燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统部件的配置结构的制作方法

专利名称：燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统部件的配置结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池驱动的车辆中的燃料电池吸气和排气系统部件的配置结构，其中车辆设有用于吸收并过滤环境空气的空气清洁器以及用于压缩被过滤空气并产生活性气体的压缩机。
背景技术：
在近年来，燃料电池驱动的车辆已经得到发展，其中通过燃料电池系统所产生的电力被供至电动机，车辆的车轮被电动机驱动。在该燃料电池系统中，通过作为燃料气体的氢气与作为活性气体的氧气之间在燃料电池组中的化学反应(以下简称为“燃料电池”)而产生电力。
在该系统中，尽管燃料气体以高压储存在燃料缸中，但是，必须通过吸入环境空气、并压缩环境空气使它成为高压空气，而产生活性气体。此外，希望被供至燃料电池的活性气体中不包含杂质。因此，可以使用增压机构(例如，JP-A No.216986/2001中所公开的)，并且在空气被压缩机压缩以前，通过空气清洁器从空气中去除杂质，以产生随后将被供至燃料电池的活性气体。
在传统的燃料电池驱动的车辆中，其中车辆驱动电动机被燃料电池提供的电力驱动，燃料电池位于车身的几乎中心处。用于供给燃料电池的空气通过设置在车身前部处(即，在燃料电池的前部)的吸气端口(管子)被吸入，通过在车身后部处(即，在燃料电池的后面)的排气端口(管子)被排出。这种配置结构例如在JP-A No.231108/2001中被公开。
在上述的传统结构中，诸如空气清洁器和增压器等吸气系统部件可以被定位成与诸如稀释盒和消音器等排气系统部件离开相当远的距离，燃料电池设置在它们之间。在该配置结构中，部件很难安装和维护。
如上所述，燃料电池系统的增压机构具有空气清洁器和压缩机，其中空气清洁器、压缩机和燃料电池通过管道被连接。根据这些装置的配置结构，管道可能不得不又长又重或者又大又重，并且在管道中增大的空气流动阻力可能破坏燃料电池系统的电力产生效率也是被关心的问题。尤其是在燃料电池驱动的摩托车中，装置的安装空间被限制，希望用在增压机构中的管道的尺寸减小以节约空间。
因此，本发明提供在燃料电池驱动的车辆中吸气和排气系统的配置结构，该配置结构使得燃料电池的吸气系统部件和排气系统部件能够容易地安装到车身上，并且能够提高它们的可维护性。
本发明还具有的目的是提供一种燃料电池驱动的车辆，其中燃料电池系统的增压机构的重量和尺寸被减小，增压机构中的空气流动阻力被降低，以提高燃料电池系统的电力产生效率。

发明内容
作为上述问题的解决方案，根据本发明的第一方面，提供一种燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统部件的经改进的配置结构。所述车辆包括燃料电池(例如，在实施例中为燃料电池51)，所述燃料电池通过氢与氧之间的反应产生电力。车辆还包括吸气系统部件(例如，在实施例中为空气清洁器57)，所述吸气系统部件具有吸气端口(例如，在实施例中为吸气端口74)，并且将通过吸气端口吸入的空气供至燃料电池。车辆还包括排气系统部件(例如，在实施例中为排气管77)，所述排气系统部件具有排气端口(例如，在实施例中为排气端口76)，并且通过排气端口从燃料电池排出排放气体。本发明的特征在于，吸气系统部件和排气系统部件均位于燃料电池的一侧。
在该配置结构中，吸气系统部件和排气系统部件彼此靠近，从而容易将它们安装在车身上并且容易对它们进行维护。还能够将吸气和排气系统部件集成为模块。
在本发明的第二方面中，吸气系统部件和排气系统部件均位于燃料电池的后面。尤其是，吸气端口位于燃料电池的后面，即在车身的后部处。在该配置结构中，与吸气端口在燃料电池的前部、即在车身的前部处相比，在沿向前方向的运行中，吸气系统部件更不容易从车辆吸入排放气体。根据本发明的第二方面，从另一车辆吸入排放气体的可能性被最小化，优良环境空气(氧化剂气体)能够被供至燃料电池，并且吸气系统部件(空气清洁器)需要较小频率的维护。
在本发明的第三方面中，吸气系统部件和排气系统部件在轮子(例如，在实施例中为后轮32)的相对侧，这样，后轮位于吸入系统的部件与排出系统的部件之间。这样，吸气端口和排气端口彼此离开预定的距离。在该配置结构中，从排气端口排出的排放气体再次进入吸气端口的可能性被最小化，并且优良环境空气能够被供至燃料电池。
在本发明的第四方面中，吸气端口位于轮子上方。在该配置结构中，诸如水或泥等被后轮粘带上的杂质进入吸气端口的可能性被最小化。
