DE112014004617T5

DE112014004617T5 - Leitungselement für eine Brennstoffzelle und ein damit ausgestattetes Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE112014004617T5
Application number: DE112014004617.5T
Authority: DE
Inventors: Ryota AKABOSHI; Yasuki Otake; Shunichi Shibasaki; Yasuhiko Ohashi; Shigeyuki Terada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2016-07-21
Also published as: CN105658460A; US9895967B2; CN105658460B; JP2015074273A; KR20160050065A; US20160221433A1; JP5811155B2; KR101854548B1; WO2015052905A1

Abstract

Es wird ein Leitungselement vorgeschlagen, das bei einem sich bewegenden Körper verwendet wird, welcher mit einer Brennstoffzelle ausgestattet ist, und das derart konfiguriert ist, um mögliche Probleme zu verhindern, die durch Abflusswasser der Brennstoffzelle verursacht werden. Ein Brennstoffzellenfahrzeug 1 enthält eine Auslassleitung 100, die ein Leitungselement ist, das konfiguriert ist, um Abflusswasser und Abgas von einer Brennstoffzelle 10 auszutragen. Die Auslassleitung 100 enthält einen erweiterten Abschnitt 111, einen gekrümmten Abschnitt 112 und einen Öffnungsendabschnitt 113 und ist derart angebracht, dass sich die Auslassleitung 100 an der Hinterseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 nach unten öffnet. Die Auslassleitung 100 ist derart konfiguriert, dass, in dem Zustand, in dem die Auslassleitung 100 an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebracht ist, eine Innenwandoberfläche 121 eines Wandabschnitts 113f des Öffnungsendabschnitts 113, der an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist, sich von der Hinterseite in Richtung der Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 neigt, um sich zu einer Öffnung 101 zu erstrecken.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitungselement für eine Brennstoffzelle und ein damit ausgestattetes Brennstoffzellenfahrzeug.
STAND DER TECHNIK
In einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle, nachfolgend einfach bezeichnet als „Brennstoffzelle”, wird im Allgemeinen ein großes Wasservolumen während einer Leistungserzeugung generiert. Ein mit der Brennstoffzelle als eine Antriebsleistungsquelle ausgestattetes Brennstoffzellenfahrzeug hat demzufolge eine Abflussleitung, um Abflusswasser von der Brennstoffzelle von dem Fahrzeug nach außen auszutragen.
Beispielsweise offenbaren Patentliteratur 1 ( JP 2012-91782 A ) und Patentliteratur 2 ( JP 2012-91783 A ) Konfigurationen einer Abflussleitung, um das Abflusswasser von dem Brennstoffzellenfahrzeug daran zu hindern die nachfolgenden Fahrzeuge durch den Fahrtwind anzuspritzen. Patentliteratur 3 ( JP 2009-135006 A ) offenbart eine Konfiguration, die in einem Fahrzeug verwendet wird, welches das von einer Brennstoffzelle erzeugte Wasser in der Form von Nebel bzw. Sprühregen austrägt, um die Richtung des Abflusswassers in Abhängigkeit vom Zustand des eigenen Fahrzeugs und den Zuständen der nachfolgenden Fahrzeuge zu verändern.
KURZFASSUNG
Technisches Problem
Das Brennstoffzellenfahrzeug trägt Abflusswasser aus, das durch einen Leerlauf der Brennstoffzelle und einen Spülprozess erzeugt wird, auch wenn das Fahrzeug angehalten wurde. Eine Pfütze oder ein Wasserspritzer, der durch das Abflusswasser während dem Halten des Brennstoffzellenfahrzeugs verursacht wird, wird wahrscheinlich bei einem Insassen, welcher das Fahrzeug verlässt, oder bei irgendeiner Person um das Fahrzeug herum ein Unbehagen verursachen. In einer Niedrigtemperaturumgebung wird sich wahrscheinlich der zusammen mit dem Abflusswasser in der Form von Dampf ausgetragene Wasseranteil an den Bremsbelägen des Brennstoffzellenfahrzeugs ansammeln und die Bremsbeläge einfrieren.
Die in den Patentliteraturen 1 und 2 offenbarten Techniken nutzen gezielt die Luftströmung, wie beispielsweise den Fahrtwind, um Spritzer des Abflusswassers während einer Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs zu verhindern. Die in der Patentliteratur 3 offenbarte Technik dagegen steuert den Druck des Abflusswassers und die Richtung des Abflusswassers entsprechend, um das Wasser effektiv daran zu hindern, die nachfolgenden Fahrzeuge anzuspritzen. Die Patentliteraturen 1 bis 3 zielen jedoch darauf ab, die Spritzer des Abflusswassers während einer Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs zu verhindern, und haben insbesondere mögliche Probleme nicht berücksichtigt, die durch Abflusswasser oder Dampf während dem Halten des Brennstoffzellenfahrzeugs verursacht werden.
Dementsprechend gibt es noch Platz für Verbesserung bezüglich der Leitung für Abflusswasser der Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenfahrzeug. In Bezug auf den Stand der Technik des Brennstoffzellenfahrzeugs beinhalten weitere Erfordernisse eine Verbesserung der Wasserabflusseffizienz, eine Geräuschreduzierung während dem Wasserabfluss, eine Verkleinerung bzw. ein Downsizing, eine Gewichtsreduzierung, eine vereinfachte Konfiguration, eine Kostenreduktion, eine Ressourcenschonung und eine einfache Herstellung der Abflussleitung und die Verbesserung einer Benutzerfreundlichkeit. Die Verbesserung der Leitung für das Abflusswasser der Brennstoffzelle ist nicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug beschränkt, sondern ist ein allgemeines Problem bezüglich sich bewegender Körper, die mit einer Brennstoffzelle ausgestattet sind.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Um zumindest einen Teil der Probleme zu lösen, kann die Erfindung durch alle der nachfolgenden Aspekte implementiert werden.

(1) Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein Leitungselement vorgeschlagen, das an einem sich bewegendem Körper angebracht ist, der mit einer Brennstoffzelle ausgestattet ist, und konfiguriert ist, um Abgas und Abflusswasser von der Brennstoffzelle auszutragen. Das Leitungselement kann einen Öffnungsendabschnitt und einen gekrümmten Leitungsabschnitt aufweisen. Der Öffnungsendabschnitt kann derart konfiguriert sein, dass er eine Öffnung zu hat, und kann derart angeordnet sein, dass sich die Öffnung von dem sich bewegenden Körper nach unten öffnet. Der gekrümmte Leitungsabschnitt kann in Richtung des Öffnungsendabschnitts gekrümmt sein und der kann an dem sich bewegenden Körper derart angeordnet sein kann, dass dessen stromaufwärts gelegene Seite in einer Längsrichtung oder in einer Breitenrichtung an einer Zentrumsseite des sich bewegenden Körpers angeordnet ist. Eine Innenwandoberfläche an einem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts von einer Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts kann in einer Richtung zu der stromaufwärts gelegenen Seite des gekrümmten Leitungsabschnitts nach unten geneigt sein. Das Leitungselement dieses Aspekts verursacht, dass das Abflusswasser von dem gekrümmten Leitungsabschnitt zu dem Öffnungsendabschnitt fließt, um entlang der Innenwandoberfläche an dem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts in einer Richtung zu dem Zentrum des sich bewegenden Körpers geleitet zu werden. Diese Konfiguration verhindert Spritzer des Abflusswassers um den sich bewegenden Körper. Diese Konfiguration verursacht auch, dass das Abgas entlang der Innenwandoberfläche in Richtung der Zentrumsseite des sich bewegenden Körpers fließt. Eine durch das Abflusswasser gebildete Pfütze wird daher durch diese Strömung des Abgases in Richtung der Zentrumsseite des sich bewegenden Körpers geführt. Dies verhindert, dass sich die Pfütze von einem Unterbereich des sich bewegenden Körpers ausbreitet. Die in diesem Aspekt definierte Anordnung des Leitungselements, das an dem sich bewegenden Körpers angebracht ist, wird zumindest in dem Verlauf des Wasserabflusses während dem Halten des sich bewegenden Körpers benötigt und eine andere Anordnung kann zu einem anderen Zeitpunkt vorgesehen sein.
