DE102009033023A1

DE102009033023A1 - Brenngaszuführvorrichtung für Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102009033023A1
Application number: DE102009033023A
Authority: DE
Inventors: Tohru Hamamatsu-shi Eguchi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2010-01-07
Also published as: US20100003577A1

Abstract

Brenngaszuführvorrichtung für Brennstoffzellensystem, mit einer Auspuffvorrichtung, die ein Auspuffrohr (26) hat; eine Brennstoffvorrichtung zum Zuführen von Brennstoff zu der Brennstoffzelle; ein Regler, der zum Verringern des Drucks des Brenngases, das für die Brennstoffzelle vorgesehen wird, eingerichtet ist, und ein Brenngasausstoßrohr (32), das zusammenströmend mit dem Auspuffrohr verbunden ist, um Brenngas aus der Brennstoffvorrichtung durch Verwenden des Auspuffrohrs als Rohr zum vorübergehenden Ausstoßen von Gas in die Umgebung abzugeben. Der Regler weist mehrere Druckablassventile, einen Druckminderabschnitt und ein Magnetventil stromaufwärts des Druckminderabschnitts auf. Die Druckablassventile sind stromaufwärts und stromabwärts des Druckminderabschnitts angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuführvorrichtung für Brenngas eines Brennstoffzellensystems und insbesondere eine Zuführvorrichtung für Brenngas eines Brennstoffzellensystems zum Verringern eines Drucks des Brenngases, das in einem Brennstofftank unter hohem Druck gelagert ist, und Zuführen des Brenngases mit verringertem Druck zu einer Brennstoffzelle.
In einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem elektrischen Fahrzeug, Hybridfahrzeug oder dergleichen, ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle (auch „Stapel” genannt), die als Antriebsleistungsquelle dient, installiert. In dem Fall des Zuführens von reinem Wasserstoff als Brenngas in die Brennstoffzelle, wird eine Funktion zum Ausstoßen eines Wasserstoffgases aus der Brennstoffvorrichtung heraus vorgesehen. Eine derartige Funktion wird in der Hauptsache in eine Entlüftung und in ein Notausstoßen eingestuft, und ihre Aufgaben und Zielsetzungen sind unterschiedlich.
Wie in 5 gezeigt, hat ein Brennstoffzellensystem 101 als Regler 106 zum Verringern eines Drucks eines Brenngases einen Hauptregler 108 mit einem Primärdruckminderabschnitt 107 und einen Sekundärregler 110 mit einem Sekundärdruckminderabschnitt 109, die nacheinander vorgesehen sind (auf einer Brennstofftankseite 103), für ein Brennstoffzuführrohr 105 zwischen einer Brennstoffzelle 102 und einem Ventil 104 des Brennstofftanks 103. Ein Druckminderrohr 111 (PRD = Pressure Relief Device) dient als Druckminderventil, um Brenngas in den Brennstofftank 103, wenn eine Temperatur in dem Brennstofftank 103 anormal wird, in die Umgebung freizugeben und ist mit dem Ventil 104 des Brennstofftanks 103 verbunden. Ein Luftdruck-Hauptreferenzrohr 112 wird in die Umgebung freigegeben und ist mit dem Primärregler 108 verbunden. Ein Sekundärluftdruck-Referenzrohr 113 wird in die Umgebung freigegeben und ist mit dem Sekundärregler 110 verbunden. Stromaufwärts des Sekundärdruckminderabschnitts 109 führt ein stromaufwärtiges Druckablassrohr 114 eines Hochdrucks in die Umgebung ab und ist mit dem Sekundärregler 110 verbunden. Stromabwärts des Sekundärdruckminderabschnitts 109 wird ein stromabwärtiges Druckablassrohr 115 mit einem niedrigen Druck in die Umgebung freigegeben und ist mit dem Sekundärregler 110 verbunden. Ein Auspuffrohr 116 zum Ausstoßen der Luft (Abgas) ist mit der Brennstoffzelle 102 verbunden.
In dem Brennstoffzellensystem 101 wird daher das Brenngas aus dem PRD-Rohr 111, dem Primärluftdruck-Referenzrohr 112, dem Sekundärluftdruck-Referenzrohr 113, dem stromaufwärtigen Druckablassrohr 114 und dem stromabwärtigen Druckablassrohr 115 je nach den Umständen ausgestoßen. Das PRD-Rohr 111 ist in der Hauptsache dazu vorgesehen, die Nutzungseffizienz einer Brennstoffzelle 102 zu verbessern und wird zum Freigeben des internen Brenngases verwendet, wenn eine Temperatur in den Brennstofftank 103 anormal hoch wird. Da das Brenngas in einem Zustand ausgestoßen wird, in dem ein Innendruck angelegt wurde, wird eine große Menge an starkem Brenngas ausgestoßen (entlüftet). Das Hauptluftdruck-Referenzrohr 112 und das Sekundärluftdruck-Referenzrohr 113 werden jeweils von dem Primärregler 108 und dem Sekundärregler 110 durch Messdruck gesteuert und holen den Luftdruck zum Vergleich. Eine kleine Menge von Wasserstoff wird jedoch immer aus ihrer Struktur ausgestoßen. Wenn ein anormaler Druck an den Sekundärregler 110 angelegt wird, stoßen das stromaufwärtige Druckablassrohr 114 und das stromabwärtige Druckablassrohr 115 das Brenngas aus. Nur wenn ein anormaler Zustand auftritt, sind sie in Betrieb und geben eine gewisse Menge eines starken Gases ab.
Es wird nun der Fall des Notausstoßens des Wasserstoffgases besprochen. In dem Fall eines Notausstoßens gibt es verschiedene Druckminderverhältnisse (Niveaus), die von dem Ausmaß des anormalen Zustands des Brennstoffzellensystems 101 wie oben erwähnt abhängen.
Gemäß dem Stand der Technik gibt es bei den Brennstoffzellensystemen ein System, das derart ausgebildet ist, dass ein Herausführungsventil an der Brenngastankseite an Stelle eines Druckminderventils befestigt ist, das Brenngas wird über das Herausführungsventil abgegeben, und als Rohr, das das Druckminderventil und die Brennstoffzelle verbindet, wird ein Rohr verwendet, dessen Stärke kleiner ist als die, die das Brenngas aushalten kann, so dass es leicht und einfach zu installieren ist.
Unter den Kraftfahrzeugen, in welchen eine Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität aus einem Brenngas und Gasoxid installiert ist, gibt es ein Fahrzeug, in dem ein Gasdruck eines Brenngaszuführmittels zum Zuführen des Brenngases zu der Brennstoffzelle als eine Antriebsquelle für die Ladevorrichtung verwendet wird.
Zu dem früheren Stand der Technik gehören JP-A-2006-331781 und JP-A-2005-339862 . Bei dem Brennstoffzellensystem des früheren Stands der Technik wird das Brenngas, wenn Wasserstoffgas unter Notumständen ausgestoßen wird, so wie es ist aus jedem Rohr in die Atmosphäre abgeleitet. Da es aber einen Fall gibt, bei dem eine bestimmte Menge an Brenngas je nach den Umständen ausgestoßen wird, ist es unsachgemäß, das ganze Brenngas direkt in die Atmosphäre abzuleiten, und es wird geboten, diese Situation zu verbessern.
Wie in 6 gezeigt und in dem Fall, in dem das System verbessert wird, um Brenngas nicht direkt in die Atmosphäre abzugeben, und das stromaufwärtige Druckablassrohr 114 und das stromabwärtige Druckablassrohr 115 sind unabhängig zusammenströmend jeweils mit dem Auspuffrohr 116 verbunden, was den Nachteil hat, dass die Anzahl von Schallquellenabschnitten in dem Auspuffrohr 116 ansteigt und das Auspuffgeräusch zunimmt und zum Lärm wird.
In dem Fall des Zuführens von reinem Wasserstoff als Brenngas in die Brennstoffzelle wird ein Druck des Brenngases auf einen gewünschten Druck durch einen Regler verringert, und das druckgeminderte Gas wird zu einer Anodenseite der Brennstoffzelle zugeführt. Da das Brenngas mit dem Brenngas unter hohem Druck gefüllt wurde, und wenn der Druck des Brenngases durch den Regler verringert wird, wird er auf mehrere Niveaus verringert. Ein Magnetventil (Injektor, Absperrventil oder dergleichen) zum Steuern eines Zirkulationsabsperrzustands des Brenngases und ein Druckminderventil, das in einem unpassenden Zustand oder mit anormalem Zustand funktioniert, wie zum Beispiel beim Hochdruckzustand des Brenngases auf einer Passage eines Brennstoffzuführrohrs, sind auf dem Durchgang vorgesehen.
Bei einem anderen Brennstoffzellensystem gemäß dem Stand der Technik und wenn der Regler eingestellt ist, wird die folgende Vorgehensweise ausgeführt: zuerst wird ein Druckminderungsverhältnis (Niveau) des Reglers eingestellt, die Querschnittsflächen der Vorder- und Hinterpassagen des Regleraufbaus werden festgelegt, und danach wird ein Betriebsdruck des Druckablassventils in Übereinstimmung mit einem Druck stromaufwärts und stromabwärts vor und nach der Druckminderung festgelegt. Dabei wird eine Position auf der Passage sowohl des Magnetventils als auch des Druckablassventils willkürlich festgelegt.
Es besteht jedoch der Nachteil, dass es sogar nach dem Schließen des zweiten Magnetventils schwierig ist, den Regler hinsichtlich seiner Struktur komplett abzudichten, und eine Kriecherscheinung, bei der Wasserstoffgas zu der stromabwärtigen Seite strömt, tritt auf, der Druck auf der stromabwärtigen Seite steigt, und wenn der Druck des Druckablassventils auf einen vorbestimmten Wert oder darüber ansteigt, wird das Wasserstoffgas, das inhärent zu der Brennstoffzelle von dem Druckablassventil geliefert werden sollte, ausgestoßen und damit verschwendet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brenngaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, bei dem ein Vorgang, bei dem Brenngas unter einem Fahrzeugboden in der Nähe der Mitte des Fahrzeugs ausgestoßen wird, eliminiert wird, und ein Auspuffrohr verwendet wird, das als ein Rohr dient, das zum Funktionieren des Brennstoffzellensystems erforderlich ist, so dass das komplette Rohrlayout vereinfacht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brenngaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, bei dem die Anzahl der Gelegenheiten, bei welchen Funktionieren zum Ausstoßen einer Brenngaskomponente verschwenderisch aktiviert wird, verringert ist, bei dem viel Platz gespart wird und die Einbaufreundlichkeit hoch ist, bei dem die Anzahl von Elementen, die bei einem Aufbau (Rohrlayout) des Brennstoffzuführrohrs berücksichtigt werden muss, verringert ist, und die Schwierigkeiten eingeschränkt werden.
Erfindungsgemäß wird eine Brenngaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit Folgendem vorgesehen: eine Brennstoffzelle zum Zuführen von Luft, die Sauerstoff enthält, zu einer Kathode, mit Zuführen eines Brenngases, das Wasserstoff enthält, zu einer Anode, und Ausführen einer Leistungserzeugung; eine Auspuffvorrichtung mit einem Auspufftopf in einem Auspuffrohr stromabwärts der Brennstoffzelle; eine Brennstoffvorrichtung mit einem Brennstoffzuführrohr zum Zuführen des Brenngases zu der Brennstoffzelle, und ein Regler, der auf dem Verlauf des Brennstoffzuführrohrs eingerichtet ist und den Druck des Brenngases verringert; und ein Brenngasausstoßrohr, das das Brenngas in das Brenngaszuführrohr aus der Brennstoffvorrichtung heraus abgeben kann, wobei das Brenngasausstoßrohr zusammenströmend mit dem Auspuffrohr verbunden ist, so dass es dem Brenngas in dem Brennstoffzuführrohr erlaubt wird, vorübergehend durch das Brenngasausstoßrohr und das Auspuffrohr in die Atmosphäre abgeleitet zu werden.
Gemäß der Brenngaszuführvorrichtung des Brennstoffzellensystems einer Ausführungsform der Erfindung wird das Brenngas nicht unter dem Fahrzeugboden in der Nähe der Mitte des Fahrzeugs ausgestoßen, und das gesamte Rohrlayout kann vereinfacht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Aufgabe des Eliminierens eines Vorgangs, bei dem Brenngas unter dem Fahrzeugboden in der Nähe der Mitte des Fahrzeugs ausgestoßen wird, und das Vereinfachen des gesamten Rohrlayouts verwirklicht, indem das Auspuffrohr als ein Rohr verwendet wird, das für das Funktionieren des Brennstoffzellensystems erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Gaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das Folgendes aufweist: eine Brennstoffzelle zum Zuführen von Luft, die Sauerstoff enthält, zu einer Kathode, Zuführen eines Brenngases, das Wasserstoff enthält, zu einer Anode, und Ausführen einer Leistungserzeugung; eine Auspuffvorrichtung mit einem Auspufftopf in einem Auspuffrohr auf einer stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle; und eine Brennstoffvorrichtung mit einem Brennstoffzuführrohr zum Zuführen des Brenngases zu der Brennstoffzelle. Ein Regler weist einen Reglerdruckminderabschnitt zum Verringern eines Drucks des Brenngases auf, ein Magnetventil zum Steuern eines Absperrens der Zirkulation des Brenngases, und ein Druckminderventil zum Ausstoßen des Brenngases aus der Brennstoffvorrichtung heraus, das auf einer Passage auf dem Brennstoffzuführrohr eingerichtet ist, wobei das Magnetventil und mehrere Druckminderventile integral für den Regler, der den Reglerdruckminderabschnitt aufweist, vorgesehen werden. Das Magnetventil wird auf einer stromaufwärtigen Brenngaspassage von dem Reglerdruckminderabschnitt vorgesehen, eines der Druckablassventile ist mit der stromaufwärtigen Brenngaspassage des Reglerdruckminderabschnitts verbunden, und das andere Druckablassventil ist mit einer stromabwärtigen Seite der Brenngaspassage des Reglerdruckminderabschnitts verbunden.
