1290521 (1) 九、發明說明 本申請案基於2005年4月4日提出的日本專利申請 案第P.2005- 1 07708號、2005年5月9日提出的第 P.2005-136205 號、及 2005 年 5 月 25 日提出的第 P.2005-152784 號主張外國之 優先權 ，它 們之 內容係以引用 的方式 倂入本文中。 ^ 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一安裝有燃料電池之機車。 此外，本發明有關一燃料電池之疊積構造，其中發電 電池之一疊積本體係容置於一箱形殼體中，每一發電電池 具有一電解質-電極結構及一對分離器，而該電解質-電極 結構係介於該對分離器之間。 再者，本發明有關具有一閥門之燃料電池，該閥門用 於調整經過燃料電池中之反應所產生的廢氣之壓力。 【先前技術】 大部份機車使用一內燃機當作一驅動源。然而，由環 境保護等之觀點，在此已開發出安裝有燃料電池之機車， 以便藉著使用由該燃料電池所獲得之電能驅動。 此種機車之燃料電池包含一燃料電池疊積體，其中複 數單元燃料電池係疊積。由該燃料電池所產生之電力係供 給至一電動機，藉此驅動該機車之一輪子。 該燃料電池藉著當作該燃料氣體之氫及當作該反應氣 -5- (2) 1290521 體的氧間之化學反應產生電力。因此，一用於供給氫之氫 供給管及一用於供給氧之氧供給管係提供於此一種機車.中 〇 在近年，已增加該燃料電池之尺寸，以增強發電能力 。如此，該機車需要一相當可觀之空間，用於安裝該大尺 寸設計之燃料電池。 於本發明之一相關技藝中，如圖22所示，於此一種 機車中，一前管2a係設置在一機車本體1之前面上方部 份，且一轉向軸3係可旋轉地插入該前管2 a。一用於操控 該機車本體之行進方向的把手4係連接至轉向軸3之上端 。一前叉2b係連接至該轉向軸3之下端，且一前輪5係 藉著該前叉2b之下端部份軸向地支撐。 一駕駛者所就坐之座位6係大約裝至該機車本體1之 縱向中心，且一燃料電池7係安裝至該座位6之前面下側 。一後輪8係軸向地支撐在該機車本體1之後方部份中， 且該後輪8係藉著一設置於該燃料電池7的後側中之供電 單元9所驅動。此一相關範例係揭示於日本專利第JP-A-2002-187587 號中。 然而，於日本專利第JP-A-2002- 1 8 75 8 7號之機車中， 既然該燃料電池7係配置在駕駛者所就坐的座位6之前側 ’該燃料電池7之橫側部份係在駕駿者之腳放置位置由該 機車本體1之一橫側突出，由此減少該腳放置空間。因此 ’其係難以改善一腳之舒適性。 既然該燃料電池7的尺寸中之增加造成重量之增加， -6 - (3) 1290521 當該燃料電池係設置在該座位6下方之前側時，其重心係 移動。 * 順便一提，一聚合物電解質燃料電池（PEFC)包含一 發電電池，其中藉著分離器夾住一電解質隔膜-電極結構 (ME A :隔膜-電極總成），而在該結構中，一陽極及一 陰極係設置在一由聚合物離子交換薄膜所形成之電解質隔 膜的兩側面上。大致上，一預定數目（例如，數十至數百 )發電電池係疊積在一疊積本體中供使用，以便由一燃料 電池獲得想要之電力。於該等發電電池之疊積本體中，其 係需要令人滿意地加壓及固持該發電電池，以便防止該燃 料電池的內部阻抗中之增加或密封反應氣體的能力中之惡 化。藉著於一殼體中容置發電電池之疊積本體而建造一燃 料電池疊積體之技術係揭示於日本專利第 JP-A-2005-123114號中，並具有於該疊積方向中壓縮之發電電池。 圖23係一組裝圖，其說明一相關燃料電池疊積體之 第一結構範例。該燃料電池疊積體200基本上包含一發電 電池疊積體201及一具有六面之箱形殼體202，該殻體容 置該發電電池疊積體201。該殼體202係藉著耦接位在該 發電電池疊積體201的疊積方向中之一端部的第一端板 211、位在該疊積方向中之另一端部的第二端板212、及第 一至第四側面鑲板2 1 3、2 1 4、2 1 5及2 1 6所製成，該等鑲 板設置在異於一盒子形狀中之端部的四平面上。用於供給 燃料氣體或反應氣體至該發電電池疊積體201之媒介供給 孔2 1 7係經過該第一端板2 1 1所形成。 (4) 1290521 該第一及第二端板211及212之四邊緣係遭受一聯鎖 切削加工’且連接至該第一及第二端板211及212之邊緣 的第一至第四側面鑲板2 1 3至2 1 6之僅只二邊緣係遭受該 聯鎖切削加工’以便以聯鎖之方式耦接至該第一及第二端 板2 1 1及2 1 2之邊緣。藉著以聯鎖方式耦接該等聯鎖溝槽 至彼此、及將剪力插銷2 1 8插入它們，該第一及第二端板 211及212與該第一至第四側面鑲板213至216係連接至 彼此。 圖24係一組裝圖，其說明該相關燃料電池疊積體之 第二結構範例’在此類似參考數字標示類似元件。 該發電電池疊積體201係藉著用複數螺栓223將位在 該疊積方向中之一端部的第一端板221及位於該疊積方向 中之另一端部的第二端板222彼此耦接，而保持在該壓縮 狀態中。 於採用該剪力插銷218之結構中，如圖2 5所示，在 組裝該殼體時考慮尺寸餘裕，既然插銷孔洞2 1 9之直徑 R2應大於該剪力插銷218之直徑R1，於該第一與第二端 板211及212與該第一至第四側面鑲板213、214、215及 216之間發生一間隙220。其結果是，該等發電電池間之 壓力係不均勻的，藉此使發電效率惡化。 於採用該連接螺栓223之結構中，既然應確保在該發 電電池疊積體2 0 1的圓周上之用於該等螺栓的空間，該燃 料電池疊積體之尺寸係增加。於此結構中，該等端板22 1 及222係固定至彼此及亦牢固地固定至一車輛本體，且其 (5) 1290521 內側係以一金屬構件（發電電池）充塡。因此，當一大加 速度作用在該發電電池疊積體201間隙之疊積方向中時， 間隙係形成在該等端板及該發電電池疊積體20 1的端部之 間。當該間隙係形成在該第一端板22 1之設有該媒介供給 孔217的側面上時，該端板221及該發電電池疊積體201 間之密封能力可惡化。 再者，於諸如機車之車輛中，一節流閥係設置在一供 氣通道中，以便回應於一加速器之操作調整一引擎輸出， 並以該加速器之操作執行該節流閥之打開及關閉。 在近年中，藉著使用一控制器及一馬達調整該節流閥 之打開及關閉，供給至一引擎的空氣之數量可視該車輛之 行進條件而定更適當地設定。於此案例中，該節流閥之打 開比率係藉著一預定感測器所偵測及反饋，且藉著該控制 器控制至一預定目標之打開比率。 用於藉著使用該馬達施行其打開及關閉控制的節流閥 之一範例係譬如揭示於日本專利第JP-A- 1 1 -343 878號中。 該揭示之節流閥施行一供氣管之打開及關閉控制，並藉著 經過一減速齒輪系在一預定控制器的控制之下旋轉一蝶閥 。於此案例中，一電位計係提供於一設置在該蝶閥的轉軸 上之末級齒輪中，並藉著偵測該轉軸之一旋轉量及送出該 偵測之旋轉量至該控制器施行一反饋控制。該電位計包含 一設置在該轉軸的側表面上之電刷及一相向於該電刷設置 在一基板上之電阻器。藉著允許該電刷在該電阻器上滑動 而偵測該旋轉量。 -9 - (6) 1290521 再者’一用於燃料電池之氣體循環泵系統係揭示於曰 本專利第JP-A-09 _2 5 99 1 2號中。於該文件所揭示之系統中 ’氫氣及空氣係由一氫氣供給單元及一空氣供給單元供給 至該燃料電池。已通過該燃料電池之氫及氧經過對應之壓 力控制閥流至該排氣側。能藉著提供此等壓力控制閥控制 該燃料電池之內壓。例如，當供給至該燃料電池的氫及氧 之壓力變化時，該燃料電池之發電能夠保持在一預定値中 • 。因此，其係考慮曰本專利第JP-A- 1 1 -3 43 87 8號中所揭示 之閥門系統係應用至日本專利第JP-A-0 9-2 5 99 1 2號中所揭 示之燃料電池系統的壓力控制閥。 然而，於日本專利第JP-A-1 1-3 43 878號中所揭示之節 流閥中，既然該轉軸之旋轉量係藉著該電位計所偵測，該 偵測信號係一類比信號，且如此電雜訊可被加至其上。當 基於已加有該電雜訊之類比信號施行該反饋控制時，在該 蝶閥中可發生輕微變動。 % 據此，當採用日本專利第JP-A- 1 1 -3 43 8 78號中所揭示 之閥門，用於日本專利第JP-A-09-2599 1 2號中所揭示之燃 料電池系統時，其係難以精確地控制該燃料電池之內壓， 藉此變化該燃料電池之發電量。 【發明內容】 本發明之一或更多具體實施例提供一安裝有燃料電池 之機車，其中該機車之重心係位於座位下方之右側’以便 在行駛時改善腳放置特性及在停止時改善腳放置特性° -10- (7) 1290521 此外，本發明之一或更多具體實施例提供一燃料胃、池 之疊積構造，其能夠有效率地容置一發電電池疊積ϋ。 再者，本發明之一或更多具體實施例提供一燃料^、池 車輛，其能藉著以高精確度調整一流動通道之打開比$ & 低成本之結構使一燃料電池之發電量變穩定，以便精51丈也 控制該燃料電池之內壓。 按照本發明之一或更多具體實施例，一機車係設有一 燃料電池本體及一用於供給至少氫及氧至該燃料電池本體 之管線。該燃料電池本體係設置在一座位下方，一駕駿負 坐在該座位上，且該燃料電池本體及該管線間之一連接部 份係設置在一踏板後面，而該駕駿員將其一腳放在該踏板 上。再者，按照本發明之一或更多具體實施例，該連接部 份可於該燃料電池本體之一前端中設置在該機車之一橫側 上。 根據前述之架構，令人滿意地確保一用於在行進時放 置腳部之空間及一在停止時之腳放置特性。此外，既然該 燃料電池本體係設置在該座位下方，該機車之重心能移動 接近至該機車之中心及可降低。 再者，按照本發明之一或更多具體實施例，該連接部 份可設置在該座位之前端的後面。其結果是，可充分地防 止該燃料電池本體與該腳放置空間干涉，藉此令人滿意地 確保一需要及充分用於在行進時之腳放置作用及在停止時 之腳放置作用的空間。 再者，按照本發明之一或更多具體實施例，該燃料電 -11 - (8) 1290521 池本體之連接部份可設置在待於一方向中傾斜的燃料電池 本體之兩橫側上，其中該等連接部份變得關於包含該機車 之一中心線的垂直平面彼此較接近。 因此，既然該等管線係集中朝向該機車之中心，其係 可能改善空間效率，而不會浪費用於超過所必需的踏板之 空間。 於根據本發明之一或多個具體實施例的機車中，確保 一需要及充分用於在行進時之腳放置作用及在停止時之腳 放置作用的空間，藉此改善空間效率。此外，其係可能降 低該重心。 此外，按照本發明之一或更多具體實施例，一燃料電 池之疊積構造係設有：一發電電池疊積體，其中疊積複數 發電電池；及一殼體構件，其容置該發電電池疊積體。該 殼體構件係設有：第一端板，其於該等發電電池之一疊積 方向中設置在一端部；第二端板，其於該等發電電池之疊 積方向中設置在另一端部；及複數側板，其設置在異於該 等端部之位置。該疊積構造具有以下特色： (1)該疊積構造可設有：一第一固定構造，其用於 支撐該第一端板，以便可於該等發電電池之疊積方向中相 對該等側板移動；及一第二固定構造，其用於固定該第二 端板，以便不可於該等發電電池之疊積方向中相對該等側 板移動。 (2 )媒介供給孔可經過該第一端板所形成。 (3 )該第一端板之邊緣及該等側板之邊緣能以一聯 -12- (9) 1290521 鎖方式彼此耦接，並可藉著通過聯鎖溝槽之剪力插銷所固 定，且該第二端板之邊緣及該等側板之其他邊緣可用螺栓 彼此耦接。 (4 )該等螺栓之一螺絲耦接方向可爲實質上等於該 等發電電池之疊積方向。 根據上面所述之疊積構造，可獲得以下之優點。 (1) 既然該殼體構件之第一端板係可於該疊積本體 φ 之疊積方向中移動，該第一端板可隨著該疊積本體在同一 方向中位移，即使當一加速度於與該疊積方向相同之方向 中作用於該燃料電池疊積體上時。因此，其係可能防止一 間隙於該第一端板及該疊積本體之間發生。 (2) 既然用於含氧氣體之供給孔及用於含氫氣體之 供給孔係形成於該第一端板中，該第一端板係隨著該疊積 本體在該同一方向中移動，且甚至當一加速度於與該疊積 方向相同之方向中作用於該燃料電池疊積體上時，於兩者 • 之間不會發生間隙。據此，其係可能防止含氧氣體及含氫 氣體之滲漏。 (3) 該第一端板之可移動式固定至該等側面鑲板及 該第一端板之不可移動式固定至該等側面鑲板能以一簡單 之結構具體化。 (4) 甚至虽一^加速度在與該疊積方向相同之方向中 作用於該燃料電池疊積體上時，不會有應力於一剪切方向 中作用於該等螺栓上。因此，其係可能改善該燃料電池疊 積體之耐用性。 -13- (10) 1290521 此外’按照本發明之一或更多具體實施例，一燃料電 池車輛係設有：一燃料電池，用於藉著一反應氣體與〜氯 氣之反應產生電力；反應氣體供給機構，用於供給該反應 氣體至該燃料電池；氫氣供給機構，用於供給該氫氣至該 燃料電池；及一閥門，用於控制一經過該燃料電池中之反 應所產生的排氣之壓力。該燃料電池車輛藉著使用該燃料 電池所產生的電力行進。該閥門係設有：一閥體，其連接 至一閥門軸心，並轉動至可打開及關閉一流動通道；一馬 達，其旋轉該閥門軸心；一編碼器，其連接至該馬達之一 輸出軸，以便輸出一指示該輸出軸之旋轉量的脈衝信號； 及一控制器，其用於控制該馬達之驅動，以便基於由該編 碼器所提供之旋轉量允許該閥體之一打開比率將等於其一 目標之打開比率。 這樣一來，藉著按照來自該編碼器之脈衝信號輸出控 制該閥體之打開比率，能減少該電雜訊之影響，以抑制該 閥體之震動，藉此以高精確度控制該流動通道之打開比率 。既然該編碼器相較於一類比感測器、諸如電位計具有一 優異之線性及一優異之溫度特徵，該編碼器能以相當低成 本完成想要之精確度。藉著使用此一閥門當作一燃料電池 系統之壓力控制閥，可精確地控制該燃料電池之內壓，藉 此使該燃料電池之發電量變穩定。發電量之穩定性能譬如 改善該燃料電池車輛之行進能力。 於此案例中，一用於使該馬達之輸出軸的旋轉減速及 傳送該旋轉至該閥門軸心之減速機件可設置於該馬達及該 -14- (11) 1290521 閥門軸心之間。因此，該閥門軸心之旋轉係加速及傳送至 該編碼器，藉此大體上增強用於偵測該閥門軸心之旋轉的 解析度。甚至當一雜訊係施加至該編碼器之輸出信號時， 該雜訊之影響能按照該減速機件之減速比率而減少，藉此 抑制該閥體之震動。 此外，該減速機件可包含複數齒輪及強化機構，用於 強化該等齒輪間之嚙合。因此，能防止該減速機件中的齒 Φ 輪間之滑動，藉此於該閥門之打開比率中增強該精確度。 於根據本發明之一或更多具體實施例的燃料電池車輛 中，電雜訊之影響可藉著按照來自該編碼器之脈衝信號輸 出控制該閥體之打開比率所減少。其結果是，能防止該閥 門軸心之輕微震動，藉此以高精確度控制該流動通道之打 開比率。既然該編碼器相較於一類比感測器、諸如電位計 具有一優異之線性及一優異之溫度特徵，該編碼器能以相 當低成本完成想要之精確度。 • 再者，既然藉著使用此一閥門當作該燃料電池系統之 壓力控制閥，可精確地控制該燃料電池之內壓，該燃料電 池之發電量可變穩定，藉此改善該燃料電池車輛之行進能 力。 本發明之其他態樣及優點將由以下之敘述及所附申請 專利範圍變得明顯。 【實施方式】 將參考所附圖面敘述本發明之示範具體實施例。 -15- (12) 1290521 <第一示範具體實施例> 圖1係一透視圖，說明根據本發明之一示範具體實施 例的機車，如由後側所視，在此舉例說明一踏板型機車。 圖2係圖1所示機車之一側視圖，且圖3係圖1所示機車 之一槪要平面圖。 於圖1至3中，該機車10包含一燃料電池12，及藉 著使用由該燃料電池1 2所獲得之電力行進。藉著允許一 燃料氣體（氫氣）供給至一陽極，以與一供給至陰極之反 應氣體（空氣）反應，該燃料電池12產生電力。於一具 體實施例中，既然一已知之燃料電池被用作該燃料電池i 2 ，其詳細敘述將被省略。 該機車1 0包含一當作轉向輪之前輪1 4、一當作驅動 輪之後輪1 6、一連接至該前輪1 4以便操控該機車1 〇之行 進方向的把手1 8、車架2 0、及一座位2 2，該座位係設置 方< ^把手1 8之後側’且一駕駛員及_'乘客坐在該座位上 〇 如稍後敘述者，於該把手1 8及該座位2 2之間，低底 部踏板8 2係由車架2 0之兩橫側突出。 根據本示範具體實施例之機車具有一水冷式冷卻系統 (未示出），用於將該燃料電池1 2冷卻成一適當之溫度 範圍，以便有效率地進行發電。 