(2) In dem Leitungselement des obigen Aspektes kann der Öffnungsendabschnitt an einer Hinterseite eines Zentrums in der Längsrichtung des sich bewegenden Körpers angeordnet sein. Der gekrümmte Leitungsabschnitt kann an dem sich bewegenden Körper derart angeordnet sein, dass dessen stromaufwärts gelegene Seite an der Zentrumsseite in der Längsrichtung des sich bewegenden Körpers angeordnet ist. Die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts aus der Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts kann in einer Richtung von einer Hinterseite zu einer Vorderseite des sich bewegenden Körpers nach unten geneigt sein. Das Leitungselement dieses Aspektes verhindert, dass das Abflusswasser von dem sich bewegenden Körper nach hinten spritzt. Diese Konfiguration verhindert auch, dass eine Pfütze des Abflusswassers von einem Unterbereich des sich bewegenden Körpers nach hinten geleitet wird.
(3) Das Leitungselement des obigen Aspektes kann eine zweite Innenwandoberfläche, die eine Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts ist, die an der Hinterseite des sich bewegenden Körpers angeordnet ist, zusätzlich zu einer ersten Innenwandoberfläche enthalten, welche die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts ist, und an der Vorderseite des sich bewegenden Körpers von der Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts angeordnet ist. Die zweite Innenwandoberfläche kann von der Vorderseite in Richtung der Hinterseite des sich bewegenden Körpers nach unten geneigt sein. Das Leitungselement dieses Aspektes verursacht, dass der zusammen mit dem Abflusswasser ausgetragene Dampf entlang der zweiten Innenwandoberfläche zu der Hinterseite bzw. nach hinten des sich bewegenden Körpers geleitet wird. Dies verhindert, dass sich der Dampf an einer Seite oberhalb des Leitungselements ansammelt.
(4) Das Leitungselement des obigen Aspektes kann anstelle der obigen zweiten Innenwandoberfläche eine zweite Innenwandoberfläche enthalten, welche in der Richtung von der Hinterseite zu der Vorderseite des sich bewegenden Körpers nach unten geneigt ist. Das Leitungselement dieses Aspektes vereinigt die Strömung des Abgases in der Richtung zu der Vorderseite des Fahrzeugs und verursacht daher effektiver, dass eine durch das Abflusswasser gebildete Pfütze von dem sich bewegenden Körper nach vorne geleitet wird.
(5) In dem Leitungselement des obigen Aspekts kann der Öffnungsendabschnitt eine Öffnungsendfläche haben, in der die Öffnung gebildet ist, und die Öffnungsendfläche kann in einem Zustand, in dem das Leitungselement an dem sich bewegenden Körper angebracht ist, von dem sich bewegenden Körper nach hinten geneigt sein. Das Leitungselement dieses Aspektes verhindert, dass eine Hinterseite des Öffnungsendabschnitts des Leitungselements mit dem Boden unterhalb des sich bewegenden Körpers interferiert.
(6) Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung wird ein Brennstoffzellenfahrzeug vorgeschlagen. Das Brennstoffzellenfahrzeug kann eine Brennstoffzelle und ein Leitungselement gemäß irgendeines obigen Aspektes aufweisen. Der sich bewegenden Körpers kann das Brennstoffzellenfahrzeug sein. Auch diese Konfiguration leitet eine Pfütze des Abflusswassers, die sich unterhalb des Fahrzeugs bildet, zu einer Stelle tief an der Zentrumsseite des Fahrzeugs.

Die Erfindung kann durch verschiedene andere Aspekte als dem Leitungselement implementiert werden. Beispielsweise kann die Erfindung anstelle des Brennstoffzellenfahrzeugs durch Aspekte eines sich anderen bewegenden Körpers, der mit einer anderen Brennstoffzelle ausgestattet ist, oder eines stationären Brennstoffzellensystems implementiert sein. Die Erfindung kann auch durch Aspekte wie ein Herstellverfahren des Leitungselements, einer Vorrichtung zum Herstellen des Leitungselements, Programmen, die konfiguriert sind, um die Vorrichtung und das Verfahren zu implementieren und einem Speichermedium, in dem solche Programme gespeichert sind, implementiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs darstellt;
2 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Konfiguration einer Auslassleitung darstellt;
3 ist ein Diagramm, welches den Zustand von Abflusswasser und Dampf darstellt, welche von der Auslassleitung ausgetragen werden;
4 ist ein Diagramm, welches das Verhalten einer Pfütze darstellt, die durch das Abflusswasser, das von der Auslassleitung ausgetragen wird, gebildet wird;
5 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß eines Vergleichsbeispiels darstellt;
6 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration eines Brennstoffzellensystems, das an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist, und die Auslassleitung verwendet, darstellt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
8 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Konfiguration einer Auslassleitung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt; und
11 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 1 stellt den Umriss des Brennstoffzellenfahrzeugs 1, das auf einem horizontalen Boden GD platziert ist, durch die Ein-Punkt-Strich-Linie dar. 1 stellt auch einen Pfeil LD, der eine longitudinale Richtung bzw. Längsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 anzeigt, die nachfolgend auch als „Fahrzeuglängsrichtung” bezeichnet wird, und einen Pfeil VD dar, der einer vertikale Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 darstellt, die nachfolgend auch als „Fahrzeugvertikalrichtung” bezeichnet wird. Die Fahrzeuglängsrichtung und die Fahrzeugvertikalrichtung sind zueinander orthogonal. In dem Zustand, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug 1 auf einer horizontalen Ebene platziert ist, ist die Fahrzeuglängsrichtung parallel zu der horizontalen Ebene und die Fahrzeugvertikalrichtung ist parallel zu der Gravitationsrichtung. Der Pfeil LD, der die Fahrzeuglängsrichtung anzeigt, und der Pfeil VD, der die Fahrzeugvertikalrichtung anzeigt, sind auch entsprechend in anderen Zeichnungen als 1 dargestellt.
Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 enthält eine Brennstoffzelle 10 und eine Auslassleitung 100. Die Brennstoffzelle 10 ist als eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle ausgebildet, die mit Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktionsgase versorgt wird und elektrische Leistung generiert. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 wird mit der elektrischen Leistung betrieben, die durch die Brennstoffzelle 10 generiert wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ist derart konfiguriert, dass sowohl Abflusswasser an einer Anodenseite der Brennstoffzelle 10 als auch Abflusswasser an einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 zusammen mit Abgas über eine gemeinsame Leitung ausgetragen werden. Die Details der Leitungskonfiguration eines Brennstoffzellensystems in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 werden später beschrieben.
Die Auslassleitung 100 entspricht einem Endrohr und ist ein Leitungselement, das an einem stromabwärts gelegenen Ende einer Leitung zum Austragen des Abflusswassers und des Abgases der oben beschriebenen Brennstoffzelle 10 angebracht ist. Die Auslassleitung bzw. das Auslassrohr 100 ist derart an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebracht, dass es zu dem Boden GD offen ist, und ist konfiguriert, um das Abgas und das Abflusswasser aus der Brennstoffzelle 10 in Richtung zum Boden GD auszutragen. In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 dieser Ausführungsform ist die Auslassleitung 100 derart angebracht, dass ihre Öffnung 101 von einer Bodenfläche einer Heckstoßstange RB, die hinter den Hinterrädern RT angeordnet ist, nach außen frei liegt.
