ITTO20010995A1 - Automobile a quattro ruote azionata da una cella a combustibile. - Google Patents

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ITTO20010995A1
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chassis
tank
methanol
water
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IT2001TO000995A
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Nobuaki Komuro
Hidenori Nagura
Noboru Yamashita
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Honda Motor Co Ltd
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile, avente uno chassis che, visto dall'alto, è di forma rettangolare con quattro ruote posizionate ai rispettivi quattro angoli di questo, un sedile di guida disposto sostanzialmente centralmente sullo chassis, un fondo piatto montato sullo chassis davanti al sedile di guida, ed un motore elettrico per movimentare l'automobile a quattro ruote.
Un'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile è nota dal brevetto giapponese aperto al pubblico n. Hei 3-109126, intitolato "Automobile elettrica con cella a combustibile" .
Secondo la figura 1 della pubblicazione suddetta, la disposizione descritta è un'automobile elettrica avente come sorgente di energia una cella a combustibile 13 (il riferimento numerico proviene dalla pubblicazione) , disposta al disotto di una regione centrale di uno chassis 2.
Per utilizzare la cella a combustibile 13, sono necessari un serbatoio atto ad immagazzinare metanolo, una unità di reforming atta a generare idrogeno, ed una batteria secondaria atta ad immagazzinare l'elettricità generata, in aggiunta alla cella a combustibile 13, come descritto nel seguito. La collocazione della cella a combustibile 13, dell'unità di reforming, e della batteria secondaria è di grande importanza nella loro installazione su un'automobile a quattro ruote. Un esempio di sistema con cella a combustibile basato sui principi della generazione di energia elettrica mediante una cella a combustibile verrà descritto nel seguito.
Le figure 6 (a) e 6 (b) sono viste illustrative dei principi della generazione di energia elettrica mediante una cella a combustibile. La figura 6(a) illustra i principi di un'elettrolisi dell'acqua, e la figura 6 (b) illustra i principi della generazione di energia elettrica mediante una cella a combustìbile .
Nella figura 6(a), acqua (H2O) con un elettrolita come l'acido solforico (H2S04) in soluzione è presente in un serbatoio d'acqua 101, ed elettrodi 102, 103 di platino o simile sono immersi nel serbatoio d'acqua 101. Gli elettrodi 102, 103 sono coperti da rispettive scatole 104, 105, e una sorgente di corrente continua 106 è collegata fra gli elettrodi 102, 103. Secondo i ben noti principi dell'elettrolisi dell'acqua, un gas d'ossigeno (O2) è generato all'elettrodo 103 che agisce da elettrodo negativo, ed un gas di idrogeno (H2) è generato all'elettrodo 102 che agisce da elettrodo positivo. Le frecce (e') indicano un flusso di cariche, e le frecce (H+) indicano un flusso di ioni idrogeno.
Nella figura 6 (b), che illustra un processo che è l'inverso del processo illustrato nella figura 6(a), un gas d'ossigeno (O2) è presente in una scatola 104, ed un gas di idrogeno (H2) è presente nell'altra scatola 105, ed un carico 107 è collegato fra gli elettrodi 102, 103. Quando il gas d'ossigeno (O2) ed il gas di idrogeno (H2) sono sottoposti ad una reazione elettrochimica in acqua (H2O) con un elettrolita come l'acido solforico (H2S04) in soluzione, una corrente fluisce attraverso il carico 107. Il gas d'ossigeno (O2) ed il gas di idrogeno (H2) sono combinati in acqua (H2O).
L'inverso dell'elettrolisi dell'acqua illustrato nella figura 6(a) rappresenta i principi della generazione di energia elettrica mediante una cella a combustibile. Un sistema con cella a combustibile verrà descritto nel seguito.