該車架20具有一前管24，用於在前面軸向地支撐一 叉子形前避震架23;及一對上方之下車架26r及26L與 -16 _ (13) 1290521 一對下方之下車架28R及28L，其中該等 至該前管24。 該車架20分別地包含上車架30R及 之下車架26R及26L連續地延伸，以便其 該後側；下車架32R及32L，其由下方；^ 2 8 L連續地延伸至該後輪1 6 ;及直立車架 連接該下車架32R及32L之後端至該上i 之中介部份。 在該機車本體之大約中心，該燃料電 位22之前端設置在該後側下方。特別地 係設置於一藉由該上車架30R及30L、g 32L、及該直立車架34R及34L所界定區 尾端稍微向上延伸。 在構成該機車1 0之零件中，該燃料· 相當大重量之零件。因此，藉著在該機車 於該座位22下方設置該燃料電池，該機；$ 置在該機車本體之中心。 如圖4所示，複數連接通口 8 0係於 中在該燃料電池12之前端，每一通口係 之氫供給管及用於供給氧之氧供給管的管 份。該等連接通口 80係設置在該座位22 及於該踏板8 2之後側中。 此外，該連接通口 8 0係設置在該燃料 的兩側面上。在此，如圖5所示，假設該） 前面部份係連接 30L，其由上方 尾部向上延伸至 L下車架28R及 34R 及 34L ，其 I；架 30R 及 30L 池12係由該座 是，該燃料電池 $下車架32R及 域之後側，且其 ί池1 2係一具有 本體之大約中心 〔1 〇之重心可設 該車輛寬度方向 諸如用於供給氫 子8 4之連接部 之前端的後側中 :電池1 2之前端 康X係垂直於該 -17- (14) 1290521 機車本體之中心線Ο，該連接通口之前端角度係相對線χ 於該方向中傾斜達α度’而在該方向中，該連接通口 80 變得繞著該機車本體之中心線〇彼此接近。該等管子84 係由鋼管或高壓管所形成。 在本具體實施例中，一將稍後敘述之電幫浦90係於 由該等上車架30R及30L、該等下車架32R及32L、及該 等直立車架34R及34L所界定之區域中，設置在該燃料電 池12之前面。該座位22係設置在該上車架30R及30L上 方，且一尾燈（未示出）係設置在其後端。 該前輪14係藉著一前避震架2 3之下端軸向地支撐。 一把手18係連接至該前避震架23之上部，且一用於顯示 行進速度及行進距離之計量器3 8係設置在該把手1 8之中 心。 該後輪1 6係藉著一懸臂式後叉42所支撐，該懸臂式 後叉可繞著一設置於該直立車架34R及34R中之樞軸40 旋轉。一輪內馬達44及一用於驅動該輪內馬達44之馬達 驅動器4 6係與該後輪1 6 —體地設置。 該輪內馬達44及該馬達驅動器46較佳地是一水冷型 。這是因爲可獲得一高效率及一高電力。一後避震架48 係設置在該燃料電池丨2下方，以於該機車本體之縱向中 延伸’且其兩端係可旋轉地連接至該下車架32R及32L及 該懸臂式後叉42。 設計該燃料電池〗2，以具有在地面上方之最小高度。 然而’藉者在該燃料電池1 2下方設置該後避震架4 8，可 -18- (15) 1290521 有效地使用該燃料電池1 2及該地面間之空間，且能降低 該機車1 0之重心。 其次，根據本示範具體實施例之機車1 0包含一油箱 5 〇，用於儲存以高壓供給至該燃料電池1 2之燃料氣體； 一諧振器54，用於減少來自通至該後側之進氣通口 52的 進氣聲音；及一空氣濾清器5 6，用於經過該諧振器5 4承 接外部空氣，所有該等零件構成一用於藉著使用該燃料電 _ 池1 2產生電力之燃料電池系統。 該進氣通口 5 2係設置在該諧振器5 4之前側的頂部表 面上，並平滑地彎曲達大約90度，且係通至該後側。 此外，如可由圖1及2輕易地看出，該油箱5 〇、該諧 振器54、及該空氣濾清器56係設置在該後輪16上方。 該機車10另包含一壓縮機58(亦稱爲增壓器或幫浦 )’用於將藉由該空氣濾清器56所清潔之空氣壓縮成反 應氣體；一中間冷卻器5 9，用於冷卻藉由該壓縮機5 8所 φ 壓縮之反應氣體；一增濕器6 0，用於交換供給至該燃料電 池1 2之反應氣體及由該燃料電池1 2所排出的用過反應氣 體間之濕氣；一背壓閥，其設置在該增濕器60之排氣側 面上，以便調整該燃料電池12之內壓；一稀釋箱，用於 以用過的氧氣稀釋已用過的反應氣體；及一消音器66，用 於使該已稀釋之反應氣體消音及排出該已稀釋之反應氣體 至該空氣當作廢氣。 於此案例中’該機車1 0較佳地是於該前叉之附近包 含一蓄電池組（未示出），當作該燃料電池系統之一輔助 -19- (16) 1290521 電源。 如圖1及2所示，在該機車本體之後方部份、亦即在 一偏置至本具體實施例中之右側的位置，兩端具有半球形 狀之油箱5 0係離該機車本體之中心設置在一橫側上。 特別地是，該油箱5 0在該機車本體之縱向中延伸， 如由該頂部側面所視（看圖3 )，且其尾端沿著該座位22 及該上車架3 0R向上延伸，如由該橫側所視（看圖2 )。 在構成該機車1 〇之零件中，該油箱5 0係一具有相當 大尺寸之零件。然而，在本具體實施例中，既然該油箱係 設置在由該機車本體之中心偏置的位置，該油箱不會與該 後輪1 6重疊，如由該頂部側面所視，藉此充分地確保該 後輪1 6之一直立避震衝程。因此，可輕易地減輕來自路 面之衝擊，藉此進一步改善該機車10之一平穩乘坐。 該稀釋箱64係設置在一對下方的下車架28R及28L 間之下端及在一低於該燃料電池1 2之位置。因此，經過 該燃料電池1 2之發電所產生的濕氣可輕易地收集於該稀 釋箱64中，且如此該收集的濕氣係由該稀釋箱64之底部 輕易地往下排出。 第一排氣管70係連接至該稀釋箱64，且該廢氣係由 該第一排氣管70排出。該第一排氣管70由該稍微前面部 份而非該下車架32L之中心延伸經過該下車架32L之內部 至該後側，且其後端係連接至第二排氣管72。 該第二排氣管72係在一稍微上部而非該下車架32L 之後端彎曲，向上地延伸至該後側，及係連接至該消音器 -20- (17) 1290521 66 〇 具有一直立平坦之長方形形狀的消音器66係 車本體之後方部份的中心偏置至左側，且在一高於 16之位置延伸於該機車本體之縱向中。 一用於由該消音器66排出該廢氣之排氣通口 設置在該消音器66之後端下方。該排氣通口 66a 機車本體之縱向中設置於該後輪1 6之車輛軸心1 ( φ 微後面中。 這樣一來，既然該排氣通口 66a係設置在高於 1 6之位置，並在該縱向中於該車輛軸心1 6a的後側 該排氣通口 66a所排出之廢氣係藉著行進氣流散布 排出。因此’該廢氣中所包含之蒸氣（或濕氣）能 免於落下至該後輪1 6。甚至當該機車1 〇以一小轉 行進時，該蒸氣在該後側中傾斜地飛起，藉此抑制 免於落下至該後輪1 6。 # 該諧振器54具有一直立平坦之長方形形狀， 置在該油箱50之左側中。該諧振器54之後端及該 清器56之後端係經過一樹脂管子75彼此連接。 該空氣濾清器5 6具有一稍微平坦之形狀，且 可使其後端於該油箱5 0之後側中向上延伸。已通 氣濾清器5 6之空氣係經過該短樹脂管子76導入該 5 8之右端。 該壓縮機5 8係設置成可在該機車本體之橫側 延伸，且其右端係設置在該油箱5 0之中心下方。 離該機 該後輪 6 6a係 係於該 ia的稍 該後輪 中，由 及向後 被抑制 彎半徑 該蒸氣 且係設 空氣濾 設置至 過該空 壓縮機 方向中 該增濕 -21 - (18) 1290521 器60於該機車本體之橫側方向中具有一縱向形狀，且係 設置於該壓縮機5 8及該燃料電池1 2之間。 該中間冷卻器5 9係設置在該油箱5 0之前面部份下方 ，且其一空氣口及一空氣出口係分別連接至該壓縮機58 及該增濕器60。如上面所述，該中間冷卻器59具有冷卻 藉由該壓縮機5 8所壓縮的外部空氣之作用，且供給該已 冷卻之空氣至該增濕器60。然而，在冷天氣中之起動時， 該已壓縮之外部空氣能供給至該燃料電池i 2，而不會藉著 切換一旁通閥78通過該中間冷卻器59及該增濕器60。 於根據本示範具體實施例之機車1 〇中，既然該燃料 電池12係設置在該座位22下方’該燃料電池12之連接 通口 80係設置在該座位22之前端的後面，且該燃料電池 1 2係設置在該踏板8 2之後面，該燃料電池1 2不會與用於 該踏板82之空間A重疊（看圖4及5 )。 