Das Befestigen der Auslassleitung 100 an der Hinterseite des Brennstoffzellenfahrzeug 1 stellt einen Raum bzw. Platz sicher, um eine Leitungskonfiguration zu schaffen, welche die Turbulenzen des Abgases und Geräusche reduziert. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Befestigungsposition der Auslassleitung 100 insbesondere in der Fahrzeugbreitenrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 nicht beschränkt. Die Auslassleitung 100 kann an einer Stelle angebracht sein, die nahe an einer der Seitenflächen des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 ist, oder kann an einem Zentrum in der Fahrzeugbreitenrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angebracht sein.
Die Auslassleitung 100 der Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass sie das Abflusswasser von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach vorne leitet und den Dampf, welcher mit dem Abflusswasser ausgetragen wird, von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach hinten leitet. Diese Konfiguration verhindert ein mögliches Problem, das durch das Abflusswasser und den Dampf verursacht wird, welche von der Auslassleitung 100 ausgetragen werden, während das Brennstoffzellenfahrzeug 1 angehalten ist. Nachfolgend wird diese Konfiguration noch genauer beschrieben.
2 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Konfiguration der Auslassleitung 100 darstellt. 2 stellt den schematischen Schnitt der Auslassleitung 100 dar, der in einer Ebene gemacht wurde, welche durch das Zentrum der Öffnung 101 der Auslassleitung 100 geht und parallel zu der sich verlängernden bzw. erweiternden Richtung eines verlängerten bzw. erweiterten Abschnitts 111 ist. Die Auslassleitung 100 ist ein Leitungselement in einer gekrümmten, annähernd zylindrischen Form und enthält den verlängerten Abschnitt 111, einen gekrümmten Abschnitt 112 und einen Öffnungsendabschnitt 113. Der verlängerte Abschnitt 111 ist ein Bereich, der annähernd linear verläuft.
Der gekrümmte Abschnitt 112 ist ein gekrümmter Bereich, der stromabwärts von dem verlängerten Abschnitt 111 angeordnet ist, und dem gekrümmten Leitungsabschnitt entspricht. Der Öffnungsendabschnitt 113 ist ein Endbereich, der stromabwärts von dem gekrümmten Abschnitt 112 angeordnet ist, und die Öffnung 101 hat. Die Auslassleitung 100 ist an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 derart angebracht, dass der verlängerte Abschnitt 111 parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung ist und der gekrümmte Abschnitt 112 nach unten gekrümmt ist.
Der Öffnungsendabschnitt 113 hat einen Wandabschnitt, der derart um die Öffnung 101 gebildet ist, dass deren Endfläche eben ist bzw. fluchtet. In der unten gegebenen Beschreibung wird eine durch die Endfläche des Wandabschnitts um die Öffnung 101 definierte Ebene als „Öffnungsendfläche 114” bezeichnet. Gemäß einer bevorzugten Konfiguration ist die Öffnungsendfläche 114 gegenüber einer Ebene HS, die parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung und orthogonal zu der Fahrzeugvertikalrichtung ist, in einem Winkel ϕ (ϕ > 0°) geneigt. Diese Konfiguration verhindert, dass ein hinteres Ende der Auslassleitung 100 mit dem Boden interferiert, wenn beispielsweise das Brennstoffzellenfahrzeug 1 einen steilen Anstieg erreicht.
Zusätzlich sind in dem Öffnungsendabschnitt 113 zumindest ein erster Wandabschnitt 113f an dem Krümmungsinnenumfang, der an der Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angeordnet ist, und ein zweiter Wandabschnitt 113r an dem Krümmungsaußenumfang, der an der Hinterseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angeordnet ist, ausgebildet, um den Abstand zwischen diesen nach unten zu vergrößern. Noch genauer ist der erste Wandabschnitt 113f in dem Öffnungsendabschnitt 113 in Richtung zum verlängerten Abschnitt 111 gekrümmt (in Richtung zur stromaufwärts gelegenen Seite des gekrümmten Abschnitts 112), d. h., derart gekrümmt, dass er nach hinten konvex ist, während der zweite Wandabschnitt 113r in der entgegengesetzten Richtung gekrümmt ist, d. h., derart gekrümmt ist, dass er nach vorne konvex ist. Der gesamte Wandabschnitt des Öffnungsendabschnitts 113 ist gekrümmt, um den Öffnungsdurchmesser nach unten zu vergrößern.
In dem Zustand, in dem die Auslassleitung 100 an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebracht ist, ist eine Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f von der Vorderseite in Richtung zur Hinterseite des Fahrzeugs geneigt und eine Innenwandoberfläche 122 des zweiten Wandabschnitts 113r ist von der Hinterseite in Richtung zur Vorderseite des Fahrzeugs geneigt. Noch genauer hat in dem Schnitt von 2 eine Tangente TL_f an einem Ende 115 der Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f einen Neigungswinkel θ_f (θ_f > 0°) nach vorne von dem Fahrzeug relativ zu einer Geraden VL, die parallel zu der Fahrzeugvertikalrichtung ist. In dem Schnitt von 2 hat eine Tangente TL_r an einem Ende 116 der Innenwandoberfläche 122 des zweiten Wandabschnitts 113r einen Neigungswinkel θ_r (θ_r > 0°) nach hinten von dem Fahrzeug relativ zu der Geraden VL, die parallel zu der Fahrzeugvertikalrichtung ist.
3 ist ein Diagramm, das den Zustand von Abflusswasser DW und Dampf ST darstellt, welche von der Auslassleitung 100 ausgetragen werden, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 angehalten ist. 3 stellt, ähnlich wie 2, schematisch den Schnitt der Auslassleitung 100 dar, die an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebracht ist, und stellt auch schematisch das Abflusswasser DW und den Dampf ST dar, die aus der Auslassleitung 100 strömen bzw. fließen. 3 stellt, zusätzlich zu dem Pfeil VD, der die Fahrzeugvertikalrichtung anzeigt, und dem Pfeil LD, der die Fahrzeuglängsrichtung anzeigt, auch Pfeile AW, welche die Strömungsrichtung des Abflusswassers DW anzeigen, und Pfeile AG dar, welche die Strömungsrichtung des Abgases anzeigen.
Wie oben beschrieben ist in der Auslassleitung 100 die Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f an dem Krümmungsinnenumfang des Öffnungsendabschnitts 113 von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach vorne gekrümmt. Das Abflusswasser von der Brennstoffzelle 10 fließt aufgrund seiner viskosen Kraft entlang der Innenwandoberfläche 121 und fließt von der Auslassleitung 100 nach unten. Die Trägheitskraft veranlasst das Abflusswasser außerhalb von der Auslassleitung 100 in Richtung zu einer Stelle an der Vorderseite des Fahrzeugs nach unten zu fließen, die näher an dem Zentrum des Fahrzeugs ist. In dem Fall, in dem ein großes Volumen an Abgas ausströmt, beispielsweise während einem später beschriebenen Spülprozess, wird das Abflusswasser durch das Abgas beeinflusst, das entlang der Innenwandoberfläche 121 strömt, und strömt weiter in Richtung der Stelle an der Vorderseite des Fahrzeugs nach unten. Diese Konfiguration verhindert, dass das Abflusswasser von dem Fahrzeug nach hinten spritzt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 angehalten ist, wodurch Menschen und Objekte, die sich bei einem Halten hinter dem Brennstoffzellenfahrzeug befinden, vor Spritzern des Abflusswassers von der Brennstoffzelle 10 geschützt werden.
