专利名称：用于燃料电池车辆的一体成形的塑料排气系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于燃料电池车辆的成形塑料排气系统，并且尤其涉及包括整体模制的、用于支撑例如制动管线与燃料供给管线的各种车辆管线的捆夹的燃料电池车辆的成形塑料排气系统。
背景技术：
氢是非常引人关注的燃料，因为其清洁，并且可以用于在燃料电池中高效地产生电力。汽车工业花费了大量的人力物力来将氢燃料电池系统发展作为车辆动力源。这种车辆可以更加高效，并且产生比当今使用内燃发动机的车辆更少的排放。预期燃料电池车辆在汽车市场中受欢迎程度在不久的将来快速增长。质子交换膜燃料电池(PEMFC)为流行的车用燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极与阴极典型地，但并未总是包括精细划分的催化剂颗粒，通常为例如钼(Pt)的高活性催化剂，其通常支撑于碳颗粒上，并且与离子交联聚合物混合。催化剂混合物沉积于膜的相反侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物以及膜的组合限定出膜电极组件(MEA)。MEA加工相对较贵，并且需要用于有效操作的特定条件。通常将若干燃料电池组合在燃料电池堆中，以产生所需的电力。例如，用于车辆的典型的燃料电池堆可以具有两百或更多堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入气体，通常为通过压缩机强迫穿过电池堆的空气流。并不是所有的氧都被电池堆消耗，并且一些空气作为阴极排气输出，其可以包括作为电池堆副产物的水。燃料电池堆还接收流入电池堆阳极侧的阳极氢输入气体。在一种已知的燃料电池系统类型中，将氢气燃料通过一个或多个喷射器喷射入燃料电池堆的阳极侧中。喷射器基于控制喷射器的开启与关闭的脉宽调制(PWM)控制信号控制用于特定电池堆电流密度的喷射燃料的数量。通常，将燃料电池系统的氢气存储在包括一个或多个车辆上互相连接的压力容器的高压存储箱系统中，以为燃料电池堆提供必需的氢气。容器中的压力可以是700巴或更大。在一个已知的设计中，压力容器包括提供对氢气的气密密封的内塑料衬，以及提供容器的结构完整的外部碳纤维复合层。不像内燃发动机的排气，来自车辆上的燃料电池堆的排气为温暖的，但并不热，并且因此燃料电池车辆的排气系统并不需要由金属元件构造。因此，本领域提出使用塑料元件配置燃料电池车辆的排气系统，以降低车辆的重量，减少车辆成本等。进一步，因为燃料电池堆的排气是温暖的，因此排气管可以紧邻地安装到车辆底盘的底部，而不用担心损害车辆零部件或加热车辆的乘客舱，这与需要排气管线与车辆底部之间空间的内燃发动机相反。在2011年8月27日申请的，题为燃料电池车辆底部一体排气通道，序列号为13/214，777的美国专利申请中公开了燃料电池车辆的代表性塑料排气系统，其转让给了本申请的受让人，并且作为参考合并在此。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种燃料电池车辆的成形的塑料排气系统。在一个实施例中，排气系统包括整体模制的支撑车辆制动管线和/或燃料供给管线的捆夹。排气流动部分可以形成于用于特定车辆设计的任意合适的形状，包括平坦的矩形，其给排气系统赋予低型面。可以沿排气流动部分偶尔提供一体的捆夹，或者一体的捆夹可以延伸排气流动部分的整个长度。本发明还提供了如下方案:
方案1.一种用于车辆的排气系统，所述车辆包括产生排气的动力源，所述系统包括限定了通道的排气流动部分，来自所述动力源的所述排气行进穿过所述通道，所述排气系统为成形的单件塑料系统。方案2.根据方案I所述的排气系统，其特征在于，所述动力源为燃料电池堆，并且所述排气包括水蒸汽、空气与氢气。方案3.根据方案I所述的排气系统，进一步包括安装至所述排气流动部分一侧的至少一个捆夹，所述捆夹包括至少一个可操作以接受车辆管线的通道，其中，所述排气部分与所述捆夹作为所述单件塑料系统一部分而彼此一体形成。方案4.根据方案3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹为沿所述排气部分的一侧的长度间隔开的多个捆夹。方案5.根据方案3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹为细长的捆夹，其沿所述排气部分的一侧的大部分长度或整个长度延伸。方案6.根据方案3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个通道为多个通道，其中，所述通道的第一个接受燃料供给管线，并且所述通道的第二与第三个接受车辆制动管线。