DE112011102498T5

DE112011102498T5 - Luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE112011102498T5
Application number: DE112011102498T
Authority: DE
Inventors: Shiro Matsumoto; Takanori Murakami; Tohru Ohta
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-06-07
Also published as: CN102958730A; US20130139997A1; JP2012025294A; US9156331B2; CN102958730B; WO2012014568A1; DE112011102498B4; JP5459131B2

Abstract

Die Kühlleistung hinsichtlich eines luftgekühlten Brennstoffzellenstapels und eines Kühlkörpers zum Kühlen von elektrischen Geräten wird in einem luftgekühlten Brennstoffzellenfahrzeug verbessert. Der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel (12) umfasst: Lufteinlässe (27L, 27R) jeweils an beiden Seitenabschnitten, bezogen auf eine Fahrzeugbreitenrichtung (Y); und Luftauslässe (28L, 28R) und einen Abgasungskanal (29) in einem Zentralabschnitt, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung (Y), wobei der Abgasungskanal (29) so eingerichtet ist, Luft, die aus den Luftauslässen (28L, 28R) ausströmt, zur Heckseite des Fahrzeugs abzuführen. Die Zuluftkanäle (32L, 32R), die sich zum Fahrzeugfrontabschnitt hin erstrecken, sind jeweils mit den entsprechenden Lufteinlässen (27L, 27R) verbunden. Zulufteinnahmeöffnungen (33L, 33R) der Zuluftkanäle (32L, 32R) sind jeweils an beiden Seitenabschnitten, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung (Y), des Kühlkörpers (26) und an Stellen, die näher zum Frontabschnitt des Fahrzeugs hin angeordnet sind, als der Kühlkörper (26), geöffnet.

Description

[Technisches Feld]
Diese Erfindung bezieht sich auf ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug, in dem ein Kühlkörper und ein luftgekühlter Brennstoffzellenstapel angeordnet sind.
[Hintergrund der Erfindung]
Ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug, das ein Niedrigdrucklüftergebläse verwendet und die gleiche Luft für die Reaktion und zum Kühlen nutzt, benötigt große Einnahme- und Abgasungsabschnitte eines luftgekühlten Brennstoffzellenstapels, um Pumpverluste verringern zu können und ausreichend Luft bereitzustellen.
Als ein elektrisches Fahrzeug benötigt das luftgekühlte Brennstoffzellenfahrzeug einen Kühlkörper, der Hitze von etwa 60°C bis 70°C abstrahlt, um elektrische Komponenten, wie beispielsweise einen Motor, zu kühlen. Allerdings kann Luft, die durch einen Kühlkörper, der in einem Freiraum eines Fahrzeugfrontabschnitts, der durch ein Fahrzeugkarosserieblech umgeben ist, angeordnet ist, erwärmt ist, keinen Temperaturunterschied in einem luftgekühlten Brennstoffzellenfahrzeug, das bei einer relativ niedrigen Temperatur operiert, bereitstellen, sodass die Kühleffizienz signifikant verringert ist, und die Luft nicht als Luft für den Brennstoffzellenstapel bereitgestellt werden kann. Entsprechend ist es notwendig, eine thermische Isolationsstruktur bereitzustellen, die einer solchen für ein Fahrzeug mit einem internen Verbrennungsmotor überlegen ist.
[Zitationsliste]
[Patentliteratur]

[PTL1] [ Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2005-216783 ]

Ein Verfahren zum Betreiben eines fahrzeugmontierten Brennstoffzellenstapels entsprechend der Schrift PTL1 umfasst die Schritte: Messen der Temperatur der energieerzeugenden Zellen; und, wenn die gemessene Temperatur gleich oder niedriger ist als eine voreingestellte Standardbetriebstemperatur der energieerzeugenden Zellen, ein Regeln ausführen, sodass keine Kühlluft durch einen Luftverteilungsmechanismus an die energieerzeugenden Zellen verteilt wird.
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Außerdem existieren für ein Fahrzeug mit einem internen Verbrennungsmotor herkömmlicherweise eine Vielzahl von Techniken hinsichtlich einer relativen Anordnung eines Einnahmeabschnitts für Verbrennung und Kühlung und eines Wärmetauschers, wie beispielsweise eines Kühlkörpers oder eines Klimaanlagenkondensators (A/C). Allerdings wurde keine entsprechende Technik für ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug gefunden.