Gemäß der Brenngaszuführvorrichtung des Brennstoffzellensystems einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl der Gelegenheiten, bei welchen eine Funktion zum Ausstoßen einer Brenngaskomponente verschwenderisch aktiviert wird, verringert, es wird viel Raum gespart und die Montagefreundlichkeit ist hoch, und das Zusammenbauen (Rohrlayout) des Brennstoffzuführrohrs kann leicht ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Baudiagramm einer Brenngaszuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Auspuffrohrbaugruppe.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Tankeinheit, die auf einen Unterrahmen in die Abwärtsrichtung gesehen montiert ist.
4 ist eine schematische Bauskizze des Brennstoffzellensystems.
5 ist eine schematische Bauskizze einer Brenngaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß dem früheren Stand der Technik.
6 ist eine zweite schematische Bauskizze der Brenngaszuführvorrichtung des Brennstoffzellensystems gemäß dem früheren Stand der Technik.
7 ist eine Bauskizze eines Sekundärreglers einer Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems.
8 ist eine Bauskizze einer Brennstoffvorrichtung eines Brennstoffzellensystems.
9 ist eine schematische Bauskizze einer Ausführungsform des Brennstoffzellensystems.
Ausführungsformen der Erfindung werden unten ausführlich und spezifisch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 bis 4 veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Brennstoffzellensystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug (unten einfach „Fahrzeug” genannt) installiert ist.
Wie in 4 gezeigt, hat das Brennstoffzellensystem 1 eine Brennstoffzelle (Stapel) 2 zum Empfangen von Luft, die Sauerstoff enthält, an einer Kathode, Empfangen eines Brenngases, das Wasserstoff enthält, an einer Anode, und Ausführen eines Leistungserzeugens.
Das Brennstoffzellensystem hat: eine Luftvorrichtung 3 eines Luftzuführsystems zum Zuführen von Luft zu der stromaufwärtigen Seite der Brennstoffzelle 2; eine Brennstoffvorrichtung 4 für ein Brennstoffzuführsystem zum Zuführen eines Brenngases zu der Brennstoffzelle 2; eine Kühlvorrichtung 5 für ein Kühlsystem zum Kühlen der Brennstoffzelle 2 auf eine geeignete Temperatur; eine Auspuffvorrichtung 6 eines Auspuffsystems zum Ausstoßen von Luft (Abgas) stromabwärts der Brennstoffzelle 2.
In der Luftvorrichtung 3 ist ein Luftzuführrohr 7 mit der Brennstoffzelle 2 verbunden. Die folgenden Vorrichtungen werden für das Luftzuführrohr 7 in der Reihenfolge von der Seite eines Lufteinlasses vorgesehen: ein Luftfilter 8 zum Reinigen der Luft, die von dem Lufteinlass kommt; ein Luftkompressor 9, um die Luft auf mehrere Atmosphären mit Druck zu beaufschlagen und zum Zuführen zu der Seite der Brennstoffzelle 2; ein Wärmeaustauscher 10 zum Anpassen der Luft an eine Temperatur, bei der eine höhere Leistungserzeugungseffizienz erzielt wird; und ein Befeuchter 11 zum Anpassen der Luft an eine Feuchtigkeit, bei der höhere Leistungserzeugungseffizienz erzielt wird.
Ein Luftbypassrohr 12 ist mit dem Luftzuführrohr 7 zwischen dem Luftkompressor 9 und dem Wärmeaustauscher 10 verbunden. Das Luftbypassrohr 12 hat ein Luftabsperrventil 13 und eine Vorderkante ist mit einem Rohrverteiler 27 verbunden, der unten erklärt wird. Sowohl das Luftzuführrohr 7 als auch das Luftbypassrohr 12 haben eine relativ große Querschnittsfläche.
Der Luftkompressor 9 hat ein Zentrifugalgebläse, wie zum Beispiel einen Turboverdichter, und kann von einem Elektromotor mit einer Drehzahl von null bis Zehntausend U/Min. angetrieben werden. Beim Antreiben des Luftkompressors 9 und obwohl die Schwingung relativ gering ist, wird ein Geräusch wie schneidender Wind mit hoher Frequenz erzeugt.
Obwohl die Luft von dem Luftkompressor 9 zu der Kathodenseite der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird, wird ein Teil der Luft ausgeworfen, indem sie von der Bypassleitung 12 umgeleitet wird, ohne durch die Brennstoffzelle 2 zu gehen. Eine Strömungsrate der Luft, die in die Kathodenseite der Brennstoffzelle 2 strömt, wird dadurch eingestellt. Die Luft, die zu der Kathodenseite der Brennstoffzelle 2 geführt wird, wird auf eine Temperatur eingestellt, bei der höhere Leistungserzeugungseffizienz erzielt wird, indem sie durch den Wärmeaustauscher 10 durchgeht. Danach wird die Luft von dem Befeuchter 11 befeuchtet, um eine höhere Umwandlungseffizienz durch eine Fließfähigkeit der Ionen zu erzielen, und wird der Kathodenseite der Brennstoffzelle 2 zugeführt. In der Brennstoffzelle 2 wird die zugeführte Luft verteilt und zu einer Anzahl von Zellen (nicht gezeigt) von einem internen Rohrverteileraufbau geliefert. Bei bestimmten Ausführungsformen weist die Brennstoffzelle eine fast unendliche Anzahl von Zellen auf. Nach dem Durchgehen der Luft durch jede Zelle, wird die Luft aus der Brennstoffzelle 2 über die Auspuffvorrichtung 6 ausgestoßen.
In der Brennstoffvorrichtung 4 ist ein Brennstofftank 16 einer Tankeinheit 15 zum Lagern des Brenngases mit der Brennstoffzelle 2 über ein Brennstoffzuführrohr 14 verbunden. Ein Regler (Druckminderventil) 17 zum Verringern eines Drucks des Brenngases, das zu der Brennstoffzelle 2 geliefert wird, und ein Strömungsrateneinstellinjektor (Einstellmagnetventil, Absperrventil oder dergleichen) 18 kommuniziert mit dem Steuermittel, das für das Brennstoffzuführrohr 14 vorgesehen wird, um den Brennstoff von der Seite des Brennstofftanks 16 her zu steuern.
Ein Brennstoffabzweigrohr 19, das mit der Brennstoffzelle 2 gekoppelt ist, ist mit dem Strömungsrateneinstellinjektor (wie zum Beispiel ein Einstellmagnetventil) 18 durch einen anderen Pfad verbunden als der von dem Brennstoffzuführrohr 14, um Rohre von zwei Systemen aufzubauen. Ein Dampfabscheider 20 zum Abscheiden eines Gases von einer Flüssigkeit wird auf dem Brennstoffabzweigrohr 19 vorgesehen.
Der Strömungsrateneinstellinjektor oder das Einstellmagnetventil 18 liefern alternativ das Brenngas zu dem Brennstoffzuführrohr 14 und dem Brennstoffabzweigrohr 19 auf der Seite der Brennstoffzelle 2 in einem vorbestimmten Abstand und machen dadurch eine Wasserstoffumwälzpumpe unnötig, wobei eine gleichförmige Wasserstoffkonzentration und Ableiten des erzeugten Wassers vorgesehen wird.
Ein Entlüftungsrohr 21, das als Wasserstoffausstoßrohr dient, ist mit dem Brennstoffabzweigrohr 19 auf der Seite der Brennstoffzelle 2 über den Dampfabscheider 20 verbunden. Wenn sich Verunreinigungen oder dergleichen in dem Wasserstoff angesammelt haben, führt das Entlüftungsrohr 21 ein Wasserstoffentlüften zum vorübergehenden Ausstoßen (Entlüften) dieses Wasserstoffs aus. Das Entlüftungsrohr 21 hat ein Entlüftungssperrventil 22. Eine Vorderkante des Entlüftungsrohrs 21 ist mit dem Rohrverteiler 27, der unten erklärt wird, verbunden. Das Entlüftungsrohr 21 funktioniert auch als ein Rohr, das mit der Anodenseite der Brennstoffzelle 2 verbunden ist und das Ableiten des Anodenabgases zum Ausstoßen des verbrauchten Brenngases zum Strömen erlaubt.
Bei der Brennstoffvorrichtung 4, wenn Wasserstoff in die Brennstoffzelle 2 geliefert wird, und zum Erhöhen der Effizienz durch Betätigen des Strömungsrateneinstellinjektors (wie zum Beispiel ein Einstellmagnetventil) 18, wird Wasserstoff zu dem Brennstoffzuführrohr 14 zugeführt, und das Brennstoffabzweigrohr 19 der zwei Systeme zum Kommunizieren mit einem oder mehreren Einlässen/Auslässen einer Anodenseite der Brennstoffzelle 2, um alternativ zu den Einlässen/Auslässen in einem vorbestimmten Intervall zu verteilen, und Wasserstoff wird abwechselnd durch einen Druckgradienten zugeführt. Das Entlüftungsabsperrventil 22 des Entlüftungsrohrs 21 sperrt einen Strom des Entlüftungsgases ab, in dem auch das erzeugte Wasser enthalten ist, oder sperrt umgekehrt eine Rückwärtsströmung von der stromabwärtigen Seite ab. In der Brennstoffvorrichtung 4 werden durch Steuern des Timings des Betätigens des Strömungsrateneinstellinjektors 18, Timing des Betätigens des Entlüftungsabsperrventils 22 und dergleichen sowohl die Gleichförmigkeit der Wasserstoffkonzentration als auch das Ableiten des erzeugten Wassers ausgeführt, so dass eine hohe Effizienz erzielt wird.
Es ist eine Aufgabe der Wasserstoffentlüftung, die hohe Umwandlungseffizienz der Brennstoffzelle 2 aufrechtzuerhalten oder den Wendepol-Differenzdruck zwischen der Kathode und der Anode der Brennstoffzelle 2 daran zu hindern, in dem Zeitpunkt des Stoppens des Fahrzeugs oder dergleichen übermäßig zu werden. Es gibt auch den Fall, in dem ein anormaler Zustand in der Brennstoffvorrichtung 4 aufgetreten ist, wobei das Gas durch Notausstoßen aus dem Fahrzeug heraus abgegeben wird. Für das Ausstoßen des Wasserstoffgases aus der Brennstoffvorrichtung 4 heraus, gibt es eine Entlüftung und ein Notausstoßen, und ihre Zielsetzungen und Aufgaben sind unterschiedlich.
Bei der Kühlvorrichtung 5 ist ein Kühlrohr 23 zum Umwälzen eines Kühlmittels mit der Brennstoffzelle 2 verbunden. Ein Radiator 24 zum Abkühlen von einer hohen Temperatur des Kühlmittels, das von der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird, und eine Pumpe 25 zum Umwälzen des abgekühlten Kühlmittels zu der Brennstoffzelle 2 sind in Serie mit den Kühlrohren 23 vorgesehen, um eine Strömungsrichtung für das Kühlmittel zu schaffen. Die Brennstoffzelle 2 wird daher jederzeit innerhalb eines Temperaturbereichs für hohe Leistungserzeugungseffizienz durch Betätigen des speziellen Kühlmittels, das ein Gemisch aus Ionen oder dergleichen berücksichtigt, gehalten.
In der Auspuffvorrichtung 6 ist ein Auspuffrohr 26 mit der Kathodenseite der Brennstoffzelle 2 verbunden und stößt die verbrauchte Luft (Kathodenabgas) aus der Brennstoffzelle 2 aus.
Das Auspuffrohr 26 ist vorgesehen, um die trockene Luft an dem Einlass mit dem Wasser zu befeuchten, das von der Brennstoffzelle 2 erzeugt wird, das heißt, die Feuchtigkeit (erzeugtes Wasser oder dergleichen), die in der Luft (Abgas) enthalten ist, zu verwenden. Das Auspuffrohr 26 läuft durch den Befeuchter 11 und ist derart eingerichtet, dass es einen Teil der Luft zu dem Befeuchter 11 zuführt. Das Auspuffrohr 26 ist mit einem Rohrverteiler 27 und einem Auspufftopf 28 verbunden, der stromabwärts des Rohrverteilers 27 eingerichtet ist. Das Auspuffrohr 26 hat ein erstes Abgasabsperrventil 29 zwischen dem Befeuchter 11 und dem Rohrverteiler 27.
Auf der stromaufwärtigen Seite des Befeuchters 11 ist ein Ende des Auspuffbypassrohrs 30 mit dem Auspuffrohr 26 verbunden. Um eine Befeuchtungsmenge einzustellen, gibt das Auspuffbypassrohr 30 die Luft, die nicht durch den Befeuchter 11 durchgeht, zu dem Rohrverteiler 27 weiter. Das Auspuffbypassrohr 30 hat ein zweites Auspuffabsperrventil 31, und das andere Ende, wie zum Beispiel eine Vorderkante, ist mit dem Rohrverteiler 27 verbunden. Das Auspuffbypassrohr 30 gibt daher einen Teil der Ausgabeluft an dem Rohrverteiler 27 weiter, ohne dass die Luft durch den Befeuchter 11 durchgeht, um die Gasströmungsrate einzustellen, um eine Menge von Feuchtigkeit einzustellen, die zum Befeuchten verwendet wird. Das Auspuffbypassrohr 30 ist auf einem Verlauf ausgebildet, dessen Querschnittsfläche kleiner ist als die des Auspuffrohrs 26, das durch den Befeuchter 11 durchgeht.
