 wird am Stapelrahmen 2 durch erste und zweite Befestigungsmittel 5a, 5b, wie z.B. zwei Schrauben im Befestigungsabschnitt 4a, befestigt.
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Weiterhin enthält die erste Halterung 4 Klemmabschnitte 4b, die sich von den gegenüberliegenden Seiten des Befestigungsabschnitts 4a nach unten erstrecken, um die Brennstoffgaspumpe 38 sandwichartig zu umschließen. Außerdem enthält die erste Halterung 4 ferner Befestigungsabschnitte 4c, die sich von den Klemmabschnitten 4b nach außen erstrecken. Der Befestigungsabschnitt 4c ist ein Teil, über das die erste Halterung 4 an der Brennstoffgaspumpe 38 befestigt wird. Die erste Halterung 4 ist also ein im Allgemeinen sattelförmig geformtes Teil, das in die Brennstoffgaspumpe 38 eingesetzt wird. Weiterhin sind insgesamt drei Schweißmuttern 4d zur Befestigung der Brennstoffgaspumpe 3 8 an der ersten Halterung 4 angeordnet, so dass eine der drei Schweißmuttern 4d an einem der Befestigungsabschnitte 4c befestigt wird und die beiden anderen der drei Schweißmuttern 4d an dem anderen der Befestigungsabschnitte 4c befestigt werden.
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Der Befestigungsabschnitt 4a der ersten Halterung 4 hat ein Durchgangsloch 4e, über das die erste Halterung 4 an dem Stapelrahmen 2 befestigt (gelagert) wird. Der erste Befestigungsabschnitt 5a ist am Stapelrahmen 2 und an der ersten Halterung 4 in einem Zustand befestigt, in dem das erste Befestigungsmittel 5a durch das Durchgangsloch 4e geführt ist.
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In der vorliegenden Ausführung wird das erste Befestigungsmittel 5a durch das Durchgangsloch 4e geführt und das erste Befestigungsmittel 5a wird in eine an einer Unterseite des Stapelrahmens 2 geöffnete Innengewindebohrung geschraubt, so dass die erste Halterung 4 sandwichartig zwischen dem Kopf des ersten Befestigungsmittels 5a und dem Stapelrahmen 2 gehalten ist. Dadurch wird die erste Halterung 4 am unteren Teil des Stapelrahmens 2 befestigt. Durch das Durchgangsloch 4e wird die Brennstoffgaspumpe 38 horizontal drehbar um das erste Befestigungsmittel 5a, das durch das Durchgangsloch 4e der ersten Halterung 4 geführt ist, befestigt (gelagert).
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Weiterhin ist eine erste Kerbe bzw. Aussparung 6 in einer Kante des Befestigungsabschnitts 4a der ersten Halterung 4 ausgebildet. Das zweite Befestigungsmittel 5b befestigt den Stapelrahmen 2 und die erste Halterung 4 in einem Zustand, in dem das zweite Befestigungsmittel 5b durch die erste Kerbe 6 geführt ist. Die erste Kerbe 6 hat einen ausgesparten Abschnitt 6a, durch den ein Schaft des zweiten Befestigungsmittels 5b geführt ist, und eine Öffnung 6b, die sich von dem ausgesparten Abschnitt 6a aus öffnet.
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Die erste Kerbe 6 ist so geformt, dass sie sich von dem ausgesparten Abschnitt 6a zur Öffnung 6b hin ausdehnt (siehe z.B. 6B).
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In der vorliegenden Ausführung ist das zweite Befestigungsmittel 5b durch die erste Kerbe 6 geführt und das zweite Befestigungsmittel 5b ist in eine an der Unterseite des Stapelrahmens 2 geöffnete Innengewindebohrung geschraubt, so dass die erste Halterung 4 sandwichartig zwischen dem Kopf des zweiten Befestigungsmittels 5b und dem Stapelrahmen 2 gehalten ist. Dadurch wird die erste Halterung 4 am unteren Teil des Stapelrahmens 2 befestigt. Das zweite Befestigungsmittel 5b greift dabei in die erste Aussparung 6 ein.