In der Auslassleitung 100 ist die Innenwandoberfläche 122 des zweiten Wandabschnitts 113r an dem Krümmungsaußenumfang von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach hinten gekrümmt. Diese Konfiguration veranlasst, dass ein großer Teil des Abgases, der von der Auslassleitung 100 ausgetragen wird, entlang der Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f an dem Krümmungsinnenumfang fließt. Noch genauer ist in der Auslassleitung 100 der Ausführungsform die Öffnungsendfläche 114 von dem Fahrzeug nach hinten geneigt, so dass ein größerer Teil des Abgases entlang der Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f an dem Krümmungsinnenumfang fließt. Diese Strömung des Abgases leitet einen Großteil des Dampfes ST, der von der Auslassleitung ausgetragen wird, von dem Fahrzeug nach hinten und verhindert, dass sich der Dampf ST an den Bremsbelägen der Hinterräder RT des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 ansammelt, die vor der Auslassleitung 100 angeordnet sind. Dies verhindert dementsprechend, dass die Bremsbeläge durch den angesammelten Dampf ST in einer Niedrigtemperaturumgebung einfrieren.
4 ist ein Diagramm, welches das Verhalten einer Pfütze darstellt, die durch das Abflusswasser DW gebildet wurde, das von der Auslassleitung 100 ausgetragen wurde. 4 stellt schematisch den Schnitt der an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebrachten Auslassleitung 100, ähnlich wie 3, dar und stellt auch eine auf dem Boden GD durch das von der Auslassleitung 100 ausgetragene Abflusswasser DW gebildete Pfütze dar. 4 stellt auch Pfeile dar, wobei zusätzlich zu dem Pfeil VD, der die Fahrzeugvertikalrichtung anzeigt, und dem Pfeil LD, der die Fahrzeuglängsrichtung anzeigt wie in 3, die Pfeile AG die Strömungsrichtung des Abgases anzeigen.
Mit Bezug auf das Brennstoffzellenfahrzeug 1 der Ausführungsform, wie in 3 dargestellt, wird die Pfütze durch das Abflusswasser DW, das von der Auslassleitung 100 ausgetragen wird, unter dem ersten Wandabschnitt 113f der Auslassleitung 100 gebildet. Wie in 4 dargestellt ist, wird die Pfütze in Richtung des Zentrums des Fahrzeugs durch die Strömung des Abgases entlang der Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f geleitet. Dies hindert die Pfütze des Abflusswassers DW daran, sich von unterhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 bzw. von dem Bereich unterhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs auszubreiten, wodurch verhindert wird, dass die Pfütze des Abflusswassers DW in das Blickfeld eines Insassen, welcher das Brennstoffzellenfahrzeug 1 verlässt, oder irgendeiner Person hinter dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 kommt. Dies verhindert dementsprechend, dass sich solche Personen aufgrund der Pfütze unbehaglich fühlen.
5 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1a gemäß eines Vergleichsbeispiels darstellt. 5 stellt den Umriss an der Hinterseite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1a des Vergleichsbeispiels durch die Ein-Punkt-Strich-Linie und eine Auslassleitung 110a des Vergleichsbeispiels durch die durchgezogene Linie dar. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1a des Vergleichsbeispiels hat im Wesentlichen eine ähnliche Konfiguration wie das Brennstoffzellenfahrzeug 1 der Ausführungsform, abgesehen davon, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 1a die Auslassleitung 100a des Vergleichsbeispiels hat. Die Konfiguration der Auslassleitung 100a des Vergleichsbeispiels ist im Wesentlichen ähnlich zu der Konfiguration der Auslassleitung 100 der Ausführungsform, abgesehen davon, dass sich ein Wandabschnitt des Öffnungsendabschnitts 113a derselben linear erstreckt, um annähernd einen gleichen Öffnungsdurchmesser zu haben.
In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1a des Vergleichsbeispiels wird das Abflusswasser DW der Brennstoffzelle 10, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist, entlang der sich verlängernden bzw. erstreckenden Richtung des Wandabschnitts, der den Öffnungsendabschnitt 113a der Auslassleitung 100a bildet, ausgetragen. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1a des Vergleichsbeispiels wird daher wahrscheinlicher das Abflusswasser DW von dem Fahrzeug nach hinten spritzen. In dem Fall, in dem ein großes Volumen an Abgas nach einer Bildung einer Pfütze durch das Abflusswasser DW ausgetragen wird, beispielsweise durch einen später beschriebenen Spülprozess, wird das Abgas wahrscheinlich die Pfütze vom dem Fahrzeug nach hinten leiten und die Pfütze von unterhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs 1a verbreiten. Dies vergrößert die Wahrscheinlichkeit, dass ein das Brennstoffzellenfahrzeug 1a verlassender Insasse oder irgendeine Person hinter dem Brennstoffzellenfahrzeug 1a sich aufgrund der Pfütze des Abflusswassers DW unbehaglich fühlt.
6 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 2 darstellt, das an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebracht ist, und die oben beschriebene Auslassleitung 100 verwendet. Das Brennstoffzellensystem 2 ist derart konfiguriert, dass es die Reaktionsgase der Brennstoffzelle 10 zu und von der Brennstoffzelle 10 abführt. Das Brennstoffzellensystem 2 enthält die oben beschriebene Brennstoffzelle 10, ein Kathodengaszufuhrsystem 20, ein Anodengaszufuhrsystem 30 und ein Auslass-Abfluss-Behandlungssystem 40. Die jeweiligen Komponenten 20, 30 und 40 des Brennstoffzellensystems 2 werden durch einen an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebrachten Kontroller gesteuert, welcher in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Der Kontroller wird durch einen Mikrocomputer implementiert, der eine Hauptspeichereinheit und eine zentrale Recheneinheit enthält.
Das Kathodengaszufuhrsystem 20 nimmt die Außenluft auf und führt die aufgenommene Luft als Kathodengas einer Kathode 11 der Brennstoffzelle 10 über eine Kathodengasleitung 21 zu. Die Kathodengasleitung 21 ist mit einem Luftverdichter 23 und einem An-Aus-Ventil 25 in dieser Reihenfolge von stromaufwärts gesehen ausgestattet. Der Luftverdichter 23 fungiert in Reaktion auf Befehle von dem Kontroller derart, um die Außenluft aufzunehmen, die aufgenommene Luft auf einen vordefinierten Druck zu verdichten und die verdichtete Luft stromabwärts zu führen. Das An-Aus-Ventil 25 fungiert, um das Kathodengas, das in und aus der Kathode 11 strömt, zu regeln. Das An-Aus-Ventil 25 ist im normalen Zustand geschlossen und wird geöffnet, wenn das Kathodengas mit dem vordefinierten Druck von stromaufwärts einströmt.
Das Anodengaszufuhrsystem 30 führt Hochdruckwasserstoff, der in einem Wasserstofftank 31 gefüllt ist, als Anodengas über eine Anodengasleitung 33 zu einer Anode 12 der Brennstoffzelle 10. Die Anodengasleitung 33 ist mit einem Regler 35, einem An-Aus-Ventil 37 und einer Wasserstoffzufuhrvorrichtung 39 in dieser Reihenfolge von stromaufwärts gesehen ausgestattet. Der Regler 35 und das An-Aus-Ventil 37 fungieren, um den Wasserstoffdruck stromaufwärts von der Wasserstoffzufuhrvorrichtung 39 zu regeln. Die Wasserstoffzufuhrvorrichtung 39 ist beispielsweise durch einen Injektor implementiert und fungiert, um Wasserstoff bei einer Strömungsrate, die durch einen Befehl des Kontrollers vorgegeben wird, der Anode 12 zuzuführen.