Die Luft (Abgas) aus dem Auspuffrohr 26 und die Luft (Abgas) aus dem Auspuffbypassrohr 30 werden daher wieder von dem Rohrverteiler 27 zusammengeführt und gemeinsam mit der Feuchtigkeit und dergleichen ausgestoßen. Ein Teil der Luft, die aus dem Luftbypassrohr 12 ausgegeben wird, ohne durch die Brennstoffzelle 2 durchzugehen, und entlüfteter Wasserstoff aus dem Wasserstoffausstoßentleerungsrohr 21 werden zu dem Rohrverteiler 27 gemeinsam mit der Luft von dem Auspuffrohr 26 und dem Auspuffbypassrohr 30 vorgesehen.
Zwischen dem Rohrverteiler 27 und dem Auspufftopf 28 ist ein Brenngasausstoßrohr (Not-Wasserstoffausstoßrohr) 32 gekoppelt mit dem Regler 17 zusammenströmend mit dem Auspuffrohr 26 verbunden. Das Brenngasausstoßrohr 32 kann das Brenngas in das Brenngaszuführrohr 14 aus der Brennstoffvorrichtung 4 heraus ausstoßen. Das Brenngas in dem Brenngaszuführrohr 14 kann daher vorübergehend in die Atmosphäre über das Brenngasausstoßrohr 32 und das Auspuffrohr 26 abgegeben werden. Es ist damit möglich, das Brenngas von der Seite der Brennstoffvorrichtung 4 daran zu hindern, direkt in die Atmosphäre abgegeben zu werden.
Die Umwandlungseffizienz der Brennstoffzelle 2 ändert sich aufgrund des Auftretens einer Erscheinung, bei der die Zellenspannung der Brennstoffzelle 2 während des Betriebs des Fahrzeugs, des Stoppens im Leerlauf oder dergleichen, abfällt. Einer der Gründe für eine solche Erscheinung besteht darin, dass das Brenngas, das zugeführt wird, befeuchtet ist, oder dass Wasser durch die Reaktion erzeugt wird, wobei ihr Kondenswasser in der Brennstoffzelle 2 bleibt und die Leistung der Brennstoffzelle 2 daher abnimmt. Ein Gasstrom durch Entlüften wird daher verwendet, um Kondenswasser aus dem Brennstoffsystem heraus auszuwerfen. Das erfolgt auch, da, wenn das Verweilen oder Ansammeln während längerer Zeit durch Umwälzen von Brenngas oder dergleichen fortdauert, ein übertragenes N2 (Stickstoff) von der Kathode sich in dem Anodensystem ansammeln und die Reaktion beeinträchtigen kann. Daher ist es erforderlich, das übertragene N2-Gas auszustoßen, um den Zustand der Brennstoffzelle 2 wiederherzustellen.
Was die Verbrennungsmerkmale des Brenngases betrifft, wenn eine Menge an Wasserstoffkonzentration 4% übersteigt, wird der Wasserstoff brennbar, und wenn die Wasserstoffkonzentration etwa 18% überschreitet, tritt ein sofortiges und explosives Verbrennen auf. Bei dem Gebrauch von Wasserstoff als Brenngas für die Brennstoffzelle 2 ist es daher erforderlich, dass die Wasserstoffkonzentration des Abgases im Zeitpunkt des Ausstoßens von Entlüftungswasserstoff, je nach den verschiedenen externen Umgebungen, auf 4% oder weniger eingestellt wird.
Obwohl bei der Reaktion der Brennstoffzelle 2 Feuchtigkeit anfällt, um die Leistungserzeugungseffizienz der Brennstoffzelle 2 durch eine Fließfähigkeit der Ionen anzuheben, wird das Zuführgas, das heißt die Luft und der Wasserstoff (Brenngas), befeuchtet. Da jedoch nicht nur das Wasser vorhanden ist, das bei der Reaktion anfällt, sondern auch die Feuchtigkeit aufgrund des Befeuchtens, steigt die Menge an Feuchtigkeit in dem Abgas relativ an. Das erzeugte Wasser und das Wasserstoffgas, die in das Auspuffrohr 26 ausgestoßen werden, strömen gemeinsam mit anderen Gasen in das Auspuffrohr 26.
Bei der Brennstoffvorrichtung 4 ist die Tankeinheit 15 mit dem Brennstofftank 16 auf einem Unterrahmen (Tankrahmen) 33 auf dem hinteren Fahrzeugabschnitt, wie in 3 gezeigt, angeordnet.
Der Unterrahmen 33 ist fast rechteckig gebaut, und umfasst: einen linken Rahmen 34 und einen rechten Rahmen 35, die sich in die Richtung von der Vorderseite zur Rückseite des Fahrzeugs erstrecken und ein erstes bis viertes Querelement 36, 37, 38 und 39, die sich in die Breite des Fahrzeugs zwischen dem linken Rahmen 34 und dem rechten Rahmen 35 erstrecken und in der Reihenfolge von der Vorderseite des Fahrzeugs zu seiner Rückseite mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind. Nach dem Montieren des Unterrahmens 33 auf den Fahrzeugboden, wird er fest mit der Karosserie durch einen linken vorderen Bodentragabschnitt 41, einen rechten vorderen Bodentragabschnitt 42, einen linken hinteren Bodentragabschnitt 43 und einen rechten hinteren Bodentragabschnitt 44, die jeweils einen Sockelabschnitt 40 haben, verbunden.
Die Tankeinheit 15 hat einen Vorderseitenbrennstofftank 45 und einen Rückseitenbrennstofftank 46, die kombiniert einen Brennstofftank 16 bilden. Der Vorderseitenbrennstofftank 45 und der Rückseitenbrennstofftank 46 erstrecken sich in die Breite des Fahrzeugs und sind so angeordnet, dass sie voneinander in die Richtung Vorderseite-Rückseite des Fahrzeugs beabstandet sind. Der Vorderseitenbrennstofftank 45 wird von dem ersten und dem zweiten Querelement 36 und 37 getragen. Der Rückseitenbrennstofftank 46 wird von dem dritten und vierten Querelement 38 und 39 getragen. Der Rückseitenbrennstofftank 46 ist so ausgebildet, dass er größer ist als der Vorderseitenbrennstofftank 45. Das heißt, dass der kleine Vorderseitenbrennstofftank 45 eine kleine Querschnittsfläche hat und auf der Vorderseite entsprechend zu einem Fahrzeugkarosserieboden einer Fahrgastzelle angeordnet ist. Der größere Rückseitenbrennstofftank 46 hat eine größere Querschnittsfläche und ist auf der Rückseite entsprechend einem Fahrzeugkarosserieboden eines Kofferraums eingerichtet. Ein Paar Hinterräder des Fahrzeugs ist an beiden Außenseiten des Vorderseitenbrennstofftanks und des Rückseitenbrennstofftanks mit teilweiser Überlappung angeordnet.
Der Vorderseitenbrennstofftank 45 und der Rückseitenbrennstofftank 46 sind fest an dem Unterrahmen 33 über ein linkes Strukturelement 47 und ein rechtes Strukturelement 48 befestigt, die sich in die Richtung Vorderseite-Rückseite des Fahrzeugs erstrecken und wobei der mittlere Unterseitenabschnitt gekoppelt ist.
Sowohl der Vorderseitenbrennstofftank 45 als auch der Rückseitenbrennstofftank haben eine grundlegende Höhe in Abhängigkeit von ihrer Kreisquerschnittsform. Eine obere Flächenhöhe des Abschnitts, in dem der Regler 17 eingerichtet ist, in einem Raum zwischen dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46, ist relativ niedrig. Daher ist ein Element in die Breitenrichtung der Hinterradaufhängung in einem derartigen Abschnitt eingerichtet, um ein Ausschlagen der Hinterradaufhängung, die sich in die Richtung der Breite erstreckt, sicherzustellen. Ein derartiger Aufbau ist daher hervorragend, um die Laufleistung des Fahrzeugs sicherzustellen. Da der Vorderseitenbrennstofftank 45 und der Rückseitenbrennstofftank 46 als schwere Elemente relativ niedrig positioniert eingebaut werden können, kann die Stabilität der Fahrzeugposition sichergestellt werden. Es ist vorzuziehen, dass ein zentraler Abschnitt der unteren Fläche des Fahrzeugkarosseriebodens mit einer Unterabdeckung innerhalb eines Bereichs von der Vorderseite zu der Rückseite abgedeckt wird. Alle Zubehörteile, Rohre und Brennstoffsystembaugruppen, die beim Bauen des Brennstoffzellensystems 1 erforderlich sind, können daher vor Trittsteinen, Eintauchen oder dergleichen geschützt werden. Die Hinterradaufhängung ist daher zwischen der oberen Flächenseite des Unterrahmens 33 und dem Vorderseitenbrennstofftank 45, dem Rückseitenbrennstofftank 46 und dem Brennstoffzuführrohr 14, die an dem Unterrahmen 33 und der unteren Fläche des Fahrzeugkarosseriebodens zusammengebaut wurden, eingerichtet. Da die Hinterradaufhängung wie ein Verbindungsmechanismus zum vertikalen Schwingen funktioniert, wird der Raum in Abhängigkeit von ihrer Lage ausgebildet. Die Hinterradaufhängung wird von der Fahrzeugkarosserie sowohl an der rechten als auch an der linken Außenseitenposition von dem Unterrahmen 33 getragen. Ein Schwerpunkt des Brennstoffsystems als schwere Struktur kann auf einer niedrigeren Position eingestellt werden und gleichzeitig den Ausschlag der Hinterradaufhängung sicherstellen. Ein Schwerpunkt des Fahrzeugs und eine Höhe einer Bodenfläche in der Fahrgastzelle können auch eliminiert und daher an niedrigeren Positionen in Bezug zu dem Boden vorgesehen werden. Da der Unterrahmen 33 nicht in einen Hinterradaufhängungsrahmen eingebaut ist, besteht beim Entfernen des Vorderseitenbrennstofftanks 45 und Rückseitenbrennstofftanks 46 kein Bedarf, auch das Aufhängungssystem herauszunehmen, wie zum Beispiel die Hinterradaufhängung und dergleichen, so dass die Wartungsfreundlichkeit und die Einfachheit des Ersetzens verbessert werden.
Das Brennstoffzuführsystem mit dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 wird zusammengefügt und auf den Unterrahmen 33 montiert. Eine untere Fläche des Vorderabschnitts des Unterrahmens 33 wird an dem Fahrzeugkarosserieboden derart befestigt, dass eine fast bündige Fläche mit der unteren Fläche des Fahrzeugkarosseriebodens der Fahrgastzelle gebildet wird. Da die untere Fläche des gesamten Unterrahmens 33 fast horizontal ist, um mit dem Boden parallel zu sein, werden im hinteren Abschnitt des Unterrahmens 33 zwei Paare aus einem rechten und linken Sockelabschnitt 44 zum Koppeln mit dem Fahrzeugkarosserieboden vorgesehen, um in die Richtung Vorderseite-Rückseite des Fahrzeugs eingerichtet zu werden. Der Unterrahmen 33 wird nach unten von dem Fahrzeugkarosserieboden weg angeordnet, um einen Raum zu bilden, in dem das Auspuffrohr 26 und dergleichen eingeschlossen werden können, wenn der Unterrahmen 33 auf das Fahrzeug montiert wird. Eine flache Abdeckung wird an einem Sockel derart befestigt, dass die untere Fläche des Unterrahmens 33 mit der flachen Abdeckung abgedeckt wird.
Wie in 3 veranschaulicht, hat der Vorderseitenbrennstofftank 45 ein Vorderseitenventil 49 und eine Vorderseitendüse 50 als ein Ventil für das Notwasserstoffausstoßen an einer linken Kante. Der Rückseitenbrennstofftank 46 hat ein Rückseitenventil 51, eine Rückseitendüse 52 als ein Ventil zum Notwasserstoffausstoßen, ein Filter 53 und einen Brennstoffentleerungskoppler 54 an einer linken Kante. Das Vorderseitenventil 49 und das Rückseitenventil 51 haben daher Öffnungen, die angepasst sind, um Brenngas hinein- oder herauszuleiten und werden konzentriert um den linken Rahmen 34, der einer Seite des Unterrahmens 33 entspricht, gemeinsam mit anderen Rohren vorgesehen. Sie werden auf dem linken Rahmen 33, der der entgegen gesetzten Seite des Fahrzeugs, von dem rechten Rahmen weg entspricht, wo das Auspuffrohr 26 zusammengebaut wird, eingerichtet.
Bei einer Ausführungsform funktionieren die unabhängige Vorderseitendüse 50 und Rückseitendüse 52 als Druckablassrohre (PRD = Pressure Relief Device), die als Ablassventile funktionieren, um Brenngas während eines hochgradigen Notzustands in den Brennstofftank freizugeben. Wenn eine Temperatur in dem Brennstofftank 16 (45, 46) anormal wird, öffnen sich jeweils die Ablassventile, die für das Vorderseitenventil 49 und Rückseitenventil 51 integral vorgesehen werden. Wenn die Vorderseitendüse 50 und die Rückseitendüse 52 aktiviert werden, wird Hochdruck-Wasserstoff ausgestoßen, wenn er sich auf dem hohen Druck befindet.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die unabhängige Vorderseitendüse 50 und Rückseitendüse 52, die in einem hochgradigen Notzustand funktionieren, integral für das Vorderseitenventil 49 und das Rückseitenventil 51 vorgesehen. Wenn die Vorderseitendüse 50 und die Rückseitendüse 52 aktiviert werden, wird Wasserstoffgas unter hohem Druck ausgestoßen.
