车辆用的燃料电池装置制造方法
【专利摘要】本发明为车辆用的燃料电池装置。上盖板（7）包括设置在前围板（104）上方的管状外围壁（71），其上部（73）沿着前挡风玻璃（105）的下沿延伸，外围壁（71）的上部（73）形成有前连通孔（75）和后连通孔（76），用于大气和管状外围壁（71）的内部之间的空气连通，并且稀释器（6）包括与空气排出管（4）的内部连通的空气入口孔区（62）、与管状外围壁（71）的内部连通的空气出口孔区（63）以及稀释腔体（61），稀释腔体（61）被构造为引入从燃料电池堆（3）排出的燃料气体，用通过空气入口孔区（62）引入的空气稀释引入的燃料气体，并且通过空气出口孔区（63）排出稀释后的燃料气体。
【专利说明】车辆用的燃料电池装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆用的燃料电池装置，并且尤其涉及包括使用空气作为反应气体和冷却剂的燃料电池堆的车辆用的燃料电池装置。
【背景技术】
[0002]已有其上搭载有一组燃料电池堆作为电源的车辆，例如，电动车辆或者混合动力车辆。已经知道用于搭载燃料电池堆的结构，包括在后排乘客座椅下方的下盖板和地板面板之间的空间中设置有燃料电池堆的结构(参见日本特开2010-234992号公报)以及在发动机舱中设置有燃料电池堆的结构(参见日本特开2012-25294号公报)。
[0003]每个燃料电池堆被构造为一组一个或多个单元堆和构成该组单元堆的外壳的堆壳体的组合。每个单元堆包括多层燃料电池和整体地装有该燃料电池的燃料电池箱体。该燃料电池箱体具有:空气引入孔，其用于将空气引入到内部空气供应通道(有时称为阴极端通道)；空气导出孔，其用于将未使用的空气从与该空气供应通道连通的空气排放通道导出；燃料气体通道连接部件，其用于向内部燃料气体通道(有时称为阳极端通道)提供为氢气的燃料气体；以及清扫气体通道连接部件，其用于从与燃料气体通道连通的清扫气体通道排出包含氢气的清扫后气体(在此称为清扫气体)。
[0004]对于该燃料气体，填充在高压氢罐中的气态氢在减压阀处被减压到期望的压力，并且按照所需要的量提供给燃料气体管线连接部件。空气从车辆外部引入，通过热交换器和加湿器调节到高效发电所需的温度和湿度的组合，并且提供给空气引入孔。燃料电池具有它们的燃料电极和空气电极，这些电极通过在燃料电池箱体中形成的各个通道网络连接到相关的孔或通道连接部件。
[0005]在每个燃料电池堆，堆壳体具有“连通孔区”(在此有时简称为“孔区”)，该孔区在必要时与所述一个或多个单元堆的燃料电池箱体中形成的孔连通。
[0006]燃料电池中的发电反应在它们的燃料电极处产生副产品水，使得水蒸汽在传导燃料气体的通道中传播。在受到偶然堵塞时，一些通道可能具有凝结的水汽或水珠或者水团簇。
[0007]在这方面，燃料电池装置具有清扫燃料气体通道、冲出水和蒸汽的清扫功能，以防止堵塞，并且燃料电池装置适于与车辆行驶条件无关地进行这种清扫。当需要调节堆内部压力等的时候，即使在正常工作中，这种燃料电池装置也适于进行清扫。当在燃料电池堆进行清扫时，得到的清扫气体从设置在单元堆的燃料电池箱体处的清扫气体通道连接部件导出并且汇合在一起，以从设置在燃料电池堆的堆壳体处的清扫气体管线连接部件排出到相关的清扫气体管线。
[0008]这种清扫气体包含燃料气体(氢气)，并且被稀释以排放到大气中。在这方面，包含燃料气体(氢气)的清扫气体是可燃的，并且如果氢浓度超过4%体积百分比，则具有燃烧的趋势。此外，如果氢浓度超过18%体积百分比，则包含燃料气体(氢气)的清扫气体具有瞬间燃烧的趋势。因此，排放到大气的包含燃料气体(氢气)的清扫气体应当具有不超过4%体积百分比的氢浓度。
【发明内容】
[0009]在日本特开2010-234992号公报中公开的燃料电池堆搭载结构中，从燃料电池堆排放的燃料气体(氢气)趋向于滞留在地板面板下方的区域中，此处的自然通风空气流(有时简称为空气流)的流动趋势下降。因此该搭载结构使人担心在地板面板下方的燃料气体滞留会通过潜在的泄露进入乘客舱。
