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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches
einen Brennstoffzylinder und einen Brennstoffzellenstapel umfaßt und durch
elektrischen Strom fährt,
der durch Lieferung von Reaktionsgas und Brenngas von dem Brennstoffzylinder
zu dem Brennstoffzellenstapel erhalten wird. Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug, das beispielsweise zur Anwendung
bei zweirädrigen,
dreirädrigen
oder vierrädrigen Fahrzeugen
und ähnlichen
geeignet ist.
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In
den letzten Jahren ist ein Brennstoffzellenfahrzeug bekannt geworden,
das von einem Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen Strom
zu einem Motor liefert und durch diesen Motor Räder antreibt. Bei dem Brennstoffzellensystem
wird die elektrische Stromerzeugung in einem Brennstoffzellenstapel
durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff als Brenngas
und Sauerstoff als Reaktionsgas durchgeführt. Hier wird Sauerstoff aus
der Luft durch einen Luftkompressor entnommen, und Wasserstoff wird
aus einem Brennstoffzylinder durch ein Strömungsregelventil geliefert
(vgl. Patentdokument 1).
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Zum
Zwecke der Ausdehnung der Kilometerleistung für einen Brenngasvorrat u.ä. ist der
an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebrachte Brennstoffzylinder mit
Hochdruckwasserstoffgas gefüllt.
In dem mit dem Hochdruckwasserstoffgas gefüllten Brennstoffzylinder ist
neben dem Strömungsregelventil
ein Druckregelventil vorgesehen, um zu verhindern, daß ein interner
Gasdruck ein bestimmter Gasdruck oder mehr ist. Die
EP-A-1 495 955 und die
EP-A-1 495 956 sind
Stand der Technik unter Art. 54(3)EPÜ und können nur für den Zweck der Neuheit betrachtet werden.
Diese Dokumente erwähnen
keinen Gasabgabestutzen. In der
EP-A-1 251 022 ist der Tank unter dem Sitz,
nicht in einem Rahmen vorgesehen. Ein ähnlicher Aufbau ist aus der
JP 2001-313056 bekannt.
Die
US 2003/0094324
A offenbart einen Tank an einem Rahmen.
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[Patentdokument 1]
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- Japanische Offenlegungsschrift
Nr. 2001-130468 (1)
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Im übrigen ist
bei dem Brennstoffzellenfahrzeug, an dem der Brennstoffzylinder
angebracht ist, dann, wenn das Druckregelventil betätigt wird,
um das Wasserstoffgas an die Luft von dem Brennstoffzylinder abzugeben,
bevorzugt, daß das
Wasserstoffgas an die Luft abgegeben wird, mit anderen Worten nach
außerhalb
des Fahrzeugs, während
der Abgabedruck abgesenkt wird und das Brenngas diffundiert wird.
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In
dem oben beschriebenen Dokument in Beziehung mit dem Stand der technik
findet sich jedoch keine Beschreibung, wie das Wasserstoffgas durch
Verwendung des Druckregelventils selbst und durch dessen Betrieb
abzugeben ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde bei Betrachtung der obengenannten Probleme
gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein
Brennstoffzellenfahrzeug vorzusehen, an welchem ein Brennstoffzylinder
angebracht ist, der in der Lage ist, wirksam Brenngas zu diffundieren,
das an die Luft von dem Brennstoffzylinder abgegeben wird, und das
Brenngas an außerhalb
des Fahrzeugs abzugeben.
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Ein
Brennstoffzellenfahrzeug, welches einen Brennstoffzylinder und einen
Brennstoffzellenstapel umfaßt
und durch elektrischen Strom fährt,
der durch Lieferung von Reaktionsgas und Brenngas von dem Brennstoffzylinder
zu dem Brennstoffzellenstapel erhalten wird, umfasst: einen Fahrzeugaufbaurahmen, welcher
den Brennstoffzylinder aus planarer Sicht umgibt und stützt; und
eine Gasablaßeinrichtung,
die in dem Brennstoffzylinder vorgesehen ist, einen Gasabgabestutzen
hat und das Brenngas in dem Brennstoffzylinder durch den Gasabgabestutzen
an die Luft abgibt. In dem Brennstoffzellenfahrzeug ist der Gasabgabestutzen
derart angeordnet, daß er
dem Fahrzeugaufbaurahmen zugewandt ist (die Erfindung nach Anspruch
1).