在本发明的第五方面中，通过将活性气体和燃料气体供至燃料电池而获得的电力所驱动的燃料电池驱动的车辆包括空气清洁器，所述空气清洁器吸入环境空气并对其进行清洁；以及压缩机，所述压缩机压缩被空气清洁器所清洁的空气，以产生活性气体，并将活性气体供至燃料电池，其中，压缩机位于连接空气清洁器和燃料电池的直线上。
当作为燃料电池系统的增压机构的组成部件的空气清洁器、压缩机和燃料电池依次排成直线时，装置之间的管道长度能够被缩短，这样有助于减少重量以及节约空间。另外，空气流动路线能够缩短，并且呈线性，从而空气流动阻力能够被减小，燃料电池系统的电力产生效率能够被提高。
在这种情况下，燃料电池几乎在车身的中心，空气清洁器位于后轮上方。当空气清洁器以这样的方式比车身中心处的燃料电池更靠后地被设置时，沿向前的方向运行期间从车辆排出的排放气体不大可能直接进入空气清洁器，并且当空气清洁器这样地位于后轮上方时，从后轮溅起的泥等类似物将不大可能进入空气清洁器。
并且，优选与空气清洁器连接的吸气管位于空气清洁器的上方并且向后打开。如果这样，沿向前的方向运行期间从车辆排出的排放气体更不可能直接进入空气清洁器。并且，由于吸气管位于空气清洁器的上方，因此从后轮溅起的泥等类似物有时会散布到空气清洁器主体的底表面，但不容易进入吸气管。
另外，空气清洁器位于车身的一侧，这样容易对空气清洁器实施维修工作。
燃料电池驱动的车辆还可以包括中间冷却器，所述中间冷却器冷却被压缩机压缩的活性气体；增湿器，所述增湿器交换将被供至燃料电池的活性气体与使用过的活性气体之间的水分。空气清洁器、压缩机、中间冷却器、增湿器和燃料电池大致被排列成直线，并且以所述的次序顺序地被排列。该配置结构能够节约空间，缩短空气流动路线，并且因为流动路径大体上是线性的，减少了空气流动阻力，从而，燃料电池系统的电力产生效率提高。
为了更完全地理解本发明，读者可以结合附图参考以下的详细描述。在以下的详细描述和附图中，相同的标号表示相同的部件。


图1是根据本发明实施例的燃料电池驱动的小型摩托车的左侧视图。
图2是图1的燃料电池驱动的车辆的右侧视图，示出了相对于燃料(氢)气缸向前定位的燃料电池。
图3是图1的燃料电池驱动的车辆的仰视图，示出了定位在车辆纵向中心线的右侧的燃料(氢)气缸。
图4是上述燃料电池驱动的车辆的燃料电池系统的结构的简要视图。
图5是图1的燃料电池驱动的车辆的后部的独立的左侧视图，示出了连接至驱动电动机的电动机驱动器。
图6是图1的燃料电池驱动的车辆的后部的局部、独立的右侧视图，示出了吸气和排气系统部件。
图7是图1的燃料电池驱动的车辆的俯视图，示出了吸气和排气系统部件。
图8是使用图1所示实施例的电力、吸气和排气系统的第二小型燃料电池摩托车的右侧平面视图。
图9是根据该实施例、从图8中车辆的后部看时燃料电池摩托车的左侧透视图。
图10是图8的燃料电池摩托车的顶视图，示出了安装至车辆中心线的一侧的空气清洁器、以及安装至车辆中心线的相对一侧的消音器。
图11是图8的燃料电池摩托车的左后部的独立的左侧视图，示出了表示当被摩托车的向前运行所产生的空气蒸汽分散时、从排气端口排放的气体流的散布范围的区域。
图12是图8的燃料电池摩托车的前视图，示出了与上和下散热器对应的风扇位置。
图13是根据图8、从右下部分看时在燃料电池摩托车中的增压机构的透视图，示出了与后轮的旋转相关的、泥和水的预定散布区域。
包含本发明特征的示例性实施例相对于两个大致类似的小型摩托车被示出，第一摩托车1公开在图1-6中，第二摩托车1’公开在图7-13中。在所有的图中，相同的附图标记表示相同的部件。
如图1至13中所示的摩托车1、1’构成燃料电池驱动的车辆，利用设置在车身几乎中心处的燃料电池51所提供的电力，通过驱动电动机31的操作驱动车轮，由此驱动车辆。摩托车1、1’是带有低台板区域3(以下简称底板)的小型车辆。燃料电池51为固体矩形盒的形状，并且设置在底板3的附近。电动机31是所谓的轮内电动机(wheel-in motor)，并且位于后轮32的内部。后轮32是摩托车1、1’的驱动轮。电动机31是具有电动机主体和位于壳体31a中的减速齿轮的集成单元，并且例如从左侧安装在车轮的内部，它的输出轴与后轮32的轴32a是同轴的。电动机驱动器64被设置用来驱动电动机31。电动机31和电动机驱动器64是水冷型的，具有高效率和高输出功率。
摩托车1、1’的前轮11被一对(左和右)前叉部分12的下端可枢转地支撑。前叉部分12的上端通过转向系统13被可枢转地支撑在头管5上且在车身框架4的前端处，其中所述转向系统13允许车辆转向。方向把14连接至转向系统13的顶部。油门手柄15设置在方向把14的右手柄部分处。后和前制动拉杆16和17分别设置在方向把14的左手柄部分和右手柄部分的前部。