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Die erste Kerbe 6 ist so ausgebildet, dass bei der Drehung der ersten Halterung 4 zusammen mit der Brennstoffgaspumpe 38 relativ zum Stapelrahmen 2 um das erste Befestigungsmittel 5a, das durch das Durchgangsloch 4e geführt ist, als Rotationsmittelpunkt sich das zweite Befestigungsmittel 5b von der ersten Halterung 4 wird und aus der Öffnung 6b der ersten Kerbe 6 herausrutscht. Dadurch wird, wie später beschrieben wird, bei einer Frontalkollision des Brennstoffzellenfahrzeuges 1, wenn sich die erste Halterung 4 um das erste Befestigungsmittel 5a als Rotationsmittelpunkt dreht, das zweite Befestigungsmittel 5b aus der ersten Kerbe 6 gelöst, so dass das zweite Befestigungsmittel 5b problemlos aus der ersten Kerbe 6 entfernt werden kann.
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Weiterhin enthält die Brennstoffgaspumpe 38, wie in den 5, 6A usw. dargestellt, rippenförmige Abschnitte 38a, die von den gegenüberliegenden Seitenflächen der Brennstoffgaspumpe 38 vorstehen und sich horizontal erstrecken, und drei Durchgangslöcher 38b sind in den rippenförmigen Abschnitten 38a so ausgebildet, dass sie drei Schweißmuttern 4d entsprechen, die an den Befestigungsabschnitten 4c der ersten Halterung 4 befestigt sind. Durch die drei Durchgangslöcher 38b sind Schrauben 38c und dergleichen geführt, so dass die Brennstoffgaspumpe 38 an der ersten Halterung 4 befestigt werden kann, die an der Unterseite des Stapelrahmens 2 durch das erste und zweite Befestigungsmittel 5a, 5b befestigt ist.
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Weiterhin ist, wie in den 6A und 6C dargestellt, ein oberer Teil der Brennstoffgaspumpe 38 über die zweite Halterung 7 am Brennstoffzellenstapel 10 befestigt. Hierbei ist die Brennstoffgaspumpe 38 über zwei Halterungen, d.h. die erste Halterung 4 und die zweite Halterung 7, am Brennstoffzellenstapel 10 und am Stapelrahmen 2 befestigt, so dass ein Befestigungszustand der Brennstoffgaspumpe 38 stabilisiert wird.
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Die zweite Halterung 7 ist z.B. ein Bauteil, das durch Pressen eines Plattenmaterials aus einem plastisch verformbaren metallischen Werkstoff wie Stahl oder einer Aluminiumlegierung hergestellt wird. Wie in 6C dargestellt, enthält die zweite Halterung 7 einen ersten Arm 7a, der sich horizontal erstreckt, und einen zweiten Arm 7b, der sich vertikal erstreckt, so dass die zweite Halterung 7 als L-förmige Halterung ausgebildet ist, bei welcher der erste Arm 7a und der zweite Arm 7b über einen Biegeabschnitt 7c verbunden sind. Zum Beispiel ist die zweite Halterung 7 so konfiguriert, dass sie sich in der Nähe des Biegeabschnitts 7c leicht plastisch verformt, wenn eine Last auf einen der Arme in einem Zustand aufgebracht wird, in dem der andere der Arme befestigt ist. Der erste Arm 7a und der zweite Arm 7b können sich horizontal bzw. vertikal erstrecken. Der erste Arm 7a und der zweite Arm 7b können sich in voneinander verschiedene Richtungen erstrecken.
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Im horizontalen ersten Arm 7a der zweiten Halterung 7 ist eine zweite Kerbe bzw. Aussparung 8 ausgebildet. Die zweite Kerbe 8 hat einen ausgesparten Abschnitt 8a, in den ein Schaft eines dritten Befestigungsmittels 9a passt, und eine Öffnung 8b, die sich von dem ausgesparten Abschnitt 8a aus öffnet. Der erste Arm 7a ist mit dem dritten Befestigungsmittel 9a, das durch die zweite Kerbe 8 geführt ist, an der Brennstoffgaspumpe 38 befestigt. Die zweite Kerbe 8 ist so geformt, dass, wenn sich die erste Halterung 4 um das erste Befestigungsmittel 5a, das durch das Durchgangsloch 4e der ersten Halterung 4 geführt ist, als Rotationsmittelpunkt dreht, sich das dritte Befestigungsmittel 9a von der zweiten Halterung 7 löst und aus der zweiten Kerbe 8 herausrutscht. Im zweiten Arm 7b der zweiten Halterung 7 ist ein Durchgangsloch 7d ausgebildet und ein viertes Befestigungsmittel 9b ist durch das Durchgangsloch 7d geführt, so dass der zweite Arm 7b am Brennstoffzellenstapel 10 befestigt wird.