Bei der Ausführungsform der Brennstoffvorrichtung 4, die in 1 gezeigt ist, werden mehrere von (2) Primärreglern (wie zum Beispiel Hochdruckminderventile) 56 und Sekundärregler (57) als ein Regler 17 (56, 57) für das Brennstoffzuführrohr 14 in der Reihenfolge von einer Seite des Ventils 55 des Brennstofftanks 16 derart vorgesehen, dass der Druck des Brenngases auf dem Verlauf des Brennstoffzuführrohrs 14 auf mehrere Niveaus verringert wird, so dass der Druck des Brenngases durch die mehreren Niveaus gemindert wird. Dabei ist zwischen dem Primärregler 56 und dem Sekundärregler 57, der Regler der Niederdruckseite, in dem der Druck des Brenngases niedriger ist, der zweite Regler 57.
In dem Primärregler 56 und dem Sekundärregler 57 wird das Hochdruckwasserstoffgas (zum Beispiel etwa maximal 300 bis 700 Atmosphären) aus dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 zuerst durch das gemeinsame Rohr zu dem Primärregler 56, der in der Nähe der Mitte der Breite des Fahrzeugs befestigt ist, eingeführt, drastisch druckgemindert und wird mit Zehnern von Atmosphären (zum Beispiel etwa 20 Atmosphären) herausgeführt. Danach und wie in 3 gezeigt, wird das Wasserstoffgas zu dem Sekundärregler 57 eingeführt, der auf der Seite des Vorderseitenbrennstofftanks 45 und des Rückseitenbrennstofftanks 46 existiert (auf der Ventilseite der Tankeinheit 15), sein Druck wird sekundär vermindert, es wird mit einigen Atmosphären Druck (zum Beispiel 4 bis 8 Atmosphären) herausgeführt und der Seite der Brennstoffzelle 2 zugeführt.
Wie in 3 gezeigt, sind bei einem derartigen Aufbau der Primär- und Sekundärregler 56 und 57, die gemeinsam für den Vorderseitenbrennstofftank 45 und den Rückseitenbrennstofftank 46 verwendet werden, zwischen dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 gestützt eingerichtet, was aus der Sicht des Rohrlayouts vorzuziehen ist.
Wie in 1 gezeigt, ist ein PRD-Rohr 58 als eine Vorderseitendüse 50 und Rückseitendüse 52 zum Notausstoßen des Brenngases mit dem Ventil 55 (das dem Vorderseitenventil 49 des Vorderseitenbrennstofftanks 45 und dem Rückseitenventil 51 des Rückseitenbrennstofftanks 56 entspricht) des Brennstofftanks 16 verbunden. Das Entlüftungsrohr 58 kann auch mit dem Brenngasausstoßrohr 32 verbunden werden.
Ein Primärdruckminderabschnitt 59 wird ferner für den Primärregler 56 vorgesehen, und ein Primärluftdruckreferenzrohr 60 ist ebenfalls damit verbunden.
Ferner und wie in 1 gezeigt, wird ein Sekundärdruckminderabschnitt 61 für den Sekundärregler 57 als ein Niederdruckregler vorgesehen, und ein Sekundärluftdruckreferenzrohr 62 ist damit ebenfalls verbunden. Ein stromaufwärtiges Gasausstoßrohr 63 und ein stromabwärtiges Gasausstoßrohr 64 werden ebenfalls mit dem Sekundärregler 57 verbunden, um das Brenngasausstoßrohr 32 in Bezug auf das Gas zu bilden (stromaufwärts des Druckminderabschnitts), vor der Druckminderung, und das Gas (stromabwärts von dem Druckminderabschnitt) nach dem Druckmindern in dem Brenngas, dessen Druck von dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 verringert wird. Das Brenngas mit einem vorbestimmten Druck oder mehr strömt in das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 über den Ventilöffnungsbetrieb bei dem vorbestimmten Druck eines Rückschlagventils (nicht gezeigt), das in dem Sekundärregler 57 vorgesehen wird. Die stromaufwärtige Seite des stromaufwärtigen Gasausstoßrohrs 63 und die stromabwärtige Seite des stromaufwärtigen Ausstoßrohrs 64 werden durch einen zusammenströmenden Verbindungsabschnitt (Rohrverbindung) 65 verbunden und mit dem Auspuffrohr 26 über ein Zusammenströmrohr 66 verbunden, das mit dem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt 65 und dem Auspuffrohr 26 durch einen Verbindungsabschnitt (Rohrverbindung) 67 verbunden ist. Das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 zum Ausstoßen des Wasserstoffgases mit Hochdruck von mehreren Atmosphären (zum Beispiel etwa 20 Atmosphären) ist mit dem Sekundärregler 57 auf der stromaufwärtigen Seite verbunden, an Stelle einer Verbindung mit dem Sekundärdruckminderabschnitt 61. Auf der stromabwärtigen Seite, nach dem Sekundärdruckminderabschnitt 61, ist das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 zum Ausstoßen des Wasserstoffgases mit niedrigem Druck von mehreren Atmosphären (zum Beispiel etwa 4 bis 8 Atmosphären) angeschlossen.
Wie in 3 gezeigt, bilden das stromaufwärtige Gasausstoßrohr oder Ablassrohr 63, das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 und das Zusammenströmrohr 66 das Brenngasausstoßrohr 32. Ähnlich wie beim Layout des Primärreglers 56 und Sekundärreglers 57, ist das Brenngasausstoßrohr 32 durch den Raum verlegt, der zwischen dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 in paralleler Anordnung eingerichtet ist. Das Brenngasausstoßrohr 32 ist zusammenströmend mit dem Auspuffrohr 26 verbunden, das so eingerichtet ist, dass es entlang des Vorderseitenbrennstofftanks 45 und Rückseitenbrennstofftanks 46 verläuft. Das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64, die das Brenngasausstoßrohr 32 bilden, sind entlang einer Linie zusammengebaut, die zu dem ersten bis vierten Querelement 36 bis 39 des Unterrahmens 33 in die Breitenrichtung fast parallel ist, um fast den ganzen Unterrahmen 33 zu durchqueren.
Nachdem das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohrs 64 derart verlaufen sind, dass sie unabhängig aus dem Sekundärregler 57 entfernt werden können, laufen sie in der Nähe des Sekundärreglers 57 zusammen und teilen sich das Zusammenströmrohr 66 in einem Bereich von dem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt 65 bis zu dem Auspuffrohr 26. Die gesamte Länge der Rohre wird daher verkürzt und die komplizierte Rohrbaugruppe wird vereinfacht. Das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 werden in einem Bereich von dem Primärregler 56 und dem Sekundärregler 57 bis zu dem Auspuffrohr 26 durch Einrichten des Primärreglers 56 und des Sekundärreglers 57 verkürzt. Die Länge des Brenngasausstoßrohrs 32 wird daher verkürzt. Die Anzahl von Abschnitten, die mit dem Auspuffrohr 26 verbunden ist, kann ebenfalls verringert werden. Wenn das Wasserstoffgas durch Einsatz der Auspuffrohre 26, die teilweise gemeinsam benutzt werden, ausgestoßen wird, kann das Wasserstoffgas im Wesentlichen entweder von einem der Rohre 63, 64 ausgestoßen werden, ohne beide gleichzeitig zu verwenden.
Ein Brennstoffauslassrohr, das das Wasserstoffgas ausstoßen kann, ist vor dem Eintritt in den Sekundärregler 57 nach dem Primärregler 56 eingerichtet, so dass es dem Wasserstoffgas erlaubt wird, aus dem Brennstoffablasskoppler 54 stromabwärts des Vorderseitenventils 49 und Rückseitenventils 51 des Vorderseitenbrennstofftanks 45 und Rückseitenbrennstofftanks 46 entnommen zu werden.
Wie in 3 gezeigt, befindet sich das Brenngasausstoßrohr 32 in einem oberen Halbabschnitt eines Querschnitts des Auspuffrohrs 26 und kreuzt das Auspuffrohr 26 fast senkrecht. Der stromabwärtige Abschnitt des Auspuffrohrs 26, der die Abschnitte in einem Bereich von einer leicht stromaufwärtigen nach einer stromabwärtigen Kante des Verbindungsabschnitts des Brenngasausstoßrohrs 32 bildet, wird von dem Unterrahmen 33 getragen und kann von der Fahrzeugkarosserie gemeinsam mit dem Unterrahmen 33 getrennt werden. Das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 können daher von der Fahrzeugkarosserie gemeinsam mit dem Unterrahmen 33 und dem Auspuffrohr 26 auf der stromabwärtigen Seite getrennt werden, während sie im gekoppelten Zustand bleiben.
Wie in 2 gezeigt, hat der Rohrverteiler 27 einen ersten Befestigungsflansch 68 zum Verbinden des Auspuffrohrs 26, einen zweiten Befestigungsflansch 69 zum Verbinden des Auspuffbypassrohrs 30, einen ersten Verbindungsabschnitt 70 zum Verbinden des Entlüftungsrohrs 21 und einen zweiten Verbindungsabschnitt 71 zum Verbinden des Luftbypassrohrs 12, so dass das Auspuffrohr 26 und das Entlüftungsrohr 21 stromaufwärts zusammenströmend verbunden werden. Da die verschiedenen Rohre des Auspuffrohrs 26, Auspuffbypassrohrs 30, Entlüftungsrohrs 21 und Luftbypassrohrs 12 zusammenströmend durch den Rohrverteiler verbunden werden und die Luft von dem Rohrverteiler 27 zu dem Auspuffrohr 26 strömt, wird eine Platz sparende und Schall dämpfende Einrichtung erzielt. Ein gebogener Abschnitt, der auf der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, bewirkt, dass jedes Rohr mit dem Rohrverteiler 27 verbunden wird, und das Entlüftungsrohr 21 mit einer kleinen Querschnittsfläche wird an dem gebogenen Abschnitt angeschlossen.
Der Auspufftopf 28 für das Auspuffrohr 26 ist aus folgenden Gründen erforderlich. Um die Luft zu der Brennstoffzelle 2 zuzuführen, um die Leistungserzeugung mit hoher Effizienz auszuführen, wird der Luftkompressor 9 für das Luftzuführrohr 7, der die Luft mit Druck beaufschlagt und die Druckluft zuführt, vorgesehen. Obwohl der Betrieb zum Druckbeaufschlagen und Zuführen der Luft in einem bestimmten Ausmaß in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 2 zunimmt oder sinkt, werden Verdichtungs- und Verdünnungswellen des Brenngases durch den Luftkompressor 9 verursacht, und derartige Wellen breiten sich als Schall zu einer Leitung aus und sind auch in dem Abgas enthalten. Es ist daher erforderlich, den Schall über eine Bandbreite bis zu einem bestimmten Ausmaß zu dämpfen. Durch Auswahl des Typs des Luftkompressors 9 kann man ein Frequenzband und die Lautstärke ändern, und der Schall kann relativ gedämpft werden.
Auch wenn Brenngas aus dem Brenngasausstoßrohr 32 während eines Notfalls ausgestoßen wird, kann ein Dämpfen oder Eliminieren des Auspuffgeräuschs ausgeführt werden. Indem man so baut, dass der Schall wie oben erklärt nach dem Eliminieren des Auspuffgeräuschs gedämpft wird, auch wenn ein kleiner Auspufftopf, dessen Funktion eingeschränkt wurde, verwendet wird, kann man eine Auspuffvorrichtung 6 mit ausreichender Laufruhe gewährleisten. Dabei kann man nicht nur die einfache Miniaturisierung sondern auch hervorragende Wartungsfreundlichkeit durch die Baugruppe gemäß der Vereinfachung des Systems sicherstellen.
Die Absperrventile 13, 22, 29 und 31 zum Absperren des Gas- oder Luftstroms oder, im Gegensatz, Absperren der Rückströmung von der stromabwärtigen Seite, werden auf der stromaufwärtigen Seite des Luftbypassrohrs 12, Entlüftungsrohrs 21, Auspuffrohrs 26 und Auspuffbypassrohrs 30, die an den Rohrverteiler 27 angeschlossen sind, vorgesehen. Durch eine Kombination der Querschnittsflächen der Rohrdurchgänge mit unterschiedlichen Querschnittsflächen und unterschiedlichem Öffnungs-/Schließtiming für jedes Absperrventil, kann die Strömungsrate innerhalb eines Bereichs von der Strömungsrate, die nur auf den Rohren beruht, auf eine Steuerform mit konstanter Verhältnisverteilung beruhend auf mehreren Rohren eingestellt werden. In dem Rohrverteiler trifft das Gas auch auf das Entlüftungsrohr 21, und der Entlüftungswasserstoff wird auf eine dünne Konzentration durch die Luft verdünnt und dann ausgestoßen. Indem ein Mittenabschnitt des Auspuffrohrs 26 enthalten ist, das heißt ein zusammenströmenden Verbindungsabschnitt des Entlüftungsrohrs 21 des Wasserstoffgases, wird das Brenngasausstoßrohr 32 zusammenströmend mit dem Auspuffrohr 26 in einem Bereich von dem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt zu der stromabwärtigen Öffnung zusammenströmend verbunden. Ferner ist der Auspufftopf 28 entlang des Verlaufs des Auspuffrohrs 26 stromabwärts des zusammenströmenden Verbindungsabschnitts 67 des Brenngasausstoßrohrs 32 eingerichtet. Der Verbindungsabschnitt 67 des Brenngasausstoßrohrs 32 ist in einer leicht stromaufwärtigen Position zu dem Auspufftopf 28 eingestellt und verbunden, so dass er von der oberen Fläche des Auspuffrohrs 26 erreicht wird. Ein Höckerabschnitt ist in dem Kupplungsabschnitt des Brenngasausstoßrohrs 32 ausgebildet und das Brenngasausstoßrohr 32 ist durch Klemmen befestigt und mit dem Verbindungsabschnitt (Rohrverbindung) 67 verbunden.