In einem wassergekühlten Brennstoffzellensystem 101 eines wassergekühlten Brennstoffzellenfahrzeugs, wie es in 6 gezeigt ist, wird für gewöhnlich Wasserstoffgas, das komprimiert und in einem Hochdruckwasserstofftank 102 gelagert wird, in einen Anodeneinlassabschnitt eines wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 über ein Druckminderventil 103 eingeleitet, während Luft, die durch einen Filter 105 eingesaugt wird, durch einen Kompressor 106 komprimiert wird, und anschließend in einem Kathodeneinnahmeabschnitt des wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 eingeleitet wird. Auf diese Weise erzeugt der wassergekühlte Brennstoffzellenstapel 104 elektrische Energie. Kathodenabgas, das von einem Kathodenabgasungsabschnitt des wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 abgegeben wird, wird zur Außenluft hin über ein Gegendruckventil 108 zum Regeln des Drucks des Kathodensystems abgegeben, nachdem Wasser in dem Abgas partiell durch einen Dampfabscheider 107 abgeschieden worden ist. Außerdem durchläuft Anodenabgas des wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 in ähnlicher Weise einen Dampfabscheider 109, und das Anodenabgas wird dem Kathodenabgas durch ein Spülventil 110 beigemischt. Ein Strömungsanteil von abgelassenem Wasserstoff, der von der Anode abgegeben wird, ist erheblich kleiner als die Menge, die von der Kathodenabgasung abgeschieden wird. Entsprechend kann abgelassener Wasserstoff von der Anode zur Außenluft zusammen mit dem Kathodenabgas in einem Anteil abgegeben werden, der nicht größer ist als 4%, was der niedrigsten entzündlichen Konzentration entspricht. Zudem wird, um die Wasserstoffnutzbarkeit zu verbessern, das Anodenabgas dem Anodenaufnahmeabschnitt des wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 durch die Verwendung einer Wasserstoffpumpe 111 wieder zugeführt.
Als nächstes wird ein Kühlsystem 112 des wassergekühlten Brennstoffzellensystems 101 beschrieben.
Eine Kühlschleife des Kühlsystems 112 umfasst eine Wasserpumpe 113, die so eingerichtet ist, Kühlwasser mit Druck zu transportieren und die vor oder hinter dem wassergekühlten Brennstoffzellenstapel 104 angeordnet ist. Das Kühlwasser, das den wassergekühlten Brennstoffzellenstapel 104 gekühlt hat, tauscht in einem Kühlkörper 114 Wärme mit der Atmosphäre aus und das Kühlwasser wird dann dem wassergekühlten Brennstoffzellenstapel 104 erneut zugeführt. Zusätzlich umfasst die Kühlschleife einen Heizkern 116, der so eingerichtet ist, dass er den Fahrzeugraum erwärmt und parallel zum Kühlkörper 114 mit einem Regelventil 115 dazwischen angeordnet ist. Wenn ein Beheizen notwendig ist, wird das Regelventil 115 geöffnet, um dadurch dem Heizkern 116 hochtemperiertes Kühlwasser zuzuführen und ein Lüftergebläse 117 zum Erzeugen eines Windes wird zum Heizen angetrieben. Allerdings ist die Menge der Verlustwärme des wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 beträchtlich geringer als die eines internen Verbrennungsmotors. Deshalb muss in der Regel eine weitere Wärmequelle, wie beispielsweise ein elektrischer Heizer, zusätzlich in Kombination verwendet werden.
Wie oben beschrieben ist, umfasst das wassergekühlte Brennstoffzellensystem 101 eine große Anzahl an Zubehörteilen, wie beispielsweise den Kompressor 106 zum Komprimieren der eingeführten Luft, um die Leistungsdichte des wassergekühlten Brennstoffzellenstapels 104 zu verbessern. Dies verursacht eine Unannehmlichkeit in der Hinsicht, dass das System komplex, groß, schwer und hochpreisig ist.
Im Gegensatz dazu kann in einem luftgekühlten Brennstoffzellensystem, das Luft als ein Reaktionsgas und auch als Kühlmedium verwendet, ein Brennstoffzellenstapel mit Luft gekühlt werden und die Luft kann dem Brennstoffzellenstapel durch Verwenden eines Niedrigdrucklüftergebläses zugeführt werden. Dementsprechend kann das System im Vergleich mit einem wassergekühlten Brennstoffzellensystem vereinfacht werden. Allerdings muss, da ein Kühlkörper zum Kühlen von elektrischen Geräten und ähnlichem in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist, berücksichtigt werden, dass Luft, deren Temperatur durch Kühlen eines Kühlkörpers gesteigert worden ist, nicht in einen Einnahmekanal eingezogen werden sollte.