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Somit wird der erste Arm 7a auf der Oberseite der Brennstoffgaspumpe 38 angeordnet und an der Brennstoffgaspumpe 38 befestigt, indem das dritte Befestigungsmittel 9a, beispielsweise eine Schraube, an der Brennstoffgaspumpe 38 befestigt wird. Zudem erstreckt sich der zweite Arm 7b von der Oberseite der Brennstoffgaspumpe 38 zur Seite des Brennstoffzellenstapels 10 und ist an dem Brennstoffzellenstapel 10 befestigt, indem das vierte Befestigungsmittel 9b an einer Innengewindebohrung 10a (siehe 5), die an einer Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels 10 ausgebildet ist, befestigt ist. Dadurch kann der obere Teil der Brennstoffpumpe 38 stabil am Stapelrahmen 2 befestigt werden. Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Ausführung der zweite Arm 7b durch das vierte Befestigungsmittel 9b am Brennstoffzellenstapel 10 befestigt ist, der zweite Arm 7b aber z.B. am Brennstoffzellenstapel 10 angeschweißt werden kann.
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In der vorliegenden Ausführung sind die erste und zweite Halterung 4, 7 so ausgebildet, dass sich bei der Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 relativ zum Stapelrahmen 2 das dritte Befestigungsmittel 9a zu einem anderen Zeitpunkt von der zweiten Halterung 7 löst und aus der zweiten Kerbe 8 rutscht als der Zeitpunkt, zu dem sich das zweite Befestigungsmittel 5b von der ersten Halterung 4 löst. Wenn z.B. eine Kontaktlänge, um die das zweite Befestigungsmittel 5b mit der ersten Halterung 4 in Kontakt kommt, und eine Kontaktlänge, um die das dritte Befestigungsmittel 9a mit der zweiten Halterung 7 in Kontakt kommt, während eines Drehvorgangs der Brennstoffgaspumpe 38 eingestellt werden, können die Zeitpunkte, zu denen sich das zweite Befestigungsmittel 5b und das dritte Befestigungsmittel 9a von ihren entsprechenden Halterungen lösen, voneinander verschieden gemacht werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch folgende Konfiguration verwendet.
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Genauer gesagt ist die zweite Halterung 7 ein plastisch verformbares Metallteil, und die zweite Halterung 7 ist so geformt, dass sich bei der Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 relativ zum Stapelrahmen 2 zumindest der Biegeabschnitt 7c der zweiten Halterung 7 plastisch verformt und sich nach der plastischen Verformung des Biegeabschnitts 7c das dritte Befestigungsmittel 9a von der zweiten Halterung 7 löst.
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Hierdurch verformt sich in der zweiten Halterung 7 bei der Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 relativ zum Stapelrahmen 2 der Biegeabschnitt 7c plastisch, weil die zweite Halterung 7 durch das dritte und vierte Befestigungsmittel 9a, 9b begrenzt wird. Durch die plastische Verformung kann eine bei einem Aufprall des Fahrzeugs auftretende Stoßbelastung von der zweiten Halterung 7 aufgenommen werden. Weiterhin kann sich während der plastischen Verformung der zweiten Halterung 7 das zweite Befestigungsmittel 5b von der ersten Halterung 4 lösen und danach kann sich das dritte Befestigungsmittel 9a von der zweiten Halterung 7 lösen. Somit können die Zeitpunkte, zu denen sich das zweite Befestigungsmittel 5b und das dritte Befestigungsmittel 9a von den jeweiligen Halterungen lösen, unterschiedlich zueinander gemacht werden.
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Außerdem hat die zweite Halterung 7 eine am Biegeabschnitt 7c verengte Form, die den ersten Arm 7a mit dem zweiten Arm 7b verbindet. Das heißt, die Breiten der plattenförmigen ersten und zweiten Arme 7a, 7b nehmen zum Biegeabschnitt 7c hin ab.