枢轴板8沿车身的垂直方向延伸，并且设置在车身框架4的后部处。在稍稍低于枢轴板8的中部的区域中，后摆动臂21的前端通过枢轴9可枢转地支撑在其上，这样，后摆动臂21的后端能够沿车身的垂直方向摆动。关于后摆动臂21，它的左臂体23向上延伸至电动机31的前端，并且支撑电动机31的壳体31a，同时右臂体24延伸至后轮32的中心，并且可枢转地支撑后轮轴32a。作为摩托车1、1’的摆动单元，电动机单元20提供后框架，所述后框架可摆动地支撑后轮32。电动机单元20包括后摆动臂21和电动机31作为它的主要部件。
后减振器33沿车身的前后方向延伸并且在燃料电池51下方且在车身框架4的底部。后减振器33的后端与车身框架4的底部连接，并且它的前端通过连杆机构34与电动机单元20的底部(后摆动臂21)连接。随着电动机单元20的上下摆动，连杆机构34前后移动后减振器33，并且后减振器33的该行程运动吸收作用在电动机单元20上的冲击或振动。由于后减振器位于燃料电池51下方，因此燃料电池51与地之间的空间能够有效地被利用，并且燃料电池驱动的摩托车1、1’的重心较低。
车身框架4具有左和右上管6以及左和右下管7，源自头管5的顶部的左和右上管6倾斜向下和向后延伸，并且在车身高度的几乎中部处弯曲并进一步向后延伸。源自头管5的底部的左和右下管7倾斜向下和向后延伸，并且在车身的底部处弯曲并进一步向后延伸。上管6的后端和下管7的后端分别连接至位于燃料电池51后面的枢轴板8的顶部和底部。接着，将解释下管7，其中从头管5至车身底部处的弯曲部7c的部分被称为前部边缘部分7a，从弯曲部7c至枢轴板8的部分被称为底部边缘部分7b。
每个上管6在枢轴板8后面延伸至车身的后端。每个上管6的后半部分被用作座位框架，用于支撑司机座位41。座位41的前半部分是摩托车1、1’的骑手(即驾驶者)的座位，而后半部分是同骑者(即乘客)的座位。
摩托车1、1’的车身被主要由合成树脂制成的车身盖42覆盖。该车身盖42用作挡风屏，车身盖42的一部分以及车身框架4构成底板3。在车身框架4下方的区域的中部处是主支架37，用于将车身支撑在竖直位置中。在车身框架4下方的区域的左侧是侧支架38，用于将车身支撑在倾斜向左站立的位置中。
燃料电池51位于车身的几乎中心处，并且在上管6、下管7和枢轴板8划定的区域的后部中。燃料电池51向着车辆后部稍微向上倾斜。与燃料电池驱动的摩托车1、1’的其他部分相比，燃料电池51的重量相对较大，并且由于它位于车身几乎中心处，因此能够在燃料电池驱动的摩托车1、1’中获得好的重量平衡。
燃料电池驱动的摩托车1、1’包括以下用于在燃料电池51中产生电力的燃料电池系统的部件燃料气缸52，所述燃料气缸以高压储存将被供至燃料电池51的燃料气体；吸气管或共振器73，它具有减小来自向后打开的吸气端口74的抽吸声的作用；以及空气清洁器57，所述空气清洁器57通过吸气管(共振器)73吸入环境空气。位于吸气管(共振器)73上方且在吸气管73之前，吸气端口74逐渐弯曲几乎90度并且向后打开。
燃料电池驱动的摩托车1、1’还包括增压器58(还称为压缩机、泵或进气增压器)，它压缩被空气清洁器57清洁的空气以产生活性气体；中间冷却器58a，它冷却被压缩机58压缩的活性气体；增湿器59，它在将被供至燃料电池51的活性气体与从燃料电池51排出的已经被使用的活性气体之间交换水分；背压阀58c，所述背压阀58c设置在增湿器59的排气侧，以便调节燃料电池51内部的压力；稀释盒56，所述稀释盒56用使用过的氧气稀释使用过的活性气体；以及消音器66，所述消音器66减弱被稀释的活性气体的声音，其中所述活性气体作为排放气体被排至大气。在该燃料电池系统中，吸气管(共振器)73、空气清洁器57、增压器58、中间冷却器58a和增湿器59可以被归类为构成向燃料电池51提供活性气体的增压机构100(见图13)。稀释盒56位于燃料电池51下方。因此，来自燃料电池51的排出物(水)被有效地收集在稀释盒56中。
燃料电池驱动的摩托车1、1’具有二次电池(未示出)，作为燃料电池系统的辅助电源。在这种情况下，二次电池位于前叉附近。
以下将参考图4概述摩托车1、1’的燃料电池系统。燃料电池51是已知的聚合物电解质燃料电池(PEMFC-Proton Exchange Membrane FuelCell，质子交换膜燃料电池)，其包括很多层单元电池。燃料电池51通过供至阳极电极的燃料气体与供至阴极电极的活性气体之间的电化学反应产生电力。燃料电池51的阳极被供以氢气，作为燃料气体，它的阴极被用以含氧空气，作为氧化剂气体，这样通过电化学反应产生电力，并且产生水。
