車輛用的燃料電池裝置制造方法
【專利摘要】燃料電池堆（3）配置為在發(fā)動機艙（104）中在車輛寬度方向上與散熱器（107）并排，所述發(fā)動機艙（104）在車輛前后方向上位于前構(gòu)件（108）的后方，用于將空氣引入到燃料電池堆（3）的空氣引入孔區(qū)（31）的吸氣管（2）在車輛前后方向上從空氣引入孔區(qū)（31）延伸到前構(gòu)件（108），吸氣管（2）具有上空氣引入端口（212A）和下空氣引入端口（212B），上空氣引入端口（212A）和下空氣引入端口（212B）在車輛前后方向上位于散熱器（107）的前方并且分別朝向一組上柵格開口（110）和一組下柵格開口（111）開口。
【專利說明】車輛用的燃料電池裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001][I]本發(fā)明涉及車輛用的燃料電池裝置，并且尤其涉及使用空氣作為反應(yīng)氣體和冷卻劑的車輛用的燃料電池裝置。
【背景技術(shù)】
[0002][2]當(dāng)燃料電池堆處于適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)時，能夠保持穩(wěn)定的工作性能。例如，在裝配有空冷式燃料電池堆的燃料電池車輛中，燃料電池堆在外部空氣溫度高的環(huán)境中容易具有較高的溫度。此外，燃料電池堆可能具有超過規(guī)定溫度的過高溫度，這會引起燃料電池堆的工作性能下降的擔(dān)心。在這種情況下，燃料電池堆需要用盡可能多的吸入到吸氣管中以提供給燃料電池堆的自然通風(fēng)空氣流(有時簡稱為空氣流)來冷卻。注意，術(shù)語“自然通風(fēng)空氣流”是指車輛周圍的外部空氣的流動或氣流，與車輛是否行駛無關(guān)。
[0003][3]在這種燃料電池車輛中，燃料電池堆在外部空氣溫度低的環(huán)境中容易具有較低的溫度。此外，燃料電池堆可能具有低于規(guī)定溫度的過低溫度，這會引起燃料電池堆的工作性能下降的擔(dān)心。在這種情況下，燃料電池堆在必要時需要被加熱以升高該溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004][4]燃料電池堆被構(gòu)造為一組一個或多個單元堆和構(gòu)成該組單元堆的外蓋的堆殼體的組合。每個單元堆包括多層燃料電池和整體地圍住該燃料電池的燃料電池外殼。為了必要的空氣傳導(dǎo)，該燃料電池外殼具有用于將空氣引入到內(nèi)部空氣供應(yīng)通道的空氣引入孔和用于將空氣從與該空氣供應(yīng)通道連通的空氣排放通道導(dǎo)出的空氣導(dǎo)出孔。在每個燃料電池堆，根據(jù)需要，該堆殼體具有與所述一個或多個單元堆的燃料電池外殼中形成的孔連通的“連通孔區(qū)”(在本文中有時簡稱為“孔區(qū)”)。
[0005][5]空冷式燃料電池堆具有例如使用開關(guān)式擋板以阻擋自然通風(fēng)空氣流的設(shè)施，這是提供用于防止由自然通風(fēng)空氣流引起的過冷的措施所需的。
[0006][6]甚至在裝配有現(xiàn)有的使用汽油的內(nèi)燃機的車輛當(dāng)中，也已知一種包括安裝在散熱器前方的活動?xùn)鸥癜偃~窗裝置以切斷流入到發(fā)動機艙的空氣流的車輛(參見日本特開2007-1503A號公報)。此外，還已知使用自然通風(fēng)空氣流的空冷式燃料電池的冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)構(gòu)包括空氣流動分布結(jié)構(gòu)和安裝在發(fā)動機艙中的燃料電池堆(參見日本特開2005-216777A 號公報)。
[0007][7]可能有與日本特開2007-1503A號公報中公開的活動?xùn)鸥癜偃~窗裝置相結(jié)合的空冷式燃料電池裝置。然而，這種結(jié)合使自然通風(fēng)空氣流穿過散熱器，從而被加熱，不能有效冷卻燃料電池堆。
[0008][8]另一方面，日本特開2005-216777號公報中公開的空冷式燃料電池的冷卻結(jié)構(gòu)的配置以及系統(tǒng)復(fù)雜，這是一個問題。此外，該冷卻結(jié)構(gòu)還牽扯到擔(dān)心在發(fā)動機艙中被加熱的空氣被吸入到燃料電池堆，從而降低冷卻效果。
[0009][9]本發(fā)明是鑒于這些問題而設(shè)計的。因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以提高燃料電池堆的工作性能的車輛用的燃料電池裝置。