亦即，既然該燃料電池1 2不會妨礙用於該踏板8 2之 空間A，可確保該空間A，其係需要及充分用於圖6所示 在行進時之一腳放置作用及圖7所示在停止時之一腳放置 作用。 此外，既然該等連接通口 8 0係設置在該燃料電池j 2 之前端的兩側面上’且其前端係在彼此接近之方向中關於 包含該機車本體之中心線〇的直立平面傾斜達一預定角度 α，該等管子8 4係同心地設置在該機車本體之中心，藉 此改善該空間效率。 亦即，可有效地利用該踏板8 2之空間a，且能保證 -22- (19) 1290521 需要及充分用在行進時之腳放置作用及在停止時之腳放置 作用的該空間A，藉此改善該空間效率。 此外，既然該燃料電池1 2係設置在該座位22下方， 能達成一車輛之重心的降低。 <第二示範具體實施例> 於以下之敘述中，如果在此未特定敘述，諸如一縱向 及一橫側方向之方向係等於一車輛之方向。於該等圖面中 ，箭頭FR標示一機車之向前方向，箭頭LH標示該機車 之左側方向，且箭頭UP標示一向上方向。 圖8至10所示機車1〇1係一燃料電池車輛，其藉著 驅動一馬達1 3 1所行進，該馬達用於藉著使用由一燃料電 池卓兀1 5 1所供給之電力驅動該車輛，該燃料電池單元安 裝在該車輛本體之大約中心處。該機車1 〇 1係一踏板型， 並於該車輛本體中具有一底板部份（下文僅只稱爲踏板部 份），在此該燃料電池單元1 5 1係設置於該踏板部份i 03 之附近，且當作所謂之輪子馬達的馬達1 3 1係設置在一後 輪1 3 2內側，當作該機車1 0 1之一驅動輪。該馬達〗3 1係 具體化爲一整合單元，並於殼體131a中具有一馬達本體 及一減速機件，且其輸出軸係與該後輪之輪軸1 3 2 a同軸 設置。 該機車101之一前輪111係藉著一對前叉112之下端 軸向地支撐，且該前叉112之上端係在該車架1〇4之前端 中經過一轉向主幹113藉著一前管105支撐至操控。一把 -23- 15 (20) 1290521 煞 面 設 係 樞 方 刖 延 當 該 置 〇 其 後 該 程 該 部 早兩 伸 手1 1 4係設置在該轉向主幹1 1 3之上端。一節流握把1 係設置於該把手1 1 4之右握把部份中，且後面及前面之 車槓桿1 1 6及1 1 7係分別設置於該左及右握把部份之前 中。 一在該車輛本體之直立方向中延伸的樞軸板1 0 8係 在該車架1 04之前側，且一後方懸臂式後叉1 2 1之前端 稍微支撐在該樞軸板108之中心下方，並在其間具有一 軸1 09，以便造成該後端可於一直立方向中移動。該後 懸臂式後叉121之一左臂本體123延伸至該馬達131之 端，且支撐該馬達131之殻體131a，而一右臂本體124 伸至該後輪132之中心，且支撐該後輪之輪軸132a。一 作該機車101之懸臂式單元的馬達單元120基本上包含 後方懸臂式後叉1 2 1及該馬達1 3 1。 一在該車輛本體之縱向中延伸的反應裝置1 3 3係設 在該車架104之下方，且在該燃料電池單元151之下方 該反應裝置133之後端係連接至該車架104之下部，且 前端係經過一連桿機件134連接至該馬達單元120 (該 方懸臂式後叉1 2 1 )之下部。該連桿機件1 3 4具有隨著 馬達單元120之直立移動，而允許該反應裝置之縱向衝 的作用。作用於該馬達單元1 20上之衝擊或振動係藉著 反應裝置1 3 3之衝程所吸收。 該車架104包含上管106，其係由該頭管1〇5之上 分叉至左及右側、傾斜地延伸至該背面、在對應於該車 本體的直立方向中之大約中心處的高度彎曲、且接著延 -24- (21) 1290521 至該背面；及下管107，其係由該頭管105之下部分叉至 左及右側、傾斜地延伸至該背面、在該車輛本體的下端彎 曲、且接著延伸至該背面。該上管106之後端及該下管 107之後端係分別耦接至該樞軸板108之上端及下端，該 樞軸板位於該燃料電池單元1 5 1之後方。其後，由該前管 5至該車輛本體之下端的一彎曲部份107c之一部份係稱爲 一前緣部份l〇7a，且由該彎曲部份l〇7c至該樞軸板108 之一部份係稱爲一下緣部份10 7b。該上管106進一步由該 樞軸板1 〇 8延伸至該背面，以抵達該車輛本體之後端，且 該上管106之後方部份被用作支撐一座位141之座位車架 ，用於允許一乘客乘騎在該座位上。 該機車101係覆蓋有一由合成樹脂所製成之車罩142 。該車罩142亦具有一擋風玻璃之作用，且其一部份隨同 該車架104構成該踏板部份1〇3。該車架104之下方中心 係裝有一主支架1 37，用於在其直立狀態中支撐該車輛本 體，且該車架104之左下方部份係裝有一側面支架138, 用於在其向上傾斜狀態中支撐該車輛本體，其中該車輛本 體係傾斜至左側。 現在，將參考圖1 1簡短地敘述該機車1 0 1之一燃料 電池系統。該燃料電池單元1 5 1係一習知之聚合物電解質 隔膜燃料電池（PEMFC )，其中複數單元電池（發電電池 )係疊積，及藉著將當作燃料氣體之氫氣供給至一陽極與 將當作氧化氣體之氧氣供給至一陰極，經過電化學反應產 生電力與水。 -25- (22) (22)
1290521 當作燃料氣體之氫氣係經過阻斷閥1 5 8由氫氣罐 以一預定壓力供給至該燃料電池單元1 5 1，且接著在 發電之後被引導至一氫循環通道154。於該氫循環 159中，剩餘（未反應）之氫氣接合引導自該氫氣罐 之新的氫氣，且接著又供給至該燃料電池單元1 5 1。 該氫循環通道154之氫氣循環經過一淨化閥155被引 一稀釋裝置156。 在另一方面，當作該氧化氣體之空氣係經過一空 清器157引導至一壓縮機158，以一預定壓力在壓縮 中供給至該燃料電池單元151，且接著在用於發電之 引導至該稀釋裝置156。參考數字158a標示一中間冷 ，用於冷卻供給至該燃料電池單元1 5 1之空氣（氧化 )’爹考數字1 5 9標不一增濕器，用於供給濕氣至該 氣體，參考數字158b標示一旁通閥，用於當該燃料 單元1 5 1係在一低溫等時供給該空氣，而沒有通過該 冷卻器158a及該增濕器159，且參考數字158c標示 壓閥，用於調整該燃料電池單元1 5 1中之氧化氣體的 藉著允許設置在該氫循環通道154中之淨化閥155 開’在反應之後’該氫氣被引導進入該稀釋裝置156、 來自該燃料電池單元151之廢氣混合及藉著該稀釋裝 1 56稀釋，且接著經過一消音器ι61排出至該空氣。在 S其隨者該廢氣被引導進入該增濕器159時，收集由 燃料電池單元1 5 1所產生之水，且當作供給至該氧化 152 i於 ί道 152 過 ，至 L濾 t態 ί被 ]器 L體 ί化 ί池 1間 -背 [力 打 與 :置 :此 該 !體 -26- (23) 1290521 之濕氣再利用。於該增濕器1 5 9中不收集之濕氣（譬如， 蒸氣）係在反應之後經過該稀釋裝置1 5 6隨著該氣體排出 ’或係在藉著該稀釋裝置156冷凝之後經過一排水管（一 排放管）181排出。該排水管181係設有一控制閥182， 用於在一預定時間切換一水通道。 該燃料電池單元1 5 1之操作係藉著一電子控制單元（ ECU ) 162所控制。特別地是，該ECU 162接收有關該氫 氣及該氧化氣體之壓力及溫度的信號、有關一車輛速度及 該壓縮機158之轉數的信號、及有關該燃料電池單元ι51 及其一冷卻水之溫度的信號，並回應於所接收之信號控制 該壓縮機158、該旁通閥158b、該背壓閥158c、該淨化閥 1 55、及該阻斷閥1 53之操作。 此外，該ECU 162由一節流握把1 15接收一加速度請 求信號，且控制該馬達1 3 1之驅動，用以回應於該接收之 信號驅動該後輪1 3 2。該馬達1 3 1係具體化爲一三相交流 電馬達’其中來自該燃料電池單元1 5 1或如第二電池之電 池6 3的直流電係藉著當作一反相器單元之馬達驅動器i 64 轉換成三相交流電，且接著供給供驅動。 該燃料電池系統中之一冷卻系統形成一冷卻水通道 1 66 ’用於連接該燃料電池單元i 5 1與該馬達】3 1的水夾 套、該中間冷卻器158a、及一毗連該馬達驅動器164之冷 卻板（冷卻器）1 6 5中之水通道，且該冷卻水通道1 6 6係 設有一水泵167及一散熱器168。 