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Da
nach dieser Erfindung der Gasabgabestutzen so angeordnet ist, daß er dem
Fahrzeugaufbaurahmen zugewandt ist, kann das von dem Brennstoffzylinder
abgegebene Brenngas wirksam diffundiert und nach außerhalb
des Fahrzeugs abgegeben werden kann, indem man das Brenngas auf
den Fahrzeugaufbaurahmen treffen läßt.
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In
diesem Fall kann, da ferner eine Diffusionsführung vorgesehen ist, die in
dem Fahrzeug derart angeordnet ist, daß sie dem Gasabgabestutzen zugewandt
ist, um das von dem Gasabgabestutzen abgegebene Brenngas in mehrere
Richtungen zu diffundieren, das Brenngas wirksam durch die Diffusionsführung diffundiert
werden (die Erfindung nach Anspruch 2).
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Darüber hinaus
ist ein konkaves Teil in der Diffusionsführung, das der Gasablaßeinrichtung
zugewandt ist, und mehrere Öffnungen
sind in dem konkaven Teil vorgesehen, durch welche ein Teil des Brenngases
strömt.
Demnach wird das abgegebene Brenngas durch das konkave Teil diffundiert,
trifft auf den Fahrzeugaufbaurahmen durch die Öffnungen und wird von dem Fahrzeugaufbaurahmen
diffundiert. Das Brenngas kann also wirksamer diffundiert werden
(die Erfindung nach Anspruch 3).
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Es
sei bemerkt, daß das
Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugaufbauabdeckung
umfaßt,
die den Fahrzeugaufbaurahmen abdeckt, der den Brennstoffzylinder
umgibt und stützt.
Außerdem
ist eine Öffnung
zur Abgabe des von dem Fahrzeugaufbaurahmen oder der Diffusionsführung an
die Luft außerhalb
der Fahrzeugaufbauabdeckung diffundierten Brenngases nahe dem Fahrzeugaufbaurahmen,
auf den das Brenngas trifft, oder der Diffusionsführung in
der Fahrzeugaufbauabdeckung vorgesehen. Das von dem Fahrzeugaufbaurahmen
diffundierte Brenngas, das von der Diffusionsführung diffundierte Brenngas
oder das von der Diffusionsführung
sowie dem Fahrzeugaufbaurahmen diffundierte Brenngas kann also wirksam
nach außerhalb
des Fahrzeugs von der Öffnung
der Fahrzeugaufbauabdeckung abgegeben werden (die Erfindung nach
Anspruch 4).
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Hier
ist bevorzugt, daß die
Gasablaßeinrichtung
Druckregelventil ist, welches das Brenngas abgibt, indem der Gasabgabestutzen
automatisch geöffnet
wird, wenn ein Brenngasdruck in dem Brennstoffzylinder einen vorbestimmten
Wert überschreitet (die
Erfindung nach Anspruch 5). In dem Druckregelventil werden beispielsweise
eine Federspannung und der interne Brenngasdruck entgegengesetzt
auf den Ventilkörper
aufgebracht, und das Druckregelventil hat eine Funktion des Öffnens des
Ventilkörpers
und des Freisetzens eines übermäßigen Drucks an
die Luft, wenn der Brenngasdruck die Federspannung überschreitet.
Es kann also verhindert werden, daß der Druck in dem Brennstoffzylinder
mehr als nötig
ansteigt.
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Nach
der vorliegenden Erfindung kann in dem Brennstoffzellenfahrzeug,
an welchem der Brennstoffzylinder angebracht ist, das Brenngas wirksam
diffundiert und nach außerhalb
des Fahrzeugs abgegeben werden, indem man das Brenngas, das von dem
Brennstoffzylinder durch den Gasabgabestutzen der Gasablaßeinrichtung
abgegeben wird, auf den Fahrzeugaufbaurahmen oder die Diffusionsführung treffen
läßt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise weggelassene Seitenansicht eines Brennstoffzellenmotorrades
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine teilweise weggelassene Perpektivansicht des Brennstoffzellenmotorrades
nach der in 1 gezeigten Ausführungsform;
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3 ist
ein schematisches Diagramm einer Fahrzeuaufbaurahmenstruktur;
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4 ist
eine Vorderansicht, die einen Brennstoffzylinder und obere Rahmen
zeigt, die den Brennstoffzylinder stützen;
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5 ist
eine teilweise weggelassene Seitenansicht eines Ladermoduls aus
der Sicht von diagonal rechts vor dem Fahrzeugaufbau;
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6 ist
eine teilweise weggelassene Seitenansicht eines Ladermoduls aus
der Sicht von diagonal links vor dem Fahrzeugaufbau;
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7 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Luftreinigers;
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8 ist
eine Seitenansicht, die eine Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems
zeigt;
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9 ist
eine Draufsicht, welche die Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems
zeigt;
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10 ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie X-X eines Brennstoffzellenkastens;
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11 ist
eine Querschnittsansicht längs der
Linie X-X eines Brennstoffzellenkastens;
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12 ist
eine Draufsicht zur Erläuterung der
Anordnung des Gasdiffusionsmechanismus;
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13 ist
eine Perspektivansicht zur Erläuterung
der Anordnung und der Operationen eines Gasdiffusionsmechanismus;
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14 ist
eine Perspektivansicht eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das von
einer Fahrzeugaufbauabdeckung abgedeckt wird;
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15 ist
eine Perspektivansicht zur Erläuterung
der Anordnung und der Operationen eines Gasdiffusionsmechanismus
nach einer weiteren Ausführungsform;
und
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16 ist
eine Perspektivansicht zur Erläuterung
der Anordnung und der Operationen eines Gasdiffusionsmechanismus
nach noch einer weiteren Ausführungsform.