作为燃料气体的氢气通过切断阀53从氢气缸52以预定压力(换言之，气体被压缩至预定高压)被供至燃料电池51。在它用于产生电力之后，氢气被引入氢循环通道54中。在该氢循环通道54中，未反应的氢气与新鲜的氢气一起从氢气缸52被重复供至燃料电池51。在氢循环通道54中循环的氢气能够通过放气阀55被引入稀释盒56中。
另一方面，作为氧化剂气体的空气通过空气清洁器57被引入增压器58，然后被压缩至预定的压力，并被供至燃料电池51。在其用来产生电力之后，被引入稀释盒56中。中间冷却剂58a被提供用来冷却供至燃料电池51的空气(氧化剂气体)。并且提供增湿器59，用于将水分供至氧化剂气体；旁路阀58b，用于在燃料电池51被冷却时，供给空气而使空气不经过中间冷却器58a和增湿器59；以及背压阀58c，用于调整燃料电池51中的氧化剂气体的压力。
当氢循环通道54中的放气阀55打开时，反应后的氢气被引入稀释盒56中。累积在稀释盒56中的氢气与来自燃料电池51的、累积在稀释盒56中的排出空气混合并被稀释，然后通过消音器61排入大气中。
然后，燃料电池51中所产生的水在与排放空气一起被引入增湿器59中时被提取，并且作为水分被重新利用以被供至氧化剂气体。在增湿器59中未被提取的水分(例如蒸汽)经过稀释盒56，或者与反应后的气体一起排出，或者在稀释盒56中被冷凝，然后通过排水管81排出。排水管81装备有控制阀82，所述控制阀82在预定的时间打开/关闭水通道(例如以规则的间隔)。
燃料电池51的操作被电子控制单元(ECU)62控制。具体地，ECU62接收关于氢气和氧化剂气体的压力和温度的信号、关于车速和增压器58的旋转频率的信号、关于燃料电池51以及它的冷却水温的信号，等等。根据这些信号，增压器58、旁路阀58b、背压阀58c、放气阀55、切断阀53等等被控制。
另外，ECU62接收来自油门手柄15的加速请求信号。驱动后轮32的电动机31根据该信号被驱动并被控制。电动机31是三相交流电动机，它被供以三相交流电并且被三相交流电驱动，来自燃料电池51或作为二次电池的电池63的直流电被作为反用换流器的电动机驱动器64转换成三相交流电。
上述燃料电池系统的冷却系统构成冷却水通道66，它连接燃料电池51和电动机31的水套以及中间冷却器58a和电动机驱动器64附近的冷却板(冷却器)65中的水通道。冷却水通道66装备有水泵67和散热器68。
在该冷却系统中，当水泵67被激励时，冷却水在冷却水通道66中流动/循环，这样它吸收来自燃料电池51、电动机31、氧化剂气体和电动机驱动器64的热量，该热量被散热器68散发出去。在燃料电池51冷却时，自动调温器69被用来循环冷却水，而不使它经过散热器。
参考图1至3，燃料(氢)气缸52是通用的压缩气体气缸，具有圆柱形外观，并且是由金属和纤维加强塑料制成的通用的组合容器。氢气缸52位于后轮32上方并且在车身后部的右侧，它的轴线(中心线)C与车辆的前后方向对齐。更具体地说，轴线C稍微向下向前倾斜。氢气缸52的右侧(外侧)在上管6的稍外侧之外并且在车身的右侧，它的左侧(内侧)在后轮32的右外侧略微向外。
氢气缸52的前和后端是半球形的(换言之，是锥形的)。氢气缸52的前端是在枢轴板8的前面，后端在车身的后端处。在氢气缸52上的主旋塞71和氢填充孔71设置在氢气缸52的后端处。燃料气缸52在构成燃料电池驱动的摩托车1、1’的部件中是相对较大的部件；然而，由于它偏离车身的中心线，因此，从上看时它最低限度地与后轮32重叠。这样，用于后轮32的垂直悬架行程的空间是足够的。这使得能够容易地吸收来自道路表面的冲击，并且提高燃料电池驱动的摩托车1、1’的骑行舒适度。
在车身左侧的上管6向着后面稍微向上倾斜，并且几乎线性地向后延伸。同时，在车身右侧的上管6相对于枢轴板8附近的、在车身左侧的上管6逐渐向下改变。这些上管6沿车身宽度方向在枢轴板8附近逐渐向外改变。
当从侧面看车身时，车身右侧的上管6的下端几乎与氢气缸52的下端重叠。上管6在车身后端处向上弯曲，并且向着车身左侧延伸，以便避开氢气缸52上的氢填充孔72以及主旋塞71，然后向下弯曲以连接车身左侧的上管6的后端。
燃料电池51沿车身宽度方向较宽，并且在垂直方向是扁平的。用于氧化剂气体和氢气的加料端口和排放端口以及冷却水的入口和出口设置在它的前壁上。
参考图6和7，增湿器59具有沿车身宽度方向较长的壳体，并且增湿器59邻近地设置在燃料电池51上方并且在其后面。增压器58沿倾斜向上的方向邻近地设置在增湿器59的左侧且在左侧后面。沿车身宽度方向延伸的入口管57b的左侧沿倾斜向下的方向连接在增湿器58之后。背压阀58c邻近地设置在增湿器58的左侧且在增湿器58上方。