方案7.根据方案3所述的排气系统，进一步包括至少一个孔，其穿过所述至少一个捆夹延伸，并且可操作地接受用于将所述排气系统安装至所述车辆下侧的螺栓或螺钉。方案8.根据方案3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹包括安装至所述排气流动部分的相反侧壁的多个捆夹，并且这些捆夹都包括用于接受车辆管线的通道，所述多个捆夹一体形成为所述单件塑料系统的一部分。方案9.根据方案3所述的排气系统，进一步包括从所述排气流动部分的与所述至少一个捆夹相对的一侧延伸的凸缘，所述凸缘包括至少一个用于接受用于将所述排气系统安装至所述车辆的安装螺栓或螺钉的孔，所述凸缘作为所述单件塑料系统的一部分而一体形成。方案10.根据方案3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个通道为半球形通道，其可操作地以扣合接合支撑所述车辆管线。方案11.根据方案I所述的排气系统，其特征在于，所述排气流动部分为矩形排气流动部分，其具有相对平坦的轮廓，其中，所述排气流动部分的宽度大于所述排气流动部分的高度。方案12.—种用于车辆的排气系统，所述车辆包括产生排气的燃料电池堆，所述系统包括:
排气流动部分限定了通道，来自所述燃料电池堆的所述排气行进穿过所述通道，所述排气流动部分为矩形排气部分，其具有相对平坦的轮廓，其中，所述排气部分的宽度大于所述排气部分的高度；以及
安装至所述排气部分一侧的至少一个捆夹，所述捆夹包括接受燃料供给管线的第一半球形通道以及接受车辆制动管线的第二与第三半球形通道，所述排气系统为单件塑料系统，其中，所述排气部分与所述捆夹为所述单件的一部分。方案13.根据方案12所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹为沿所述排气部分的一侧的长度间隔开的多个捆夹。方案14.根据方案12所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹为细长的捆夹，其沿所述排气部分的一侧的大部分长度或整个长度延伸。方案15.根据方案12所述的排气系统，进一步包括至少一个孔，其穿过所述至少一个捆夹延伸，并且可操作地接受用于将所述排气系统安装至所述车辆下侧的螺栓或螺钉。方案16.根据方案12所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹包括安装至所述排气流动部分的相反侧壁的多个捆夹，并且它们都包括用于接受车辆管线的至少一个半球形通道，所述多个捆夹作为所述单件塑料系统的一部分而一体形成。方案17.根据方案12所述的排气系统，进一步包括从所述排气流动部分的与所述至少一个捆夹相对的一侧延伸的凸缘，所述凸缘包括至少一个用于接受用于将所述排气系统安装至所述车辆的安装螺栓或螺钉的孔，所述凸缘作为所述单件塑料系统的一部分而一体形成。方案18.—种用于车辆的排气系统，所述车辆包括产生排气的燃料电池堆，所述系统包括:
排气流动部分，其限定了通道，来自所述燃料电池堆的所述排气行进穿过所述通道，所述排气流动部分为矩形排气部分，其具有相对平坦的轮廓，其中，所述排气部分的宽度大于所述排气部分的高度；以及
安装至所述排气流动部分的一侧、并且彼此间隔开的多个捆夹，每个捆夹均包括接受燃料供给管线的第一半球形通道以及接受车辆制动管线的第二与第三半球形通道，每个捆夹还包括穿过所述捆夹延伸、并且可操作以接受用于将所述排气系统安装至所述车辆的下侧的螺栓或螺钉的孔，所述排气系统为单件塑料系统，其中，所述排气部分与所述捆夹为所述单件的一部分。方案19.根据方案18所述的排气系统，进一步包括安装至所述排气流动部分的相反侧壁的多个捆夹，这些多个捆夹的每一个均包括还接受车辆制动管线的第四与第五半球形通道，这些捆夹的每一个还包括穿过所述捆夹延伸、并且可操作以接受用于将所述排气系统安装至所述车辆的下侧的螺栓或螺钉的孔，并且这些多个捆夹作为所述单件塑料系统的一部分而一体形成。方案20.根据方案18所述的排气系统，进一步包括从所述排气流动部分的与所述多个捆夹相对的侧壁延伸的凸缘，所述凸缘包括至少一个用于接受用于将所述排气系统安装至所述车辆的下侧的安装螺栓或螺钉的孔，所述凸缘作为所述单件塑料系统的一部分而一体形成。结合附图，本发明的额外特征将从以下的说明与所附权利要求中变得明显。
图1为车辆的车辆底盘底部的示例，其示出了塑料车辆排气系统；
图2为塑料车辆排气系统的横截面视图，其示出了排气流动部分以及在排气部分两侧处的一体的捆夹；
图3为塑料车辆排气系统的破开的透视图，其包括排气流动部分以及在排气部分一侧处的一体的捆夹；以及
图4为塑料车辆排气系统的破开的透视图，其包括排气流动部分以及沿一侧延伸排气部分长度的一体的捆夹。