於此一冷卻系統中，藉著該水泵1 67之操作允許該冷 -27- (24) 1290521 卻水流動及循環經過該冷卻水通道1 66 ’該冷卻水由該燃 料電池單元1 5 1、該馬達1 3 1、該氧化氣體、及該馬達驅 動器164吸收熱量，且所吸收之熱量係經過該散熱器168 釋放。參考數字1 69標示一恆溫器’當該燃料電池單元 1 5 1係在低溫時，該恆溫器允許該冷卻水循環而不會通過 該散熱器168。 參考圖8至10，該氫氣罐152係一般之高壓氣罐，並 具有一圓柱形狀，一般之高壓氣罐係由金屬及纖維強化之 塑膠所製成，且一般之複雜容器係由金屬及纖維強化之塑 膠所製成。設置該氫氣罐，以致其軸線C在該縱向中延伸 在該車輛本體之右後側，特別地是，致使該軸線C稍微向 下。該氫氣罐152之右端（外端）係在該車輛本體之右側 稍微位在該上管1 〇6之外端的外側’且其左端（內端）係 稍微位在該後輪1 3 2之外端的外側。 該氫氣罐1 5 2之前及後端係形成於球體之形式（換句 話說，一錐形之形狀）中。該前端係位於在樞軸板1 〇 8之 前面中，且該後端係位在該車輛本體之後端部份。該氫氣 罐152之後端係設有該氫氣罐152之一主要栓塞171及一 氫注入通口 172。 在該車輛本體之左邊，該上管106係稍微傾斜至向上 及大約平直地延伸至該背面，而在該車輛本體之右側，該 上管1 06係於該樞軸板1 08附近相對在該車輛本體左側的 上管106往下平滑地彎曲。該上管1〇6係於該車輛本體之 橫側方向中在該樞軸板1 〇 8附近平滑地彎曲至該外側。 -28- (25) (25)
1290521 在該車輛本體之右側設置該上管l 〇 6，以致其τ 約與該氫氣罐152之下端重疊’如由該車輛本體之損 視，在車輛本體之後端部份向上彎曲，延伸至該車_ 之左側，以避開該氫氣罐1 5 2之主要栓塞1 7 1及該董 通口 1 72，彎曲往下，且接著在該車輛本體之左側賴 該上管106之後端。 該燃料電池單元1 5 1於該車輛本體之橫側方向夺 一寬廣之形狀，並於該直立方向中具有平坦之形狀， 前緣部份係分別設有用於該氧化氣體及該氫氣之一 7 一出口與用於該冷卻水之一入口及一栓塞。於該車赖 之橫側方向中具有一縱向盒子之增濕器1 5 9係緊接却 在該燃料電池單元1 5 1之上部的背面中。該壓縮機1 緊接地設置在該增濕器159之左上方部份的傾斜背谊 且在該車輛本體之橫側方向中延伸的一流入管1 5 7b 側部份係連接至該壓縮機1 5 8之下部的傾斜背面。_ 閥158c係緊接地設置在該壓縮機158之左側部份上j 該流入管157b之右側部份係位在該氫氣罐152 方，且該右側部份係連接至位於該氫氣罐1 52下方之 濾清器盒子157a的前端。一未示出之進氣管係連接 空氣濾清器盒子157a之後端，且該空氣濾清器157 上包含該空氣濾清器盒子157a及該流入管157b。 該旁通閥158b係緊接地設置於該增濕器159之 部份的後方，且該中間冷卻器158a係緊接地設置於 通閥158b之下部的傾斜背面。該旁通閥158b及該中 ‘端大 丨側所 丨本體 ，注入 ί接至 t具有 且該 .口及 本體 :設置 58係 中， 之左 背壓 r 〇 之下 空氣 至該 基本 右側 該旁 間冷 -29- (26) 1290521 卻器158a係於該車輛本體之縱向中，設置於該增濕器159 之右側部份及該流入管1 5 7b的右側部份之間。該壓縮機 1 5 8之下游部份係經過一未示出之流出管連接至該中間冷 卻器158a。 在該車輛本體之左後側，在該車輛本體之橫側方向中 爲平坦的消音器161係在該車輛本體之左側於該上管106 之橫側方向中設置在該外側。該消音器1 6 1具有一四邊形 之形狀，如由該車輛本體之橫側所視，且係設置於一傾斜 姿態中，其在該後輪1 3 2之左上側向上延伸至該背面。該 消音器1 6 1係設置在該排氣管1 77之後方部份中，並向上 傾斜地延伸至該後側。一尾管1 75係由該消音器1 6 1 (該 排氣管177)之後端向後突出，且一用於已反應氣體之排 氣通口 176係形成在該尾管175之後端。 該散熱器168包含一位於該前管105前面中之相當小 尺寸設計的上散熱器168a，及一位於該下管107之前緣部 份107a的前面中之相當小尺寸設計的下散熱器168b。 該水泵167係設置於該下散熱器168b之右側部份的 後面中，且該恆溫器169係設置在該水泵167之下部的傾 斜背面中。在該車輛本體之橫側方向中爲平坦的電池1 63 係設置於該車罩142內側，並位在該下散熱器168b之兩 側面上。 該稀釋裝置156係設置於該等下管107的彎曲部份 l〇7c之間，以便由該下緣部份107b之下端往下突出。一 短排氣管178係由該稀釋裝置156引出，且係在該車輛本 -30- (27) 1290521 體之左側連接至該下管107的下緣部份i〇7b之前端，及 該排氣管177係自該下緣部份107b之後端引出。亦即， 在該車輛本體之左側，該下管107構成該排氣管用於該已 反應氣體之一部份，且如此來自該稀釋裝置1 5 6之廢氣係 經過該短排氣管178、該下管107的下緣部份i〇7b、與該 排氣管177排出至空氣。 在該車輛本體之左側，由該控制閥1 8 2所分叉之排水 管181沿著該下管107之下緣部份107b向後延伸。該排 水管1 8 1係設置在該反應裝置1 3 3之左側，以與該反應裝 置1 3 3重疊，如由該車輛本體之橫側所視（看圖丨2 )。該 排水管1 8 1之後方部份係傾斜地彎曲至該左後側邊。 圖1 3係一透視圖，其說明根據本發明之一示範具體 實施例的燃料電池疊積體1 5 0，且圖1 2係其一組裝圖。該 燃料電池疊積體1 5 0係容置在該燃料電池單元1 5 1中，且 係支撐至於單元盒子之平面及該燃料電池疊積體之間確保 一用於排出氣體空間。 該燃料電池疊積體150基本上包含一發電電池疊積體 185及一具有六面之箱形殼體190，該箱形殼體容置該發 電電池疊積體185。該殻體190係藉著組合位在該發電電 池疊積體1 8 5的疊積方向中之一端部的第一端板1 9 1、位 在該疊積方向中之另一端部的第二端板192、與位在異於 該等端部的四平面上之第一至第四側面鑲板193、194、 195及196所製成。用於供給媒介、諸如含氧氣體或含氫 氣體至該發電電池疊積體之媒介供給孔1 8 6係經過該第一 -31 - (28) 1290521 端板1 9 1所形成。 聯鎖溝槽188係形成在該第一端板191之四邊緣中， 且能以聯鎖方式耦接至該聯鎖溝槽1 8 8之聯鎖溝槽丨8 9係 形成於該第一至第四側面鑲板1 93至1 96之每一個的僅只 一邊緣中，而連接至該第一端板191之邊緣。藉著以該聯 鎖方式耦接該等聯鎖溝槽1 8 8及1 8 9、且接著將剪力插銷 1 97 (當作第一固定構造）插入該等聯鎖溝槽，該第一端 板191及該第一至第四側面鑲板193至196係固定至彼此 〇 複數螺紋孔145係形成在該第二端板192之四邊緣表 面中。對應於該螺紋孔1 4 5之封塞孔1 4 6係形成在該第一 至第四側面鑲板193至196之每一個的一邊緣中，該邊緣 連接至該第二端板192之邊緣。 於上述架構中，該第二端板192係以螺栓147 (當作 第二固定構造）牢固地及不可移動地固定至該第一至第四 側面鑲板1 9 3至1 9 6之邊緣。反之，該第一端板1 9 1之聯 鎖溝槽1 8 8以該聯鎖方式嚙合該第一至第四側面鑲板i 9 3 至1 9 6之聯鎖溝槽1 8 9，且它們以剪力插銷1 9 7連接。因 此，該第一端板1 9 1係固定至該等側面鑲板1 9 3至1 9 6， 以便可於該發電電池疊積體185之疊積方向中稍微移動。 其結果是，甚至當一加速度於與該發電電池疊積體185之 疊積方向相同的方向中作用在該燃料電池疊積體150上時 ’該第一端板191可在該同一方向中隨著該發電電池疊積 體1 8 5移動。因此，其係可能於該第一端板1 9〗及該發電 -32- (29) 1290521 電池疊積體1 8 5之間防止發生一間隙。 在本示範具體實施例中。用於供給媒介氣體、諸如含 氧氣體及含氫氣體之媒介供給孔1 8 6係提供至該第一端板 191。