La figura 7 è un diagramma a blocchi che illustra a titolo esemplificativo un sistema con cella a combustibile. Un sistema con cella a combustibile 110 comprende un serbatoio del combustibile 111 atto ad immagazzinare metanolo, un'unità di reforming 112, atta a generare idrogeno dal metanolo e dall'acqua, una cella a combustibile 113, atta a provocare una reazione elettrochimica dell'idrogeno generato dall'unità di reforming 112 con l'ossigeno nell'aria, una prima pompa 115, atta a fornire aria dell 'amtosfera attraverso un filtro dell'aria 114 nella cella a combustibile 113, una seconda pompa 116, atta a fornire idrogeno dall'unità di reforming 112 nella cella a combustibile 113, un catalizzatore 117, atto a ricevere un vapor d'acqua scaricato dalla cella a combustibile 113 ed un gas di anidride carbonica prodotto dall'unità di reforming 112 e condotto attraverso la cella a combustibile 113 e a ridurre la quantità di gas di anidride carbonica, un serbatoio dell'acqua 118, atto a raccogliere l'acqua scaricata dal catalizzatore 117, una batteria secondaria 119 atta ad immagazzinare l'elettricità generata dalla cella a combustibile 113, ed un motore 122 collegato alla batteria secondaria 119 attraverso un circuito di controllo 121. La batteria secondaria 119 accumula inoltre l'elettricità generata dal motore 122.
Nella figura 7, la freccia bianca (CH3OH) rappresenta un flusso di metanolo, la freccia bianca (H2) un flusso di gas di idrogeno, la freccia bianca (O2) un flusso di gas di ossigeno, la freccia bianca (H2O+CO2) un flusso di vapor d'acqua e di gas di anidride carbonica, e la freccia bianca (H2O) un flusso d'acqua.
Come sopra descritto, per la cella a combustibile 113 come sorgente di energia di un'automobile a quattro ruote (non illustrata) , sono necessari il serbatoio del combustibile 111 per immagazzinare metanolo, l'unità di reforming 112 per generare idrogeno, e la batteria secondaria 119 per immagazzinare l'elettricità generata dalla cella a combustibile 113 . Per installare il serbatoio del combustibile 111, l'unità di reforming 112, e la cella a combustibile 113 sull'automobile a quattro ruote, è necessario tenere in conto il bilanciamento dei pesi, i servizi di manutenzione, dettagli di progetto o simili, e deve essere esaminata una varietà di proposte di disposizione per il sistema con cella a combustibile 110.
Uno scopo della presente invenzione è quindi di provvedere una tecnologia per disporre in modo ottimale una cella a combustibile, una unità di reforming, od una batteria secondaria nell'installazione di una cella a combustibile su un'automobile a quattro ruote.
Per ottenere lo scopo suddetto, un'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la rivendicazione 1 ha uno chassis che visto dall'alto ha una forma rettangolare con quattro ruote posizionate ai rispettivi quattro angoli di questo, un sedile di guida disposto sostanzialmente centralmente sullo chassis, un fondo piatto montato sullo chassis davanti al sedile di guida, ed un motore elettrico per movimentare l 'automobile a quattro ruote, caratterizzata da un serbatoio atto ad accumulare metanolo e acqua, disposto al disotto del fondo, un'unità di reforming atta a generare idrogeno dal metanolo e dall'acqua forniti dal serbatoio, disposta al disotto del fondo, una cella a combustibile atta a generare elettricità da una reazione elettrochimica dell'idrogeno generato dall'unità di reforming con l'ossigeno dell'aria, disposta al disotto del fondo ed una batteria secondaria, atta ad accumulare l'elettricità generata dalla cella a combustibile, disposta al disotto del fondo .
Il metanolo e l'acqua sono forniti dal serbatoio all'unità di reforming, che genera idrogeno dal metanolo e dall'acqua. L'idrogeno generato è fornito alla cella a combustibile, che genera elettricità. L'elettricità generata è fornita al motore elettrico per far girare il motore elettrico, movimentando così l'automobile a quattro ruote.
Poiché il serbatoio, l'unità di reforming, la cella a combustibile, e la batteria secondaria sono disposti al disotto del fondo, i meccanismi per generare elettricità dall'aria, dal metanolo e dall'acqua sono centralizzati. Di conseguenza, la funzione di generare elettricità dall'aria, dal metanolo e dall'acqua può essere ospitata in una sola unità, ed i componenti, comprendendo il serbatoio, l'unità di reforming, la cella a combustibile e la batteria secondaria, possono essere resi compatti. Secondo la rivendicazione 2, l'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile è caratterizzata dal fatto che la cella a combustibile e il motore elettrico sono disposti rispettivamente sui lati sinistro e destro oppure destro e sinistro rispetto ad una linea centrale che divide lo chassis in porzioni sinistra e destra.