Wie in 2 gezeigt, besteht der stromabwärtige Abschnitt des Auspuffrohrs 26 aus einem fast geradlinigen Teil. Der Auspufftopf 28 ist in dem stromabwärtigen Abschnitt des Auspuffrohrs 26 vorgesehen und dient als stromabwärtige Seite des zusammenströmenden Verbindungsabschnitts 65 mit dem Brenngasausstoßrohr 32. Das Auspuffrohr 26 mit dem Auspufftopf 28 wird in der Nähe des hinteren Rahmens 35 auf einer Seite des Unterrahmens 33 getragen.
Da die gekoppelten Rohre von der Fahrzeugkarosserie im gekoppelten Zustand abgenommen werden können, werden die Wartungsfreundlichkeit und Einfachheit des Ersetzens verbessert. Gemäß den Gesetzen und Vorschriften wird zum Beispiel der Fall berücksichtigt, bei dem eine Überholungsprüfung erforderlich ist, bei der der Vorderseitenbrennstofftank 45 und der Rückseitenbrennstofftank 46 in vorbestimmten Abständen oder dergleichen ersetzt werden müssen, insbesondere in dem Fall, in dem der Vorderseitenbrennstofftank 45, der Rückseitenbrennstofftank 46 und die Rohre des Brenngaszuführsystems von dem Fahrzeug abgenommen werden müssen.
Wie in 3 gezeigt, werden die Brenngase, die aus dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 entnommen werden, in mehrere Niveaus mit gewünschtem Druck geteilt, und ihr Druck wird durch den Primärregler 56 und dem Sekundärregler 57 verringert, wonach das Gas verwendet wird. Das Brennstoffzuführrohr 14, das den Vorderseitenbrennstofftank 45, den Rückseitenbrennstofftank 46, den Primärregler 56 und den Sekundärregler 57 verbindet, wird zusammengebaut und auf dem Unterrahmen 33 installiert. Daher kam eine Platzeinsparung erfolgen und die Wartungsfreundlichkeit kann verbessert werden.
Wie in 3 gezeigt, werden unter Einsatz des Raums, der zwischen dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 ausgebildet ist, der Primärregler 56 und der Sekundärregler 57 in diesem Raum installiert. Das zweite Querelement 37 und das dritte Querelement 38 des Unterrahmens 33 sind in einem Raum installiert und werden von einem ersten Träger 72 und einem zweiten Träger 73 getragen und fest gehalten, die derart angeordnet sind, dass sie jeweils über das zweite Querelement 37 und das dritte Querelement 38 gebaut werden. Teile (untere Abschnitte) des Primärreglers 56 und des Sekundärreglers 57 sowie der erste Träger 72 und der zweite Träger 73 sind so montiert, dass sie von dem Unterrahmen 33 nach unten stehen und in einem unteren Raum des Unterrahmens 33 eingeschlossen sind. Das Layout der Rohre, die zusammengebaut werden, so dass sie über und unter dem Seitenrahmen 34, dem zweiten Querelement 37, dritten Querelement 38 und dergleichen des Unterrahmens liegen, entlang der Ausdehnung, wird vereinfacht. Diese anderen Rohre als die direkt mit dem Auspuffrohr 26 verbundenen Rohre werden auch konzentriert auf der Seite von dem Auspuffrohr 26 weg eingerichtet.
Wie in 2 gezeigt, besteht das Auspuffrohr 2 aus Folgendem: ein erster Schlauch 74, der stromabwärts des Rohrverteilers 27 angeschlossen ist; ein erstes Rohr 75, das mit dem ersten Schlauch 74 verbunden ist; ein zweiter Schlauch 76, der mit dem ersten Rohr 75 verbunden ist, ein zweites Rohr 77, das mit dem zweiten Schlauch 76 verbunden ist und den Auspufftopf 28 aufweist, und ein drittes Rohr 79, das mit dem Auspufftopf 28 verbunden ist und einen Wasserstoffsensor 78 aufweist. Wie in 3 gezeigt, ist das Auspuffrohr 26 unter dem rechten Rahmen 35 des Unterrahmens 33 eingerichtet.
Wie in 2 und 3 gezeigt, wird daher für das Auspuffrohr 26 ein Abschnitt, der den zusammenströmenden Verbindungsabschnitt 65 des Brenngasausstoßrohrs 32 und den Auspufftopf 28 bildet, auf einem stromabwärtigen Abschnitt ausgebildet. Das Auspuffrohr 26 ist mit einem Auspuffrohrabschnitt des stromaufwärtigen Abschnitts ausgebildet, der von dem stromabwärtigen Abschnitt getrennt ist. Die Auspuffrohrabschnitte des stromaufwärtigen Abschnitts und stromabwärtigen Abschnitts werden durch die Schläuche 74 und 76 als getrennte Elemente gekoppelt, und hermetisch und wasserdicht abgedichtet und sind so verbunden, dass sie getrennt werden können.
Das Auspuffrohr 26 erstreckt sich zu der Fahrzeugrückseite oder zum hintersten Abschnitt, um fast horizontal zu bleiben, während es in der Fahrzeugbreite schlängelnd angeordnet ist, um eine geradlinige Form zu vermeiden und um Zubehör zu umgehen.
Der Auspufftopf 28 ist für das Auspuffrohr 26 an einer leicht stromaufwärtigen Seite von der stromabwärtigen Öffnung vorgesehen. Der Wasserstoffsensor 78 ist in der Nähe der stromabwärtigen Öffnung des Auspuffrohrs 26 vorgesehen und verwaltet eine Konzentration von Wasserstoff, die abgegeben wird, so dass sie gleich einem vorbestimmten Wert (zum Beispiel 4%) oder geringer ist. Der Wasserstoffsensor 78, der an dem Auspuffrohr 26 befestigt ist, erkennt daher einen anormalen Zustand des Wasserstoffs.
Die stromaufwärtige Seite des Auspuffrohrs 26 ist fest an dem Fahrzeugkarosserieboden befestigt und wird an ihm an mehreren Stellen durch Rohrverbinder befestigt und stromabwärts fest an dem Unterrahmen 33 an mehreren Positionen durch Rohrverbinder befestigt und getragen.
Der zusammenströmende Verbindungsabschnitt 67 des Brenngasausstoßrohrs 32 zum Ausstoßen des verbrauchten Brenngases, das das Wasserstoffgas enthält, ist stromaufwärts des Auspuffrohrs 26 vorgesehen. Das Auspuffrohr 26 enthält den zusammenströmenden Verbindungsabschnitt 67 und ist in einem Bereich von dem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt zur stromabwärtigen Öffnung, die als seine stromabwärtige Seite von der Seite des Fahrzeugs gesehen dient, fast geradlinig. Das Auspuffrohr 26 wird daher in flacher Form zusammengebaut, so dass es gleichmäßig parallel zum Boden eingerichtet ist, oder der stromabwärtige Teil ist niedriger als der Boden. In einem Bereich von dem Abschnitt des Auspuffrohrs 26, wo das Wasserstoffgas in den gesamten stromabwärtigen Teil eingeführt wird, kann daher die Ausstoßleistung des Wasserstoffgases verbessert werden, das Verweilen oder Ansammeln einer größeren Menge von Wasserstoffgas kann verhindert werden, und ferner kann das Verweilen oder Ansammeln des erzeugten Wassers verhindert werden.
Der Auspufftopf 28 des Diffusions-Absorptions-Typs, Hochfrequenzrohr genannt, ist für das Auspuffrohr 26 vorgesehen. Wenn eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das in dem Auspuffrohr 26 strömt, ansteigt, wird ein anormales Geräusch, bei dem eine spezifische Frequenz verstärkt wird, durch eine Säulenresonanz in jedem Rohr erzeugt, das zusammenströmend mit jedem Abschnitt des Auspuffrohrs 26 verbunden wurde. Da insbesondere Hochfrequenzgeräusche von dem Auspufftopf 28, der stromabwärts des Auspuffrohrs 26 vorgesehen ist, gedämpft werden, wird die Dämpfungsleistung für das Pfeifgeräusch, das in dem Verbindungsabschnitt des Rohrs des Wasserstoffgases erzeugt werden kann, verbessert. Je nach Dämpfungseffekt, kann der gleiche Auspufftopf 28 auch für anormale Geräusche unterschiedlicher Frequenzen und unterschiedlicher Lautstärke, die von mehreren Wasserstoffgasrohren erzeugt werden, verwendet werden.
Der Auspufftopf 28 ist ein so genanntes Hochfrequenzrohr und er verringert das schneidende Windgeräusch des Luftkompressors 9, ein Pfeifgeräusch, das von dem Verbindungsabschnitt oder dergleichen eines Rohrs erzeugt wird oder dergleichen. Der Auspufftopf 28 ist derart ausgebildet, dass ein Außenrohr vorgesehen wird, um einen zylindrischen Raum um ein Innenrohr, das eine Anzahl von Mikrobohrungen aufweist, zu bilden, und der zylindrische Raum wird mit Glaswolle oder dergleichen als Schall absorbierendes Material gefüllt. Als ein Auspuffrohr der Brennstoffzelle 2, werden die Achsen des Innenrohrs und des Außenrohrs in versetztem Zustand eingestellt, so dass eine Form erzielt wird, die bessere Ableitleistung hat.
Der Auspufftopf 28 ist derart ausgebildet, dass in Bezug zu der Fläche auf der Seite, die zu dem Boden zeigt und diesem nahe ist, ein Raum zwischen der Innenröhre und der Außenröhre auf einen Mindestwert oder null eingestellt wird. Die Innenröhre, die mehrere Mikrobohrungen aufweist, die mit einem gleichen Durchmesser ausgebildet sind, ist bündig mit dem Auspuffrohr 26, das den gleichen Durchmesser hat wie das Innenrohr, verbunden. Die Ableitleistung in den Auspufftopf 28 kann daher verbessert werden, und das Verweilen oder Ansammeln von erzeugtem Wasser kann verhindert werden, ohne die Gasströmung zu behindern. Der alleinige Auspufftopf 28 kann eine kleine Menge von Restmaterial oder dergleichen, das in dem Auspufftopf 28 verbleibt und nicht perfekt oder komplett ausgeworfen wird, minimieren.
Wie in 3 gezeigt, werden der stromabwärtige Abschnitt des Auspuffrohrs 26 und das Brenngasausstoßrohr 32 des Wasserstoffgases fest von dem Unterrahmen 33 getragen. Der stromabwärtige Abschnitt des Auspuffrohrs 26 ist entlang des rechten Rahmens 35 als einer eines Paars bestehend aus einem rechten und einem linken Rahmen zusammengefügt, die auf der rechten und linken Seite des Unterrahmens 33 vorgesehen sind, und ist an mehreren Stellen befestigt. Das Brenngasausstoßrohr 32 des Wasserstoffgases ist entlang mehrerer der Querelemente 36 bis 39, die sich in die Fahrzeugbreite des Unterrahmens 33 und voneinander weg in die Fahrzeugvorderseiten-/rückseitenrichtung erstrecken, eingerichtet und an mehreren Stellen befestigt.
Wie in 2 gezeigt, ist das Brenngasausstoßrohr 32 des Wasserstoffgases mit dem zweiten Rohr 77 stromaufwärts des Auspufftopfs 28 verbunden, um von dem Brenngaszuführsystem abzuzweigen.
Das Brenngasausstoßrohr 32 leitet das nicht verbrauchte Brenngas ab, das das Wasserstoffgas enthält, und wird für einen Notfall verwendet. Wenn daher ein Problem auftritt, gibt das Rohr 32 das nicht verbrauchte Brenngas, das Wasserstoff enthält, ab, um die Sicherheit weitgehend sicherzustellen. Beim Ausführen eines Notaustoßens gibt es daher den Fall, bei dem das Ausstoßen des Gases, wie zum Beispiel Wasserstoff oder dergleichen, ununterbrochen ausgeführt wird, bis das Problem oder der Notfall beseitigt ist.
In dem Auspuffrohr 26 können der stromabwärtige Abschnitt mit dem Brenngasausstoßrohr 32 und dem Auspufftopf 28 von dem stromaufwärtigen Abschnitt getrennt und von der Fahrzeugkarosserie gemeinsam mit dem Unterrahmen 33 entfernt werden. Dabei ist ein Vorgang des Absteckens des Verbindungsabschnitts der Rohre, wie zum Beispiel eines Verbindungsabschnitts des stromabwärtigen Abschnitts des Auspuffrohrs 26 und dem Brenngasausstoßrohr 32 oder dergleichen nicht erforderlich. Die Abdichtleistung kann aufrechterhalten werden. Die Wartungsfreundlichkeit für andere Teile kann ebenfalls verbessert werden.