因此，甚至當一加速度在該發電電池疊積體185之 疊積方向中作用於該燃料電池疊積體150上時，該第一端 板191係在該同一方向中隨著該發電電池疊積體185移動 ’藉此防止該含氧氣體或含氯氣體之渗漏。 於前述之示範具體實施例中，其已敘述爲固定該第二 端板1 9 2及該等側面鑲板1 9 3至1 9 6之方法，該等螺紋孔 145係形成在該第二端板192中，且該封塞孔146係形成 在該等側面鑲板193至196中。然而，於此一結構中，當 一加速度在該發電電池疊積體185之疊積方向中作用於該 燃料電池疊積體150上時，在該等螺栓147中發生於該剪 切方向中之應力。因此，藉著於該等側面鑲板193至196 中形成該螺紋孔、於該第二端板1 92中形成該封塞孔、且 接著匹配該加速度方向與該等螺栓1 47之螺絲耦接方向， 其係可能於該剪切方向中防止該等螺栓147中發生應力。 <第三示範具體實施例中> 於下文中，將參考圖14至21敘述根據本發明之一示 範具體實施例的燃料電池車輛。 如圖1 4所示，當作根據本示範具體實施例的燃料電 池車輛之燃料電池機車3 1 0具有一安裝在其上面之燃料電 池3 1 2，且如此藉著使用由該燃料電池3 1 2所獲得之電力 -33- (30) 1290521 驅動一馬達3 1 4所行進。該燃料電池3〗2係一聚合物電解 質隔膜燃料電池（PEMFC )，其中複數單元電池係疊積， 及藉著供給至一陰極之反應氣體（空氣）與供給至一陽極 之燃料氣體（氫氣）的反應產生電力。該燃料電池機車 3 1 0包含一當作轉向輪之前輪3〗6、一當作驅動輪之後輪 3〇8、一用於操控該前輪316之把手320、一車架322、及 一用於允許駕駛員及乘客就坐之座位3 2 4。 如圖1 5所示，該燃料電池機車3 1 0之燃料電池系統 326包含反應氣體供給機構3 28，用於供給該反應氣體至 該燃料電池3 1 2 ;氫氣供給機構3 3 0，用於供給該氫氣至 該燃料電池3 1 2 ;排氣機構3 3 2，用於排出一經過該燃料 電池312中之反應所產生的廢氣；及一 ECU (電子控制單 元）334，用於完全控制該系統之運轉。該排氣機構332 係設有一背壓閥358，用於調整該廢氣之壓力。 當作一燃料氣體之氫氣係經過一阻斷閥3 3 8由一氫氣 罐3 3 6供給至該燃料電池3 1 2，且接著在用於發電之後被 引導至一氫循環通道340。於該氫循環通道340中，剩餘 (未反應）之氫氣接合引導自該氫氣罐336之氫氣，且接 著又供給至該燃料電池單元3 1 2。循環經過該氫循環通道 340之氫氣係經過一淨化閥342被引導至一稀釋裝置344 〇 在另一方面，當作一反應氣體之空氣係經過一空氣濾 清器346引導至一壓縮機348，以一預定壓力在壓縮狀態 中供給至該燃料電池單元3 1 2，且接著在用於發電之後被 -34- (31) 1290521 引導至該稀釋裝置344。一中間冷卻器3 5 2冷 燃料電池單元3 1 2之空氣，且一增濕器3 5 4供 反應氣體。一旁通閥3 5 6當該燃料電池單元3 溫等時允許該空氣流動，而沒有通過該中間冷 該增濕器354。該背壓閥358調整該燃料電池 之反應氣體的壓力。稍後將敘述該背壓閥3 5 8 作。 _ 藉著允許設置在該氫循環通道3 40中之淨 開，在反應之後，該氫氣被引導進入該稀釋裝 來自該燃料電池312之廢氣混合及藉著該稀釋 釋，且接著經過一消音器360排出至空氣。在 著該廢氣被引導進入該增濕器354時，收集由 3 1 2所產生之水，且當作供給至該反應氣體之 。於該增濕器3 54中不收集之濕氣（譬如，蒸 應之後經過該稀釋裝置344隨著該氣體排出。 • 特別地是，該ECU 3 3 4接收有關該氫氣及 之壓力及溫度的信號、有關一車輛速度及該壓; 轉數的信號、及有關該燃料電池3 1 2及其一冷 的信號，並回應於所接收之信號控制該壓縮機 通閥3 5 6、該背壓閥3 5 8、該淨化閥3 4 2、及該 之操作。 此外，該ECU 3 3 4由一節流握把3 64接收 求信號，且控制該馬達3 1 4之驅動，用以回應 動該後輪3 1 8。該馬達3 1 4係具體化爲一三相 卻供給至該 給濕氣至該 1 2係在一低 卻器3 5 2及 單元3 1 2中 之架構及操 化閥3 4 2打 置 344 、與 裝置344稀 此，當其隨 該燃料電池 濕氣再利用 氣）係在反 該反應氣體 縮機348之 卻水之溫度 3 4 8、該旁 阻斷閥3 3 8 一加速度請 於該信號驅 交流電馬達 -35- (32) 1290521 ，其中來自該燃料電池312或如第二電池之電池366的直 流電係藉著當作一反相器單元之馬達驅動器（控制器） 3 6 8轉換成三相交流電，且接著供給供驅動。 燃料電池系統中之一冷卻系統形成一冷卻水通道3 72 ，用於連接該燃料電池3 1 2與該馬達3 1 4的水夾套、該中 間冷卻器3 5 2、及一毗連該馬達驅動器3 68之冷卻板（冷 卻器）中之水通道，且該冷卻水通道3 72係設有一水泵 374及一散熱器3 76。 於此一冷卻系統中，藉著該水泵3 74之操作允許該冷 卻水流動及循環經過該冷卻水通道3 72，該冷卻水由該燃 料電池312、該馬達314、該反應氣體、及該馬達驅動器 3 68吸收熱量，且所吸收之熱量係經過該散熱器376釋放 。當該燃料電池3 1 2係在低溫時，一恆溫器3 7 8允許該冷 卻水循環而不會通過該散熱器3 76。 其次，將敘述該燃料電池機車3 1 0的排氣機構3 32中 所提供之背壓閥3 5 8、及一用於控制該背壓閥3 5 8之閥門 打開比率控制器400。 如圖1 6所示，該閥門打開比率控制器400包含該背 壓閥356，其提供於該進氣通道412之一中介部份中；及 一控制驅動器418，用以基於藉著該ECU 3 3 4所指令之一 目標節流打開比率0 a控制該背壓閥3 5 8。 該ECU 3 3 4基於該節流握把3 64之操控量Acc、該電 池3 66之剩下容量、及該車輛速度信號V決定該燃料電池 312中之發電量，且在控制該壓縮機348之旋轉同時，基 -36- (33) 1290521 於所決定之發電量計算及供給一目標節流打開比率0 a至 該控制驅動器4 1 8。除了該目標節流閥打開比率Θ a以外 ，操作指令資訊及錯誤資訊係經過彼此通訊傳送於該ECU 3 34及該控制驅動器418之間。一預定之車輛內網路可用 於傳送該車輛速度信號V、及該目標節流閥打開比率0 a ，而它們能經過該網路與其他控制器通訊。 如圖17至19所示，該背壓閥358基本上包含一本體 423，且另包含一流動通道424，該流動通道具有一圓形剖 面，並通過該本體423; —扁圓形蝶閥428，其當作一連 接至閥門軸心926之閥體，以便打開與關閉該流動通道 424 ; —無刷馬達43 0，其當作該蝶閥428之旋轉驅動源； 及一減速機件432，其具有複數齒輪，用於使該無刷馬達 430之輸出軸43 0a的旋轉減速與傳送該已減速之旋轉至該 閥門軸心926。一用於輸出指示該旋轉量之脈衝信號的旋 轉式編碼器434係連接至該輸出軸43 0a，且一用於偵測該 旋轉量之電位計43 6係連接至該閥門軸心426。該無刷馬 達43 0係U、V、及W相位之交流電三相驅動型，且係於 該控制驅動器4 1 8之控制下類似脈衝地驅動（看圖1 6 )。 該電位計43 6及該控制驅動器918係連接至電源線Vcc及 Gnd及三信號供給線Sg (看圖16)。 該本體423包含用於連接該流動通道424之一端部至 該進氣通道412的管子440，及一用於藉著螺栓耦接連接 該流動通道424之另一端部至一預定流動供給裝置（例如 該壓縮機348 )的阻斷構件442。該閥門軸心426係連接 -37- (34) 1290521 至一設置於該流動通道424中之圓形蝶閥428，且係可旋 轉地插入垂直於該流動通道424之軸向支撐孔444。該閥 門軸心4 2 6之旋轉使該蝶閥4 2 8傾斜，且如此視該傾斜角 度0而定調整該流動通道424之打開比率。當該蝶閥428 之傾斜角度0係0度時，該流動通道424係完全關上，而 當其係90度時’該流動通道係完全打開（看圖20)。 使該本體423位在其間，該閥門軸心426之兩側係藉 著止推軸承446a及446b所支撐，且如此可平滑地旋轉。 