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Der Biegeabschnitt 7c der zweiten Halterung 7 ist als solcher ein anfälligeres Teil als andere Teile, so dass die zweite Halterung 7 sich am Biegeabschnitt 7c leicht plastisch verformen kann. Hierdurch ist es möglich, während eine Stoßbelastung durch den Biegeabschnitt 7c aufgenommen wird, die Störung der Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 zu begrenzen.
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Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführung ein Abstand r2 von einem Rotationsmittelpunkt, an dem das erste Befestigungsmittel 5a angeordnet ist, zu einer Befestigungsposition des dritten Befestigungsmittels 9a länger als ein Abstand r1 vom Rotationsmittelpunkt zu einer Befestigungsposition des zweiten Befestigungsmittels 5b (siehe 11 usw.).
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Wenn sich die Brennstoffgaspumpe 38 relativ zum Stapelrahmen 2 dreht, wird auf das dritte Befestigungsmittel 9a ein größeres Moment als auf das zweite Befestigungsmittel 5b aufgebracht, so dass sich die zweite Halterung 7 leicht plastisch verformt. Hierdurch ist es möglich, während eine Stoßbelastung durch den Biegeabschnitt 7c aufgenommen wird, die Störung der Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 zu begrenzen.
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Weiterhin sind in 6A in der vorliegenden Ausführung die Leitungen 36A, 36B, die den Zirkulationskanal 36 bilden, der mit der Brennstoffgaspumpe 38 verbunden ist, Leitungen aus Gummi oder Harz, die eine Flexibilität aufweisen. Die Leitung 36A ist eine pumpenaustrittsseitige Leitung, die mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden ist, und die Leitung 36B ist eine pumpeneintrittsseitige Leitung, die mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 verbunden ist. Da es sich bei den Leitungen 36A, 36B um flexible Leitungen handelt, ist es möglich, selbst wenn sich die Brennstoffzellenpumpe 38 bei einer Kollision des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 dreht, eine Störung der Drehung der Brennstoffzellenpumpe 38 und eine Beschädigung der Leitungen zu begrenzen.
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In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 aus Harz und ist durch Einschrauben von Befestigungsmitteln 37a (siehe 5) wie Schrauben in zwei an der Unterseite der Brennstoffgaspumpe 38 ausgebildete Innengewindebohrungen befestigt. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 hat die Aufgabe, Flüssigkeit und Gas in dem aus dem Brennstoffzellenstapel 10 austretenden Brennstoffabgas voneinander zu trennen. Ein hierbei abgeschiedener Flüssigkeitsanteil wird mit dem aus dem Brennstoffzellenstapel 10 abgeleiteten Oxidationsgasabgas vermischt und dann aus dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 abgeführt.
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Der Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeuges 1 der vorliegenden Ausführung, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die 7, 8 schematische Ansichten sind, die die Brennstoffgaspumpe 38 in vereinfachter Form darstellen, und die 9, 10 sind Unteransichten, die die Brennstoffgaspumpe 38 im Detail darstellen.
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Beim Aufprall des Brennstoffzellenfahrzeuges 1 auf ein Hindernis o.ä. wird beispielsweise der vordere Raum R des Fahrzeuges derart gequetscht, dass er sich verformt, und der Brennstoffzellenstapel 10 und eine zugehörige Zubehöreinheit werden durch das Hindernis nach hinten verschoben. Genauer gesagt bewegen sich der Brennstoffzellenstapel 10, der Kompressor 22, die Brennstoffgaspumpe 38 und der am Stapelrahmen 2 angebrachte Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 durch eine Bewegung des Stapelrahmens 2 nach hinten und nähern sich dem Armaturenbrett 40.
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In einem Fall, bei dem der Aufprall der Kollision gering ist, nähern sich der Brennstoffzellenstapel 10 und die Zubehöreinheit einfach dem Armaturenbrett 40, wie in 7 dargestellt. Wenn der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 z.B. an das Armaturenbrett 40 anstößt, ändert sich ein Abstand zwischen der Brennstoffgaspumpe 38 und dem Armaturenbrett 40 von dem in 3 gezeigten Abstand auf (S2 - S 1), und der Abstand zwischen dem Stapelrahmen 2 und dem Armaturenbrett 40 ändert sich von dem in 3 gezeigten Abstand auf (S3 - S1).