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Unter
Bezug auf die Zeichnungen wird im folgenden eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist
eine teilweise weggelassene Seitenansicht, die eine Ausgestaltung
eines Brennstoffzellenmotorrades 10 zeigt, auf das eine
Ausführungsform
eines Brennstoffzellenfahrzeugs der vorliegenden Erfindung angewandt
ist. 2 ist eine Perspektivansicht des Brennstoffmotorrades 10. 3 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Rahmenwerk eines Fahrzeugaufbaurahmens 12 des Brennstoffzellenmotorrades 10 zeigt. 4 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das einen Zustand zeigt, wo der Fahrzeugaufbaurahmen 12 einen
Brennstoffzylinder 14 stützt.
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Wie
hauptsächlich
in 3 gezeigt, umfaßt der Fahrzeugaufbaurrahmen 12 im
wesentlichen: ein Kopfrohr 16; einen linken und einen rechten
oberen Unterrahmen 18L und 18R, die sich schräg nach unten
von dem Kopfrohr 16 als einem Ausgangspunkt (ein Ende)
erstrecken; einen linken und einen rechten unteren Unterrahmen 20L und 20R,
die sich nach unten von dem Kopfrohr 16 als einem Ausgangspunkt (obere
Enden) unter den oberen Unterrahmen 18L und 18R erstrecken;
einen linken und einen rechten oberen Rahmen 22L und 22R,
die sich etwa von dem Zentrum der unteren Unterrahmen 20L und 20R schräg nach oben
erstrecken und mit denen die anderen Enden der oberen Unterrahmen 18L und 18R in
der Mitte verbunden sind; einen linken und einen rechten unteren
Rahmen 24L und 24R, die sich von den unteren Enden
der unteren Unterrahmen 20L und 20R unter den
oberen Rahmen 22L und 22R zurück erstrecken; einen ringförmigen Rahmen 26,
der eine in etwa vierkantartige Struktur hat und mit seinen vier
Ecken hintere Enden der oberen Rahmen 22L und 22R und
die unteren Rahmen 24L und 24R stützt; und
einen oberen Verbindungsrahmen 30 und einen unteren Verbindungsrahmen 32,
welche die unteren Unterrahmen 20L bzw. 20R an
Positionen verbinden, wo die oberen Rahmen 22L und 22R und die
unteren Rahmen 24L und 24R damit verbunden sind.
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Der
Fahrzeugaufbaurahmen 12 umfaßt ferner eine Rückplatte,
die sich von den hinteren Enden der unteren Rahmen 24L und 24R.
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Wie
hauptsächlich
in 1 gezeigt, sind eine linke und eine rechte Vordergabel 34,
die eine Vorderrad FW derart stützen,
daß es
durch eine Brücke 17 drehbar
ist, mit dem Kopfrohr 16 verbunden. Ein Lenker 36 ist
mit den Vordergabeln 34 so verbunden, daß er durch
die Brücke 17 lenkbar
ist. Unter der Rückplatte 28 werden
ein linker und ein rechter Schwenkrahmen 38 derart gestützt, daß sie durch Verwendung
einer Welle 40 als Abstützpunkt schwenkbar
sind, und ein Hinterrad RW als Antriebsrad wird an hinteren Enden
der Schwenkrahmen 38 gestützt. Es sei bemerkt, daß in dem
Hinterrad RW ein (nicht gezeigter) Motor integral aufgenommen ist, der
von in einem Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen Strom
angetrieben wird.