將與該閥門軸心4 2 6接觸之Ο型環4 4 8 a及4 4 8 b係在兩側 面上提供於該軸向支撐孔444中，使該流動通道424位在 其間，藉此防止流體通過該流動通道424之滲漏，且亦防 止微粒由外部侵入該流動通道424。 該減速機件432包含一第一級齒輪450，其具有少數 連接至該無刷馬達430的輸出軸430a之鋸齒；第一中介 齒輪452，其具有大量與該第一級齒輪45 0嚙合之鋸齒； 一第二中介齒輪454，其具有少數與該第一中介齒輪452 同軸地旋轉之鋸齒；及一末級齒輪456，其具有大量與該 第二中介齒輪454嚙合之鋸齒。該末級齒輪456係連接至 該閥門軸心426之一端部，藉此該無刷馬達43 0之旋轉係 藉著該減速機件43 2減速，且該減速旋轉係傳送至該閥門 軸心426。該電位計43 6係連接至該閥門軸426之另一端 部。 該末級齒輪45 6具有大約180度之一扇形，以充分保 持該蝶閥428之傾斜角度0於0度昼Θ昼90度之角度範 -38- (35) 1290521 圔中（看圖18 )。該本體423係設有第一制動器 二制動器4 6 0，用於防止該末級齒輪4 5 6於該順 及該逆時針方向中過度轉動。該第一制動器458 制動器460係設有調整螺栓462a及462b，可調 之突出量，及藉著允許該末級齒輪456之扇形的 表面與該等調整螺栓462a及462b之接觸而防止 轉。考慮操作餘裕，該傾斜角度0之機械操作角 藉著該等調整螺栓462 a及462b調整至-2度昼0 〇 在另一方面，由該ECU 3 3 4所提供之目標節 比率0a係於0度昼0昼90度之角度範圍中。在 作時間，能防止該末級齒輪4 5 6牢固地下壓該第 458或該第二制動器460之一狀態、亦即一接觸 ，藉此防止由於該目標節流閥打開比率0 a及該 0間之偏差而至該無刷馬達43 0之過量電流。 一回復彈簧464係於該本體423及該末級齒 間設置環繞著該閥門軸心426，且具有使該末級 於圖1 8的順時針方向中偏向之作用。因此，當 達43 0未被供給電力時，該末級齒輪45 6與該 462a接（於圖18所示之狀態中），且該傾斜角 持在0 =2度之位置。該回復彈簧464具有強化 用，用於強化該等齒輪間之嚙合及施加一初步壓 速機件43 2，藉此防止該等齒輪間之滑動，以增 之打開比率的精確度。譬如，一扭力彈簧係用作 458及第 時針方向 及該第二 整該螺栓 圓周端部 進一步旋 度範圍係 昼92度 流閥打開 正常之操 一制動器 狀態發生 傾斜角度 輪45 6之 齒輪45 6 該無刷馬 調整螺栓 度0係保 機構之作 力至該減 進該閥門 該回復彈 -39- (36) 1290521 簧 464。 一盤簧466係額外地提供環繞著該閥門軸心926，且 如一先前之壓力施加一偏向力至該止推軸承4 4 6 a之端部 表面，藉此防止該鬆開作用。此外，該減速機件432、該 回復彈簧464、及該盤簧466係以蓋子468覆蓋，用於保 護它們不遭受灰塵等，但該蓋子468係已分離，以便於圖 1 8所示之側視圖中觀看該減速機件。 如圖1 7所示，該第一級齒輪4 5 0係設置在該無刷馬 達430之輸出軸430a的一端部，且該旋轉式編碼器434 係連接至其另一端部。 該旋轉式編碼器4 3 4係一所謂之增量型及包含一偵測 軸43 4a，其連接至該無刷馬達43 0之輸出軸43 0a ; —圓 盤434b，其設置在該偵測軸434a上；複數發光元件434c 及複數光線接收元件434d，其設置在彼此相向之位置，並 使該圓盤434b位在其間；及一放大器43 4e，用於調整來 自該光線接收元件43 4d之偵測信號。複數裂口係設置在 該圓盤434b中，以對應於該旋轉角度，且該光線接收元 件434d供給經過該等裂口所接收之偵測信號至該放大器 434e。該旋轉式編碼器434輸出一 A-相位信號，該A-相 位信號係一對應於該旋轉角度之脈衝信號；一 B-相位信號 ，其具有一與該A-相位信號不同達90度之角度的相位； 及一 Z信號，其指示一預定參考角度，且供給該等輸出信 號至該控制驅動器4 1 8。該控制驅動器4 1 8經過該電源線 Vcc及Gnd供給電力至該旋轉式編碼器434 (看圖16 )。 -40- (37) 1290521 其次，將參考圖2 1敘述具有前述架構的閥門打開比 率控制器400之操作。圖21所示操作係藉著回應於一駕 駛者之操控將點火鑰匙（未示出）轉至一開啓位置’而供 給電力至該控制驅動器4 1 8所開始。特別地是，該操作係 如一軟體處理般藉著允許一內部中央處理單元（CPU )所 執行，以由一預定記憶體讀取及執行一程式。 首先，於步驟S 1中，施行一預定之最初設定製程° 亦即，基於有關由該電位計1 3 6所獲得之一角度的信號 Sg檢查無任何異常，諸如電線之分離，且施行預定之古夂 障檢查。當經過該故障檢查操作檢查諸如電線之分離的異 常時，其已通知至該ECU 3 3 4，且施行步驟SI 1，其係一 預定之故障處理製程。當檢查沒有異常時，進行步驟S2 〇 於步驟S1中，既然該末級齒輪45 6係藉著該回復彈 簧464偏向，其已基於來自0 =-2度之假設的信號Sg檢查 該閥門軸心426之傾斜角度0具有接近-2度之一値。 此外，在此時，一用於測量該輸出軸43 0a之旋轉角 度的上下（updown )計數器Cn之値係重新設定至〇。此 後，於一未示出之特定平行製程（或一中斷製程等）中， 該上下計數器Cn按照由該旋轉式編碼器43 4所獲得之A-相位信號及B-相位信號之脈衝即時增減。 於步驟S2中，如該最初之操作，該無刷馬達430係 回應於一由該ECU 434所接收之操作開始指令所驅動。允 許該無刷馬達43 0旋轉，直至該傾斜角度0係0度，且該 -41 - (38) 1290521 Z信號係由該旋轉式編碼器434所接收，且接著該無刷馬 達43 0係在接收該Z信號之時暫時地停止，藉此施行一預 定之定位製程。 在接收該Z信號之時，施行Cz— Cn之一替代製程， 以設定一位置校正參數Cz。此後，藉著由該上下計數器 Cn減去該位置校正參數Cz，其係可能相對該傾斜角度0 係〇度之位置偵測一精確之角度。亦即，該傾斜角度0係 表達爲0 =Cn-Cz。 於步驟S3中，其已檢查是否一來自該ECU 434之操 作啓動信號在那時候係有效的。當該操作啓動信號係無效 時’該操作係於一待命狀態中，且當該操作啓動信號係有 效時，施行步驟S 4。 於步驟S4中，檢查由一預定電源電路所供給的一來 源電壓之値。當該來源電壓之値係於一預定範圍中時，施 行步驟S5，且當該來源電壓之値係不在該預定範圍中時 ，施行步驟S 1 1之故障處理製程。亦即，當該來源電壓係 太大時，該無刷馬達430可受損，且當該來源電壓係太小 時，不能獲得該想要之旋轉扭矩。因此，藉著在步驟S4 中施行一來源電壓監視製程，可防止此一狀態發生。 於步驟S5中，由該ECU 434所提供的目標節流打開 比率Θ a之値係檢查及係與該先前之値比較。然後，基於 該比較結果施行一分叉製程。亦即，當該目標節流打開比 率0a未變化時，施行步驟S8之目前位置保持製程，且當 其變化時，施行步驟S 6。 -42- (39) 1290521 於步驟s 6中，用於以脈衝方式驅動該無刷馬達4 3 0 的輸出脈衝P〇之數目係藉著使用以下之式子所計算。 (式子1 ) Ρο— ( Θ a/3 60 ) · R · Pe· ( Cn-Cz ) 在此，R標示該減速機件432之一減速比率，且Pe 標示來自該旋轉式編碼器434之每旋轉輸出的脈衝數目， 其係全部固定之値。 於式子1右側之第一項中，在〇度至90度之一單位 中所供給的目標節流打開比率0 a係除以3 60度，且接著 乘以該減速比率R及脈衝數目P e，由此該單位係轉換成 每旋轉RxPe。表示爲該閥門軸心426之一旋轉角度的目 標節流打開比率0 a能被表示爲該無刷馬達430的輸出軸 430a之一旋轉角度。假設該R = 2 0及Pe = 500，〇度至90 度之目標節流打開比率（9 a係於輸出脈衝之數目P〇中藉著 0至2500所表示。 藉著由該値（式子1右側中之第一項）減去式子1右 側中之第二項，如脈衝之數目獲得該輸出脈衝之數目Ρο ，而該角度偏差係在那時候轉換成該輸出脈衝之數目Ρ〇 。