[0010][10]為了實現(xiàn)所期望的目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種車輛用的燃料電池裝置，所述車輛包括:設(shè)置在車輛前端的在車輛寬度方向上延伸的前保險杠，所述前保險杠中形成有柵格開口組，以將空氣引向發(fā)動機艙；在車輛前后方向上與所述柵格開口組不重疊的位置，在車輛前后方向上設(shè)置在所述前保險杠的后方并且靠近所述前保險杠的在車輛寬度方向上延伸的前構(gòu)件；以及設(shè)置在所述發(fā)動機艙中的散熱器，所述發(fā)動機艙在車輛前后方向上位于所述前構(gòu)件的后方。所述車輛用的燃料電池裝置包括燃料電池堆和吸氣管。所述燃料電池堆用于通過空氣引入孔區(qū)將作為反應(yīng)氣體和冷卻劑的空氣引入到所述燃料電池堆的內(nèi)部，并且通過空氣排出孔區(qū)將空氣排出到所述燃料電池堆的外部。所述燃料電池堆配置為在所述發(fā)動機艙中在車輛寬度方向上與所述散熱器并排，所述發(fā)動機艙在車輛前后方向上位于所述前構(gòu)件的后方。所述吸氣管用于將空氣引入到所述燃料電池堆的所述空氣引入孔區(qū)。所述吸氣管在車輛前后方向上在所述空氣引入孔區(qū)和所述前構(gòu)件之間延伸，所述吸氣管具有空氣引入端口組，所述吸氣管的空氣引入端口組在車輛前后方向上位于所述散熱器的前方并且朝向所述柵格開口組開口。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011][11]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的包括燃料電池裝置的車輛的前部的側(cè)視圖。
[0012]圖2是該車輛前部的平面圖。
[0013]圖3是該燃料電池裝置的四分之三側(cè)視圖。
[0014]圖4是該燃料電池裝置的分解四分之三側(cè)視圖。
[0015]圖5是該燃料電池裝置的平面圖。
[0016]圖6是沿著圖5的線V1-VI取得的截面圖。
[0017]圖7是該燃料電池裝置中的流體管線系統(tǒng)的框圖。
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的車輛用的燃料電池裝置的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0019][12]下面參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明各實施方式的車輛用的燃料電池裝置(在本文中有時簡稱為燃料電池裝置)。
[0020][13]注意，附圖是示例性的，包括與實際的差異，如尺寸或形狀的大小或比例的差異。附圖還可能包括例如尺寸或形狀的比率或關(guān)系之間的差異。還要注意，為了便于描述，附圖具有由作為圖例的箭頭定義的坐標(biāo)系統(tǒng)，以識別車輛的縱向、橫向和豎向。
[0021][14](第一實施方式)
[0022]圖1和圖2分別以側(cè)視圖和平面圖示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的包括燃料電池裝置I的車輛100的前部100F。車輛前部100F包括由包括底盤面板的一組車輛面板限定的發(fā)動機艙104，燃料電池裝置I設(shè)置在發(fā)動機艙104中。
[0023][15](車輛配置)
[0024]如圖1和圖2中所示，限定發(fā)動機艙104的該組車輛面板包括發(fā)動機罩101、側(cè)面板102和前圍板103。除了燃料電池裝置I以外，包括發(fā)動機艙104的車輛100的前部100F還設(shè)置有牽引用的驅(qū)動電動機105、逆變器106、散熱器107和在車輛寬度方向上延伸的前構(gòu)件108。
[0025][16]車輛100具有設(shè)置在車輛前端的在車輛寬度方向上延伸的前保險杠109。前保險杠109具有在其中形成的一組柵格開口以將空氣引向發(fā)動機艙104。該柵格開口組包括在車輛上下方向上設(shè)置在前構(gòu)件108上方的一組上柵格開口 110和在車輛上下方向上設(shè)置在前構(gòu)件108下方的一組下柵格開口 111，前保險杠109的非柵格化或簾式中央杠區(qū)112夾在上柵格開口組110和下柵格開口組111之間。上柵格開口組110和下柵格開口組111的輪廓分別為在車輛寬度方向上伸長的矩形。