具体实施例方式对关于包括一体的捆夹的塑料车辆排气系统的本发明实施例的以下论述在本质上仅仅是示例的，并且决不旨在限制本发明或其应用或使用。例如，具体地描述了用于燃料电池车辆的本发明的塑料排气系统。然而，如本领域技术人员应该理解的是，塑料排气系统可以具有用于其他车辆或其他机器的应用。图1为示出车辆底盘12的燃料电池车辆10的底部视图。车辆10包括燃料电池堆14，其接收来自氢气存储罐系统16的氢气燃料。燃料电池堆14产生包括水蒸汽、液态水、空气、低水平的浪费氢气与其他微量元素的燃料电池堆排气。包括排气流管线20的排气系统18耦合至电池堆14，以将电池堆排气以本领域技术人员充分理解的方式引导至外界。如将在以下详细论述的，本发明提出了一种低型面的塑料排气系统，其可以用作排气系统18，并且其包括排气流动部分，以及用于固定制动管线和/或燃料电池供给管线，并且用于将排气系统安装至车辆底盘12的一体的紧固夹或捆夹。图2为塑料车辆排气系统30的横截面视图，其可以替代车辆10上的排气系统18。排气系统30为由任意合适的塑料制造技术，例如吹塑、喷射造型、挤压成型等形成的单个成形件塑料模制元件。排气系统30可以由适合于此处论述的目的的任意塑料制成，例如高密度聚乙烯。排气系统30包括形成通道34的排气流动部分32，包括空气、液态水、水蒸汽以及低水平的氢气的废气在从燃料电池堆14排放之后流动通过该通道34，以将排气引导至外界。在该非限制性实施例中，形成排气部分32，以使得通道34的形状为具有相反侧壁36与38、顶壁40以及底壁42的矩形，并且具有大致平坦轮廓。排气系统部分32的尺寸可以是适合于特定车辆，例如壁36与38之间的宽度在15-20cm范围之内，壁40与42之间的高度在大约5cm的任意尺寸。如图1中所示，排气系统30可以沿车辆底盘12的长度从燃料电池堆14延伸一定距离至将排气排放至外界的位置处。对于该实施例，排气系统30包括许多或一系列间隔开的作为排气部分32的侧壁36的一部分形成的一体的捆夹44，以及许多间隔开的作为排气不分32的侧壁38的一部分形成的一体的捆夹46。一体的捆夹44与46包括一系列通道，其接受也沿车辆底盘12延伸一定长度的各种管线。在该非限制性实施例中，将燃料供给管线50通过扣合接合安装在半球形通道52中，并且将制动管线54与56通过捆夹44中的扣合接合分别安装在半球形通道58与60中。同样地，将制动管线62与64通过捆夹46中的扣合接合安装在半球形通道66与68中。对于排气系统30的结构，捆夹44和46容纳前轮制动管线和后轮制动管线，但是对于大多数车辆设计，仅有后轮制动管线需要安装至排气系统。制动管线54、56、62与64通常由合适的金属，例如铝制成，并且燃料供给管线50通常由合适的塑料制成。捆夹44与46可以具有用于特定车辆应用的任意合适的宽度，例如6_10厘米。进一步，捆夹44与46的数量将根据排气系统30的长度而在不同的系统中发生改变，并且可以沿着流动部分32定位成彼此间隔25cm。而且，可以交错排布捆夹44与46，以使得他们之间不直接横过流动部分32。通过安装螺钉或螺栓将排气系统30安装至车辆底盘12的下侧，其例如可以穿过捆夹44中的孔70与捆夹46中的孔72延伸。将车辆底部元件74作为车辆底盘12的下侧上的任意合适的兀件的代表不出，排气系统30能够以合适的方式安装至该任意合适的兀件。进一步，通过将捆夹44与46与排气系统32形成一体，可以在将排气系统30安装至车辆底盘12之前，以快速与高效的加工与组装过程将制动管线58与60以及燃料供给管线50安装至一体的捆夹44与46。图3为用于燃料电池车辆的塑料车辆排气系统80的破开的透视图，与排气系统30相似，其中，相同的参考数字表示相同的元件。在该实施例中，燃料电池系统80的结构是这样的，前制动管线62与64不需要安装至排气系统80。因此，由一系列间隔开的突片82替代捆夹46，突片的每一个仅包括用于将系统80安装至车辆底盘12的孔72。在可替换的实施例中，替代沿排气流动部分32的长度偶尔提供周期性出现的捆夹，捆夹可以是延伸排气部分32的整个长度或至少局部长度的一个捆夹。在图4中通过塑料车辆排气系统90示出了该实施例，该塑料车辆排气系统90包括与排气流动部分32相似的排气流动部分92。在该实施例中，系统90包括一体形成至排气部分92的一侧的一体的捆夹94，该捆夹延伸排气部分92的长度，并且包括用于支撑后制动管线的半球形通道96与98以及用于制成燃料供给管线的更大的半球形通道100。沿捆夹94偶尔设置在通道98与100之间的孔102，以将燃料电池系统90安装至车辆底盘12的下侧。进一步，一体的凸缘104从排气系统92的相反侧壁延伸，并且包括用于接受螺栓，以进一步将系统90安装至车辆底盘12的底部的孔106。