E' importante mantenere bilanciato il peso dello chassis dell'automobile a quattro ruote. Il peso dello chassis è mantenuto in un buon bilanciamento posizionando la cella a combustibile ed il motore elettrico rispettivamente sui lati sinistro e destro oppure destro e sinistro rispetto alla linea centrale che divide lo chassis nelle porzioni sinistra e destra.
Una forma di realizzazione della presente invenzione verrà descritta nel seguito con riferimento ai disegni allegati.
La figura 1 è una vista in prospettiva di un'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione.
La figura 2 è una vista in prospettiva esplosa del sistema di potenza dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione.
La figura 3 è una vista in prospettiva dell'unità della cella a combustibile dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione.
La figura 4 è una vista illustrativa di un primo modo di funzionamento dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione.
La figura 5 è una vista illustrativa di un secondo modo di funzionamento dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione.
Le figure 6(a) e 6(b) sono viste illustrative dei principi della generazione di energia elettrica mediante una cella a combustibile.
La figura·7 è uno schema a blocchi che illustra un sistema con cella a combustibile a titolo esemplificativo .
I termini "anteriore", "posteriore", "sinistro", "destro", "superiore" e "inferiore" sono utilizzati per indicare le direzioni secondo il punto di vista del lavoratore, ed "Fr" indica l'anteriore, "Rr" indica il posteriore, "L" indica la sinistra e "R" indica la destra. Le figure dovrebbero essere viste secondo la direzione in cui i simboli di riferimento appaiono normali.
La figura 1 è una vista in prospettiva di un'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione. Un'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile 10 include uno chassis 11, un telaio dello chassis 12, un sedile di guida 13, due ruote anteriori 14, un assale anteriore 15, due ruote posteriori 16, un assale posteriore 17, un telaio protettivo 18 che circonda il sedile 13, un telaio posteriore 21, un poggiatesta 22 montato sul telaio posteriore 21, un sistema di potenza 30, un filtro dell'aria 31, un tubo di aspirazione 32, una pompa dell'aria 33, un tubo di scarico 35, un'unità della cella a combustibile 40, una cella a combustibile 43, un·fondo 46, un motore elettrico 51 ed una trasmissione 52.
L'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile ha la forma di una "buggy" con la cella a combustibile 43 montata su questa, ed è classificata come un ATV ("All Terrain Vehicle", Veicolo per Qualsiasi Terreno). Poiché l'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile ha una struttura dello chassis leggera e compatta, può sterzare in poco spazio, e può essere manovrata facilmente, è utilizzata come un veicolo unicamente fuoristrada per trasportare persone per un uso agricolo, per l'allevamento dei bovini, per la caccia, per operazioni di sorveglianza di sicurezza, e per diporto.
La figura 2 è una vista in prospettiva esplosa del sistema di potenza dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione. Il sistema di potenza 30 include il filtro dell'aria 31 per purificare l'aria, il tubo di aspirazione 32 per guidare l'aria purificata dal filtro dell'aria 31, la pompa dell'aria 33 collegata al tubo di aspirazione 32 per fornire aria, l'unità di cella a combustibile 40 per generare elettricità da sostanze, una delle quali è 1'aria ·fornita dalla pompa dell'aria 33, il tubo di scarico 35 per scaricare gas esausti generati dall'unità della cella a combustibile 40, il motore elettrico 51 che è attivabile mediante elettricità generata dall'unità della cella a combustibile 40, la trasmissione 52 accoppiata al motore elettrico 51, ed un circuito di controllo 53 per controllare il motore elettrico 51 e la trasmissione 52.
La figura 3 è una vista in prospettiva dell'unità della cella a combustibile dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione. L'unità della cella a combustibile 40 include un serbatoio 41, atto ad accumulare metanolo e acqua, un'unità di reforming 42, atta a generare idrogeno dal metanolo e dall'acqua forniti dal serbatoio 41, la cella a combustibile 43, atta a provocare una reazione elettrochimica dell'idrogeno generato dall'unità di reforming 42 con l'ossigeno dell'aria, una batteria secondaria 44, atta ad accumulare l'elettricità generata dalla cella a combustibile 43, una scatola 45, che accoglie il serbatoio 41, l'unità di reforming 42, la cella a combustibile 43, e la batteria secondaria 44, e il fondo 46 che serve inoltre da coperchio disposto sopra la scatola 45. Un tappo 47 è fissato al serbatoio.