Das Auslass-Abfluss-Behandlungssystem 40 trägt das Abgas und das Abflusswasser von der Kathode 11 der Brennstoffzelle 10 von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach außen aus, während das Abgas von der Anode 12 zu der Anode 12 zirkuliert wird und das Abflusswasser von der Anode 12 nach außen ausgetragen wird. Das Auslass-Abfluss-Behandlungssystem 40 enthält ein Kathodensystem 41, ein Anodensystem 42 und einen Verbindungsaustragungsabschnitt 43.
Das Kathodensystem 41 enthält eine Kathodenabgasleitung 411 und einen Druckregler 412. Die Kathodenabgasleitung 411 ist derart angeordnet, um den Auslass der Kathode 11 der Brennstoffzelle 10 mit einer Verbindungsleitung 431 des Verbindungsaustragungsabschnitts 43 zu verbinden und das Abflusswasser und das Abgas an der Seite der Kathoden 11 in die Verbindungsleitung 431 des Verbindungsaustragungsabschnitts 43 fließen zu lassen. Der Druckregler 412 ist in der Nähe des Auslasses der Kathode 11 in der Kathodenabgasleitung 411 angeordnet und wird verwendet, um den Rückdruck der Kathode 11 einzustellen.
Das Anodensystem 42 enthält eine Anodenabgasleitung 421, einen Druckregler 422, einen Gas-Flüssigkeitsseparator 423, eine Abflussleitung 424, ein Abflussventil 425, eine Wasserstoffzirkulationsleitung 426 und eine Wasserstoffzirkulationspumpe 427. Die Anodenabgasleitung 421 ist derart angeordnet, um den Auslass der Anode 12 der Brennstoffzelle 10 mit dem Einlass des Gas-Flüssigkeitsseparators 423 zu verbinden. Der Druckregler 422 ist in der Nähe des Auslasses der Anode 12 in der Anodenabgasleitung 421 angeordnet und wird verwendet, um den Rückdruck der Anode 12 einzustellen.
Der Gas-Flüssigkeitsseparator 423 trennt das Gas, d. h., den Wasserstoff und den Wasseranteil, der in dem Anodenabgas enthalten ist, voneinander und leitet das Gas zu der Wasserstoffzirkulationsleitung 426, während der Wasseranteil zu der Abflussleitung 424 geleitet wird. Die Wasserstoffzirkulationsleitung 426 ist mit der Anodengasleitung 33 des Anodengaszufuhrsystems 30 verbunden. Die Wasserstoffzirkulationspumpe 427 ist in der Mitte der Wasserstoffzirkulationsleitung 426 angeordnet. Der durch den Gas-Flüssigkeitsseparator 423 abgetrennte Wasserstoff wird durch die Antriebskraft der Wasserstoffzirkulationspumpe 427 durch die Wasserstoffzirkulationsleitung 426 der Anodengasleitung 33 des Anodengaszufuhrsystems 30 zugeführt.
Die Abflussleitung 424 ist zusammen mit der Kathodenabgasleitung 411 des Kathodensystems 41 mit der Verbindungsleitung 431 des Verbindungsaustragungsabschnitts 43 verbunden und ist derart angeordnet, um das Abflusswasser an der Seite der Anoden 12, das durch den Gas-Flüssigkeitsseparator 423 getrennt wurde, in die Verbindungsleitung 431 des Verbindungsaustragungsabschnitts 43 fließen zu lassen. Das Abflussventil 425 ist in der Abflussleitung 424 angeordnet und wird durch den Kontroller gesteuert, um zu einem vordefinierten Abflusszeitpunkt zu öffnen.
Der Verbindungsaustragungsabschnitt 43 enthält die Verbindungsleitung 431, einen Schalldämpfer 432 und die Auslassleitung 100. Die Verbindungsleitung 431 ist mit der Kathodenabgasleitung 411 des Kathodensystems 41 und mit der Anodenabgasleitung 424 des oben beschriebenen Anodensystems 42 verbunden. Diese Konfiguration verursacht, dass das Abflusswasser an der Seite der Kathoden 11, das Kathodenabgas und das Abflusswasser an der Seite der Anoden 12 in die Verbindungsleitung 431 fließt.
Der Schalldämpfer 432 ist in der Mitte der Verbindungsleitung 431 angeordnet und fungiert, um die Turbulenz und das Geräusch, welche durch die Strömung von Abgas in der Verbindungsleitung 431 und der Auslassleitung 100 verursacht werden, zu reduzieren. Die Auslassleitung 100 ist an einem stromabwärts gelegenen Ende der Verbindungsleitung 431 angebracht und ist angeordnet, um das Abflusswasser und das Abgas aus dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 wie oben beschrieben auszulassen.
Das Brennstoffzellensystem 2 führt einen Spülprozess in der Brennstoffzelle 10 durch, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 1 angehalten wurde. In dem Zustand, in dem die Zufuhr von Wasserstoff von dem Wasserstofftank 31 angehalten wurde, treibt der Spülprozess die Wasserstoffzirkulationspumpe 427 an, um das Gas an der Anode 12 der Brennstoffzelle 10 durch die Wasserstoffzirkulationsleitung 426 zu zirkulieren, während das Abflusswasser über den Gas-Flüssigkeitsseparator 423 zu der Verbindungsleitung 431 ausgetragen wird. Der Spülprozess verwendet auch die verdichtete Luft, die durch den Luftverdichter 23 erzeugt wird, um das Abflusswasser an der Seite der Kathoden 11 zu der Verbindungsleitung 431 auszutragen.
In dem Spülprozess wird, nachdem ein großes Volumen an Abflusswasser von der Auslassleitung 100 zu einem Zeitpunkt in seinem Anfangszustand ausgetragen wurde, das Spülgas als das Abgas von der Auslassleitung 100 für eine Dauer, beispielsweise etwa zehn bis mehreren zehn Sekunden, ausgetragen. In dem Spülprozess ist es wahrscheinlich, dass durch das Abflusswasser DW unter dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 eine Pfütze gebildet wird. Die Auslassleitung 100 dieser Ausführungsform ist derart konfiguriert, um die Pfütze in Richtung des Zentrums des Fahrzeugs unter dem Brennstoffzellenfahrzeug 1, wie mit Bezug auf 4 beschrieben ist, zu leiten. Dies verhindert die möglichen Probleme, welche durch die Pfütze des Abflusswassers DW in dem Spülprozess verursacht werden.
Wie oben beschrieben ist die Auslassleitung 100 dieser Ausführungsform konfiguriert, um das Abflusswasser von der Brennstoffzelle 10 von dem hinteren Endabschnitt des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 nach vorne zu leiten und den zusammen mit dem Abflusswasser ausgetragenen Dampf von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 nach hinten zu leiten. Die Konfiguration des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 der Ausführungsform mit der Auslassleitung 100 verhindert dementsprechend mögliche Probleme, die durch das Abflusswasser während einem Halten des Fahrzeugs oder durch den zusammen mit dem Abflusswasser ausgetragenen Dampf verursacht werden.
B. Zweite Ausführungsform
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 7 stellt, wie 1, das Brennstoffzellenfahrzeug 1A dar und stellt zusätzlich eine durch Abflusswasser DW gebildete Pfütze sowie Pfeile AG dar, welche die Strömung von Abgas anzeigen. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1A der zweiten Ausführungsform weist eine ähnliche Konfiguration wie die des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 der ersten Ausführungsform auf, abgesehen von der unterschiedlichen Befestigungsposition einer Auslassleitung 100. Die Auslassleitung 100 weist eine ähnliche Konfiguration zu der in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 2 beschriebenen Konfiguration auf.