Beim früheren Stand der Technik wird reines Wasserstoffgas in die Atmosphäre aus jedem Rohr freigesetzt. Bei der Ausführungsform wird das Gas jedoch nicht in die Atmosphäre ausgestoßen, sondern dem Auspuffrohr 26 zugeführt, um verdünnt und dann ausgeworfen zu werden. In dem PRD-Rohr 58, das in 1 gezeigt ist, besteht eine Gefahr, dass das ausgestoßene starke reine Wasserstoffgas in die umgekehrte Richtung in dem Auspuffrohr 26 strömt. Da an jedes der Luftdruckreferenzrohre 60 und 62 kein Druck angelegt wird, wird eine Möglichkeit, das Auspuffgas in die umgekehrte Richtung des Auspuffrohrs 26 in die Richtung der Luftdruckreferenzröhren 60 und 62 strömt, berücksichtigt, so dass sie nicht mit dem Auspuffrohr 26 verbunden werden können. Es wird jedoch nur das Brenngasausstoßrohr 32, an das ein geeigneter Druck angelegt wird, und das keine Möglichkeit des Zurückströmens hat, mit dem Auspuffrohr 26 zusammengeführt, wobei erlaubt wird, dass das verdünnte Wasserstoffgas ausgeworfen wird. Bei dem System des früheren Stands der Technik leitet ein Druckablassrohr das Gas in die Rückseitenrichtung des Fahrzeugs ab. Bei einem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der Ausführungsform kann jedoch das Wasserstoffgas durch Verbinden mit dem Auspuffrohr 26 kraftvoll in die Rückseitenrichtung des Fahrzeugs gemeinsam mit dem Abgas ausgegeben werden. Ein anormaler Zustand kann auch mit Gewissheit von dem Wasserstoffsensor 78 erfasst werden, der an dem Auspuffrohr 26 befestigt ist. Auch wenn ein Element, wie ein Rückschlagventil (nicht gezeigt), verwendet wird und das Timing des Ausstoßens des Brenngases einzeln von dem automatischen Öffnungsbetrieb des Rückschlagventils nicht verwendet wird, kann nicht nur das Timing des Ausstoßens verwaltet werden, es besteht auch kein Erfordernis einer einzelnen Bereitstellung eines dedizierten Wasserstoffsensors, und die Gebrauchseffizienz des Wasserstoffsensors 78 kann unter Verringerung der Kosten verbessert werden.
Es ist daher möglich, eine Auspuffvorrichtung 6 zu schaffen, bei der die Funktion des Ausstoßens des Brenngases sichergestellt wird, worin Einflüsse auf andere Teile des Fahrzeugs oder dergleichen verringert, die Dämpfleistung und die Wartungsfreundlichkeit berücksichtigt werden, Platz gespart wird und gute Mischeffizienz der Abgase erzielt wird. Man kann auch eine Brenngaszuführvorrichtung des Brennstoffzellensystems 1 schaffen, bei der der Schwerpunkt in einer tieferen Position eingestellt wird, während die Aufhängungsfunktion sichergestellt wird, um eine hohe Laufleistung des Fahrzeugs sicherzustellen.
Obwohl die Ausführungsform der Erfindung oben beschrieben wurde, wird der Aufbau der oben stehenden Ausführungsform unten erklärt.
Erfindungsgemäß ist das Brenngasausstoßrohr 32 zusammenströmend mit dem Auspuffrohr 26 verbunden, wodurch es dem Brenngas in dem Brennstoffzuführrohr 14 erlaubt wird, vorübergehend in die Atmosphäre durch das Brenngasausstoßrohr 32 und das Auspuffrohr 26 abgeleitet zu werden.
Das Brenngas wird daher nicht unter dem Fahrzeugboden in der Nähe der Mitte des Fahrzeugs abgegeben. Durch Gebrauch des Auspuffrohrs 26 als ein Rohr, das für die Funktion des Brennstoffzellensystems 1 erforderlich ist, kann das gesamte Rohrlayout vereinfacht werden.
Erfindungsgemäß ist das Brenngasausstoßrohr 32 für das Gas (stromaufwärts des Druckminderabschnitts) vor der Druckminderung vorgesehen, und das Gas (stromabwärts des Druckminderabschnitts) nach der Druckminderung in dem Brenngas, dessen Druck von dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 des Sekundärreglers 57 verringert wird, vorgesehen. Gemeinsam mit dem Primär- und dem Sekundärregler 56 und 57 wird das Brenngasausstoßrohr 32 zwischen dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46, die in die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sind, gestützt und wird zusammenströmend mit dem Auspuffrohr 26 verbunden, das derart eingerichtet ist, dass es entlang der Seite des Vorderseitenbrennstofftanks 45 und des Rückseitenbrennstofftanks 46 verläuft.
Das Brenngasausstoßrohr 32 kann daher in dem Raum installiert werden, der zwischen dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 ausgebildet ist und kann in dem gesparten Platz eingerichtet werden. Während sie das Brennstoffzuführrohr 14, das sich von dem Vorderseitenbrennstofftank 45 und dem Rückseitenbrennstofftank 46 erstrecken, enthalten, können die Rohre des Primär- und Sekundärreglers 56 und 57, das Brenngasausstoßrohr 32, das Auspuffrohr 26 und dergleichen an dem Fahrzeug befestigt/von ihm abgebaut werden, während sie miteinander gekoppelt bleiben. Die hohe Wartungsfreundlichkeit kann erzielt werden.
Erfindungsgemäß werden die mehreren Primär- und Sekundärregler 56 und 57 derart vorgesehen, dass der Druck des Brenngases auf dem Verlauf des Brennstoffzuführrohrs 14 bei mehreren Niveaus verringert wird, wobei das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 als ein Brenngasausstoßrohr 32 mit dem Sekundärregler 57 als Niederdruckregler verbunden sind, in dem der Druck des Brenngases zwischen dem Primär- und dem Sekundärregler 56 und 57 niedriger ist, wobei das stromaufwärtige Gasausstoßrohr 63 und das stromabwärtige Gasausstoßrohr 64 mit der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Sekundärdruckminderabschnitts 61 des Sekundärreglers 57 als ein Niederdruckregler verbunden sind, und wobei die stromabwärtige Seite des stromaufwärtigen Gasausstoßrohrs 63 und die stromabwärtige Seite des stromabwärtigen Gasausstoßrohrs 64 zusammenströmend verbunden sind und danach mit dem Auspuffrohr 26 verbunden sind.
Daher kann die Anzahl der zusammenströmenden Verbindungsabschnitte der Rohre zu dem Auspuffrohr 26 verringert werden, Geräusche, wie zum Beispiel ein pfeifendes Geräusch, das von dem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt und dergleichen erzeugt werden kann, kann verringert werden, und der Schall kann gedämpft werden. Durch die besondere Gestaltung des Brenngasausstoßrohrs 32 für einen Sekundärregler 57, kann eine Steigerung der Anzahl von Zweigzusammenströmabschnitten auf dem Rohrlayout beseitigt werden. Durch gemeinsames Nutzen der Rohre, die vorübergehend genutzt werden, kann ferner ein leichtes Gewicht und Raumeinsparung verwirklicht werden.
Unter Bezugnahme auf 7–9, werden die Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie in den 1–4 nicht geändert. Die Ausführungsformen der 7–9 können als Teil der Anordnungen, die in den 3 und 4 gezeigt sind, betrieben werden.
Wie in der Ausführungsform der 8 gezeigt, wird ein Primärregler-Druckminderabschnitt 59 für den Primärregler 56 vorgesehen. Ein Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61 wird für den Sekundärregler 57 vorgesehen.
Die folgenden Passagen werden in dem Sekundärregler 57 wie in 7 und 9 gezeigt ausgebildet: eine stromaufwärtige Brenngaspassage 160, die mit einem stromaufwärtigen Brennstoffzuführrohr 14A als ein Teil des Brennstoffzuführrohrs 14 auf der stromaufwärtigen Seite des Sekundärregler-Druckminderabschnitts 61 verbunden ist; eine stromabwärtige Brenngaspassage 161, die mit einem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr 14B als ein Teil des Brennstoffzuführrohrs 14 auf der stromabwärtigen Seite des Sekundärregler-Druckminderabschnitts 61 verbunden ist; eine stromaufwärtige Druckablasspassage 162, die verzweigt und zu der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 verbunden ist, und eine stromabwärtige Ablasspassage 163, die verzweigt und mit der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 verbunden ist.
Wie in 9 gezeigt, hat der Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61 Folgendes: eine Öffnungs-/Schließkugel 165, die zwischen der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 und der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 eingerichtet ist und in Berührung kommen kann mit oder entfernt werden kann von einer Kugelauflagefläche 164, so dass die stromaufwärtige Brenngaspassage 160 und die stromabwärtige Brenngaspassage 161 miteinander in Kommunikation sind oder nicht; und eine Feder 166, als Mittel zum Betätigen, um eine Antriebskraft zu bewirken, die die Öffnungs-/Schließkugel 165 in die Schließrichtung antreiben kann. Eine Ansprechlast der Feder 166 ist derart eingestellt, dass sie der Mindestwert des Drucks nach der Verringerung wird.
Ferner wird als erstes hochdruckseitiges Magnetventil ein Magnetventil 167 für den Sekundärregler 57 auf der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 des Sekundärregler-Druckminderabschnitts 61 und an der Position in der Nähe des Sekundärregler-Druckminderabschnitts vorgesehen. Ein stromaufwärtiges Druckablassventil 168, das das Brenngas nach außen ausstoßen kann, ist auf der stromaufwärtigen Ablasspassage 162 integral vorgesehen. Ferner ist integral ein stromabwärtiges Druckablassventil 169 auf der stromabwärtigen Druckablasspassage 163, das Brenngas nach außen ausstoßen kann, vorgesehen. Der Primärregler 56 ist daher als ein weiterer Regler für das stromaufwärtige Stromzuführrohr 14A auf der stromaufwärtigen Seite an Stelle des hochdruckseitigen Magnetventils 167 vorgesehen.
Das Einstellmagnetventil 18 ist als zweites Magnetventil für das stromabwärtige Brennstoffzuführrohr 14B vorgesehen, das stromabwärts des Sekundärregler-Druckminderabschnitts 61 angeschlossen ist.
Ein stromaufwärtiges Ablassrohr 63 und ein stromabwärtiges Ablassrohr 64 sind jeweils mit der stromaufwärtigen Ablasspassage 162 und der stromabwärtigen Ablasspassage 163 verbunden, um das Brenngasausstoßrohr 32 zu bilden. Wie in 3 veranschaulicht, werden das stromaufwärtige Ablassrohr 63 und das stromabwärtige Ablassrohr 64 in einem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt (Rohrverbindung) 65 zusammengeführt und mit einem Zusammenströmrohr 66 gekoppelt, das mit dem zusammenströmenden Verbindungsabschnitt 65 verbunden ist. Eine Vorderkante des Zusammenströmrohrs 66 ist mit dem Auspuffrohr 26 über einen Verbindungsabschnitt (Rohrverbindung) 67 verbunden. Das Brenngas, das aus dem Brenngasausstoßrohr 32, das aus dem stromaufwärtigen Ablassrohr 63, dem stromabwärtigen Ablassrohr 64 und dem Zusammenströmrohr 66 gebildet ist, ausgestoßen wird, wird nicht direkt in die Atmosphäre ausgestoßen, sondern von der Luft (Abgas) in dem Auspuffrohr 26 verdünnt und danach ausgestoßen.
Bei dem oben erwähnten Aufbau wird durch Schließen des hochdruckseitigen Magnetventils 167 als ein erstes Magnetventil und Einstellmagnetventil 18 als ein zweites Magnetventil, wie in 7 gezeigt, der Strom des Brenngases, der in der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160, der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 und dem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr 14B zirkuliert, abgesperrt, ein Kapazitätsbereich wird zwischen dem hochdruckseitigen Magnetventil 167 und dem Einstellmagnetventil 18 gebildet. Mit anderen Worten wird, wenn das hochdruckseitige Magnetventil 167 und das Einstellmagnetventil 18 geschlossen werden, ein stromaufwärtiger Kapazitätsbereich (unten „Bereich A” genannt) gebildet, der aus der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 in einem Bereich von dem hochdruckseitigen Magnetventil 167 zu dem Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61 besteht, und ein stromabwärtiger Kapazitätsbereich (unten „Bereich B” genannt) gebildet, der aus der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 und dem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr 14B in einem Bereich von dem Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61 zu dem Einstellmagnetventil 18 besteht.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform wurde ein Druck, auf den der Bereich A und der Bereich B in einem Druckausgleichszustand eingestellt wurden, so eingestellt, dass er niedriger ist als ein Ansprechdruck des stromabwärtigen Druckablassventils 169 in dem Bereich B.
Wie in 9 gezeigt, sind in dem Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61 die interne stromaufwärtige Brenngaspassage 160 und die stromabwärtige Brenngaspassage 161 so ausgebildet, dass ihre Querschnittsflächen, Durchgangsdurchmesser und dergleichen mit hoher Präzision durch Bohrarbeit oder dergleichen erzielt werden, weil die Funktion des Reglers wichtig ist.
Die Hochdruckwasserstoffgase (zum Beispiel etwa maximal 100 bis 700 Atmosphären), die aus den in den Tank eingebildeten Ventilen mehrerer Brennstofftanks 45 und 46 entnommen werden, werden von dem Brennstoffzuführrohr 14 zu dem Primärregler 56 eingeführt, der in der Nähe der Mitte in die Fahrzeugbreite montiert ist. Die Wasserstoffgase werden von dem Primärregler 56 stark druckvermindert und mit Zehnern Atmosphären herausgeführt (zum Beispiel 20 Atmosphären (mittlerer Druck)). Das Brenngas mit einem solchen mittleren Druck wird dann von dem Brennstoffzuführrohr 14 in den Sekundärregler 57 eingeführt, der auf der Seite des Primärreglers 56 (Ventilseite der Tankeinheit 15) eingerichtet ist. Das Brenngas wird sekundär noch ein Mal von dem Sekundärregler 57 druckgemindert und mit einigen Atmosphären Druck (zum Beispiel etwa 4 bis 8 Atmosphären Druck (Niederdruck)) herausgeführt. Das Brenngas wird ferner zu der Anodenseite der Brennstoffzelle 2 stromabwärts von dem Brennstoffzuführrohr 14 zugeführt.