Entsprechend ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, das die Kühlleistung in einem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel und einem Kühlkörper zum Kühlen elektrischer Geräte verbessert.
[Lösung des Problems]
Die Erfindung stellt ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug bereit, das umfasst:
Einen Kühlkörper, der in einem Freiraum eines Fahrzeugfrontabschnittes, der hinsichtlich eines oberen Bereichs des Kühlkörpers und beiden Seitenbereichen, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung des Kühlkörpers, von einem Fahrzeugkarosserieblech umgeben ist, angeordnet ist, wobei der Kühlkörper derart eingerichtet ist, elektrische Geräte zu kühlen; und einen luftgekühlten Brennstoffzellenstapel, der hinter dem Kühlkörper angeordnet ist, und derart eingerichtet ist, Luft als ein Reaktionsgas und auch als ein Kühlmedium zu verwenden; wobei der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel umfasst:
Lufteinlässe jeweils an beiden Seitenabschnitten, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels; und Luftauslässe und einen Abgasungskanal an einem Zentralabschnitt, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels; wobei der Abgasungskanal derart eingerichtet ist, Luft, die aus den Luftauslässen herausfließt, zu einem rückseitigen Abschnitt des Fahrzeugs abzuführen; wobei Zuluftkanäle, die sich zu einem Frontabschnitt des Fahrzeugs hin erstrecken, jeweils mit den Lufteinlässen verbunden sind; und wobei Zulufteinnahmeöffnungen der Zuluftkanäle jeweils an beiden Seitenabschnitten, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, des Kühlkörpers und an Stellen, die näher an dem Frontabschnitt des Fahrzeugs liegen als der Kühlkörper, geöffnet sind.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Das luftgekühlte Brennstoffzellenfahrzeug dieser Erfindung ist in der Lage, die Kühlleistung für einen luftgekühlten Brennstoffzellenstapel und einen Kühlkörper zum Kühlen elektrischer Geräte zu verbessern.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine Aufsichtsansicht eines Fahrzeugfrontabschnittes. (Ausführungsform)
2 ist eine linksseitige Ansicht des Fahrzeugfrontabschnitts. (Ausführungsform)
3 ist eine Frontansicht eines luftgekühlten Brennstoffzellenstapels. (Ausführungsform)
4 ist eine Querschnittsansicht einer Zelle des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels. (Ausführungsform)
5 ist ein Anordnungsdiagramm eines luftgekühlten Brennstoffzellensystems. (Ausführungsform)
6 ist ein Anordnungsdiagramm eines wassergekühlten Brennstoffzellensystems. (Herkömmliches Beispiel)
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Diese Erfindung erreicht das Ziel, die Kühlleistung bezüglich eines luftgekühlten Brennstoffzellenstapels und eines Kühlkörpers zum Kühlen elektrischer Geräte zu verbessern, indem Zubehör, wie beispielsweise ein Kompressor, weitestgehend vermieden wird, um ein System zu vereinfachen.
[Ausführungsform]
Die 1 bis 5 veranschaulichen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen „1” ein luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug; das Bezugszeichen „2” bezeichnet ein Fahrzeugkarosserieblech (Fronthaube); das Bezugszeichen „3” bezeichnet ein Armaturenbrett; das Bezugszeichen „4L” bezeichnet ein linkes Vorderrad; das Bezugszeichen „4R” bezeichnet ein rechtes Vorderrad; das Bezugszeichen „5L” bezeichnet ein linkes Schutzblech; das Bezugszeichen „5R” bezeichnet ein rechtes Schutzblech; das Bezugszeichen „6L” bezeichnet ein linkes Seitenblech; das Bezugszeichen „6R” bezeichnet ein rechtes Seitenblech; und Bezugszeichen „7” bezeichnet einen vorderen Querträger. Das Fahrzeugkarosserieblech 2 bildet einen Freiraum 8, indem es einen Fahrzeugfrontbereich von oben und von zwei Seiten in einer Fahrzeugbreitenrichtung (seitliche Fahrzeugrichtung) Y, die senkrecht zu einer Fahrzeuglängsrichtung X ist, umgibt.
Das luftgekühlte Brennstoffzellenfahrzeug 1 umfasst ein luftgekühltes Brennstoffzellensystem 9, das in dem vorstehend beschriebenen Freiraum 8 eingebaut ist.