[0026][17]注意,散熱器107設(shè)置在發(fā)動機艙104中，在車輛前后方向上位于發(fā)動機艙104中的前構(gòu)件108的后方。前構(gòu)件108在車輛前后方向上設(shè)置在前保險杠109的中央杠區(qū)112的后方而靠近前保險杠109，前構(gòu)件108的位置在車輛前后方向上與柵格開口組不重疊。
[0027][18](燃料電池裝置)
[0028]如圖1和圖2中所示，燃料電池裝置I被設(shè)置為在車輛寬度方向上與散熱器107并排，在車輛前后方向上位于發(fā)動機艙中的前構(gòu)件108的后方。燃料電池裝置I包括吸氣管2、一對燃料電池堆3、兩對排氣管4以及排氣扇5，其中為每個燃料電池堆3設(shè)置一對排氣管4，并且分別為每一個排氣管4設(shè)置一個排氣扇5。
[0029][19](吸氣管)
[0030]如圖1中所示，吸氣管2包括上游管部210和內(nèi)部與上游管部210連通的下游管部240。下游管部240從燃料電池堆3的空氣引入孔區(qū)31 (參見圖6)向前構(gòu)件108延伸。下游管部240包括下游第一管部220和下游第二管部230。
[0031][20]如圖3中所示，上游管部210由在側(cè)視圖中大致為C形外形的矩形管狀殼體構(gòu)成，并且軸向(即，車輛前后方向)長度相對較短。上游管部210從下游管部240的前端，即，下游第一管部220的前端，在車輛上下方向上分為兩支。上游管部210在其車輛前后方向上的前側(cè)具有上空氣引入部215和下空氣引入部216的組合，此二者被分別設(shè)置為在車輛前后方向上向前突出的上部和下部。
[0032][21]如圖1中所示，上游管部210在其車輛前后方向上的前側(cè)具有在上空氣引入部215和下空氣引入部216之間延伸并且包括此二者一部分的前側(cè)面板211。前側(cè)面板211包括中間部211A、上緣部211B和下緣部211C。中間部211A在車輛上下方向上延伸，構(gòu)成前側(cè)面板211的中間區(qū)域。上緣部211B在車輛前后方向上從中間部211A的上緣的圓角向前延伸。下緣部211C在車輛前后方向上從中間部211A的下緣的圓角向前延伸。因此，前面板211的上緣部211B構(gòu)成上空氣引入部215的下側(cè)，并且前面板211的下緣部211C構(gòu)成下空氣引入部216的上側(cè)。
[0033][22]如圖1、圖3和圖4中所示，上空氣引入部215在其前端形成有上空氣引入端口 212A，并且下空氣引入部216在其前端形成有下空氣引入端口 212B。上空氣引入端口212A在前構(gòu)件108的車輛上下方向上的上側(cè)面對上柵格開口組110開口。下空氣引入部212B在前構(gòu)件108的車輛上下方向上的下側(cè)面對下柵格開口組111開口。如圖3和圖4中所示，在上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B處或內(nèi)分別設(shè)置有活動擋板213。通過擋板驅(qū)動器213A的驅(qū)動，活動擋板213可以轉(zhuǎn)動，從而基于外部空氣或每個燃料電池堆3的溫度，在必要時，通過活動擋板213的操作打開或關(guān)閉上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B。
[0034][23]如圖6中所示，上游管部210具有面對前側(cè)面板211的后側(cè)面板214。后側(cè)面板214形成有在車輛上下方向上延伸超過前側(cè)面板211的上緣部211B的高度水平和前側(cè)面板211的下緣部211C的高度水平的矩形開口 214A。如圖4和圖6中所示，下游第一管部220被構(gòu)造為矩形的短管狀構(gòu)件，其上游端沿著矩形開口 214A的周邊緊密附著并固定到后側(cè)面板214，從而為內(nèi)部空氣提供通過后側(cè)面板214的開口 214A與上游管部210的連通。如圖4中所示，下游第一管部220具有填充到其內(nèi)部的矩形扁平過濾器221。
[0035][24]如圖4中所示，下游第二管部230被構(gòu)造為橫截面大致為梯形的中空棱柱形狀的箱狀構(gòu)件。如圖6中所示，下游第二管部230具有在車輛前后方向上設(shè)置在其前側(cè)并且與上游管部210的后側(cè)面板214相對的前側(cè)面板231。前側(cè)面板231形成有與后側(cè)面板214的矩形開口 214A的尺寸相同的矩形上游開口 231A。下游第一管部220在其下游端沿著上游開口 231A的周邊緊密附著并固定到前側(cè)面板231，從而使內(nèi)部空氣在下游管部240的第一管部220和第二管部230之間通過開口 231A連通。如圖6中所示，前側(cè)面板231在其上拐角處設(shè)置有從其上拐角處斜向上延伸并且覆蓋第二管部230的上側(cè)區(qū)域的上面板件233，并且在其下拐角處設(shè)置有從其下拐角斜向下延伸并且覆蓋第二管部230的下側(cè)區(qū)域的下面板件234。