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Das
Brennstoffzellensystem ist in dem Brennstoffzellenmotorrad 10 aufgenommen.
Dieses Brennstoffzellensystem umfaßt im wesentlichen: einen Brennstoffzellenstapel 42,
der Elektrizität
(Ströme)
durch Reaktion zwischen Brenngas (Wasserstoffgas), das an eine Anodenelektrode
geliefert wird, und Reaktionsgas (Sauerstoffgas) erzeugt, das an eine
Kathodenelektrode geliefert wird; einen Brennstoffzellenkasten 44,
in welchen der Brennstoffzellenstapel 42 eingebaut ist;
einen Brennstoffzylinder (Wasserstoffzylinder) 14, der
das an den Brennstoffzellenstapel 42 in dem Brennstoffzellenkasten 44 zu liefernde
Brenngas in einem Hochdruckzustand speichert; und ein Rohrleitungssystem 46,
das die Außenluft
(Luft) aufnimmt, die in den Brennstoffzellenkasten 44 als
das Reaktionsgas, Spülgas
und Kühlmittelgas
zu liefern ist. Das Brennstoffzellensystem umfaßt ferner als Hilfskraft mehrere
Sekundärbatterien 47 und 48 und
eine Brennstoffzelle 49.
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Der
Brennstoffzylinder 14 ist an einer Vorderseite eines Fahrersitzes 52 entlang
des linken und des rechten oberen Rahmens 22L und 22R derart angebracht,
daß er
von den oberen Rahmen 22L und 22R dazwischen gestützt wird.
Genauer ist der Brennstoffzylinder 14 in einer zurückgelehnten
Haltung angebracht, in welcher eine Ventilanordnung 50 nach
hinten gewandt ist, und ein Ende (vorderes Ende) des Brennstoffzylinders
an der Ventilanordnung 50 liegt höher als das andere Ende (hinteres
Ende). Es sei bemerkt, daß die
in dem Brennstoffzylinder 14 vorgesehene Ventilanordnung 50 umfaßt: ein
Absperrventil 54, zu dem Wasserstoff unter Hochdruck in
einer Wasserstofftankstelle und ähnlichem
geliefert wird; ein Strömungsregelventil 56,
das die Strömungsrate
des an den Brennstoffzellenstapel 42 gelieferten Brenngases
reguliert; und ein Druckregelventil 58 als eine Gasablaßeinrichtung
mit einem Gasabgabestutzen 59, das automatisch geöffnet wird,
wenn ein interner Gasdruck einen bestimmten Gasdruck oder mehr erreicht.
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Wie
in 4 gezeigt, sind der linke und der rechte obere
Rahmen 22L und 22R derart ausgebildet, daß ein Raum
zwischen beiden in einem unteren Abschnitt schmaler als in einem
oberen Abschnitt wird. Der Brennstoffzylinder 14 kann also
in der zurückglehnten
Haltung gestützt
werden. An Kontaktflächen
der oberen Rahmen 22L und 22R ist ein stoßdämpfendes
Element 45 befestigt. Es sei bemerkt, daß die Flächen der
oberen Rahmen 22L und 22R, die den Brennstoffzylinder 14 stützen, eine
in etwa plattenförmige
Gestalt haben. Der Brennstoffzylinder 14 wird von den oberen
Rahmen 22L und 22R durch Verwendung von Bindemetallbändern 60 und 62 fest
gehalten (vgl. 1 und 2).
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In
dem Zustand, wo der Brennstoffzylinder 14 von den oberen
Rahmen 22L und 22R gehalten wird, wie dies durch
die gestrichelte Linie in 3 angedeutet
ist, ist der Brennstoffzylinder 14 aus planarer Sicht in
Achsenrichtung angeordnet, und die vordere und die hintere Seite
des Brennstoffzylinders 14 sind durch eine obere Seite
des ringförmigen
Rahmens 26 bzw. des oberen Verbindungsrahmens 30 geschützt. Darüber hinaus
sind die linke und die rechte Seite des Brennstoffzylinders 14 durch
die oberen Rahmen 22L und 22R geschützt. Genauer
ist der Brennstoffzylinder 14 aus planarer Sicht von einem
dicken, bandartigen Rahmen umgeben und geschützt, der die obere Seite des
ringförmigen
Rahmens 26, den oberen Verbindungsrahmen 30 und
die oberen Rahmen 22L und 22R umfaßt, die
alle den Fahrzeugaufbaurahmen 12 bilden. Darüber hinaus wird
der Brennstoffzylinder 14 von den oberen Rahmen 22L und 22R durch
Verwendung der Bindemetallbänder 60 und 62 fest
gehalten (vgl. 1 und 2).