Wie in 5 gezeigt ist, wird in dem luftgekühlten Brennstoffzellensystem 9 Wasserstoffgas in einen Anodeneinnahmeabschnitt eines luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 eingeleitet, nachdem der Druck des Wasserstoffgases, das in einem Hochdruckwasserstofftank 10 komprimiert und gelagert wird, durch ein Druckminderventil 11 verringert worden ist. Im Allgemeinen hat das luftgekühlte Brennstoffzellensystem 9 keinen Kompressor, um mit Hochdruck komprimieren zu können, in einer Passage, die dazu eingerichtet ist, Luft zu einem Katodeneinnahmeabschnitt bereit zu stellen, sondern Luft, die durch einen Filter 13 eingesaugt wird, wird dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 bereitgestellt, indem ein Niedrigdrucklüftergebläse 14 verwendet wird. Die Luft, die dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wird, wird nicht nur für eine Energieerzeugungsreaktion in dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 verwendet, sondern spielt auch eine Rolle beim Kühlen des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12, indem Verlustwärme von dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 entfernt wird. Anodenabgas des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 wird über ein Entlüftungsventil 15 ausgegeben und mit Kathodenabgas von dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 gemischt. Wenn anodenseitig entlüftet wird, wird das abgegaste Wasserstoffabgas mit dem kathodenseitigen Abgas zur niedrigsten zündbaren Konzentration oder darunter verdünnt und zur Außenseite abgegeben.
In dem luftgekühlten Brennstoffzellensystem 9 findet eine elektrochemische Reaktion statt, und begleitend zur Reaktion wird Wasser erzeugt. Der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel 12 besteht normalerweise aus einer großen Zahl von kleinsten Bestandteilen, Zellen genannt, die aufeinander gestapelt sind.
Wie in 4 gezeigt ist, sind in jeder der Zellen 16 in dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 eines normalen Polymerelektrolyttyps eine Anodenelektrode 17 und eine Kathodenelektrode 18 vorhanden, die jeweils Wasserstoff beziehungsweise Luft (Sauerstoff) bereitstellen, miteinander über einen Stromleiter 19 verbunden. Eine elektrische Last 20 ist in der Mitte des Stromleiters 19 angeordnet. Außerdem sind zwischen der Anodenelektrode 17 und der Kathodenelektrode 18 angeordnet:
Eine anodenseitige Diffusionsschicht 21 und eine kathodenseitige Diffusionsschicht 22; eine anodenseitig Katalysatorschicht 23 und eine kathodenseitige Katalysatorschicht 24 zur Reaktionsaktivierung; und an einer zentralen Position eine Elektrolytmembran 25, durch die Wasserstoffionen selektiv hindurchdringen können.
Entsprechend werden Wasserstoffmoleküle (H), die der Anodenelektrode 17 bereitgestellt werden, in der anodenseitigen Katalysatorschicht 23, die auf der Oberfläche der Elektrolytmembran 25 der Anodenelektrode 17 angeordnet ist, der Anodenelektrode 17 zu aktiven Wasserstoffatomen, die dann unter Abgabe von Elektronen zu Wasserstoffionen (H⁺) werden.
Die Reaktion, die von in „1” in 4 angedeutet wird, wird von der folgenden Formel (1) repräsentiert. H₂ → 2H⁺ + 2e^– (1)
Die Wasserstoffionen (H⁺), die entsprechend der Formel (1) erzeugt werden, bewegen sich in der Elektrolytmembran 25 von der Seite mit der Anodenelektrode 17 zu der Seite mit der Kathodenelektrode 18 zusammen mit Wasser in der Elektrolytmembran 25. Die Elektronen (e^–) bewegen sich zur Kathodenelektrode 18 durch einen äußeren Stromkreis. Andererseits empfangen in der kathodenseitigen Katalysatorschicht 24 Sauerstoffmoleküle (O) in der Luft, die der Kathodenelektrode 18 zugeführt wird, die Elektronen (e^–), die von dem äußeren Stromkreis bereitgestellt werden, und werden auf dieses Weise Sauerstoffionen, die mit den Wasserstoffionen (H⁺), die durch die Elektrolytmembran 25 hindurch dringen, kombiniert werden, um Wasser (H₂O) zu bilden. Die Reaktion, die durch „2” in 4 angedeutet wird, wird durch die folgenden Formel (2) repräsentiert. 1/2 × O₂ + 2H⁺ + 2e^– → H₂O (2)
Ein Teil des Wassers (H₂O), das entsprechend der Formel (2) erzeugt wird, bewegt sich aufgrund von Konzentrationsdiffusion von der Kathodenelektrode 18 zur Anodenelektrode 17.