該式子1右側中之第二項係一藉著由該上下計數器Cn 減去該位置校正參數Cz所獲得之値，且該値意指該輸出 軸43 0a繞著該傾斜角度Θ滿足0 =0度之位置的旋轉角度 -43- (40) 1290521 如可由式子1清楚地看出者，輸出脈衝數目Po的單 位可設定至充分小之値，諸如0.036度（=90/2500 )。換 句話說，當該閥門軸心426在四分之一轉（0度至90度） 中旋轉時，該輸出軸430a係加速至在5轉圈中旋轉，藉 此對應於脈衝之數目（=2 5 0 0 )獲得測量之精確性，該數 目多達該旋轉式編碼器434之每旋轉的輸出脈衝數目Po (=500 )之五倍。 於步驟S7中，該無刷馬達43 0係基於步驟S6中所獲 得之輸出脈衝數目P〇以一脈衝方式驅動。因此，該閥門 軸心426隨著該輸出軸430a之旋轉而旋轉，且該閥門軸 心426之傾斜角度0變得等於該目標節流打開比率0 a。 於此案例中，既然該無刷馬達43 0之輸出扭矩依該減速比 率R按比例地增加，且傳送至該閥門軸心426，該閥門軸 心426可頂抗一流體力量或一摩擦力令人滿意地操作。 該輸出脈衝之數目Po係輸出爲一値，該値係藉著在 那時候將該角度偏差轉換成脈衝之數目所獲得，且如此施 行一種反饋控制。 於步驟S 7或步驟S 8之隨後步驟s 9中，對該無刷馬 達430進行一過量電流決定製程。當其係已決定發生該過 量電流時，施行步驟S 1 1之故障處理製程，且當該電流値 係於該正常之範圍中時，施行步驟S10。 於步驟sio中，在不同時間地檢查該背壓閥358之異 常。當該背壓閥係正常時，再次施行步驟S3，以繼續控 制該無刷馬達4 3 0，且當該背壓閥係異常時，施行步驟 -44- (41) (41)
1290521 S11之故障處理製程。於步驟s 1 0中施行異常性檢查 範例可包含檢查該電位計436之信號Sg是否正常地 該無刷馬達43 0之驅動。當該信號20Sg未順著該無 達之驅動時，其指示該減速機件432等有問題，且如 行步驟S 1 1。 此外，反覆地執行圖2 1所示之操作達一很短之 。因此，當發生異常時，該背壓閥3 5 8可經過步驟 S4、S9及S10中之異常性檢查，藉著施行步驟S11 障處理製程被適當地保護。步驟S 1 1之製程係準製用 理非預期之狀態，且此異常大致上係設定至不發生。 如上面所述，於有關本具體實施例之燃料電池 3 1 0中，該排氣機構3 32係設有該背壓閥3 5 8，用於 該廢氣之壓力，且係藉著該閥門打開比率控制器400 制。既然供給至該背壓閥3 5 8之空氣係藉著該壓縮機 所壓縮，且其供給管具有一相當小之直徑，其係需要 精確度調整該傾斜角度0，以便適當地保持通過該背 之空氣量。 於該閥門打開比率控制器400中，既然基於由該 式編碼器434輸出之脈衝信號的A-相位信號、該B· 信號、及該Z信號，獲得該無刷馬達43 0之輸出軸 的旋轉量及該閥門軸心426之傾斜角度0，電雜訊之 能減少。因此，其係可能藉著防止該蝶閥428之輕微 ，以高精確度控制該流動通道424之打開比率。其結 ，可精確地控制該燃料電池3 1 2之內壓，藉此使發電 之一 順著 刷馬 此施 時間 S1、 之故 於處 機車 調整 所控 348 以高 壓閥 旋轉 相位 43 0a 影響 震動 果是 量變 -45- (42) 1290521 穩定。發電量之穩定例如改善該燃料電池機車3 1 0之行進 性能。 既然該旋轉式編碼器434相較於一類比感測器具有一 優異之線性及一優異之溫度特徵，該旋轉式編碼器能以相 當低之成本達成想要之精確度。該閥門打開比率控制器 4〇〇與該類比電位計43 6結合。然而，既然該電位計436 基本上係設計成可處理非預期之狀態、諸如該減速機件 43 2之異常性的偵測，在設計時可省略該電位計43 6。亦 即，於該閥門打開比率控制器400中，可藉著僅只使用用 於偵測該旋轉之旋轉式編碼器434控制該背壓閥3 5 8，且 如此能以低成本製成該背壓閥。既然用於控制旋轉之旋轉 式編碼器係提供於大部分無刷馬達中，該旋轉式編碼器一 般可用於偵測該閥門軸心426之傾斜角度0。 既然該減速機件432係設置於該無刷馬達43 0及該閥 門軸心426之間，該閥門軸心426之旋轉係加速及傳送至 該旋轉式編碼器434，藉此大體上於該傾斜角度（9之旋轉 方向中增強該解析度。甚至當一雜訊係加至該旋轉式編碼 器434之輸出信號時，在該減速機件432之減速比率R的 雜訊之影響可減少，藉此抑制藉著該蝶閥428所產生之震 動。 此外，各種馬達能用作該致動器、以及該無刷馬達 4 3 0。一孔洞I C或一解析器可被用作該旋轉偵測感測器、 以及該旋轉式編碼器43 4。於這些案例中，能獲得相同之 優點。 -46 - (43) 1290521 於該燃料電池機車3 1 〇之閥門打開比率控制器400中 ，既然該旋轉式編碼器434係設置在該無刷馬達430之側 面上當作該驅動零件，當作該驅動零件之閥體的結構、形 狀、及尺寸不受限制，且譬如可使用藉著一致動器所驅動 之針閥或短管閥。 對於那些熟諳此技藝者將變得明顯的是可對本發明所 敘述之較佳具體實施例作各種修改及變化，卻未由本發明 之精神或範圍脫離。如此，其係意欲使本發明涵括本發明 之所有修改及變化，而與所附申請專利其同等項之範圍一 致0 【圖式簡單說明】 圖1係一透視圖，說明根據本發明之一示範具體實施 例的機車。 圖2係一側視圖，說明圖1所示機車。 圖3係一平面圖，槪要地說明圖i所示機車。 圖4係一透視圖，說明一燃料電池及用於圖1所示機 車之踏板的空間。 圖5係一局部平面圖，說明一燃料電池及用於圖1所 示機車之踏板的空間。 圖6係一槪要側視圖，在行進時說明圖丨所示機車。 圖7係一槪要側視圖，在停止時說明圖1所示機車。 圖8係一左側視圖，說明根據本發明之一示範具體實 施例的燃料電池車輛（機車）。 -47- (44) 1290521 圖9係一右側視圖，說明該燃料電池車輛。 圖1 0係一仰視圖，說明該燃料電池車輛。 圖11係一方塊圖，說明該燃料電池車輛中之燃料電 池系統的一局部架構。 圖1 2係一組裝圖，說明一燃料電池疊積體之範例。 圖13係一透視圖，說明該燃料電池疊積體之一範例 〇 _ 圖14係一側視圖，說明根據本發明之一示範具體實 施例的燃料電池機車。 圖1 5係一方塊圖，說明該燃料電池機車中之一燃料 電池系統。 圖1 0係一方塊圖，說明一閥門打開比率控制器之槪 要架構。 圖1 7係一前面剖視圖，說明一節流閥。 圖1 8係一側視圖，說明該節流閥。 φ 圖1 9係一頂部剖視圖，說明該節流閥。 圖2 0係一槪要視圖，說明一流動通道中之蝶閥的操 作。 圖2 1係一流程圖，說明該閥門打開比率控制器之一 操作。 圖22係一槪要側視圖，說明一相關技藝之機車。 圖23係一組裝圖，說明一相關燃料電池疊積體之第 一結構範例。 圖24係一組裝圖，說明一相關燃料電池疊積體之第 -48- (45) (45)1290521 二結構範例。 圖25係一槪要圖，說明該相關燃料電池疊積體之第 一結構範例的問題。 【主要元件符號說明】 1 〇 :機車 1 2 :燃料電池 1 8 :把手 20 :車架 22 :座位 8 0 :連接開口 8 2 :踏板 8 4 :管線 A :空間 1 4 5 :螺紋孔 146 :封塞孔 1 5 0 :燃料電池疊積體 1 5 1 :燃料電池單元 185:發電電池疊積體 186 :媒介供給孔 1 8 8、1 8 9 :聯鎖溝槽 190 :殼體 1 9 1 :第一端板 192 :第二端板 -49- (46) (46)1290521 1 93 - 1 96 :側面鑲板 197 :剪力插銷 3 1 0 :機車 3 1 2 :燃料電池 3 1 8 :把手 3 20 :車架 3 2 2 :座位 3 8 0 :連接開口 3 82 :踏板 3 8 4 :管線 4 4 5 :螺紋孔 446 :封塞孔 450 :燃料電池疊積體 451 :燃料電池單元‘ 48 5 :發電電池疊積體 486 :媒介供給孔 4 8 8、4 8 9 :聯鎖溝槽 490 :殼體 491 :第一端板 492 :第二端板 493 -496 :側面鑲板 4 9 7 :剪力插銷