如果将排气系统90设计成同时支撑前后轮的制动管线，则凸缘104可由类似于排气系统30的实施例、但沿流动部分92的长度延伸的一体的捆夹替换。本发明涵盖成形塑料车辆排气系统的任何可取结构。排气系统可以具有或可以不具有一体的捆夹，其中，捆夹支撑任意管线、软管、管、导线等。上述实施例仅代表那些类型设计中的一些。例如，其他实施例可以是上述实施例的混合，其中，流动部分的一侧上的捆夹间隔开，而流动部分的另一侧上的捆夹或凸缘延伸流动部分的长度或部分长度。而且，流动部分可以具有用于特定车辆的任意形状，其中，平坦轮廓可以是优选的。进一步，捆夹不必须与排气系统一体形成，但这种结构是优选的。前述内容仅公开与描述了本发明的典型实施例。本领域技术人员将从这些论述与附图以及权利要求中认识到的是，在不脱离如以下权利要求所限定的本发明的精神与范围的情况下，可以在其中进行各种改变、修改与变型。
权利要求
1.一种用于车辆的排气系统，所述车辆包括产生排气的动力源，所述系统包括限定了通道的排气流动部分，来自所述动力源的所述排气行进穿过所述通道，所述排气系统为成形的单件塑料系统。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述动力源为燃料电池堆，并且所述排气包括水蒸汽、空气与氢气。
3.根据权利要求1所述的排气系统，进一步包括安装至所述排气流动部分一侧的至少一个捆夹，所述捆夹包括至少一个可操作以接受车辆管线的通道，其中，所述排气部分与所述捆夹作为所述单件塑料系统一部分而彼此一体形成。
4.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹为沿所述排气部分的一侧的长度间隔开的多个捆夹。
5.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹为细长的捆夹，其沿所述排气部分的一侧的大部分长度或整个长度延伸。
6.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个通道为多个通道，其中，所述通道的第一个接受燃料供给管线，并且所述通道的第二与第三个接受车辆制动管线。
7.根据权利要求3所述的排气系统，进一步包括至少一个孔，其穿过所述至少一个捆夹延伸，并且可操作地接受用于将所述排气系统安装至所述车辆下侧的螺栓或螺钉。
8.根据权利要求3所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个捆夹包括安装至所述排气流动部分的相反侧壁的多个捆夹，并且这些捆夹都包括用于接受车辆管线的通道，所述多个捆夹一体形成为所述单件塑料系统的一部分。
9.一种用于车辆的排气系统，所述车辆包括产生排气的燃料电池堆，所述系统包括: 排气流动部分限定了通道，来自所述燃料电池堆的所述排气行进穿过所述通道，所述排气流动部分为矩形排气部分，其具有相对平坦的轮廓，其中，所述排气部分的宽度大于所述排气部分的高度；以及 安装至所述排气部分一侧的至少一个捆夹，所述捆夹包括接受燃料供给管线的第一半球形通道以及接受车辆制动管线的第二与第三半球形通道，所述排气系统为单件塑料系统，其中，所述排气部分与所述捆夹为所述单件的一部分。
10.一种用于车辆的排气系统，所述车辆包括产生排气的燃料电池堆，所述系统包括: 排气流动部分，其限定了通道，来自所述燃料电池堆的所述排气行进穿过所述通道，所述排气流动部分为矩形排气部分，其具有相对平坦的轮廓，其中，所述排气部分的宽度大于所述排气部分的高度；以及 安装至所述排气流动部分的一侧、并且彼此间隔开的多个捆夹，每个捆夹均包括接受燃料供给管线的第一半球形通道以及接受车辆制动管线的第二与第三半球形通道，每个捆夹还包括穿过所述捆夹延伸、并且可操作以接受用于将所述排气系统安装至所述车辆的下侧的螺栓或螺钉的孔，所述排气系统为单件塑料系统，其中，所述排气部分与所述捆夹为所述单件的一部分。
全文摘要
本发明涉及用于燃料电池车辆的一体成形的塑料排气系统。用于燃料电池车辆的成形的塑料排气系统。在一个实施例中，排气系统使用一体模制的捆夹，其支撑车辆制动管线和/或燃料供给管线。排气流部分可以形成于用于特定车辆设计的任意合适的形状，包括给排气系统赋予低型面的平坦矩形。可以沿排气流动部分偶尔提供一体的捆夹，或一体的捆夹可以延伸排气流动部分的整个长度。
文档编号B60K13/04GK103165926SQ20121052185
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月8日
发明者J.舒尔策 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司