In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1A der zweiten Ausführungsform ist die Auslassleitung 100 an einer Stelle angebracht, welche an einem hinteren Abschnitt des Brennstoffzellenfahrzeugs 1A, aber vor den Hinterrädern RT liegt, befestigt. Diese Konfiguration verhindert noch effektiver, dass Abflusswasser DW, das von der Auslassleitung 100 ausgetragen wird, von dem Brennstoffzellenfahrzeug 1A nach hinten spritzt. Zusätzlich ist die durch das Abflusswasser DW gebildete Pfütze an einer Stelle tief unter dem Brennstoffzellenfahrzeug 1A gebildet. Dies verhindert die durch die Pfütze verursachten möglichen Probleme noch effektiver.
C. Dritte Ausführungsform
8 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Konfiguration einer Auslassleitung 100A darstellt, die in einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. 8 ist im Wesentlichen ähnlich zu 2, abgesehen von der unterschiedlichen Konfiguration eines zweiten Wandabschnitts 113r an dem Krümmungsaußenumfang in einem Öffnungsendabschnitt 113A.
Das Brennstoffzellenfahrzeug der dritten Ausführungsform hat eine im Wesentlichen zur Konfiguration des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ähnlich Konfiguration, abgesehen davon, dass das Brennstoffzellenfahrzeug der dritten Ausführungsform die Auslassleitung 100A, die in 8 dargestellt ist, anstelle der Auslassleitung 100 enthält.
In der Auslassleitung 100A der dritten Ausführungsform ist eine Innenwandoberfläche 122A des zweiten Wandabschnitts 113r an dem Krümmungsaußenumfang in dem Öffnungsendabschnitt 113A in Richtung zum verlängerten bzw. erweiterten Abschnitt 111 gekrümmt (in Richtung zur stromaufwärts gelegenen Seite des gekrümmten Abschnitts 112), d. h., derart gekrümmt, dass sie nach hinten konvex ist, ähnlich der Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f an dem Krümmungsinnenumfang. In dem Zustand, in dem die Auslassleitung 100A an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist, ist die Innenwandoberfläche 122A des zweiten Wandabschnitts 113r an dem Krümmungsaußenumfang dementsprechend von der Hinterseite in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs geneigt. In dem Schnitt aus 8 hat eine Tangente TL_r an einem Ende 116 der Innenwandoberfläche 122A des zweiten Wandabschnitts 113r einen Neigungswinkel θ_r (θ_r > 0°) nach vorne von dem Fahrzeug relativ zu einer Gerade VL, die parallel zu der Fahrzeugvertikalrichtung ist.
Diese Konfiguration definiert die Strömungsrichtung des von der Auslassleitung 100A der dritten Ausführungsform ausgetragenen Abgases in der Richtung von der Hinterseite zu der Vorderseite des Brennstoffzellenfahrzeugs. Demzufolge wird das von der Auslassleitung 100A ausgetragene Abflusswasser DW von dem Brennstoffzellenfahrzeug durch die Strömung des Abgases nach vorne geleitet. Diese Konfiguration verhindert Spritzer von dem Abflusswasser nach hinten von dem Brennstoffzellenfahrzeug und verhindert die Verbreitung und Bewegung einer durch das Abflusswasser DW gebildeten Pfütze nach hinten von dem Brennstoffzellenfahrzeug.
D. Vierte Ausführungsform
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1B gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. 9 stellt den Umriss des Brennstoffzellenfahrzeugs 1B und die Positionen von Rädern, entlang der Fahrzeugvertikalrichtung betrachtet, durch die Ein-Punkt-Strichlinie dar, und stellt auch die Befestigungsposition einer Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform durch die durchgezogene Linie dar. 9 zeigt zusätzlich zu dem Pfeil LD, der die Fahrzeuglängsrichtung anzeigt, auch einen Pfeil HD, der eine horizontale Richtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1B anzeigt, welche nachfolgend auch als „Fahrzeughorizontalrichtung” bezeichnet wird. Die Fahrzeughorizontalrichtung entspricht der Breitenrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1B und ist orthogonal zu der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeugvertikalrichtung.
Ein Punkt der sowohl das Zentrum bzw. der Mittelpunkt in der Fahrzeuglängsrichtung als auch das Zentrum bzw. der Mittelpunkt in der Fahrzeughorizontalrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1B ist, wird als „Fahrzeugmittelpunkt CP” bezeichnet. 9 stellt auch eine gestrichelte Linie dar, welche den Fahrzeugmittelpunkt CP mit einem Zentrum OC einer Öffnung 101 der Auslassleitung 100B verbindet, und einen Pfeil CD, der eine Richtung von dem Zentrum OC zu dem Fahrzeugmittelpunkt CP anzeigt, der nachfolgend auch als „Abflusswasserleitungsrichtung” bezeichnet wird.
Die Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform ist an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1B an einer Stelle befestigt, die ähnlich der Auslassleitung 100 der ersten Ausführungsform ist. Die Auslassleitung 100B ist an dem Brennstoffzellenfahrzeug 1B derart befestigt, dass ihre Öffnung von der Bodenfläche einer Heckstoßstange RB an einer Stellte hinter den Hinterrädern RT nach unten geöffnet ist. Die Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform ist an einer Stelle befestigt, die von dem Zentrum in der Fahrzeughorizontalrichtung abweicht.
Die Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform hat eine der Konfiguration der Auslassleitung 100 der ersten Ausführungsform ähnliche Konfiguration, abgesehen von der unterschiedlichen Konfiguration eines Wandabschnitts eines Öffnungsendabschnitts 113B. In der Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform ist ein erster Wandabschnitt 113f an dem Krümmungsinnenumfang des Öffnungsendabschnitts 113B in der Abflusswasserleitungsrichtung gekrümmt, während ein zweiter Wandabschnitt 113r an dem Krümmungsaußenumfang in der entgegengesetzten Richtung gekrümmt ist. Demzufolge ist die Öffnung 101 in einer annährend elliptischen Form gebildet, wobei ihre Längsachse im Wesentlichen identisch mit der Abflusswasserleitungsrichtung ist.
In der Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform haben der erste Wandabschnitt 113f und der zweite Wandabschnitt 113r des Öffnungsendabschnitts 113B die folgende Konfiguration in einer Schnittebene, die den Fahrzeugmittelpunkt CP und das Zentrum OC der Öffnung 101 enthält, und parallel zu der Fahrzeugvertikalrichtung ist. In dieser Schnittebene hat eine Tangente TL_A an einem Ende 117 einer Innenwandoberfläche 121 eines ersten Wandabschnitts 113f an dem Krümmungsinnenumfang einen Winkel θ_A (θ_A > 0°) in der Richtung zu dem Fahrzeugzentrum relativ zu einer Geraden VL, welche parallel zu der Fahrzeugvertikalrichtung verläuft. In dieser Schnittebene hat eine Tangente TL_B an einem Ende 118 einer Innenwandoberfläche 122 eines zweiten Wandabschnitts 113r einen Winkel θ_B (θ_B > 0°) in der Richtung zu dem Fahrzeugzentrum relativ zu der Geraden VL, die parallel zu der Fahrzeugvertikalrichtung ist.