La scatola 45 comprende un involucro di immagazzinamento 45a, che accoglie il serbatoio 41, l'unità di reforming 42, la cella a combustibile 43, e la batteria secondaria 44, una flangia 45b ripiegata dall'involucro di immagazzinamento 45a, e fori di fissaggio 45c indica una pluralità) ricavati nella flangia 45b.
Il fondo 46 prevede un pannello principale 46a con nervature di irrigidimento 46b formate su questo, e fori di fissaggio 46c - ricavati nel pannello principale 46a.
Viti 48 si estendono attraverso i fori di fissaggi 45c della scatola 45 e i fori di fissaggio 46c del fondo 46 per fissare la scatola 45 ed il fondo 46 integralmente al telaio dello chassis 12.
L'unità della cella a combustibile 40 è un'unità che accoglie il serbatoio 41, l'unità di reforming 42, la cella a combustibile 43 e la batteria secondaria 44, e ne consente un facile montaggio sullo chassis 11 (si veda la figura 1).
Il funzionamento dell'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile sopra descritta verrà descritto nel seguito.
La figura 4 è una vista illustrativa di un primo modo di funzionamento dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione.
L'automobile 10 alimentata da una cella a combustibile ha lo chassis 11 che, visto dall'alto, è di forma rettangolare con le quattro ruote, e cioè le ruote anteriori 14 e le ruote posteriori 16, posizionate ai rispettivi quattro angoli di questo, il sedile di guida 13 è disposto sostanzialmente centralmente sullo chassis 11, il fondo piatto 46 montato sullo chassis 11 davanti al sedile di guida 13, ed il motore elettrico 51 per movimentare l'automobile a quattro ruote, ed è caratterizzata dal serbatoio 41, atto ad accumulare metanolo e acqua, disposto al disotto del fondo 46, dall'unità di reforming 42, atta a generare idrogeno dal metanolo e dall'acqua forniti dal serbatoio 41, disposta al disotto del fondo 46, dalla cella a combustibile 43, atta a generare una reazione elettrochimica dell'idrogeno generato dall'unità di reforming 42 con l'ossigeno dell'aria, disposta al disotto del fondo 46, e dalla batteria secondaria 44, atta ad accumulare l'elettricità generata dalla cella a combustibile 43, disposta al disotto del fondo 46.
L'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile è spinta fornendo metanolo e acqua dal serbatoio 41 all'unità di reforming 42, generando idrogeno dal metanolo e dall'acqua nell'unità di reforming 42, fornendo l'idrogeno alla cella a combustibile 43, generando elettricità nella cella a combustibile 43, e fornendo l'elettricità al motore elettrico 51 per far girare il motore elettrico 51.
Poiché il serbatoio 41, l'unità di reforming 42, la cella a combustibile 43, e la batteria secondaria 44 sono disposti al disotto del fondo 46, il baricentro dell'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile risulta abbassato .
Poiché il serbatoio 41, l'unità di reforming 42, la cella a combustibile 43, e la batteria secondaria 44 sono disposti al disotto del fondo 46, i meccanismi per generare elettricità dall'aria, dal metanolo e dall'acqua sono centralizzati. Di conseguenza, la funzione di generare elettricità dall'aria, dal metanolo e dall'acqua può essere ospitata in una sola unità, ed i componenti, inclusi il serbatoio 41, l'unità di reforming 42, la cella a combustibile 43, e la batteria secondaria 44, possono essere resi compatti.
La figura 5 è una vista illustrativa di un secondo modo di funzionamento dell'automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la presente invenzione, ed illustra un flusso operativo del sistema di potenza 30.
Nel sistema di potenza 30, metanolo (CH3OH) e acqua (H20) sono forniti dal serbatoio 41 all'unità di reforming 42, come indicato dalla freccia (D, e l'unità di reforming 42 genera idrogeno (H2) .
L'idrogeno (H2) generato dall'unità di reforming 42 è fornito alla cella a combustibile 43, come indicato dalla freccia e l'ossigeno (O2) dell'atmosfera è fornito alla cella a combustibile 43, come indicato dalla freccia ®, in modo tale che la cella a combustibile 43 genera elettricità.