In der oben beschriebenen chemischen Reaktion werden unterschiedliche Verluste innerhalb des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 hervorgerufen, wie beispielsweise eine Widerstandsüberspannung, die auf den elektrischen Widerstand der Elektrolytmembran 25 und der Elektroden zurückgeführt werden kann; eine Aktivierungsüberspannung aufgrund der elektrochemischen Reaktion, die von Wasserstoff und Sauerstoff verursacht wird; und eine Diffusionsüberspannung aufgrund der Bewegung von Wasserstoff und Sauerstoff in der anodenseitigen Diffusionsschicht 21 und der kathodenseitigen Diffusionsschicht 22. Aus diesem Grund muss Verlustwärme, die durch die Verluste erzeugt wird, abgekühlt werden.
Der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel 9 benötigt keinen gesonderten Wärmetauscher, um den luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 zu kühlen. Weil es sich um ein elektrisches Fahrzeug handelt, setzt das Kühlen elektrischer Geräte, wie beispielsweise eines Motors, allerdings einen Kühlkörper 26 voraus, der später beschrieben wird, der Wärme von 60°C bis 70°C abstrahlt.
In dem luftgekühlten Brennstoffzellenfahrzeug 1, in dem der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel 12 in einem Freiraum 8 des Fahrzeugfrontabschnitts eingebaut ist, sollte vermieden werden, dass der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel 12 Verlustwärme des Kühlkörpers 26 aufnimmt.
Aus diesem Grund ist in dieser Ausführungsform das luftgekühlte Brennstoffzellenfahrzeug 1, in dem der Brennstoffzellenstapel 12 in dem Freiraum 8 eingebaut ist, derart gestaltet, dass Ansaugabschnitte des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 links- und rechtsseitig des Kühlkörpers 26 angeordnet sind, um auf diese Weise zu verhindern, dass Verlustwärme vom Kühlkörper 26 an die Einsaugabschnitte des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 weitergeleitet wird. Das bedeutet, dass, weil Luft, die dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 bereit gestellt wird, nicht nur für die Energieerzeugungsreaktion, sondern auch für das Kühlen des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 verwendet wird, die Anordnung derart ausgelegt ist, keine erwärmte Luft von dem Kühlkörper 26 anzuziehen.
Im Folgenden wird die Gestaltung von Komponenten, wie beispielsweise dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12, an dem Fahrzeugfrontabschnitt im Detail beschrieben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der Kühlkörper 26, der eingerichtet ist, elektrische Geräte zu kühlen, in dem Freiraum 8, der durch das Fahrzeugkarosserieblech 2 gebildet ist, angeordnet. Der Kühlkörper 26 ist an einen Zentralabschnitt in der Fahrzeugbreitenrichtung Y auf der Vorderseite des Fahrzeugfrontabschnitts in der Art angeordnet, dass er sich in der Fahrzeugbreitenrichtung Y erstreckt. Der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel 12, der Luft als ein Reaktionsgas und auch als Kühlmedium verwendet, ist hinter dem Kühlkörper 26 angeordnet.
Der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel 12 umfasst einen linken Brennstoffzellenstapel 12L und einen rechten Brennstoffzellenstapel 12R, die an zwei Seitenabschnitten des Zentralabschnitts in der Fahrzeugbreitenrichtung Y jeweils angeordnet sind.
Der linke Brennstoffzellenstapel 12L beziehungsweise der rechte Brennstoffzellenstapel 12R umfassen: Einen linken Lufteinlass 27L beziehungsweise einen rechten Lufteinlass 27R als Lufteinlässe an den beiden Seitenabschnitten in der Fahrzeugbreitenrichtung Y; und einen linken Luftauslass 28L beziehungsweise einen rechten Luftauslass 28R an dem Zentralabschnitt in der Fahrzeugbreitenrichtung Y. Außerdem sind ein linkes Lüftergebläse 14L beziehungsweise ein rechtes Lüftergebläse 14R als Niedrigdrucklüftergebläse 14 jeweils an den Seiten des linken Luftauslasses 28L beziehungsweise des rechten Luftauslasses 28R näher zum Zentralabschnitt in der Fahrzeugbreitenrichtung Y angeordnet.