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Unter
dem Brennstoffzylinder 14 ist der Brennstoffzellenkasten 44 befestigt
und durch Klammern 64 und 66 aufgehängt, die
an vier Stellen (jeweils zwei vorne und hinten) der oberen Rahmen 22L und 22R vorgesehen
sind, so daß der
Brennstoffzellenkasten 44 zwischen den unteren Rahmen 24L und 24R positioniert
ist und parallel zu einer geraden Linie liegt, die eine Drehachse
des Vorderrades FW verbindet, und diese gerade Linie überlappt.
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Die
Sekundärbatterien 47 und 48 und
die Brennstoffzelle 49 als die Hilfsenergiequelle sind
verteilt vorne im Fahrzeug bzw. hinten im Fahrzeug und unter dem
Sitz 52 angeordnet. Hinten am Sitz 52 ist ein
elektrisches Bauteil 68 angebracht, das einen Herunterwandler
zum Umwandeln einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems
in eine Spannung für
eine Hilfsmaschine, z.B. 12V, und eine ECU (elektronische
Steuereinheit) zum Steuern des gesamten Brennstoffzellenmtorrades 10 umfaßt.
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Darüber hinaus
ist im vorderen Teil des Fahrzeugaufbaus ein Ladermodul 70 an
einem vorderen Rohr 72 befestigt, das sich von dem Kopfrohr 16 nach
vorne erstreckt, wobei das Ladermodul 70 als ein Luftkompressor
funktioniert, um Luft aufzunehmen und die Luft zwangsweise als das
Spülgas,
Reaktionsgas und Kühlmittelgas
zu dem Brennstoffzellenkasten 44 zu liefern.
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5 ist
ein Diagramm, welches das Ladermodul 70 aus der Sicht von
diagonal rechts vor dem Fahrzeugaufbau zeigt. 6 ist
ein Diagramm, welches das Ladermodul 70 aus der Sicht von
diagonal links vor dem Fahrzeugaufbau zeigt.
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Das
Ladermodul 70 umfaßt
im wesentlichen: einen Laderhauptkörper 75 mit einem
Ladermotor 74 und einem (nicht gezeigten) Ladergebläse, die
von dem elektrischen Bauteil 68 gesteuert werden; einen Luftreiniger 78;
und ein Ansaugrohr 80, das den Laderhauptkörper 75 und
den Luftreiniger 78 miteinander verbindet.
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Wie
in 7 gezeigt, umfaßt der Luftreiniger 78 ein
Luftfilter 78c in einem Gehäuse, das aus einem rechen Gehäuse 78a und
einem linken Gehäuse 78b besteht.
In einer unteren Endfläche
des rechten Gehäuses 78 ist
ein Einlaßstutzen 81 zum
Aufnehmen der Luft vorgesehen, und in einer Hauptfläche des
linken Gehäuses 78b ist
ein Auslaßstutzen 82 vorgesehen.
Das Ansaugrohr 80 ist mit dem Auslaßstutzen 82 verbunden.
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Wie
in 5 gezeigt, ist der Luftreiniger 78 an
dem Fahrzeugaufbau in einem Zustand befestigt, wo der Einlaßstutzen 81 nach
unten und diagonal rechts von dem Fahrzeugaufbau gerichtet ist.
In einer Seite des Luftreinigers 78 ist ein Kerbenteil 78d vorgesehen,
und in diesem Kerbenteil 78d ist der Ladermotor 74 des
Laderhauptkörpers 75 vorgesehen.
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Wenn
der Laderhauptkörper 75 betrieben wird,
wird der Druck in dem Ansaugrohr 80 ein negativer Druck,
und die Luft wird aus dem Einlaßstutzen des
Luftreinigers 78 eingesaugt. Diese Luft wird durch den
Luftfilter 78c in dem Luftreiniger 78 gefiltert und
danach aus dem Auslaßstutzen 82 in
das Ansaugrohr 80 gesaugt. Dann wird die Luft zu einem Gebläsekanal 76 durch
den Ladermotor 74 geliefert.
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Wenn
ein nicht veranschaulichter Zündschalter
eingeschaltet wird, wird das Ladermodul 70 angetrieben,
und Ansaugen und Druckzufuhr der Luft werden gestartet.