[0036][25]如圖6中所示，在該側(cè)視圖中，下游管部240的第二管部230在其車輛前后方向上的后端拐角處具有彼此交叉的一對孔區(qū)235A，該對孔區(qū)構(gòu)成上下傾斜側(cè)。更具體來說，下游第二管部230包括相對于車輛前后方向參考平面基本平面對稱地設(shè)置的一對矩形下游開口 235，從而該成對的開口 235的孔區(qū)235A具有彼此以直角相交的延伸平面。在該側(cè)視圖中所示的下游第二管部230，一個下游開口 235的構(gòu)成其中心軸的法線的方向相對于車輛前后方向參考平面斜向后上方。在該側(cè)視圖中所示的下游第二管部230，另一個下游開口 235的構(gòu)成其中心軸的法線的方向相對于車輛前后方向參考平面斜向后下方。
[0037][26]如圖4、圖5和圖6中所示，下游第二管部230在其車輛寬度方向上相對的兩側(cè)設(shè)置有一對在車輛上下方向上延伸的橫向側(cè)面板232。每個橫向側(cè)面板232形成有在車輛上下方向上伸長的橫向空氣引入端口 232A。如圖3和圖5中所示，橫向空氣引入端口232A被向后開口的罩構(gòu)件232B從外側(cè)覆蓋，以從車輛前后方向上的后側(cè)引入空氣。也就是說，通過提供在車輛前后方向上基本向后開口的罩構(gòu)件232B來實施橫向空氣引入端口232A。此外，罩構(gòu)件232B具有容納在其中的活動擋板232C，用于打開和關(guān)閉橫向空氣引入端口 232A。
[0038][27]活動擋板232C由圖6中所示的擋板驅(qū)動器232D來驅(qū)動以進(jìn)行開關(guān)操作。擋板驅(qū)動器232D安裝在相關(guān)的橫向側(cè)面板232的內(nèi)壁上。當(dāng)外部空氣溫度低于規(guī)定溫度，即，低于燃料電池堆3可以根據(jù)需要工作的溫度范圍的下限溫度時，活動擋板232C打開。注意，本實施方式采用安裝在一對橫向側(cè)面板232上的一對可單獨控制的擋板驅(qū)動器232D，來驅(qū)動設(shè)置在一對橫向空氣引入端口 232A處的一對活動擋板232C。也可以改為采用安裝在其中一個橫向側(cè)面板232上的共用擋板驅(qū)動器232D來驅(qū)動該對活動擋板232C。
[0039][28](燃料電池堆)
[0040]燃料電池堆3具有包括堆疊的(即，多層)燃料電池的配置。每個燃料電池包括電解質(zhì)膜、燃料(氫)電極、空氣(氧)電極和分離器。更具體來說，每個燃料電池堆3被構(gòu)造為一組一個或多個單元堆和構(gòu)成該單元堆組的外蓋的堆殼體3C (參見圖3、圖4、圖5和圖6)的組合。每個單元堆包括多層燃料電池和整體地圍住該燃料電池的燃料電池外殼。在每個單元堆，該燃料電池外殼具有用于將空氣引入到內(nèi)部空氣供應(yīng)通道的空氣引入孔、用于將未使用的空氣從與該空氣供應(yīng)通道連通的空氣排出通道導(dǎo)出的空氣導(dǎo)出孔、用于將作為氫氣的燃料氣體引入到內(nèi)部燃料氣體通道的燃料氣體通道連接部以及用于將包含氫氣的清掃氣體從與燃料氣體通道連通的清掃氣體通道導(dǎo)出的清掃氣體通道連接部。
[0041][29]如圖3和圖4中所示，在每個燃料電池堆3，堆殼體3C具有輪廓為在車輛寬度方向上伸長的長方體形狀。如圖6中所示，在每個燃料電池堆3，堆殼體3C具有構(gòu)成該長方體形狀的車輛前后方向上的相對平行兩側(cè)中的前側(cè)的空氣引入孔區(qū)31和構(gòu)成這兩側(cè)中的后側(cè)的空氣排出孔區(qū)32。每個燃料電池堆3通過堆殼體3C的空氣引入孔區(qū)31引入空氣，以用作每個單元堆中的反應(yīng)氣體和冷卻劑。
[0042][30]如圖4和圖6中所示，在每個燃料電池堆3，堆殼體3C具有在空氣引入孔區(qū)31的前方排列成一對的短的矩形管狀過濾器保持器33。如圖4中所示，每個過濾器保持器33具有容納在其中的矩形扁平過濾器34。如圖6中所示，在每個燃料電池堆3，堆殼體3C在空氣引入孔區(qū)31的端部連接到下游第二管部230的相關(guān)下游開口 235，使得它們的內(nèi)部空間彼此連通。
[0043][31](空氣排出管)