入口管57b的右侧位于氢气缸52下方，并且它的右侧与类似地位于氢气缸52下方的空气清洁器壳体57a的前端连接。吸气管73与空气清洁器壳体57a的后端连接。空气清洁器57主要包括吸气管73、空气清洁器壳体57a和入口管57b。
吸气管73位于空气清洁器壳57a和入口管57b的右侧附近，并且在前后方向上沿它们的侧面延伸。吸气管73具有管体73a，所述管体73a是几乎为方形的室并且沿车身宽度方向是扁平的。树脂连接管73b从管体73a的后端向后延伸，并且弯曲以被连接至空气清洁器壳体57a的后端。吸气管73还具有吸气管嘴73c，所述吸气管嘴73c从管体73a的顶部的前部向上延伸，然后向后弯曲。吸气管嘴73c形成漏斗形的吸气端口74，所述吸气端口74向后打开，并且在后轮32上方。吸气端口74被座位41和车身盖42围绕，以防止诸如水或泥等杂质进入其中。
略微扁平的空气清洁器57位于燃料(氢)气缸52后部的下方，它的后部向上倾斜。已经经过空气清洁器57的空气通过短的树脂入口管57b进入增压器58的右端部。增压器58沿着车身的宽度延伸，它的右端部在燃料气缸51的中心下方。增湿器59沿着车身的宽度是其纵向，并且位于增压器58与燃料电池51之间。
中间冷却器58a位于燃料电池51的前部下方，并且它的空气入口和空气出口分别与增压器58和增湿器59连接。如上所述，中间冷却器58a冷却被增压器58压缩的空气，并且将冷却后的空气供至增湿器59。然而，当摩托车1、1’在寒冷的气候里启动时，旁路阀58可以被用来将压缩空气供至燃料电池51，而不使压缩空气经过中间冷却器58和增湿器59。
旁路阀58b位于增湿器59的右侧附近并且在其后面。中间冷却器58a沿倾斜方向邻近地位于旁路阀58b下方并且在其后面。旁路阀58b和中间冷却器58a沿车身前后方向位于增湿器59的右侧与入口管57b的右侧之间。位于增压器58的倾斜前上部上的喷出口与出口管58d的一端连接。出口管58d的另一端围绕氢气缸52的前端弯曲，并且向右延伸以连接中间冷却器58a的入口。
沿车身宽度方向为扁平的消音器61沿车身宽度方向向外，即，相对于车身左侧上的上管6位于车辆中心线的左边。当从侧面看车身时，消音器61几乎为方形，并且定位成沿倾斜方向在后轮32的左侧及上方向着后面向上倾斜。消音器61设置在排气管77的后半部分上，它向后向上倾斜。在消音器61(排气管77)的后端处具有向外突出的排气尾管75。用于活性气体的排气端口76设置在排气尾管75的后端处。排气端口76位于后轮轴32a稍向后的位置。
由于排气端口76在比后轮32高的位置处，并且沿车辆的前后方向比轴32a更向后，因此，来自排气端口76的排放气体被驱动摩托车1、1’所产生的空气蒸汽向后散布到图11中交替一长两短点划线所示出的阴影线区域94中。因此，排放气体中的水蒸气(或水分)不会滴落到后轮32上。即使在燃料电池驱动的摩托车1、1’以小半径转动时，水蒸气也会倾斜向后地散布，而不会滴落到后轮32上。
消音器61(排气管77)位于后轮32的左边，而空气清洁器57位于后轮32的右边。消音器61和空气清洁器57均在燃料电池51的后面。如上所述，在车身的后部处，消音器61和空气清洁器57在后轮32的左侧和右侧，或者后轮32在它们之间。结果，排气端口76和吸气端口74彼此分开预定的距离，并且吸气端口74在后轮32上方与其离开预定的距离。
诸如空气清洁器57、增压器58、旁路阀58b、中间冷却器58a和增湿器59等吸气系统部件和诸如背压阀58c和消音器61(排气管77)等排气系统部件彼此邻近地设置在燃料电池51的后面，即在车身的后部处。这些吸气和排气系统部件通过连接撑杆(未示出)等一体连接，从而构成吸气/排气系统模块60。
如图12所示，第一散热器68a几乎是方形的，呈板状，并且位于头管5的前部，冷却风扇84位于第一散热器68a的后部。第二散热器68b的高度和面积几乎是第一散热器68a的两倍，并且沿着下管在下管的前部边缘部分7a的紧前方。冷却风扇86位于第二散热器68b的上部的后面，并且冷却风扇88位于它的下部的后面。电子水泵67位于冷却风扇88和燃料电池51之间。
由于从前部看时第一散热器68a和第二散热器68b沿车身的长度方向彼此不重叠，因此它们容易地暴露于驱动摩托车1、1’所产生的空气蒸汽下方，这样经过散热器的冷却水辐射热量并且冷却下来。冷却风扇84、86和88从第一散热器68a和第二散热器68b吸入空气，并且向后传送空气，以便为第一散热器68a和第二散热器68b的冷却散热片提高通风性，并且更有效地冷却冷却水。