Der linke Brennstoffzellenstapel 12L und der rechte Brennstoffzellenstapel 12R sind mit einem Abgasungskanal 29 an dem Zentralabschnitt in der Fahrzeugbreitenrichtung Y ausgestattet. Der Abgasungskanal 29 erstreckt sich entlang innerer Wände des linken Lüftergebläses 14L beziehungsweise des rechten Lüftergebläses 14R, sodass Luft, die aus dem linken Luftauslass 28L und dem rechten Luftauslass 28R herausströmt, zu der Heckseite des Fahrzeugs abgeführt werden kann. Der Abgasungskanal 29 ist bezogen auf eine Frontansicht an einer näherungsweise zentralen Position in dem luftgekühlten Brennstoffzellenstapel 12 angeordnet. Der Abgasungskanal 29 bildet einen Abgasungskorridor 30 und steht rückwärtig um eine vorbestimmte Länge von einem hinteren Ende eines luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12 hervor.
Ein linkes Luftleitmittel 31L beziehungsweise ein rechtes Luftleitmittel 31R sind jeweils an Fahrzeugfrontseiten des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R angeordnet. Das linke Luftleitmittel 31L und das rechte Luftleitmittel 31R sind derart geneigt, dass Abluft leichtgängig von dem Kühlkörper 26 in den Abgasungskanal 29 an dem Zentralabschnitt in der Fahrzeugbreitenrichtung Y geführt werden kann.
Ein linker Zuluftkanal 32L, beziehungsweise ein rechter Zuluftkanal 32R, die sich in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs erstrecken, sind jeweils verbunden mit dem linken Lufteinlass 27L, beziehungsweise dem rechten Lufteinlass 27R.
Der linke Zuluftkanal 32L und der rechte Zuluftkanal 32R haben eine linke Zulufteinnahmeöffnung 33L, beziehungsweise eine rechte Zulufteinnahmeöffnung 33R, die an zwei Seiten des Kühlkörpers 26 in der Fahrzeugbreitenrichtung Y und an Stellen, die näher zur Vorderseite des Fahrzeugs liegen als der Kühlkörper 26, geöffnet sind.
Ein Motor 34 als ein elektrisches Gerät ist an den Rückseiten des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R und unterhalb des Abgasungskanals 29 angeordnet.
Solch eine wie vorstehend beschriebene Anordnung macht es möglich, Luft von dem linken Lufteinlass 27L und dem rechten Lufteinlass 27R auf den zwei Seiten des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R in Fahrzeugbreitenrichtung Y aufzunehmen, und die gesamte Luft, die den linken Brennstoffzellenstapel 12L, beziehungsweise den rechten Brennstoffzellenstapel 12R, gekühlt hat, durch den linken Luftauslass 28L und den rechten Luftauslass 28R an dem Zentralabschnitt an der Fahrzeugbreitenrichtung Y des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R vollständig zur Rückseite des Fahrzeugs abzuführen. Somit ist es möglich, eine Struktur bereitzustellen, in der Kühlluft, die an den beiden Seiten des Kühlkörpers 26 in der Fahrzeugbreitenrichtung Y vorbeiströmt, bequem in den linken Brennstoffzellenstapel 12L und den rechten Brennstoffzellenstapel 12R aufzunehmen.
Zusätzlich kann eine solche Struktur wie oben beschrieben es hinsichtlich des linken Zuluftkanals 32L und des rechten Zuluftkanals 32R ermöglichen, die Öffnungsbereiche der linken Zulufteinnnahmeöffnung 33L und der rechten Zulufteinnahmeöffnung 33R des linken Zuluftkanals 32L, beziehungsweise des rechten Zuluftkanals 32R, zu vergrößern und die Krümmung des linken Zuluftkanals 32L, beziehungsweise des rechten Zuluftkanals 32R, zu verringern, wodurch der Korridorwiderstand verringert werden kann. Auf diese Weise kann eine größere Menge kalter Luft, die nicht den Kühlkörper 26 gekühlt hat, dem linken Brennstoffzellenstapel 12L und dem rechten Brennstoffzellenstapel 12R bereitgestellt werden, wodurch die Kühlleistung hinsichtlich des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R verbessert wird.
Die linke Zulufteinnahmeöffnung 33L und die rechte Zulufteinnahmeöffnung 33R des linken Zuluftkanals 32L, beziehungsweise des rechten Zuluftkanals 32R, sind dem Kühlkörper 26 vorgelagert oder nebengelagert. Das ermöglicht es, ein Aufnehmen von in dem Kühlkörper 26 erwärmter Luft zu verhindern.