[0044]如圖2至圖5中所示，每個燃料電池堆3在其后側(cè)具有安裝在其上的在車輛寬度方向上彼此毗鄰的一對空氣排出管4。如圖3和圖4中所示，每個空氣排出管4被構(gòu)造為矩形截錐狀的管狀構(gòu)件，該管狀構(gòu)件包括構(gòu)成管4的上游端的開口的底側(cè)和構(gòu)成管4的下游端的尺寸減小的頂側(cè)。如圖6中所示，在每個燃料電池堆3，堆殼體3C在下游端，S卩，在空氣排出孔區(qū)32的端部，連接到相關(guān)的空氣排出管4的上游端，從而允許內(nèi)部空氣在它們之間連通流動。在每個空氣排出管4，通過提供圓管狀風(fēng)扇罩41，下游端被定向延伸，使得如圖5中最佳示出的,風(fēng)扇罩41的下游端用來構(gòu)成空氣排出管4的實質(zhì)空氣排出端口。在風(fēng)扇罩41內(nèi)安裝有排氣扇5。
[0045][32]因此，根據(jù)本實施方式的燃料電池裝置I具有包括至少一個燃料電池堆3和吸氣管2的配置，其中燃料電池堆3被構(gòu)造為將作為反應(yīng)氣體和冷卻劑的空氣通過空氣引入孔區(qū)31引入到其內(nèi)部，并且將空氣通過空氣排出孔區(qū)32排出到其外部，并且燃料電池堆3設(shè)置在前構(gòu)件108的車輛前后方向上的后方的發(fā)動機艙104中，在車輛寬度方向上與散熱器107并排；吸氣管2被構(gòu)造為將空氣引入到燃料電池堆3的空氣引入孔區(qū)31，吸氣管2在車輛前后方向上在空氣引入孔區(qū)31和前構(gòu)件108之間延伸，吸氣管2具有一組一個或多個空氣引入端口 212A和212B，吸氣管2的該組空氣引入端口 212A和212B在散熱器107的車輛前后方向上的前方并且向一組一個或多個柵格開口 110和111開口。
[0046][33]如圖7中所示，在根據(jù)本實施方式的燃料電池裝置I中，在每個燃料電池堆3，空氣穿過空氣引入孔區(qū)31進(jìn)入堆殼體3C，在此進(jìn)入的空氣被引入到每個單元堆中。在每個單元堆，從燃料電池外殼的空氣引入孔引入的空氣沿著內(nèi)部空氣供應(yīng)通道傳導(dǎo)，同時用于冷卻單元堆中的相關(guān)區(qū)域，從而被加熱，并且被分布到單元堆中的燃料電池的空氣電極，在此它被用于反應(yīng)以產(chǎn)生電力。未使用的空氣沿著與該空氣供應(yīng)通道連通的空氣排出通道流動，并且通過燃料電池外殼的空氣導(dǎo)出孔導(dǎo)出到單元堆的外部，以作為溫度升高的空氣通過堆殼體3C的空氣排出孔區(qū)32排出到燃料電池堆3的外部。
[0047][34]如圖7中所示，在根據(jù)本實施方式的燃料電池裝置I中，在每個燃料電池堆3，堆殼體3C具有連接到燃料氣體管線51的下游端的燃料氣體管線連接部35。被引入到每個單元堆的燃料氣體被提供給燃料氣體管線連接部35。在每個單元堆，燃料氣體通過燃料電池外殼的燃料氣體通道連接部被引入，沿著內(nèi)部燃料氣體通道傳導(dǎo)，并且被分布到單元堆中的燃料電池的燃料電極，燃料氣體在此被消耗用于反應(yīng)以產(chǎn)生電力。由于這些反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)品水分，所以必要時要清掃燃料氣體通道。然后，燃料氣體(氫氣)、水分等的混合物作為清掃氣體沿著與燃料氣體通道連通的清掃氣體通道被沖刷，并且通過燃料電池外殼的清掃氣體通道連接部引出到單元堆的外部，通過堆殼體3C的清掃氣體管線連接部36排放到燃料電池堆3的外部，進(jìn)入到相關(guān)的清掃氣體管線52。
[0048][35](流體管線系統(tǒng))
[0049]如圖7中所示，在燃料電池裝置I中，在每個燃料電池堆3，進(jìn)入的外部空氣通過吸氣管2被引入到堆殼體3C的空氣引入孔區(qū)31，并且出去的空氣從堆殼體3C的空氣排出孔區(qū)32排放到相關(guān)的空氣排出管4。吸氣管2具有凈化外部空氣的過濾器221和過濾器
34。每個空氣排出管4具有排氣扇5，排氣扇5用于產(chǎn)生相對于吸氣管2的負(fù)壓，該負(fù)壓在此作為吸氣壓力。此外，在燃料電池堆3，燃料氣體從高壓氫罐6經(jīng)由相關(guān)的燃料氣體管線51提供給堆殼體3C的燃料氣體管線連接部35。壓縮氫氣存儲在氫罐6中。燃料氣體管線51具有對燃料氣體進(jìn)行減壓的減壓閥7。當(dāng)通過使相關(guān)的清掃氣體管線52處的清掃閥8打開來清掃燃料電池堆3時，清掃氣體從堆殼體3C的清掃氣體管線連接部36排放到清掃氣體管線52。該清掃氣體管線52中的清掃氣體被收集在稀釋器處，該清掃氣體在稀釋器中與從專用的空氣排出管4引入的空氣混合，從而被稀釋到充分低于可燃?xì)錆舛确秶南孪蓿耘欧诺杰囕v外部。