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In einem Fall, bei dem der Aufprall der Kollision groß ist, kollidiert der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37, der an der hintersten Seite platziert ist, mit dem Metall-Armaturenbrett 40, so dass der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 zerstört wird. Da der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 aus Harz besteht, wird der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 leicht zerstört, um den Aufprall zu absorbieren. Bei einem noch größeren Aufprall stößt die Brennstoffgaspumpe 38 mit dem Armaturenbrett 40 zusammen. Es sei angemerkt, dass in einem Fall, bei dem der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 nicht von der Brennstoffgaspumpe 38 in Richtung zur Seite des Armaturenbretts 40 vorsteht oder in einem Fall, bei dem der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 nicht vorhanden ist, die Brennstoffgaspumpe 38 mit dem Armaturenbrett 40 wie unten beschrieben kollidiert.
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Wenn die Brennstoffgaspumpe 38 mit dem Armaturenbrett 40 kollidiert, stößt der hintere Eckteil der Brennstoffgaspumpe 38 an das Armaturenbrett 40, so dass eine Reaktionskraft am hinteren Eckteil erzeugt wird, wie in 8 dargestellt. Hier ist, wie oben beschrieben, die Brennstoffgaspumpe 38 über die erste Halterung 4 so am Stapelrahmen befestigt, dass die Rotationsachse L1 des Motors M, der die Brennstoffgaspumpe 38 antreibt, in der Draufsicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug 1 zur Referenzlinie L2 entlang der Front-Heck-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 geneigt ist, und die Brennstoffgaspumpe 38 ist über die zweite Halterung 7 am Brennstoffzellenstapel 10 befestigt. Dabei wird beim Kontakt der Brennstoffgaspumpe 38 mit dem Armaturenbrett 40 ein Moment auf die Brennstoffgaspumpe 38 ausgeübt, so dass die Brennstoffgaspumpe 38 in eine Richtung rotiert, in der sich die Brennstoffgaspumpe 38 vom Armaturenbrett entfernt, wie in 8 dargestellt.
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Zu diesem Zeitpunkt dreht sich, wie in den 8 und 10 dargestellt, die erste Halterung 4 zusammen mit der Brennstoffgaspumpe 38 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (eine Richtung, die zur Außenseite des Fahrzeugs hin gerichtet ist) relativ zum Stapelrahmen 2 um das erste Befestigungsmittel 5a, das durch das Durchgangsloch der ersten Halterung 4 geführt ist, so dass sich das zweite Befestigungsmittel 5b von der ersten Halterung 4 löst und aus der Öffnung 6b der ersten Kerbe 6 herausrutscht (12, ein erster Freigabezeitpunkt 11).
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Wenn sich die Brennstoffgaspumpe 38 gegen den Uhrzeigersinn dreht, drückt die Brennstoffgaspumpe 38 nicht auf das Armaturenbrett 40, so dass verhindert werden kann, dass die Brennstoffgaspumpe 38 das Armaturenbrett 40 verschiebt. Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung der Brennstoffgaspumpe 38 und des Armaturenbrettes 40 zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass sich durch die Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 die zweite Halterung 7 am Biegeabschnitt 7c plastisch verformt, so dass die Krümmung des Biegeabschnitts 7c zunimmt und dadurch der Aufprall gedämpft wird. Durch die Drehung der Brennstoffgaspumpe 38 wird der Abstand zwischen dem Stapelrahmen 2 und dem Armaturenbrett 40 zu S4 (siehe 8).
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Wenn der Aufprall weitergeht, nachdem das zweite Befestigungsmittel 5b aus der ersten Kerbe 6 der ersten Halterung 4 herausgerutscht ist und sich der Biegeabschnitt 7c der zweiten Halterung 7 plastisch verformt hat, löst sich das dritte Befestigungsmittel 9a, das die zweite Kerbe 8, die im ersten Arm 7a der zweiten Halterung 7 gebildet ist, befestigt, von der zweiten Halterung 7 und rutscht aus der zweiten Kerbe 8 heraus (12, ein zweiter Freigabezeitpunkt t2). Hierdurch wird der erste Arm 7a der zweiten Halterung 7 frei, wodurch es möglich ist, eine auf das Armaturenbrett 40 aufgebrachte Last zu begrenzen und die Verformung des Armaturenbretts 40 zu begrenzen.