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In
diesem Fall wird, wie in 8 gezeigt, die Luft als das
Spülgas
in den Brennstoffzellenkasten 44 durch einen Spülgasversorgungspfad 87 von
einem stromaufwärts
gelegenen Umgehungsventil 84 des Gebläsekanals 76 eingebracht.
Da gleichzeitig ein stromabwärts
abgelegenes Umgehungsventil 86 geöffnet wird, wird die Luft zu
dem Brennstoffzellenstapel 42 durch einen Reaktionsversorgungspfad 88 (vgl.
auch 9) und durch einen Kühlmittelgasversorgungspfad 90 geliefert.
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Dabei
wird eine Stapeltemperatur Tbat des Brennstoffzellenstapels 42 ständig von
einem nicht veranschaulichten Temperatursensor gemessen. Wenn der
Zündschalter
abgeschaltet wird, wird die Stapeltemperatur Tbat mit einer vorbestimmten
Bezugstemperatur Tref verglichen. Das stromabwärts gelegene Umgehungsventil 86 wird
auf folgende Weise gesteuert. Genauer, wenn Tbat < Tref ist, wird die
von dem Gebläsekanal 76 gelieferte
Luft weder zu dem Reaktionsgasversorgungspfad 88 noch zu dem
Kühlmittelgasversorgungspfad 90 geliefert,
und wenn Tbat ≥ Tref
ist, wird die Lieferung der Luft zu dem Reaktionsgasversorgungspfad 88 angehalten, und
nur die Lieferung zu dem Kühlmittelgasversorgungspfad 90 wird
fortgeführt.
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Mit
dem Brennstoffzellenkasten 44 sind ferner ein Spülgasauslaßpfad 92 zum
Abgeben des Spülgases
und ein Wasserstoffauslaßpfad
zum Abgeben von gereinigtem Brenngas (Wasserstoffgas) verbunden.
Andere Enden der jeweiligen Pfade sind mit einem Schalldämpfer 96 verbunden,
der auch als ein Verdünnungskasten
für Wasserstoff
funktioniert. Das Spülgas
und das gereinigte Wasserstoffgas werden von dem Schalldämpfer 96 gemischt
und an die Luft abgegeben.
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Wie
in 8 gezeigt, sind der Brennstoffzylinder und der
Brennstoffzellenkasten miteinander durch einen Brenngasversorgungspfad 98 verbunden,
und durch diesen Brenngasversorgungspfad 98 wird das Brenngas
zu dem Brennstoffzellenstapel in dem Brennstoffzellenkasten 44 aus
dem Brennstoffzylinder 14 geliefert. Spannungen der jeweiligen
in dem Brennstoffzellenstapel 42 aufgenommenen Zellen werden
konstant überwacht,
und selbst eine der Spannungen unter eine Bezugsspannung abfällt, wird
eine Wasserstoffreinigung durchgeführt, um den vorbestimmten Stromerzeugungswirkungsgrad
oder mehr sicherzustellen.
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10 und 11 sind
Querschnittsansichten des Brennstoffzellenkastens längs der
Linie X-X bzw. der Linie XI-XI.
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In
dem Brennstoffzellenkasten 44 wird der in etwa quaderförmige Brennstoffzellenstapel 42 auf solche
Weise gestützt,
daß ein
Raum zum Spülen zwischen
sechs Seiten davon und den Kastengehäusen 44a und 44b gesichert
ist. Die als das Spülgas
in den Brennstoffzellenkasten 44 von dem Spülgasversorgungspfad 87 eingebrachte
Luft wird aus dem Spülgasauslaßpfad 92 nach
dem Spülen
des Gases abgegeben, der in dem Raum zwischen den Kastengehäusen 44a und 44b und
dem Brennstoffzellenstapel 42 bleibt.
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13 ist
eine Perspektivansicht, die schematisch eine Ausgestaltung eines
Gasdiffusionsmechanismus 100 zeigt, der die den Brennstoffzylinder 14 bildende
Ventilanordnung 14 und die oberen Rahmen 22L und 22R in
dem Ventilaufbaurahmen 12 umfaßt.
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12 ist
eine schematische Draufsicht zur Erläuterung des Gasdiffusionsmechanismus.