水泵67位于下散热器68b的右侧且在它的后面。自动调温器69沿倾斜方向位于水泵67下方并且在其后面。并且，沿车身宽度方向呈扁平状的电池63被设置在每个车身盖42的内部且在下散热器68b的两侧。
稀释盒56设置在下管7的弯曲部7c之间，以便向下突出超过底部边缘部分7b的下端。短的排气管78从稀释盒56延伸，并且与车身左侧的下管7的底部边缘部分7b的前部连接。上述的排气管77来自底部边缘部分7b的后面。车身左侧的下管7构成活性气体的排放通道的一部分，因此，来自稀释盒56的排放气体经过短的排气管78、下管7的底部边缘部分7b以及排气管77，并且被释放到大气。
排水管81通过控制阀82从短的排气管78的中部分叉。排水管81沿着车身左侧的下管7的底部边缘部分7b向后延伸。例如，控制阀82通常被关闭以关闭排水管81的水通道，并且仅允许排放气体经过。然而，在预定的时间，它打开并持续给定的时间段，并允许排放气体经过它，同时允许积累在稀释盒56中的水通过排水管81从车辆排出。
参考图5，当从侧面看时，电动机驱动器64几乎为方形。电动机驱动器64通过冷却板65沿车身宽度方向连接到后摆动臂21的左臂体23的外侧。用于从燃料电池51和电池63提供电力的高压线64a连接至电动机驱动器64的前端。构成冷却水通道66的供水管65a和水管65b分别与冷却板65的前端的底部和顶部连接。
三相高压线64b来自电动机驱动器64的后端。高压线64b具有不同的相位，并且被连接至电动机驱动器64紧后面的电动机31的前端上的馈线接线柱。换言之，尽管从侧面看车身时部件不重叠，但是电动机驱动器64靠近电动机31。在图中，附图标记64c表示具有不同相位的高压线64b上的电流传感器，用于检测供至电动机31的电量；附图标记64d表示作为电动机驱动器64的一部分的电压平滑电容器。
作为后摆动臂21的一部分的臂盖21a连接至电动机单元20。臂盖21a覆盖并充分地保护后摆动臂21、电动机31以及电动机驱动器64、冷却板65、电压平滑电容器64d、高压线64a和64b、供水管65a、排水管65b、电流传感器64c等等。能够将环境空气引入并在内部循环的空气吸入端口和空气排放端口(未示出)设置在臂盖21a上。
如到目前为止所述的内容，在上述实施例中燃料电池驱动的车辆(摩托车1、1’)的吸气和排气系统部件的配置结构是这样，即提供燃料电池51，用于通过氢与氧之间的反应产生电力；诸如空气清洁器57等吸气系统部件，用于将通过吸气端口74吸入的空气供至燃料电池51；以及诸如排气管77等排气系统部件，用于通过排气端口76排出排放气体。并且，吸气系统部件和排气系统部件均位于燃料电池51的一侧，例如后侧。
根据该结构，吸气系统部件和排气系统部件彼此靠近，使得能够容易地将它们安装到车身上并且易于维护。并且能够将吸气和排气系统部件集成为模块。
在如上所述构造的燃料电池驱动的摩托车1、1’中，构成燃料电池系统的增压机构100的吸气管(共振器)73、空气清洁器57、增压器58、中间冷却器58a和增湿器59均位于后轮32上方。
当从车辆的右侧看时，空气清洁器57、增压器58、中间冷却器58a、增湿器59和燃料电池51紧凑地排列，并且从车辆的后部至前部以所述的顺序大致沿向着前部逐渐向下倾斜的虚线L顺序地设置。由于空气清洁器57、增压器58、中间冷却器58a和增湿器59排列成直线，因此燃料电池驱动的摩托车1、1’的后部在宽度上是窄的，在座位41的后座上的同骑者能够容易地坐在上面。增压器58、中间冷却器58a和增湿器59的重量大于吸气管(共振器)73和空气清洁器57的重量。由于这些较重的装置比较轻的装置(即吸气管(共振器)73和空气清洁器57)更靠近车身的中心，因此能够实现好的重量平衡，并且能够改进驱动性能。
空气清洁器57与增压器58之间的距离以及中间冷却器58a与增湿器59之间的距离非常短，连接这些装置的树脂入口管57b和89也较短。并且，增压器58和中间冷却器58a彼此邻近，能够被预定的凸缘直接连接。
在吸气和排气系统部件的上述配置结构中，由于吸气系统部件和排气系统部件位于燃料电池51的后面，并且尤其是吸气端口74在燃料电池51的后面，即在车身的后部，因此与吸气端口74在燃料电池51前部(即在车身的前部处)时相比，空气清洁器57更不容易吸入向前运行的车辆的排放气体。因此，优良环境空气(氧化剂气体)能够被供应至燃料电池51，空气清洁器57的维护频率不需要太频繁。
在吸气和排气系统部件的上述配置结构中，吸气系统部件和排气系统部件在后轮32的相对侧，后轮32在它们之间。这样，吸气端口74和排气端口76彼此间隔开预定的距离，来自排气端口76的排放气体再次进入吸气端口74中的可能性被最小化，优良的环境空气可被供至燃料电池51。