In dem Abgasungssystem des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R ist der Abgasungskanal 29 hinter dem Kühlkörper 26, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, bereitgestellt. Auf diese Weise wird eine Struktur bereitgestellt, in der aufgewärmtes Gas, das von dem Kühlkörper 26 abgeführt wird, sich nicht staut und zusammen mit Abgas von dem linken Brennstoffzellenstapel 12L und dem rechten Brennstoffzellenstapel 12R zur Außenseite abgegeben wird. Solch eine Struktur ermöglicht es, Abwärme von dem Kühlkörper 26 zur Außenseite des Fahrzeugs ohne Stauung abzugeben. Entsprechend kann eine Temperatursteigerung in dem Freiraum 8 unterdrückt werden. Als ein Ergebnis davon kann der Temperaturanstieg des linken Brennstoffzellenstapels 12L und des rechten Brennstoffzellenstapels 12R unterdrückt werden. Außerdem strömt während normalem Betrieb Fahrtwind hinein, wodurch ermöglicht wird, dass das Abgas leichtgängig abgegeben wird.
Wie in 1 gezeigt ist, haben der linke Zuluftkanal 32L und der rechte Zuluftkanal 32R einen linke innerseitige äußere Wand 35L, beziehungsweise eine rechte innerseitige äußere Wand 35R, auf ihren inneren Seiten, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung Y. Die linke innerseitige Außenwand 35L und die rechte innerseitige Außenwand 35R sind jeweils entlang einer linken außenseitigen Außenwand 36L, beziehungsweise einer rechten außenseitigen Außenwand 36R, des Kühlkörpers 26 auf äußeren Seiten in der Fahrzeugbreitenrichtung Y angeordnet und sind in einem festgelegten Winkel in der Art geneigt, dass sie sich nach außen hin in Richtung der Fahrzeugbreitenrichtung Y relativ zur Fahrzeuglängenrichtung X erstrecken.
Mit einer derartigen Struktur lassen der linke Zuluftkanal 32L und der rechte Zuluftkanal 32R die linke innerseitigen Außenwand 35L, beziehungsweise die rechte innerseitige Außenwand 35R, auf den inneren Seiten in der Fahrzeugbreitenrichtung Y als Luftleitabschnitte für den Kühlkörper 26 wirken, um zu ermöglichen, dass eine größere Menge Kühlluft dem Kühlkörper 26 bereit gestellt wird. Dies erreicht eine Verbesserung in der Kühlleistung des Kühlkörpers 26.
Insbesondere kann Fahrtwind sowohl an der linken als auch an der rechten Seite des Kühlkörpers 26 unter Umgehung des Kühlkörpers 26 vorbei strömen, der einen hohen Luftwiderstand aufweist, wodurch die Kühlleistung vermindert werden kann. Um dieses Phänomen zu unterdrücken, sind in dieser Ausführungsform die linke Lufteinlassöffnung 33L und die rechte Lufteinlassöffnung 33R zu den äußeren Seiten des Fahrzeugs hin gerichtet, um die gesamte Struktur als Luftführungsmittel für den Kühlkörper 26 wirken zu lassen.
Der linke Zuluftkanal 32L und der rechte Zuluftkanal 32R umfassen eine linke Netzabdeckung 37L, beziehungsweise eine rechte Netzabdeckung 37R, als Staubschutz auf der linken Zulufteinnahmeöffnung 33L, beziehungsweise der rechten Zulufteinnahmeöffnung 33R.
Das Vorhandensein der linken Netzabdeckung 37L, beziehungsweise der rechten Netzabdeckung 37R, kann verhindern, dass Fremdkörper in den linken Brennstoffzellenstapel 12L, beziehungsweise in den rechten Brennstoffzellenstapel 12R, eindringen.
Der Abgasungskanal 29 umfasst eine Kühlkörperöffnung 38, die zur Vorderseite des Fahrzeugs hin geöffnet ist und in die Luft, die durch den Kühlkörper 26 geströmt ist, einströmt. Die Kühlkörperöffnung 38 umfasst eine kanalseitige Netzabdeckung 39 als Staubschutz, und ist ungefähr in einem Zentralabschnitt des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels 12, bezogen auf eine Frontansicht, angeordnet, wie in 3 gezeigt ist.