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Als nächstes wird das Verhalten jedes Elements zu den ersten und zweiten Freigabezeitpunkten tl, t2 unter Bezugnahme auf 11 genauer beschrieben. 11 ist eine schematische Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 10, der ersten Halterung 4, der zweiten Halterung 7, einer Zubehöreinheit U, in der die Brennstoffgaspumpe 38 mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 37 integriert ist, und dem Armaturenbrett 40 zeigt. Zu beachten ist, dass sich in 11 der Brennstoffzellenstapel 10 und die Zubehöreinheit U bei einem Aufprall nach hinten in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung bewegen und sich drehen. Diese Abbildung ist jedoch so dargestellt, dass sich der Brennstoffzellenstapel 10 und die Zubehöreinheit U einfach drehen und sich das Armaturenbrett 40 relativ zu ihnen nach vorne bewegt.
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In 11 ist die erste Kerbe 6 der ersten Halterung 4 auf einem Kreisbogen R1 mit einem ersten Abstand r1 zum ersten Befestigungsmittel 5a als Rotationsmittelpunkt für die Drehung der ersten Halterung 4 geöffnet. Die zweite Kerbe 8 der zweiten Halterung 7 ist auf einem Kreisbogen R2 mit einem zweiten Abstand r2 zum ersten Befestigungsmittel 5a als Rotationsmittelpunkt für die Drehung der ersten Halterung 4 geöffnet.
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Die erste Halterung 4, an der die Brennstoffgaspumpe 38 befestigt ist, zeigt einen Normalzustand an einer durch eine durchgehende Linie gezeichneten Position an. Eine erste Halterung 4A, die durch eine gepunktete Linie angezeigt wird, zeigt einen Zustand, bei dem ein Stoß aufgrund einer Kollision oder dergleichen ausgeübt wird, so dass sich die Brennstoffgaspumpe 38 und die Zubehöreinheit U drehen, und das zweite Befestigungsmittel 5b löst sich zum ersten Freigabezeitpunkt t1 von der ersten Halterung 4 und rutscht aus der ersten Kerbe 6. Weiterhin zeigt eine erste Halterung 4B, die durch eine abwechselnd lang und doppelpunktierte Linie angezeigt wird, einen Zustand, bei dem ein großer Stoß durch eine Kollision oder dergleichen ausgeübt wird, so dass sich die Brennstoffgaspumpe 38 und die Zubehöreinheit U weiter drehen, und das dritte Befestigungsmittel 9a löst sich zum zweiten Freigabezeitpunkt t2 von der zweiten Halterung 7 und rutscht aus der zweiten Kerbe 8.
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Die zweite Halterung 7 ist so befestigt, dass das vierte Befestigungsmittel 9b durch das Durchgangsloch 7d geführt ist und in die Innengewindebohrung 10a des Brennstoffzellenstapels 10 eingeschraubt ist. Bei einem Aufprall infolge einer Kollision oder dergleichen drehen sich die Brennstoffgaspumpe 38 und die Zubehöreinheit U, und wenn der erste Freigabezeitpunkt t1 kommt, dreht sich das dritte Befestigungsmittel 9a in eine Position 9a1. Der erste Arm 7a der zweiten Halterung verformt sich jedoch am Biegeabschnitt 7c plastisch und verformt sich bis zu einer Position 7a1. Dementsprechend rutscht in diesem Stadium das dritte Befestigungsmittel 9a nicht aus der zweiten Kerbe 8 der zweiten Halterung 7 heraus. Wenn der Stoß groß ist und die Rotation weiter voranschreitet, dreht sich das dritte Befestigungsmittel 9a in eine Position 9a2, und das dritte Befestigungsmittel 9a löst sich von der zweiten Halterung 7 und rutscht aus der zweiten Kerbe 8.