Wie in 7 gezeigt, ist das hochdruckseitige Magnetventil 167 als ein erstes Magnetventil auf dem Verlauf der Brennstoffzuführpassage, die den Primärregler-Druckminderabschnitt 49 in dem Primärregler 56 und den Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61 in dem Sekundärregler 57 verbindet, vorgesehen. Das Absperren der Zirkulation des Brenngases in der gesamten Brennstoffzuführpassage kann mehr oder minder durch das hochdruckseitige Magnetventil 167 gesteuert werden. Wenn die Brennstoffzelle 2 betrieben wird, werden das hochdruckseitige Magnetventil 167 und das Einstellmagnetventil 18 geöffnet, um dem Brenngas das Zirkulieren zu erlauben. Wenn das Fahrzeug stoppt oder ein Problem auftritt, wie zum Beispiel ein anormaler Druck oder dergleichen, werden das hochdruckseitige Magnetventil 167 und das Einstellmagnetventil 18 geschlossen, um das Brenngas abzusperren.
Das Einstellmagnetventil 18 und das hochdruckseitige Magnetventil 167 sind mit Steuermitteln verbunden und werden von den Steuermitteln gesteuert.
Die stromaufwärtige Druckablasspassage 162 und die stromabwärtige Ablasspassage 163, die als Passagen zum Ausstoßen dienen, sind in dem Sekundärregler 57 derart vorgesehen, dass sie von der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 und der stromabwärtigen Brenngaspassage 161, die als Zuführpassagen für das Brenngas dienen, abgezweigt werden. Das stromaufwärtige Ablassrohr 63 und das stromabwärtige Ablassrohr 64, die als Notausstoßrohre für das Ausstoßen des nicht verbrauchten Brenngases, das Wasserstoffgas enthält, dienen, werden aus dem Sekundärregler 57 heraus vorgesehen.
Wie in 7 gezeigt, werden das stromaufwärtige Druckablassventil 168 und das stromabwärtige Druckablassventil 169 für die stromaufwärtige Ablasspassage 162 und die stromabwärtige Ablasspassage 163 vorgesehen. Das stromaufwärtige Druckablassventil 168 und das stromabwärtige Druckablassventil 169 sind mechanische Ventile, die automatisch geöffnet werden, wenn die Drücke der stromaufwärtigen Ablasspassage 162 und der stromabwärtigen Ablasspassage 163, die als interne Passagen dienen, auf Ansprechdrücke oder darüber steigen. Da das stromaufwärtige Druckablassventil 168 und das stromabwärtige Druckablassventil 169 für den Notfall verwendet werden, stoßen sie, wenn ein Problem auftritt, das nicht verwendete Brenngas, das Wasserstoffgas enthält, aus.
Bei einem Notausstoßen und weil das Problem eliminiert wird, wird das Ausstoßen des Gases, wie zum Beispiel des Wasserstoffs, kontinuierlich ausgeführt.
Eine Kapazität (Volumen) der Passage wird sowohl in der stromaufwärtigen Ablasspassage 162 als auch in der stromabwärtigen Ablasspassage 163, die als interne Passage des Sekundärreglers dient, eingestellt.
Wie in 7 gezeigt, kann daher beim früheren Stand der Technik in dem Sekundärregler 57 sogar nach dem Schließen des hochdruckseitigen Magnetventils 167 der Regler nicht perfekt von dem Aufbau des Sekundärregler-Druckminderabschnitts 61 abgedichtet werden, und eine kleine Menge von Gas tritt aus. Daher kann der Druck in dem Bereich A (das Volumen der internen Primärseitenpassage des Reglers) nicht perfekt gestoppt werden. Der Druck in dem Bereich B steigt daher allmählich aufgrund einer solchen Kriecherscheinung an, bei der das Wasserstoffgas allmählich in den Bereich B strömt (das Volumen der internen Sekundärseitenreglerpassage + das Volumen des Rohrs zu dem Einstellmagnetventil 18). Das ergibt einen Nachteil, wenn der Druck in dem Bereich B auf einen vorbestimmten Wert oder mehr des Drucks des stromabwärtigen Druckablassventils 169 ansteigt, weil das Wasserstoffgas, das inhärent zu der Brennstoffzelle 2 von dem stromabwärtigen Druckablassventil 169 des Sekundärreglers 57 geliefert werden hätte sollen, verschwenderisch ausgestoßen wird.
Bei der Ausführungsform wird das hochdruckseitige Magnetventil 167 geschlossen, auch wenn das Hochdruckwasserstoffgas in dem Bereich A zu dem Bereich B strömt (der Leckbetrieb wird zugelassen). Solange der Druck in dem Bereich B den Ansprechwert des stromabwärtigen Druckablassventils 169 nicht erreicht, wird kein Wasserstoffgas aus dem stromabwärtigen Druckablassventil 169 aus der Brennstoffvorrichtung 4 heraus ausgestoßen.
Vorausgesetzt, dass der Druck in dem Bereich A (Druck, der von dem Primärdruckminderabschnitt 59 druckgemindert wird) gleich Pa ist, ist daher sein Volumen gleich Va, und der Druck in dem Bereich B (der von dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 verringert wird) ist gleich Pb, sein Volumen ist gleich Vb, ein Druck in dem Fall, in dem der Druck in dem Bereich A und der Druck in dem Bereich B auf einen gleichförmigen Druck aufgrund der Kriecherscheinung eingestellt werden (wenn der Druck in dem Bereich B maximal wird) gleich P, und ein Ausstoßsolldruck des stromabwärtigen Druckminderventils 169 ist gleich Pr. Durch Anwenden des Gesetzes von Boyle-Charles an die Zustände vor und nach der Kriecherscheinung, wird die folgende Gleichung erfüllt. (Pa·Va + Pb·Vb) = P·(Va + Vb),wenn daher der Druck P wie folgt ausgedrückt werden kann P = (Pa·Va + Pb·Vb)/(Va + Vb)
Wenn die Vorrichtung derart konzipiert ist, dass der Druck P kleiner ist als der Ansprechdruck Pr des stromabwärtigen Druckablassventils 169, wird das Wasserstoffgas nicht von dem stromabwärtigen Druckablassventil 169 ausgestoßen.
In dem Zustand, in dem das Einstellmagnetventil 18 und das hochdruckseitige Magnetventil 169 geschlossen sind, und angenommen dass Pa = 5(MPa), Pb = 1(MPa), Pr = 2·Pb, und Va = 100 (Kubikzentimeter), reicht es, die folgende Gleichung zu erfüllen. P = (Pa·Va + Pb·Vb)/(Va + Vb) < Pr
Daher und weil (5·100 + 1·Vb)/(100 + Vb) < 2,wird ein Zustand von Vb auf 300 (Kubikzentimeter) oder darüber eingestellt.
Wenn daher die Vorrichtung derart konzipiert ist, dass das Volumen von Vb gleich 300 (Kubikzentimeter) oder darüber ist, wird eine Erscheinung, bei der Wasserstoffgas von dem stromabwärtigen Druckablassventil 169 durch Kriecherscheinung ausgegeben wird, eliminiert.
Nachdem der Ansprechdruck des stromabwärtigen Druckminderventils 169 auf einen Wert eingestellt wurde, der eine vorbestimmte Anzahl von Malen größer ist als der Ansprechdruck nach dem Vervollständigen der Druckminderung des Sekundärdruckminderabschnitts 61, wird die Kapazität (Volumen) des Bereichs B so eingestellt, dass sie ausreichend größer ist als die des Bereichs A, so dass man einen grundlegenden Aufbau erzielt.
Während eine vorbestimmte Kapazität in der internen Passage des Sekundärdruckminderabschnitts 61, die dem Bereich A entspricht, möglichst klein ist, wird eine vorbestimmte Kapazität in der internen Passage (Gaspassage) des Sekundärdruckminderabschnitts 61 sichergestellt, die dem Bereich B entspricht, und eine große Kapazität wird von dem externen Rohr (Brennstoffzuführrohr) des Sekundärdruckminderabschnitts 61 zugeführt, das dem Bereich B entspricht. Die Kapazität des Bereichs B kann nämlich sichergestellt werden, ohne eine Rohrlänge zu dem Magneteinstellventil 18 strikt einzuschränken, und das Abgeben des Wasserstoffgases durch das stromabwärtige Druckablassventil 169 kann mit Sicherheit verhindert werden. Da kein Bedarf besteht, die Länge des Rohrs zu dem Einstellmagnetventil 18 zu berücksichtigen, kann das Rohrlayout leicht ausgeführt werden. Da der Sekundärdruckminderabschnitt 61 in der Größe verkleinert werden kann, kann der Sekundärdruckminderabschnitt 61 in einer kompakten Größe installiert werden, indem der Raum verwendet wird, der zwischen den Brennstofftanks 45 und 46 ausgebildet ist.
Wie in 7 gezeigt, hat die Innenseite der stromaufwärtigen Seite (Bereich A) des Sekundärdruckminderabschnitts 61 Abzweigpassagen, und das stromaufwärtige Druckablassventil 168 wird für eine der Abzweigpassagen vorgesehen. Da die stromaufwärtige Seite des Sekundärdruckminderabschnitts 61 auf den mittleren Druck eingestellt ist, wird der Ansprechdruck, bei dem das stromaufwärtige Druckablassventil 161 aktiv wird, auf einen Mehrwertdruck höher als der Betriebsdruck des Sekundärdruckminderabschnitts 61 eingestellt. Wenn der Ansprechdruck des stromaufwärtigen Druckablassventils 168 zu hoch ist, nimmt der Bereich des Zuführdrucks des Brenngases, das zu dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 zugeführt wird, zu, und der Druck nach dem Vollenden der Druckminderung auf der stromabwärtigen Seite des Sekundärdruckminderabschnitts 61 schwankt aufgrund eines Einflusses eines solchen Druckwechsels. Hingegen, wenn der Ansprechdruck zu niedrig ist, weil das nicht verbrauchte Brenngas ausgestoßen wurde, steigt eine Menge an Brenngas, die unnötig verbraucht wird. Es ist daher vorzuziehen, einen solchen Druck mit einer entsprechenden Toleranz einzustellen.
Obwohl das stromaufwärtige Druckablassventil 168 in dem Bereich A auf der stromabwärtigen Seite des hochdruckseitigen Magnetventils 167 als erstes Magnetventil in der Ausführungsform der 7 eingerichtet wurde, kann es zum Beispiel auch stromaufwärts des hochdruckseitigen Magnetventils 167 angeordnet werden. In diesem Fall kann die Kapazität des Bereichs A stärker verringert werden, und durch Verringern des Drucks in dem Zeitpunkt, in dem das Druckgleichgewicht erzielt wurde, kann er sich dem Ansprechwert nähern (stromabwärtiger Druck), nachdem das Druckmindern des Sekundärdruckminderabschnitts 61 vollendet wurde, und ein Einstellbereich des stromaufwärtigen Druckablassventils 168 kann vergrößert werden. Bei dem internen Aufbau des Sekundärreglers 57 kann das Rohrlayout der internen Passage, die dem Bereich B entspricht, zu dem stromabwärtigen Druckablassventil 169, das dem Bereich B entspricht, erweitert werden. In einem solchen Fall kann eine Einschränkung der Länge (ein Zustand, in dem sie gleich einer vorbestimmten Länge oder darüber ist) des Rohrs, das als Brennstoffzuführrohr 14 angeschlossen ist, verringert werden.
Wie in 3 veranschaulicht, werden das stromaufwärtige Ablassrohr 63 und das stromabwärtige Ablassrohr 64, um unabhängig aus dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 herausgenommen zu werden, in der Nähe des Sekundärdruckminderabschnitts zusammengeführt. Das Zusammenströmrohr 66 in einem Bereich von dem gemeinsamen Abschnitt des stromaufwärtigen Ablassrohrs 63 und des stromabwärtigen Ablassrohrs 64 zu dem Auspuffrohr 26 wird gemeinsam verwendet. Durch diese Struktur wird die gesamte Länge des Rohrs verkürzt und die komplizierte Rohrmontage wird vereinfacht. Die Länge des Rohrs von dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 zu dem Auspuffrohr 26 kann durch ein solches Layout des Sekundärdruckminderabschnitts verkürzt werden, und die Anzahl von Verbindungsabschnitten zu dem Auspuffrohr 26 kann verringert werden. Wenn Wasserstoffgas anhand der Rohre, von welchen ein Teil gemeinsam benutzt wird, ausgestoßen wird, wird das Wasserstoffgas im Wesentlichen von einem der Rohre ausgestoßen, ohne gleichzeitig aus beiden Rohren ausgestoßen zu werden.
Wie in 7 gezeigt und durch Integrieren des hochdruckseitigen Magnetventils 167 als erstes Magnetventil und einer Mehrzahl von Druckablassventilen 168 und 169 in den Sekundärregler 57, wie oben erwähnt, kann die Kapazität des Bereichs A als eine interne Passage der stromaufwärtigen Seite des Sekundärdruckminderabschnitts 61 auf einen Wert eingestellt werden, der ausreichend kleiner ist als der des Bereichs B, der von der internen Passage der stromabwärtigen Seite des Sekundärdruckminderabschnitts 61 und dem Rohr stromabwärts des Sekundärreglers 57 gebildet ist. Auch wenn die Drücke zu dem Ausgleichsdruckzustand in dem Sekundärdruckminderabschnitt 61 übergehen, kann das Ausstoßen des Wasserstoffgases aus den Druckablassventilen 168 und 169, die zu dem Bereich B gerichtet sind, verhindert werden.
Das stromabwärtige Brennstoffzuführrohr 14B ist als eine Brennstoffzuführpassage mit der stromabwärtigen Seite des Sekundärreglers 57 verbunden. Das Einstellmagnetventil 18 wird als zweites Magnetventil stromabwärts vorgesehen, wo das stromabwärtige Brennstoffzuführrohr 14B erweitert wurde.