并且，在吸气和排气系统部件的上述配置结构中，由于吸气端口74位于后轮32上方，因此被后轮32粘着的诸如水或泥等杂质进入吸气端口74的可能性被最小化，并且空气清洁器57的维护频率不需要太频繁。
如上所述，用于连接增压机构100的构成装置的入口管57b和89较短，或者对于一些构成装置之间的连接，不需要连接管，使得重量减小、并节约空间。另外，由于空气流动路线短并且呈线性，因此空气流动阻力被减小，燃料电池系统的电力产生效率被提高。
由于空气清洁器57相对靠后地位于燃料电池驱动的摩托车1、1’中，因此来自在摩托车前运行的车辆的排放气体被座位41、框架4、机罩42等阻止，从而防止排放气体直接进入空气清洁器57。尤其是，由于吸气管74向后打开，因此它最低限度地吸入从前面来的排放气体。
另外，空气清洁器57和吸气管74位于后轮32上方，这种配置结构防止了来自后轮32的溅射物(泥等)进入它们。换言之，溅射的泥等趋于向后运行并且沿向后向上的方向，或者进入图13中交替的一长两短点划线所示的阴影线区域120中，从而避免与空气清洁器57和吸气管74接触。尤其是，吸气管74沿车身的长度方向位于车轮轴32a的前方，这样更有效地防止溅射的泥进入其中。
由于吸气管74位于吸气管(共振器)73上方，因此空气清洁器57的底部或者吸气管(共振器)73的底部可能被溅上来自后轮32的泥或类似物，但是这种溅射物不会进入吸气管74。当吸气管74位于空气清洁器57上方时，可以实现类似的效果。
当防泥盖122连接至后轮32时，可以进一步提高防止泥进入空气清洁器57和吸气管74的效果。
如上所述，由于摩托车1、1’被构造用来防止空气清洁器57和吸气管74从在前运行的车辆吸入排放气体或者被来自后轮32的泥或类似物溅射到，因此空气清洁器57的过滤器很少被阻塞，需要维护的频率低。
由于空气清洁器57位于车身的右侧，因此在机罩被去除的情况下，它能够容易地被可视地检查和触摸，这使得能够容易地实施诸如过滤器更换等维修。具体来说，容易将工具放到固定空气清洁器57的空气清洁壳体57a的螺栓57d上，从而消除对专用工具的需要。并且，实施维修工作的人能够在以自然姿势站立在车身旁，同时易于通过去除螺栓57d向下拉出空气清洁器壳体57a，并且连接或拆卸其中的过滤器。
由于燃料电池驱动的摩托车1、1’是小型的，不需要像公路运动型摩托车一样在驾驶者的腿之间具有燃料箱，因此对于驾驶者来说，能够舒适地坐在座位上，腿尽可能得靠近。因此，在燃料电池51与第二散热器68b之间的区域中，车身的宽度应该减小，其中所述区域对应着放脚的位置。在根据该实施例的燃料电池驱动的摩托车1、1’中，增压机构100位于车身的后部并且在右侧，因此，在放脚的区域中的车身宽度能够变窄。另外，由于放脚的区域具有足够的空间，因此除了增压机构100以外的装置，例如作为燃料电池51的冷却系统的构成部件的电子水泵67和自动调温器69可以以适当的方式被定位和取向。
本发明不限于上述实施例，可以以另外的方式被实施。例如，作为一个排气系统部件的稀释盒56可以在燃料电池51的后面，并且被包括在吸气和排气系统模块60中。类似地，吸气和排气系统部件的位置可以根据需要被改变。
根据上述实施例的构造只是一个例子，显然，本发明不仅可以应用于摩托车，而且可以应用于其他领域，并且在不偏离本发明的精神的情况下，以各种形式被实施。
尽管已经相对于所展示的有限个优选实施例描述了本发明，但是前述描述只是示例性的、不作为限制。本领域普通技术人员将可以发现，优选实施例的许多变更实施方式能够被做出，这些变更方式是可操作的。在权利要求的范围内的所有这些变更实施方式将包含在本发明的范围和精神内。
权利要求
1.一种燃料电池驱动的车辆，包括燃料电池，所述燃料电池通过氢气与氧气之间的反应产生电力；吸气系统部件，所述吸气系统部件具有吸气端口，并且将通过所述吸气端口吸入的空气供至所述燃料电池；以及排气系统部件，所述排气系统部件具有排气端口，并且通过所述排气端口从所述燃料电池排出排放气体，其中，所述吸气系统部件和所述排气系统部件均设置在所述燃料电池的相同一侧。
2.根据权利要求1所述的燃料电池驱动的车辆，其中，所述吸气系统部件和所述排气系统部件均位于所述燃料电池的后面。
3.根据权利要求1所述的燃料电池驱动的车辆，其中，所述车辆包括框架和多个支撑在框架上的轮子，以及其中，所述吸气系统部件和所述排气系统部件大致位于轮子的相对侧，所述轮子位于它们之间。
4.根据权利要求3所述的燃料电池驱动的车辆，其中，，其中，所述吸气端口位于所述轮子的上方。