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Der
Gasdiffusionsmechanismus 100 umfaßt das Druckregelventil 58,
eine Diffusionsführung 102 und
den oberen Rahmen 22R, der in dem Fahrzeugaufbaurahmen 12 aufgenommen
ist. Hier umfaßt
das Druckregelventil 58 als die Gasablaßeinrichtung, die an der Ventilanordnung 50 des
Brennstoffzylinders 14 befestigt ist, den Gasabgabestutzen 59,
und dieser Gasabgabestutzen 59 ist derart angeordnet, daß er der
Diffusionsführung 102 zugewandt
ist, die in dem oberen Rahmen 22R zugewandt ist.
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Die
Diffusionsführung 102 hat
eine Schalenform, und eine Fläche,
die dem Gasabgabestutzen 59 zugewandt ist, ist als ein
konkaves Teil 104 ausgebildet. An vier Stellen dieses konkaven
Teils 104 sind Öffnungen 106 vorgesehen.
Die Öffnungen 106 sind entlang
einer Richtung parallel zu dem oberen Rahmen 22R und entlang
einer dazu orthogonalen Richtung geöffnet. Hier ist ein Durchmesser
L2 der Diffusionsführung 102 größer als
derjenige des Gasabgabestutzens 59. Genauer ist eine Größe der Diffusionsführung 102 auf
eine solche Größe eingestellt, daß das von
dem kegelförmigen
Gasabgabestutzen 59 abgegebene Brenngas diffundiert wird,
nachdem es stets auf die Diffusionsführung 102 trifft.
Eine Breite L1 einer Befestigungsfläche für die Diffusionsführung 102 in
dem oberen Rahmen 22R ist größer als der maximale Durchmesser
L2 der Diffusionsführung 102.
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Es
sei bemerkt, daß die
Diffusionsführung 102 beispielsweise
auf einen Buckel geschraubt ist, der in dem oberen Rahmen 22R durch
dessen schalenförmigen
Boden vorgesehen ist. Die Diffusionsführung 102 kann eine
Ausgestaltung haben, bei welcher die Diffusionsführung 102 durch Verwendung von
zwei Schrauben an zwei Buckeln festgelegt ist und damit ihre Drehung
verhindert ist. Darüber
hinaus kann auch folgende Ausgestaltung übernommen werden. Genauer ist
ein schraubenartiger Vorsprung mit unregelmäßiger Form wie eine Schraube
mit einem Vierkantkopf in dem oberen Rahmen 22R vorgesehen,
und dieser schraubenartige Vorsprung ist in einen konkaven Teil
gepreßt,
der im Boden der Diffusionsführung 102 vorgesehen
ist und eine Gestalt hat, die der Schraube mit der unregelmäßigen Gestalt
entspricht. Die Diffusionsführung 102 ist
also durch eine Operation mit einmaliger Berührung festgelegt.
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Das
Druckregelventil 58 ist ein Druckregelventil zum Begrenzen
des maximalen Drucks des Brennstoffzylinders 14. Bei dem
Druckregelventil 58 werden beispielsweise eine Federspannung
und der interne Brenngasdruck entgegengesetzt auf den Ventilkörper aufgebracht,
und das Druckregelventil 58 hat eine Funktion, nämlich den
Ventilkörper
zu öffnen,
und den Teil des Brenngases abzugeben, der äqivalent zu einem übermäßigen Druck
durch den Gasabgabestutzen 50 ist, wie dies durch den Pfeil 110 angegeben
ist, wenn der interne Brenngasdruck die Federspannung überschreitet.
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Der
Druck des von dem Gasabgabestutzen 59 in Richtung des Pfeils 110 abgegebenen
Hochdruckbrenngases ist abgeschwächt,
wenn es auf den konkaven Teil 104 der Diffusionsführung 102 trifft. Darüber hinaus
ist der Druck des Brenngases weiter abgeschwächt, wenn es entlang des konkaven
Teils 104 radial diffundiert wird, wie dies durch den Pfeil 111 angegeben
ist. Danach wird das Brenngas an die Luft abgegeben. Ein Teil des über die Öffnungen 106 durch
die Diffusionsführung 102 strömenden Gases trifft
auf eine in etwa plattenartige Wandfläche des oberen Rahmens 22R und
wird weiter abgeschwächt und
korrigiert. Demnach wird das Gas, wie durch den Pfeil 112 angegeben,
entlang der Wandfläche
diffundiert und radial an die Luft abgegeben. Wie oben beschrieben,
ist die Kraft des Hochdruckbrenngases abgeschwächt, das auf den oberen Rahmen 22R und die
Diffusionsführung 102 getroffen
ist, und es wird rasch und wirksam in jeweiligen Richtungen diffundiert.