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Hier wird eine in 12 dargestellte auf das Armaturenbrett wirkende Last beschrieben. In 12 zeigt die horizontale Achse eine Bewegungsmenge der Brennstoffgaspumpe und der Zubehöreinheit an, und die vertikale Achse zeigt eine auf das Armaturenbrett wirkende Last. Wenn in 12 der Brennstoffzellenstapel 10 und die dazugehörige Zubehöreinheit aufgrund eines Aufpralls oder dergleichen in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung nach hinten bewegt werden, nähern sich der Brennstoffzellenstapel 10 und die Zubehöreinheit dem Armaturenbrett 40. Mit zunehmender Bewegungsmenge steigt dann die auf das Armaturenbrett wirkende Last allmählich an. Wenn die Last einen vorgegebenen Wert überschreitet, rutscht das zweite Befestigungsmittel 5b, das die erste Halterung 4 befestigt, aus der ersten Kerbe 6, so dass die Last abnimmt. Danach erhöht sich die Last, wenn die Bewegungsmenge weiter zunimmt, so dass sich der Biegeabschnitt 7c verformt. Wenn die Bewegungsmenge weiter zunimmt, rutscht das dritte Befestigungsmittel 9a, das den ersten Arm 7a der zweiten Halterung 7 befestigt, aus der zweiten Kerbe 8, so dass die Last abnimmt.
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Somit kann die auf das Armaturenbrett 40 wirkende Last zum ersten Freigabezeitpunkt 11, zu dem das zweite Befestigungsmittel 5b aus der ersten Kerbe 6 der ersten Halterung 4 herausrutscht, reduziert werden, und die auf das Armaturenbrett 40 wirkende Last kann zum zweiten Freigabezeitpunkt t2, zu dem das dritte Befestigungsmittel 9a aus der zweiten Kerbe 8 der zweiten Halterung 7 herausrutscht, weiter reduziert werden. Dadurch kann die Verformung des Armaturenbretts 40 begrenzt und der Brennstoffzellenstapel 10 und das Zubehöreinheit daran gehindert werden, in die Kabine C zu ragen, wodurch die Sicherheit eines Insassen weiter erhöht werden kann.
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Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die Brennstoffgaspumpe 38 an einer Seite näher an einem vorderen Kotflügel 45 am Stapelrahmen 2 befestigt und die Rotationsachse L1 des Motors M ist so geneigt, dass sie sich im Verlauf in Fahrzeug-Front-Heck-Richtung nach vorne der Mittellinie entlang der Front-Heck-Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 nähert. Dadurch dreht sich die Brennstoffgaspumpe 38 in dem Raum S auf der Seite des vorderen Kotflügels 45 im vorderen Raum R, so dass die Brennstoffgaspumpe 38 nicht mit anderen, am unteren Teil des Stapelrahmens 2 befestigten Zusatzaggregaten in Kontakt gelangt (siehe 9 und 10).
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Vorstehend wurde eine Ausführungsform beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es sind verschiedene Änderungen in der Konstruktion durchführbar. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform befasst sich z.B. mit einem Beispiel, bei dem die Rotationsachse einer Antriebswelle des Motors, der die Pumpe antreibt, als Referenzlinie der Brennstoffgaspumpe verwendet wird. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, und es kann eine Mittellinie in Längsrichtung verwendet werden, die durch den Schwerpunkt der Brennstoffgaspumpe verläuft.
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Weiterhin handelt es sich bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform um ein Beispiel, bei dem eine Befestigungsschraube als Rotationsmittelpunkt verwendet wird, um den sich die Brennstoffgaspumpe dreht, um bei einer Kollision dem Armaturenbrett zu entkommen. Die Brennstoffgaspumpe kann auch so konfiguriert werden, dass sie zum Drehen ein Wellenmaterial, wie z.B. einen Stift, nutzt.
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In der vorliegenden Ausführung ragt der Gas-Flüssigkeits-Abscheider von der Brennstoffgaspumpe zur Armaturenbrett-Seite hin vor. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider braucht jedoch nicht von der Brennstoffgaspumpe zur Armaturenbrett-Seite hin vorzustehen, oder der Gas-Flüssigkeits-Abscheider kann bei Bedarf weggelassen werden.
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In der vorliegenden Ausführung ist der Brennstoffzellenstapel auf den Stapelrahmen gesetzt und die Brennstoffgaspumpe ist an einer Unterseite des Stapelrahmens befestigt. Der Stapelrahmen kann jedoch auch so konfiguriert werden, dass die Brennstoffgaspumpe an einer Oberseite des Stapelrahmens über dem Brennstoffzellenstapel angebracht ist, und die erste Halterung und die zweite Halterung können so konfiguriert werden, dass die Brennstoffgaspumpe über dem Brennstoffzellenstapel gedreht wird.