Mit solch einer Struktur des Abgasungskanals 29, wie er ein 1 gezeigt ist, kann Luft, die von dem linken Brennstoffzellenstapel 12L und dem rechten Brennstoffzellenstapels 12R abgegeben worden ist, und Luft, die den Kühlkörper 26 gekühlt hat, zusammengeführt werden, ohne die Strömungsgeschwindigkeiten zu verringern und sie kann leichtgängig zur hinteren Seite des Fahrzeugs hin vom linken Brennstoffzellenstapel 12L und dem rechten Brennstoffzellenstapels 12R abgeführt werden, wodurch die Kühlleistung des linken Brennstoffzellenstapels 12L, des rechten Brennstoffzellenstapels 12R und des Kühlkörpers 26 verbessert wird.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Die Gestaltung des luftgekühlten Brennstoffzellensystems entsprechend der vorliegenden Erfindung kann auch auf wassergekühlte Brennstoffzellensysteme angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug
2: Fahrzeugkarosserieblech
8: Freiraum
9: Luftgekühltes Brennstoffzellensystem
12: Luftgekühlter Brennstoffzellenstapel
12L: Linker Brennstoffzellenstapel
12R: Rechter Brennstoffzellenstapel
14: Lüftergebläse
14L: Linkes Lüftergebläse
14R: Rechtes Lüftergebläse
26: Kühlkörper
27L: Linker Lufteinlass
27R: Rechter Lufteinlass
28L: Linker Luftauslass
28R: Rechter Luftauslass
29: Abgasungskanal
31L: Linke Luftführung
31R: Rechte Luftführung
32L: Linker Zuluftkanal
32R: Rechter Zuluftkanal
33L: Linke Zulufteinnahmeöffnung
33R: Rechte Zulufteinnahmeöffnung
34: Motor
35: Linke innerseitige Außenwand
35R: Rechte innerseitige Außenwand
36L: Linke außenseitige Außenwand
36R: Rechte außenseitige Außenwand
37L: Linke Netzabdeckung
37R: Rechte Netzabdeckung
38: Kühlkörperöffnung

Claims

Luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug, das umfasst: Einen Kühlkörper, der in einem Freiraum eines Fahrzeugfrontabschnittes, der hinsichtlich eines oberen Bereichs des Kühlkörpers und beiden Seitenbereichen, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung des Kühlkörpers, von einem Fahrzeugkarosserieblech umgeben ist, angeordnet ist, wobei der Kühlkörper derart eingerichtet ist, elektrische Geräte zu kühlen; und einen luftgekühlten Brennstoffzellenstapel, der hinter dem Kühlkörper angeordnet ist, und derart eingerichtet ist, Luft als ein Reaktionsgas und auch als ein Kühlmedium zu verwenden; wobei der luftgekühlte Brennstoffzellenstapel umfasst: Lufteinlässe jeweils an beiden Seitenabschnitten, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels; und Luftauslässe und einen Abgasungskanal an einem Zentralabschnitt, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, des luftgekühlten Brennstoffzellenstapels, wobei der Abgasungskanal derart eingerichtet ist, Luft, die aus den Luftauslässen herausfließt, zu einem rückseitigen Abschnitt des Fahrzeugs abzuführen; wobei Zuluftkanäle, die sich zu einem Frontabschnitt des Fahrzeugs hin erstrecken, jeweils mit den Lufteinlässen verbunden sind; und wobei Zulufteinnahmeöffnungen der Zuluftkanäle jeweils an beiden Seitenabschnitten, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, des Kühlkörpers und an Stellen, die näher an dem Frontabschnitt des Fahrzeugs liegen als der Kühlkörper, geöffnet sind.
Luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Zuluftkanäle eine Außenwand auf einer inneren Seite, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, aufweist und die Außenwand entlang einer Außenwand des Kühlkörpers auf einem außenseitigen Abschnitt, bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung, angeordnet ist und in einer Weise geneigt ist, sich nach außen hin in Richtung der Fahrzeugbreitenrichtung relativ zu einer Fahrzeuglängsrichtung zu erstrecken.
Luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei der Zuluftkanal eine Netzabdeckung als Staubschutz auf der Zulufteinnahmeöffnung umfasst.
Luftgekühltes Brennstoffzellenfahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei der Abgasungskanal eine Kühlkörperöffnung aufweist, die Kühlkörperöffnung zur Frontseite des Kühlkörpers hin geöffnet ist, und Luft, die durch den Kühlkörper geströmt ist, in die Kühlkörperöffnung, einströmt.