[0050][36](燃料電池裝置的工作和效果)
[0051]現(xiàn)在描述根據(jù)本實施方式的燃料電池裝置I的工作和效果。如圖1和圖2中所示，在燃料電池裝置I中，成對的燃料電池堆3被設(shè)置為使溫度升高的空氣通過它們的空氣排出管4排放到發(fā)動機艙104內(nèi)，使得排出的空氣氣流在發(fā)動機艙104中在車輛前后方向上斜向后上方和斜向后下方流動，以有效加熱發(fā)動機艙104。
[0052][37]在外部空氣溫度處于燃料電池堆3工作所需的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)的情況下，即，當(dāng)外部空氣溫度高于該溫度范圍的下限溫度時，擋板驅(qū)動器232D用于驅(qū)動活動擋板232C關(guān)閉橫向空氣引入端口 232A。如果橫向空氣引入端口 232A被關(guān)閉，則來自空氣排出端口 42的熱空氣不會侵入吸氣管2。在此情況下，上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口212B 二者都保持打開。注意，橫向空氣引入端口 232A的罩構(gòu)件232B在車輛前后方向上向后開口，從而當(dāng)車輛行駛時，內(nèi)在降低了吸氣管2周圍的空氣流進(jìn)入端口的趨勢。
[0053][38]圖6示出處于橫向空氣引入端口 232A關(guān)閉并且上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B打開的情況下的帶有吸氣管2的燃料電池裝置I。在此情況下，燃料電池裝置I受到由排氣扇5的操作引起的吸氣壓以及車輛行駛時的風(fēng)壓的影響，從而外部空氣沿著箭頭Al表示的流線流動，穿過上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B，進(jìn)入上游管部210，并且沿著上游管部210中的箭頭A2表示的流線行進(jìn)，匯合后沿著由箭頭A3表示的流線穿過下游第一管部220中的過濾器221，進(jìn)入下游第二管部230。在下游第二管部230，進(jìn)入的空氣流分叉并且沿著由箭頭A4表示的流線導(dǎo)入到成對的下游開口 235，從這里引入到燃料電池堆3。在每個燃料電池堆3，引入的空氣被分布，使用和收集，同時冷卻堆的內(nèi)部，從而被加熱。因此，加熱后的空氣被導(dǎo)出到相關(guān)的空氣排出管4，并且例如沿著由箭頭A5表示的流線在空氣排出端口 42排出。
[0054][39]根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I包括吸氣管2，吸氣管2基本上沿著車輛前后方向從空氣引入孔區(qū)31延伸到前構(gòu)件108，即，在車輛前后方向上在空氣引入孔區(qū)31和前構(gòu)件108之間延伸，吸氣管2具有包括上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B的上游空氣引入端口組，并且吸氣管2的上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B處于散熱器107的車輛前后方向上的前方,并且向包括一組上柵格開口 110和一組下柵格開口111的柵格開口組開口。因此，降低了穿過散熱器107并因此被加熱的空氣流(熱空氣)到達(dá)吸氣管2的上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B的趨勢。在此情況下，燃料電池裝置I可以避免穿過散熱器107的熱空氣侵入吸氣管2。此外，燃料電池裝置I能夠以有效的方式將足夠比例的自然通風(fēng)空氣流提供給吸氣管2。因此，燃料電池裝置I可以有效地冷卻每個燃料電池堆3，從而提高燃料電池堆3的性能。
[0055][40]根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I具有包括作為柵格開口組的子組的位于前構(gòu)件108的車輛上下方向上的上方的上柵格開口組110和位于前構(gòu)件108的車輛上下方向上的下方的下柵格開口組111的結(jié)構(gòu)。因此，自然通風(fēng)空氣流不會在侵入到上柵格開口 110和下柵格開口 111之后緊接著就沖撞前構(gòu)件108。因此燃料電池裝置I允許足夠比例的自然通風(fēng)空氣流流入發(fā)動機艙104。