Die Auslassleitung 100B der vierten Ausführungsform mit dieser Konfiguration leitet das Abflusswasser in die Abflusswasserleitungsrichtung zu dem Fahrzeugmittelpunkt CP, während der zusammen mit dem Abflusswasser ausgetragene Dampf in die gegenüberliegende Richtung geleitet wird. Dementsprechend verhindert die Konfiguration des Brennstoffzellenfahrzeugs 1B mit der Auslassleitung 110B der vierten Ausführungsform noch effektiver die möglichen Probleme, die durch das Abflusswasser während einem Halten des Fahrzeugs verursacht werden.
E. Fünfte Ausführungsform
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1C gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt. 10 stellt den Umriss des Brennstoffzellenfahrzeugs 1C, das entlang der Fahrzeugvertikalrichtung gesehen wird, durch die Ein-Punkt-Strichlinie dar und stellt auch eine Auslassleitung 100 durch die durchgezogene Linie dar. 10 stellt auch, ähnlich zu 9, den Fahrzeugmittelpunkt CP dar.
Das Brennstoffzellenfahrzeug 1C der fünften Ausführungsform hat eine zur Konfiguration des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 der ersten Ausführungsform ähnliche Konfiguration, abgesehen von der unterschiedlichen Befestigungsposition und der unterschiedlichen Befestigungsrichtung einer Auslassleitung 100. Die Auslassleitung 100 hat eine zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Konfiguration ähnliche Konfiguration und enthält erste und zweite Wandabschnitte 113f und 113r, welche gebildet sind, um den Abstand zwischen diesen, wie in 2 dargestellt ist, nach unten zu vergrößern.
In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1C der fünften Ausführungsform ist die Auslassleitung 100 an einer Stelle oberhalb des Fahrzeugmittelpunkts CP in einer Richtung derart befestigt, dass die Fahrzeughinterseite die stromaufwärts gelegene Seite und die Fahrzeugvorderseite die stromabwärts gelegene Seite ist. Dementsprechend ist in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1C der fünften Ausführungsform eine Innenwandoberfläche 121 des ersten Wandabschnitts 113f der Auslassleitung 100 in Richtung zur Hinterseite des Fahrzeugs nach unten geneigt, während eine Innenwandoberfläche 122 des zweiten Wandabschnitts 113r in Richtung zur Vorderseite des Fahrzeugs nach unten geneigt ist.
In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1C der fünften Ausführungsform wird das von der Auslassleitung 100 ausgetragene Abflusswasser in Richtung zum Fahrzeugzentrum unterhalb des Fahrzeugs geleitet. Diese Konfiguration verhindert, dass das von der Auslassleitung 100 ausgetragene Wasser von dem Fahrzeug nach vorne spritzt und verhindert, dass sich eine Pfütze des Abflusswassers von dem unteren Bereich des Brennstoffzellenfahrzeugs 1C ausbreitet. In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1C der fünften Ausführungsform verhindert ein Platzieren der Auslassleitung 100 vor den Vorderrädern FT ein Ansammeln des Dampfes an den Bremsbelägen der Vorderräder FT.
F. Sechste Ausführungsform
11 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1D gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, ähnlich wie 10, darstellt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1D der sechsten Ausführungsform hat eine im Wesentlichen zur Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1C der fünften Ausführungsform ähnliche Konfiguration, abgesehen von der unterschiedlichen Befestigungsposition und der unterschiedlichen Befestigungsrichtung einer Auslassleitung 100.
In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1D der sechsten Ausführungsform ist die Auslassleitung 100 derart angebracht, dass ein erster Wandabschnitt 113f an der Fahrzeugmittelpunkt CP-Seite in der Fahrzeughorizontalrichtung angeordnet ist, und dass ein zweiter Wandabschnitt 113r an der gegenüberliegenden Seite zu dem Fahrzeugmittelpunkt CP in der Fahrzeughorizontalrichtung angeordnet ist. Diese Konfiguration verursacht, dass das von der Auslassleitung 100 ausgetragene Abflusswasser zu dem Fahrzeugmittelpunkt CP geleitet wird. Dies verhindert dementsprechend, dass das Abflusswasser seitlich von dem Fahrzeug spritzt und verhindert, dass sich eine Pfütze von dem Abflusswasser von dem unteren Bereich des Fahrzeugs ausbreitet.
In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1D der sechsten Ausführungsform ist die Befestigungsposition der Auslassleitung nicht speziell in der Fahrzeuglängsrichtung beschränkt. Es ist zu bevorzugen, dass die Auslassleitung 100 an einer Stellt angebracht ist, die von den Vorderrädern FT und den Hinterrädern FT in der Fahrzeuglängsrichtung abweicht. Diese Konfiguration verhindert, dass sich der von der Auslassleitung 100 ausgetragene Dampf an den Bremsbelägen der Vorderräder FT oder der Hinterräder RT ansammelt.
G. Modifikationen
G1. Modifikation 1
In den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Auslassleitung 100, 100A oder 100B an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht. Gemäß einer Modifikation kann jede dieser Auslassleitungen 100, 100A und 100B an einem anderen sich bewegenden Körper als dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht sein. Noch genauer kann jede der Auslassleitungen 100, 100A und 100B an einem sich bewegendem Körper angebracht sein, welcher mit einer Brennstoffzelle ausgestattet ist, und sich entlang dem Boden bewegt (beispielsweise ein Luftkissenfahrzeug). Gemäß einer anderen Modifikation müssen die Auslassleitungen 100, 100A und 100B nicht auf die Anwendung an dem sich bewegenden Körper beschränkt sein, sondern können als ein Auslass verwendet werden, um die Bewegungsrichtung von Abflusswasser in einer stationären Brennstoffzelle zu definierten. Beispielsweise kann jede der Auslassleitungen 100, 100A und 100B an einer stationären Brennstoffzelle angebracht sein, um das Abflusswasser in Richtung einer zentralen Stelle bzw. Zentrumsstelle unterhalb eines Brennstoffzellenkörpers zu leiten.
G2. Modifikation 2
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Auslassleitung 100 derart konfiguriert, um sowohl das Abflusswasser an der Seite der Kathoden 11 als auch das Abflusswasser an der Seite der Anoden 12 der Brennstoffzelle auszutragen. Gemäß einer Modifikation kann die Auslassleitung 100 derart konfiguriert sein, um zumindest eines von dem Abflusswasser an der Seite der Kathoden 11 und dem Abflusswasser an der Seite der Anoden 12 der Brennstoffzelle 10 auszutragen.
G3. Modifikation 3
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Auslassleitung 100, 100A oder 100B derart an dem Brennstoffzellenfahrzeug angeordnet, dass der verlängerte bzw. erweiterte Abschnitt 111 parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist. Gemäß einer Modifikation kann die Auslassleitung 100, 100A oder 100B derart an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht sein, dass der verlängerte Abschnitt 111 in einer Richtung angeordnet ist, welche die Fahrzeuglängsrichtung schneidet. Die Anforderung ist derart, dass die Auslassleitung 100, 100A oder 100B derart angeordnet ist, dass die stromaufwärts gelegene Seite des gekrümmten Abschnitts 112 an der Zentrumsseite in der Fahrzeuglängsrichtung oder in der Fahrzeughorizontalrichtung angeordnet ist. Gemäß einer Modifikation kann der verlängerte Abschnitt 111 derart angeordnet sein, dass sich ein Neigungswinkel in der vertikalen Richtung oder in der horizontalen Richtung relativ zu der Fahrzeuglängsrichtung ergibt.
G4. Modifikation 4
In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen sind jede der Innenwandoberflächen 121 und 122 der ersten und der zweiten Wandabschnitte 113f und 113r des Öffnungsendabschnitts 113 derart gebildet, dass sie von dem Fahrzeug nach vorne oder von dem Fahrzeug nach hinten gekrümmt sind. Gemäß einer Modifikation kann jede der Innenwandoberflächen 121 und 122 derart gebildet sein, dass sie sich nicht nach vorne von dem Fahrzeug oder nach hinten von dem Fahrzeug krümmen, sondern linear verläuft.