5.一种燃料电池驱动的车辆，所述车辆通过活性气体和燃料电池中的燃料气体之间的反应而获得的电力被驱动，所述车辆包括燃料电池；空气清洁器，所述空气清洁器吸入环境空气并对其进行清洁；以及压缩机，所述压缩机压缩被所述空气清洁器所清洁的空气，以产生所述活性气体，并将所述活性气体供至所述燃料电池，其中，所述压缩机大致位于连接所述空气清洁器和所述燃料电池的直线上。
6.根据权利要求5所述的燃料电池驱动的车辆，其中，车辆还包括车身、框架和多个支撑在所述框架上的轮子；其中，所述燃料电池位于车身的中心部位，并且，所述空气清洁器位于所述多个轮子中的后轮的上方。
7.根据权利要求5所述的燃料电池驱动的车辆，其中，与所述空气清洁器连接的吸气管位于所述空气清洁器上方并且向后打开。
8.根据权利要求6所述的燃料电池驱动的车辆，其中，所述空气清洁器位于车身的侧部。
9.根据权利要求5所述的燃料电池驱动的车辆，还包括中间冷却器，所述中间冷却器用于冷却被所述压缩机压缩的活性气体；以及增湿器，所述增湿器用于交换将被供至所述燃料电池的未使用的活性气体与使用过的活性气体之间的水分，其中，所述空气清洁器、所述压缩机、所述中间冷却器、所述增湿器和所述燃料电池大致被排列成直线，并且以所述的次序顺序地被排列。
10.一种在燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统部件的配置结构，所述车辆包括燃料电池，所述燃料电池通过氢气与氧气之间的反应产生电力；吸气系统部件，所述吸气系统部件包括吸气端口，并且将通过所述吸气端口吸入的空气供至所述燃料电池；以及排气系统部件，所述排气系统部件包括排气端口，并且通过所述排气端口从所述燃料电池排出排放气体，其中，所述配置结构包括将所述吸气系统部件和所述排气系统部件设置在车辆上并位于所述燃料电池的后面。
11.根据权利要求10所述的在燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统的配置结构，其中，所述吸气系统部件和所述排气系统部件设置在轮子的相对侧，从而轮子位于它们之间。
12.根据权利要求11所述的在燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统的配置结构，其中，所述吸气端口位于所述轮子上方。
13.根据权利要求11所述的在燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统的配置结构，其中，所述吸入系统包括空气清洁器，并且，所述吸气端口位于所述轮子和所述空气清洁器的上方，使得空气清洁器介于轮子和吸气端口之间。
14.根据权利要求11所述的在燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统的配置结构，其中吸气系统还包括空气清洁器，所述空气清洁器吸入环境空气并对其进行清洁；以及压缩机，所述压缩机压缩被所述空气清洁器所清洁的空气，以产生所述活性气体，并将所述活性气体供至所述燃料电池，其中，所述压缩机大致位于连接所述空气清洁器和所述燃料电池的直线上。
15.根据权利要求14所述的在燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统的配置结构，还包括中间冷却器，所述中间冷却器冷却被所述压缩机压缩的活性气体；以及增湿器，所述增湿器交换将被供至所述燃料电池的活性气体与使用过的活性气体之间的水分，其中，所述空气清洁器、所述压缩机、所述中间冷却器、所述增湿器和所述燃料电池大致被排列成直线，并且以所述的次序顺序地被排列。
全文摘要
一种燃料电池驱动的车辆中的吸气和排气系统部件的配置结构，使得能够容易地将那些部件安装到车身上。所述配置结构还提高电力产生效率，并且便于维修。所述配置结构包括燃料电池；吸气系统部件，诸如空气清洁器、压缩机、中间冷却器和增湿器等；以及排气系统部件，包括通过排气端口排放来自燃料电池的排放气体的排气管，所述配置结构是这样的吸气系统部件和排气系统部件均位于燃料电池的一侧，例如在燃料电池的后面。空气清洁器、压缩机、中间冷却器、增湿器和燃料电池大致呈线性地排列，以减小空气流动阻力。空气清洁器与压缩机之间的管子以及中间冷却器与增湿器之间的管子较短。
文档编号B60L11/18GK1736760SQ20051008813
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年8月19日
发明者清水雅浩, 堀井义之, 渡边纯也 申请人:本田技研工业株式会社