Das Einstellmagnetventil 18 kann das Absperren der Zirkulation des Brenngases mit hoher Präzision steuern. Wenn die Brennstoffzelle 2 in Betrieb ist, wird das Einstellmagnetventil 18 geöffnet, so dass das Brenngas zirkuliert. Wenn das Fahrzeug stoppt oder beim Auftreten eines Problems, wie zum Beispiel eines anormalen Drucks oder dergleichen, wird das Einstellmagnetventil 18 geschlossen, um das Brenngas abzusperren.
Die Kapazitätsbereiche zum Lagern des abgesperrten Brenngases können daher durch die zwei Magnetventile 18 und 167 spezifiziert werden, und das stromaufwärtige/stromabwärtige Brennstoffzuführrohr 14A und 14B inklusive der Sekundärdruckminderabschnitt 61, und ein Bereich, in dem sich die Druckausbreitung aufgrund des Eindringens des Sekundärdruckminderabschnitts 61 ausbreitet, kann verringert werden.
Mehrere Einstellmagnetventile 18 können auch vorgesehen werden. Die Brennstoffzuführpassage stromabwärts wird verzweigt und jeweils mit der Anode der Brennstoffzelle 2 gekoppelt. Im normalen Betriebsmodus der Brennstoffzelle 2 und während die Öffnungs- und Schließvorgänge regelmäßig wiederholt ausgeführt werden, funktionieren die Einstellmagnetventile 18 synchron, so dass das gegenseitige Timing unterschiedlich ist. Durch einen solchen Aufbau ist das Wasserstoffgas als Brenngas gleichförmig und wird der Brennstoffzelle 2 zugeführt.
Eine Funktion zum Ausstoßen von Wasserstoffgas aus dem System heraus (hier die interne Passage des Auspuffrohrs 26 zum Ausstoßen des Abgases, das eine große Menge an Kathodenabgas enthält, das von der Kathode der Brennstoffzelle 2 abgegeben wird) wird vorgesehen. Eine derartige Funktion wird in etwa in die Entlüftung und den Notausstoß eingestuft, und ihre Aufgaben und Zielsetzungen sind unterschiedlich. Die Entlüftungsfunktion wird für die Abgabepassage von der Anode der Brennstoffzelle 2 vorgesehen und wird in der Hauptsache zum Verbessern einer Effizienz der Reaktion der Brennstoffzelle 2 verwendet. Die Notausstoßfunktion wird für das Brennstoffzuführsystem vorgesehen und wird in der Hauptsache verwendet, um ordnungsgemäße Prozesse sicherzustellen, wenn ein Problem aufgetreten ist.
Bei der in 9 gezeigten Ausführungsform, ist die Vorrichtung zum Beispiel ein Typ, bei dem der Druck in dem Bereich B als Steuerdruck verwendet wird, und ein Rückdruck wird durch die Feder 166 über eine Membran oder dergleichen angelegt. In dem Fall, in dem der Druck in dem Bereich B allmählich zunimmt, wird es schwierig, den Druck um eine Menge anzuheben, die einer Kapazität einer Membrankammer entspricht. Wenn der Druck ansteigt, schiebt die Feder 166 die Öffnungs-/Schließkugel 165 in die Schließrichtung. Daher kann eine Zeit, die erforderlich ist, bis das stromabwärtige Druckablassventil 169 aktiviert wird, ebenfalls erweitert (verzögert) werden.
Obwohl die Ausführungsform der Erfindung oben beschrieben wurde, wird nun ausführlich die oben stehende Ausführungsform erklärt.
Gemäß der in 7 gezeigten Ausführungsform werden das Magnetventil 167 und mehrere Druckablassventile 168 und 169 integral für den Regler 57 vorgesehen, der einen Druckminderabschnitt 61 hat, das Magnetventil 167 wird auf der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 des Druckminderabschnitts 61 und in der Nähe des Druckminderabschnitts 61 eingerichtet. Ein Druckablassventil 168 ist mit der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 des Druckminderabschnitts 61 verbunden, und das andere Druckablassventil 169 ist mit der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 des Druckminderabschnitts 61 verbunden.
Der Kapazitätsbereich, der von der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 in dem Bereich von dem Druckminderabschnitt 61 zu dem Magnetventil 167 gebildet wird, kann verringert werden, und das Volumen des Brenngases mit dem Druck (mittlerer Druck), der ausreichend höher ist als der Druck (Niederdruck) auf der stromabwärtigen Seite des Druckminderabschnitts 61, kann auf einen kleinen Wert verringert werden. Auch wenn das Eindringen des Brenngases in den Druckminderabschnitt 61 unter Gebrauch des mechanischen Ventils auftritt, kann die Auswirkung der Druckausbreitung so weit wie möglich verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das stromaufwärtige Brennstoffzuführrohr 14A mit dem Regler 57 auf der stromaufwärtigen Seite mit dem ersten Magnetventil 167 verbunden, das stromabwärtige Brennstoffzuführrohr 148 ist mit dem Regler 57 stromabwärts des Druckminderabschnitts 61 verbunden. Der Primärregler 56, der anders ist als der Regler 57, wird für das stromaufwärtige Brennstoffzuführrohr 14A vorgesehen. Das zweite Magnetventil 18 wird für das stromabwärtige Brennstoffzuführrohr 14B vorgesehen, und der Strom des Brenngases, der in der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160, der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 und dem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr 14B zirkuliert, wird durch Schließen des ersten Magnetventils 167 und des zweiten Magnetventils 18 abgesperrt und bildet daher den Kapazitätsbereich zwischen dem ersten Magnetventil 167 und dem zweiten Magnetventil 18.
Die Kapazitätsbereiche zum Lagern des abgesperrten Brenngases können daher durch die zwei Magnetventile 167 und 18 und die stromaufwärtige Brenngaspassage 160 und stromabwärtige Brenngaspassage 161 inklusive der Druckminderabschnitt 61 vorgegeben werden, und der Bereich der Druckausbreitung aufgrund des Eindringens des Druckminderabschnitts 61 kann verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wurde der Druck, des stromaufwärtigen Kapazitätsbereichs (Bereich A) gebildet von der stromaufwärtigen Brenngaspassage 160 in dem Bereich von dem ersten Magnetventil 167 zu dem Sekundärregler-Druckminderabschnitt 61, wenn das erste Magnetventil 167 und das zweite Magnetventil 18 geschlossen wurden, und des stromabwärtigen Kapazitätsbereichs (Bereich B), der von der stromabwärtigen Brenngaspassage 161 und dem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr 14 in dem Bereich von dem Druckminderabschnitt 61 zu dem zweiten Magnetventil 18 gebildet wird, in den Druckgleichgewichtszustand gebracht, um niedriger zu sein als der Ansprechdruck des anderen Druckablassventils 168 in dem stromabwärtigen Kapazitätsbereich (Bereich B).
Wenn daher ein Leckbetrieb besteht, den der Druckminderabschnitt 61 im Wesentlichen hat, ist es möglich, das Aktivieren des Druckablassventils 169 zu verhindern, und eine Situation, bei der nicht verbrauchtes Brenngas (Wasserstoff) unnütz ausgestoßen wird, kann eliminiert werden.
Das Brennstoffzellensystem gemäß diesen Ausführungsformen der Erfindung kann auch für andere Systeme, die den Regler verwenden, angewandt werden.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann an unterschiedliche Arten von Fahrzeugen mit anderem Brennstoff sowie Wasserstoff angepasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-331781 A [0008]
- JP 2005-339862 A [0008]

Claims

Brenngaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, die Folgendes aufweist: eine Brennstoffzelle zum Zuführen von Luft, die Sauerstoff enthält, zu einer Kathode, Zuführen eines Brenngases, das Wasserstoff enthält, zu einer Anode, und Ausführen einer Leistungserzeugung; eine Auspuffvorrichtung, die einen Auspufftopf in einem Auspuffrohr (26) stromabwärts der Brennstoffzelle hat; eine Brennstoffvorrichtung (4), die ein Zuführrohr zum Zuführen des Brenngases zu der Brennstoffzelle und einen Regler (17) hat, der auf dem Verlauf des Brennstoffzuführrohrs zum Druckmindern des Brenngases eingerichtet ist, und ein Brenngasausstoßrohr (32) zum Ausstoßen von Brenngas in dem Brennstoffzuführrohr aus der Brennstoffvorrichtung (4) heraus, wobei das Brenngasausstoßrohr (32) zusammenströmend mit dem Auspuffrohr (26) verbunden ist, so dass erlaubt wird, dass das Brenngas in der Brennstoffzuführleitung vorübergehend in die Atmosphäre über das Brenngasausstoßrohr und das Auspuffrohr (26) ausgestoßen wird.
Brenngaszuführvorrichtung für die Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffausstoßrohr (32) vor der Druckminderung, und dass das Gas nach der Druckminderung in dem Brenngas, dessen Druck durch einen Brennstoffminderabschnitt des Reglers (17) druckgemindert wird, und gemeinsam mit dem Regler vorgesehen wird, wobei das Brenngasausstoßrohr (32) zwischen mehreren Brennstofftanks (45, 46) getragen wird, die in eine Fahrzeugvorder-/Rückseitenrichtung eingerichtet sind, und zusammenströmend mit dem Auspuffrohr (26) verbunden ist, das so eingerichtet ist, dass es entlang einer Seite jedes der Brennstofftanks verläuft.
Brenngaszuführvorrichtung des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Regler (56, 57) vorgesehen sind, so dass der Druck des Brenngases auf dem Verlauf des Brennstoffzuführrohrs bei mehreren Niveaus druckvermindert wird, wobei ein stromaufwärtiges Gasausstoßrohr (63) und ein stromabwärtiges Gasausstoßrohr (64) als Brenngasausstoßrohr mit einer Niederdruckseite einer ersten Niederdruckseite des Reglers verbunden sind, in dem der Druck des Brenngases niedriger ist als an einem zweiten Regler, wobei das stromaufwärtige Gasausstoßrohr (63) und das stromabwärtige Gasausstoßrohr (64) jeweils mit einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite des Druckminderabschnitts des niederdruckseitigen Reglers (57) verbunden sind, wobei die stromabwärtige Seite des stromaufwärtigen Gasausstoßrohrs (63) und die stromabwärtige Seite des stromabwärtigen Gasausstoßrohrs zusammenströmend verbunden sind und dann mit dem Auspuffrohr (26) verbunden sind.
Brenngaszuführvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, die Folgendes aufweist: eine Brennstoffzelle zum Empfangen von Luft, die Sauerstoff enthält, an einer Kathode, Empfangen eines Brenngases, das Wasserstoff enthält, an einer Anode, und Ausführen einer Leistungserzeugung; eine Auspuffvorrichtung mit einem Auspufftopf in einem Auspuffrohr (26) stromabwärts der Brennstoffzelle, und eine Brennstoffvorrichtung (4) mit einem Brennstoffzuführrohr zum Zuführen des Brenngases zu der Brennstoffzelle, wobei ein Reglerdruckminderabschnitt (59, 61) einen Druck des Brenngases verringert, ein Magnetventil (18, 167) zum Steuern eines Absperrens der Zirkulation des Brenngases, und ein Druckablassventil zum Ausstoßen des Brenngases aus der Brennstoffvorrichtung (4) heraus, in einer Passage des Brennstoffzuführrohrs angeordnet, wobei das Magnetventil und mehrere Druckablassventile (168, 169) integral für einen Regler (17) vorgesehen sind, der den Druckminderabschnitt hat, wobei das Magnetventil stromaufwärts der Brenngaspassage des Druckminderabschnitts vorgesehen ist, wobei eines der Druckablassventile (168) mit der stromaufwärtigen Brenngaspassage des Druckminderabschnitts verbunden ist und das andere Druckablassventil (169) mit einer stromabwärtigen Brenngaspassage des Druckminderabschnitts verbunden ist.
Brenngaszuführvorrichtung für das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stromaufwärtige Brennstoffzuführrohr mit dem Regler (17) stromaufwärts verbunden ist, und mit dem Magnetventil (167), das das erste Magnetventil aufweist, wobei ein stromabwärtiges Brennstoffzuführrohr mit dem Regler (17) stromabwärts des Druckminderabschnitts verbunden ist, wobei ein zweiter Regler, der anders ist als der erste Regler, für das stromaufwärtige Brennstoffzuführrohr vorgesehen ist, und wobei ein zweites Magnetventil (18) für das stromabwärtige Brennstoffzuführrohr vorgesehen ist, wobei ein Strom des Brenngases, der in der stromaufwärtigen Brenngaspassage, der stromabwärtigen Brenngaspassage und dem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr durch Schließen des ersten Magnetventils (167) und zweiten Magnetventils (18) abgesperrt wird, so dass ein Kapazitätsbereich zwischen dem ersten Magnetventil (167) und dem zweiten Magnetventil (18) gebildet wird.
Brenngaszuführvorrichtung für das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, bei dem ein Druck, bei dem ein stromaufwärtiger Kapazitätsbereich von der stromaufwärtigen Brenngaspassage in einen Bereich von dem ersten Magnetventil (167) zu dem Reglerdruckminderabschnitt gebildet wird, wenn sich das erste Magnetventil (167) und das zweite Magnetventil (18) schließen, und ein stromabwärtiger Kapazitätsbereich, gebildet aus der stromabwärtigen Brenngaspassage und dem stromabwärtigen Brennstoffzuführrohr in einem Bereich von dem Reglerdruckminderabschnitt zu dem zweiten Magnetventil (18), in einen Druckausgleichszustand versetzt werden, der niedriger ist als ein Ansprechdruck des anderen Druckablassventils (169) in dem stromabwärtigen Kapazitätsbereich.