G5. Modifikation 5
In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Öffnungsendfläche 114 der Auslassleitung 100, 100A oder 100B gebildet, um zur Hinterseite des Fahrzeugs zu weisen. Gemäß einer Modifikation kann die Öffnungsendfläche 114 von jeder der Auslassleitung 100, 100A und 100B parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung gebildet sein. Gemäß einer anderen Modifikation kann die Öffnungsendfläche 114 von jeder der Auslassleitungen 100, 100A und 100B angeordnet sein, um von dem Fahrzeug nach vorne gerichtet zu sein, oder kann angeordnet sein, um zu der Seite des Fahrzeugs gerichtet zu sein.
G6. Modifikation 6
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Auslassleitung 100, 100A oder 100B fest an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht. Gemäß einer Modifikation kann jeder der Auslassleitungen 100, 100A und 100B derart an dem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht sein, dass der Befestigungswinkel frei veränderbar ist. Noch genauer kann jede der Auslassleitungen 100, 100A und 100B derart angebracht sein, dass der Befestigungswinkel durch die Verwendung einer flexiblen Leitungsverbindung verändert wird, die durch einen Antriebsmechanismus, wie beispielsweise einen Aktuator, als ein Verbindungsabschnitt angewinkelt bzw. gebogen wird. Die Anforderung ist, dass jede Auslassleitung 100, 100A oder 100B in dem oben beschriebenen Zustand in jeder der Ausführungsformen zumindest in dem Abflusswasserlauf während einem Halten des Brennstoffzellenfahrzeugs angebracht ist.
G7. Modifikation 7
In der oben beschriebenen vierten bis zur sechsten Ausführungsform ist die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsaußenumfang des gekrümmten Abschnitts 112 in dem Öffnungsendabschnitt 113 oder 113B der Auslassleitung 100 oder 100B derart gebildet, um in der gegenüberliegenden Richtung zur stromaufwärts gelegenen Seite des gekrümmten Abschnitts 112 nach unten geneigt zu sein. Gemäß einer Modifikation kann die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsaußenumfang des gekrümmten Abschnitts 112 in dem Öffnungsendabschnitt 113 oder 113B der Auslassleitung 100 oder 100B gebildet sein, um in der Richtung zur stromaufwärts gelegenen Seite des gekrümmten Abschnitts 112 nach unten geneigt zu sein.
Die Erfindung ist auf keine der Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen, welche oben beschrieben sind, beschränkt, sondern kann durch eine Vielzahl von anderen Konfigurationen implementiert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale jeder Ausführungsform, jedes Beispiels und jeder Modifikation, welche den technischen Merkmalen jedes in der Kurzfassung beschriebenen Aspektes entsprechen, angemessen ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der oben beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erreichen. Jedes der technischen Merkmale kann angemessen weggelassen werden, sofern das technische Merkmal nicht als wesentliches hierin beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1a: Brennstoffzellenfahrzeug
2: Brennstoffzellensystem
10: Brennstoffzelle
11: Kathode
12: Anode
20: Kathodengaszufuhrsystem
21: Kathodengasleitung
23: Luftverdichter
25: An-Aus-Ventil
30: Anodengaszufuhrsystem
31: Wasserstofftank
33: Anodengasleitung
35: Regler
37: An-Aus-Ventil
39: Wasserstoffzufuhrantrieb
40: Auslass-Abfluss-Behandlungssystem
41: Kathodensystem
411: Kathodenabgasleitung
412: Druckregler
42: Anodensystem
421: Anodenabgasleitung
422: Druckregler
423: Gas-Flüssigkeitsseparator
424: Abflussleitung
425: Abflussventil
426: Wasserstoffzirkulationsleitung
427: Wasserstoffzirkulationspumpe
43: Verbindungs-Austragungsabschnitt
431: Verbindungsleitung
432: Schalldämpfer
100, 100A, 100B, 100a: Auslassleitung
101: Öffnung
111: verlängerter Abschnitt
112: gekrümmter Abschnitt
113, 113A, 113B, 113a: Öffnungsendabschnitt
113f: erster Wandabschnitt
113r: zweiter Wandabschnitt
114: Öffnungsendfläche
121, 122, 122A: Innenwandoberfläche
115, 116, 117, 118: Ende
DW: Abflusswasser
GD: Boden
RB: Heckstoßstange
RT: Hinterrad
ST: Dampf

Claims

Leitungselement, das an einem sich bewegenden Körper angebracht ist, der mit einer Brennstoffzelle ausgestattet ist, und das konfiguriert ist, um Abgas und Abflusswasser von der Brennstoffzelle auszutragen, wobei das Leitungselement aufweist: einen Öffnungsendabschnitt, der derart konfiguriert ist, dass er eine Öffnung hat, und der derart angeordnet ist, dass sich die Öffnung von dem sich bewegenden Körper nach unten öffnet; und einen gekrümmten Leitungsabschnitt, der in Richtung des Öffnungsendabschnitts gekrümmt ist, und der an dem sich bewegenden Körper derart angeordnet ist, dass dessen stromaufwärts gelegene Seite in einer Längsrichtung oder in einer Breitenrichtung an einer Zentrumsseite des sich bewegenden Körpers angeordnet ist, wobei eine Innenwandoberfläche an einem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts von einer Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts nach unten in einer Richtung zu der stromaufwärts gelegenen Seite des gekrümmten Leitungsabschnitts geneigt ist.
Leitungselement nach Anspruch 1, wobei der Öffnungsendabschnitt an einer Hinterseite eines Zentrums in der Längsrichtung des sich bewegenden Körpers angeordnet ist, der gekrümmte Leitungsabschnitt an dem beweglichen Körper derart angeordnet ist, dass dessen stromaufwärts gelegene Seite an der Zentrumsseite in der Längsrichtung des beweglichen Körpers angeordnet ist, und die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts von der Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts nach unten in einer Richtung von einer Hinterseite zu einer Vorderseite des sich bewegenden Körpers geneigt ist.
Leitungselement nach Anspruch 2, wobei die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts von der Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts eine erste Innenwandoberfläche ist, die an der Vorderseite des sich bewegenden Körpers angeordnet ist, und der Öffnungsendabschnitt eine zweite Innenwandoberfläche hat, die an der Hinterseite des sich bewegenden Körpers angebracht ist, und die nach unten in einer Richtung von der Vorderseite zu der Hinterseite des sich bewegenden Körpers geneigt ist.
Leitungselement nach Anspruch 2, wobei die Innenwandoberfläche an dem Krümmungsinnenumfang des gekrümmten Leitungsabschnitts von der Innenwandoberfläche des Öffnungsendabschnitts eine erste Innenwandoberfläche ist, die an der Vorderseite des sich bewegenden Körpers angeordnet ist, und der Öffnungsendabschnitt eine zweite Innenwandoberfläche hat, die an der Hinterseite des sich bewegenden Körpers angeordnet ist, und die nach unten in der Richtung von der Hinterseite zu der Vorderseite des sich bewegenden Körpers geneigt ist.
Leitungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Öffnungsendabschnitt eine Öffnungsendfläche hat, in der die Öffnung gebildet ist, und die Öffnungsendfläche in einem Zustand in dem das Leitungselement an dem sich bewegenden Körper angebracht ist von dem sich bewegenden Körper nach hinten geneigt ist.
Brennstoffzellenfahrzeug aufweisend: eine Brennstoffzelle; und ein Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der sich bewegende Körper das Brennstoffzellenfahrzeug ist.