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Wie
in 14 gezeigt, heißt dies praktisch, daß das Brennstoffzellenmotorrad 10 mit
einer Fahrzeugaufbauabdeckung 120 abgedeckt ist, die eine vordere
Verkleidung 120, eine zentrale Verkleidung 122 sowie
eine linke und eine rechte Seitenverkleidung 124L und 124R umfaßt. Indem
also Öffnungen 128L und 128R an
Stellen, wo das Brenngas diffundiert wird, in der Nähe der Diffusionsführung 102 der linken
und der rechten Seitenverkleidung 124L und 124R vorgesehen
sind, kann das von der Diffusionsführung 102 und dem
oberen Rahmen 22R diffundierte Brenngas wirksam und schnell
nach außerhalb des
Fahrzeugs abgegeben werden.
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Es
sei bemerkt, daß,
wie dies in 15 gezeigt ist, selbst dann,
wenn ein Gasdiffusionsmechanismus 100A eine Ausgestaltung
hat, bei welcher ohne die Diffusionsführung der Gasabgabestutzen 59 des
Druckregelventils 58 derart angeordnet ist, daß es der
Wandfläche
des oberen Rahmens 22F direkt zugewandt ist, das aus dem
Gasabgabestutzen 59 abgegebene Brenngas direkt auf den
oberen Rahmen 22F trifft und in allen Richtungen diffundiert
wird, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Es läßt sich also
ein bestimmter Diffusionseffekt erhalten. In diesem Fall ist die
Breite L1 des oberen Rahmens 22R auf eine solche Breite
eingestellt, daß das
aus dem Gasabgabestutzen 59 abgegebene Brenngas unter Hochdruck
diffundiert wird, nachdem es stets auf den oberen Rahmen 22R trifft.
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In 16 ist
darüber
hinaus gezeigt, daß selbst
dann, wenn ein Gasdiffusionsmechanismus 100B eine Ausgestaltung
hat, bei welcher eine Diffusionsführung 113, die keine Öffnungen 106 hat
und ihre gesamte Fläche
als ein konkaves Teil verwendet, derart angeordnet ist, daß sie dem
Gasabgabestutzen 59 zugewandt ist, das aus dem Gasabgabestutzen
abgegebene Brenngas auf die Diffusionsführung 113 trifft und
in alle Richtungen diffundiert wird. Es läßt sich also ein bestimmter
Diffusionseffekt erhalten.
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In
diesem Fall ist, was vergleichsweise die Vor- und Nachteile der
Gasdiffusionsmechanismen 100, 100A und 100B angeht,
die wirksamste Diffusion durch Verwendung eines Gasdiffusionsmechanismus 100 in
dem in 13 gezeigten Beispiel möglich, bei
welchem die Diffusionsführung 102 mit
den Öffnungen 106 in
dem Fahrzeugaufbaurahmen (dem oberen Rahmen 22R) vorgesehen
ist. Nach dem obengenannten Mechanismus ist die wirksame Diffusion
in der Reihenfolge möglich:
der Gasdiffusionsmechanismus 100B in dem in 16 gezeigten
Beispiel, bei welchem die Diffusionsführung 13 ohne Öffnungen
in dem Fahrzeugaufbaurahmen (dem oberen Rahmen 22R) vorgesehen
ist, und der Gasdiffusionsmechanismus 100A in dem in 15 gezeigten
Beispiel, bei welchem das abgegebene Gas nur durch den Fahrzeugaufbaurahmen
(den oberen Rahmen 22R) diffundiert wird. Welcher aus den
Gasdiffusionsmechanismen 100, 100A und 100B zu
verwenden ist, läßt sich
bestimmen, indem der Abgabedruck aus dem Gasabgabestutzen 59,
die Gestalt des oberen Rahmens 22 und ähnliches berücksichtigt
werden.
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Es
sei bemerkt, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
begrenzt ist. Selbstverständlich
können
auf der Grundlage der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verschiedene
Ausgestaltungen übernommen werden.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung neben dem Brennstoffzellenmotorrad 10 ähnlich auf ein
dreirädriges
oder vierrädriges
Brennstoffzellenfahrzeug anwendbar.
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- 12
- Fahrzeugaufbaurahmen
- 14
- Brennstoffzylinder
- 22L,
22R
- oberer
Rahmen
- 50
- Ventilanordnung
- 58
- Druckregelventil
- 59
- Gasabgabestutzen
- 100,
100A, 100B
- Gasdiffusionsmechanismus
- 102,
113
- Diffusionsführung
- 104
- Konkaves
Teil
- 106
- Öffnung