[0056][41]根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I包括被構(gòu)造為從燃料電池堆3的空氣引入孔區(qū)31向前構(gòu)件108延伸的下游管部240和在車輛上下方向上從下游管部210的前端分為兩支的上游管部210的組合，從而避免前構(gòu)件108和上游管部210的分支部分之間的干擾。
[0057][42]在該結(jié)構(gòu)中，吸氣管2具有在前構(gòu)件108的車輛上下方向上的上側(cè)朝向上柵格開口組110開口的上空氣引入端口 212A和在前構(gòu)件108的車輛上下方向上的下側(cè)朝向下柵格開口組111開口的下空氣引入端口 212B。
[0058][43]然后，沿著上柵格開口組110的輪廓形成吸氣管2的上空氣引入端口 212A的形狀，并且沿著下柵格開口組111的輪廓形成吸氣管2的下空氣引入端口 212B的形狀。
[0059][44]結(jié)果是，燃料電池裝置I可以不需要上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口212B過大來引入前構(gòu)件108后面的空氣。因此，燃料電池裝置I能夠以緊湊的尺寸和配置實施吸氣管2。此外，燃料電池裝置I還能夠減少發(fā)動機艙104中吸氣管2占據(jù)的體積，從而允許增強發(fā)動機艙104的設(shè)計靈活性。
[0060][45]根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I具有在柵格開口組的主要子組，即，上柵格開口組110和下柵格開口組111的附近開口的吸氣管2的上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B。因此，燃料電池裝置I適于使通過柵格開口組進(jìn)入發(fā)動機艙104的自然通風(fēng)空氣流當(dāng)中足夠比例的空氣流流入吸氣管2。另外，燃料電池裝置I適于增加提供給燃料電池堆3的空氣流量，抑制吸氣管2占據(jù)的體積。根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I因此適于有效地冷卻燃料電池堆3，從而確保提高燃料電池堆3的工作性能。[0061][46]根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I具有包括設(shè)置在不同位置處的一組活動擋板213和一組活動擋板232C的結(jié)構(gòu)，在需要加熱的情況下，該結(jié)構(gòu)可以利用該組活動擋板213控制空氣流流入燃料電池堆3，以防止流入的空氣流過大。因此，燃料電池裝置I適于防止燃料電池堆3被空氣流過度冷卻，從而可以促進(jìn)燃料電池堆3的加熱。根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I因此允許提高燃料電池堆3的工作性能。注意，需要加熱的情況包括燃料電池堆3的溫度在規(guī)定溫度(例如，(TC或附近)以下的范圍內(nèi)的情況。如果燃料電池堆3的溫度在該范圍內(nèi)，則活動擋板組213關(guān)閉，活動擋板組232C打開，以加熱燃料電池堆3。如果燃料電池堆3的溫度超過該規(guī)定溫度，則活動擋板組213打開，以使燃料電池裝置I進(jìn)入正常運轉(zhuǎn)。注意，在需要加熱的情況下，設(shè)置在橫向兩側(cè)的活動擋板232C打開，以將發(fā)動機艙104中的熱空氣引入下游第二管部230。
[0062][47](第二實施方式)
[0063]圖8以側(cè)視圖示出安裝在車輛100的前部的根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的燃料電池裝置I。相對于第一實施方式，第二實施方式的相同構(gòu)成元件在圖8中用相同的附圖標(biāo)記表示，省略冗余的描述。如圖8中所示，在本實施方式中，上管部210具有上空氣引入部215A和下空氣引入部216A，上空氣引入部215A和下空氣引入部216A分別靠近作為一組柵格開口的子組的上柵格開口組110和下柵格開口組111，使得設(shè)置在上空氣引入部215A處的上空氣引入端口 212A和設(shè)置在下空氣引入部216A處的下空氣引入端口 212B中的至少一個(例如，圖8中的下空氣引入端口 212B)比面向前保險杠109的非柵格化的或者盲中心杠區(qū)112的前構(gòu)件108的前端更向車輛前后方向前側(cè)，即，向該柵格開口組一側(cè)突出。