Il vapor d'acqua (H20) generato dalla cella a combustibile 43 e l'anidride carbonica (C02) generata dall'unità di reforming 42 e condotta attraverso la cella a combustibile 43 sono scaricati, ed i gas esausti, inclusa l'anidride carbonica (C02), sono ridotti da un catalizzatore (non illustrato). In seguito, i gas esausti sono scaricati dal tubo di scarico 35 nell'atmosfera, come indicato dalla freccia I gas generati dalla cella a combustibile 43 o dall'unità di reforming 42 possono contenere una piccola quantità di monossido di carbonio e idrocarburi. Anche questi gas sono ridotti dal catalizzatore. Un flusso elettrico viene descritto qui di seguito.
L'elettricità generata dalla cella a combustibile 43 è fornita al motore elettrico 51, come indicato dalla freccia ©, ed immagazzinata nella batteria secondaria 44, come indicato dalla freccia L'elettricità è fornita dalla batteria secondaria 44 al motore elettrico 51, come indicato dalla freccia
Il sistema di potenza 30 presenta la cella a combustibile 43 e il motore elettrico 51 disposti rispettivamente sui lati sinistro e destro oppure destro e sinistro rispetto ad una linea centrale C che divide lo chassis (si veda la figura 1) in porzioni sinistra e destra.
Nell'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile (si veda la figura 1) è importante mantenere bilanciato il peso dello chassis il. Il peso dello chassis 11 è mantenuto in un buon bilanciamento posizionando la cella a combustibile 43 ed il motore elettrico 51 rispettivamente sui lati sinistro e destro oppure destro e sinistro rispetto alla linea centrale C che divide lo chassis 11 nelle porzioni sinistra e destra.
Nella forma di realizzazione suddetta, l'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile è stata descritta come una "buggy", come illustrato nella figura 1. Tuttavia, l'automobile 10 a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile non è limitata ad una "buggy", ma può essere un'automobile a quattro ruote con una cella a combustibile montata su questa.
La presente invenzione disposta così come sopra descritto ha i seguenti vantaggi:
secondo la rivendicazione 1, un serbatoio, atto ad accumulare metanolo ed acqua, è disposto al disotto del fondo, un'unità di reforming, atta a generare idrogeno dal metanolo e dall'acqua forniti dal serbatoio, è disposta al disotto del fondo, una cella a combustibile, atta a generare elettricità da una reazione elettrochimica dell'idrogeno generato dall'unità di reforming con l'ossigeno nell'aria, è disposta al disotto del fondo, ed una batteria secondaria, atta ad accumulare elettricità generata da una cella a combustibile, è disposta al disotto del fondo. Quindi, i meccanismi per generare elettricità dall'aria, dal metanolo e dall'acqua sono centralizzati. Di conseguenza, la funzione di generare elettricità dall'aria, dal metanolo e dall'acqua può essere ospitata in una sola unità, ed i componenti, inclusi il serbatoio, l'unità di performing, la cella a combustibile e la batteria secondaria, possono essere resi compatti.
Secondo la rivendicazione 2, la cella a combustibile ed il motore elettrico sono disposti rispettivamente sui lati sinistro e destro oppure destro e sinistro rispetto ad una linea centrale che divide lo chassis in porzioni sinistra e destra. Quindi, il peso dello chassis è mantenuto in un buon bilanciamento.

Claims (2)

  1. RIVENDICAZIONI 1 . Automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile, avente uno chassis che visto dall'alto è di forma rettangolare con quattro ruote posizionate ai rispettivi quattro angoli di questo, un sedile di guida disposto sostanzialmente centralmente sullo chassis, un fondo piatto montato su detto chassis davanti al sedile di guida, ed un motore elettrico atto a movimentare l'automobile a quattro ruote, caratterizzata da un serbatoio, atto ad accumulare metanolo ed acqua, disposto al disotto di detto fondo, un'unità di reforming, atta a generare idrogeno dal metanolo e dall'acqua forniti dal serbatoio, disposta al disotto di detto fondo, una cella a combustibile, atta a generare elettricità da una reazione elettrochimica dell'idrogeno generato dall'unità di reforming con l'ossigeno dell'aria, disposta al disotto di detto fondo, ed una batteria secondaria, atta ad accumulare l'elettricità generata dalla cella a combustibile, disposta al disotto di detto fondo.
  2. 2. Automobile a quattro ruote alimentata da una cella a combustibile secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta cella a combustibile e detto motore elettrico sono disposti rispettivamente sui lati sinistro e destro oppure destro e sinistro rispetto ad una linea centrale che divide lo chassis in porzioni sinistra e destra.
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