[0064][48]根據(jù)本實施方式，燃料電池裝置I可以使自然通風(fēng)空氣流穿過上柵格開口組110和下柵格開口組111向發(fā)動機艙104流動，使得在它們的擴散初始階段流入上空氣引入端口 212A和下空氣引入端口 212B。因此，燃料電池裝置I能夠有效地抑制通過例如上柵格開口組110和上空氣引入端口 212A之間以及下柵格開口組111和下空氣引入端口 212B之間的縫隙而在吸氣管2之前向周圍泄漏亦即擴散到發(fā)動機艙104中吸氣管2外部的空間區(qū)域的空氣流量。因此，燃料電池裝置I可以將足夠比例的空氣流通過吸氣管2提供給燃料電池堆3。
[0065][49](其它實施方式)
[0066]已經(jīng)描述了包括討論和構(gòu)成本公開的一部分的附圖的本發(fā)明的實施方式，所述實施方式應(yīng)被理解為示例性的，而不是對本發(fā)明的限制。通過本公開，可以有對技術(shù)人員來說顯而易見的各種替換實施方式、例子和應(yīng)用技術(shù)。
[0067]例如，所描述的實施方式具有包括安裝在燃料電池堆3的下游的風(fēng)扇5的配置，該配置可以由包括安裝在燃料電池堆3的上游的風(fēng)扇5的配置來替換。此外，根據(jù)所描述的實施方式，空氣引入管2的下游管部240具有兩個下游開口 235，但是根據(jù)需要，可以改變這種下游開口的數(shù)目。此外，根據(jù)所描述的實施方式，空氣引入管2和空氣排出管4具有它們的結(jié)構(gòu)，這也不是對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛用的燃料電池裝置，所述車輛包括:設(shè)置在車輛前端的在車輛寬度方向上延伸的前保險杠，所述前保險杠中形成有柵格開口組，以將空氣引向發(fā)動機艙；在車輛前后方向上與所述柵格開口組不重疊的位置，在車輛前后方向上設(shè)置在所述前保險杠的后方并且靠近所述前保險杠的、在車輛寬度方向上延伸的前構(gòu)件；以及設(shè)置在所述發(fā)動機艙中的散熱器，所述發(fā)動機艙在車輛前后方向上位于所述前構(gòu)件的后方，所述車輛用的燃料電池裝置包括: 燃料電池堆，其用于通過空氣引入孔區(qū)將作為反應(yīng)氣體和冷卻劑的空氣引入到所述燃料電池堆的內(nèi)部，并且通過空氣排出孔區(qū)將空氣排出到所述燃料電池堆的外部，并且所述燃料電池堆配置為在所述發(fā)動機艙中在車輛寬度方向上與所述散熱器并排，所述發(fā)動機艙在車輛前后方向上位于所述前構(gòu)件的后方；以及 吸氣管，其用于將空氣引入到所述燃料電池堆的所述空氣引入孔區(qū)，所述吸氣管在車輛前后方向上在所述空氣引入孔區(qū)和所述前構(gòu)件之間延伸，所述吸氣管具有空氣引入端口組，所述吸氣管的空氣引入端口組在車輛前后方向上位于所述散熱器的前方并且朝向所述柵格開口組開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛用的燃料電池裝置，其中 所述柵格開口組包括在車輛上下方向上位于所述前構(gòu)件的上方的上柵格開口組和在車輛上下方向上位于所述前構(gòu)件的下方的下柵格開口組，并且 所述吸氣管包括從所述燃料電池堆的所述空氣引入孔區(qū)向所述前構(gòu)件延伸的下游管部和從所述下游管部的前端在車輛上下方向上分為兩支的上游管部，所述上游管部具有在所述前構(gòu)件的車輛上下方向上的上側(cè)面向所述上柵格開口組開口的上空氣引入端口和在所述前構(gòu)件的車輛上下方向上的下側(cè)面向所述下柵格開口組開口的下空氣引入端口的組口 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛用的燃料電池裝置，包括分別設(shè)置在所述上空氣引入端口和所述下空氣引入端口處的活動擋板，所述活動擋板適于根據(jù)所述燃料電池堆的溫度進(jìn)行操作，以打開或關(guān)閉所述上空氣引入端口和所述下空氣引入端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛用的燃料電池裝置，其中沿著所述上柵格開口組的輪廓形成所述上空氣引入端口的形狀，沿著所述下柵格開口組的輪廓形成所述下空氣引入端口的形狀，并且所述上空氣引入端口和所述下空氣引入端口中的至少一個比所述前構(gòu)件的前端更向所述柵格開口組突出。
【文檔編號】B60K1/04GK103481767SQ201310214580
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】松本史郎, 小澤直樹, 小林健二 申請人:鈴木株式會社