[0010]在日本特开2012-25294号公报中公开的燃料电池堆搭载结构中，从燃料电池堆排放的燃料气体(氢气)可能沿着某些通风路径流动，这使人担心其潜在地滞留在发动机舱中。
[0011]本发明是鉴于这些问题而设计的。因此，本发明的目的是提供一种车辆用的燃料电池装置，其允许从燃料电池堆排放的燃料气体(氢气)更完整地受到可靠的稀释。
[0012]为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种车辆用的燃料电池装置，所述燃料电池装置包括燃料电池堆，所述燃料电池堆设置在位于车辆前部并且利用前围板与乘客舱分开的发动机舱中，并且适于通过空气引入孔区引入空气以用作反应气体和冷却剂，并且通过与空气排出管的内部空间连通的空气排出孔区排出空气。所述车辆用的燃料电池装置包括上盖板构件和稀释器。所述上盖板构件包括:管状外围壁，其设置在所述前围板上方，上部沿着前挡风玻璃的下沿延伸；以及一组连通孔，其穿过所述管状外围壁的所述上部而形成，用于大气和所述管状外围壁的内部空间之间的空气连通。所述稀释器包括:与所述空气排出管的所述内部空间连通的空气入口孔区；与所述管状外围壁的所述内部空间连通的空气出口孔区；以及稀释腔体，其用于引入从所述燃料电池堆排出的燃料气体，用通过所述空气入口孔区引入的空气稀释引入的燃料气体，并且通过所述空气出口孔区排出稀释后的燃料气体。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是包括根据本发明第一实施方式的车辆用的燃料电池装置的车辆的前部的侧视图。
[0014]图2是该车辆前部的平面图。
[0015]图3是该燃料电池装置的主要部分的透视图。
[0016]图4是该燃料电池装置的主要部分的分解透视图。
[0017]图5是该燃料电池装置的主要部分的平面图。
[0018]图6是沿着图5的线V1-VI取得的截面图。
[0019]图7是该燃料电池装置的框图。
[0020]图8是根据本发明第二实施方式的车辆用的燃料电池装置的截面图。
【具体实施方式】
[0021]下面参照附图详细描述根据本发明各实施方式的车辆用的燃料电池装置(在此称为燃料电池装置)。
[0022]注意，附图是示例性的，包括与实际的差异，如尺寸或形状的大小或比例的差异。附图还可能包括例如尺寸或形状的比率或关系之间的差异。还要注意，为了便于描述，附图具有由作为图例的箭头定义的坐标系统，以识别车辆的前后方向、横向和竖向。
[0023](第一实施方式)
[0024]图1和图2分别以侧视图和平面图示出包括根据本发明第一实施方式的燃料电池装置I的车辆前部100F。燃料电池装置I设置在位于车辆100的前部100F处的发动机舱101中。发动机舱101由发动机罩102、侧面板103、前围板104和上盖板7从周围确定。发动机舱101利用前围板104与乘客舱106分开。除了燃料电池装置I以外，发动机舱101中还容纳有未示出的驱动电动机、逆变器和散热器等。
[0025]燃料电池装置I包括:吸气管2 对燃料电池堆3 ;两对空气排出管4，每对用于一个燃料电池堆3 ;排气扇5，每个排气扇5被分别设置为一个空气排出管4的排气扇；稀释器6;以及上盖板7。每个排气扇5设置在相关的空气排出管4的排出端口处。注意，稀释器6的内部与上盖板7的内部连通。
[0026](吸气管)
[0027]如图3中所示，吸气管2具有第一管部210、第二管部220和第三管部230。第一管部210具有外形基本为长方体形状的盒结构。第一管部210在车辆前后方向上的前侧包括前侧面板211。该面板211具有在竖向上分开的两个位置处形成的一对第一空气引入端口212。第一空气引入端口 212具有它们的挡板213。这些挡板213由从挡板驱动器213A传递来的转动驱动力驱动，以使它们转动来打开或关闭第一空气引入端口 212。此外，如图6中所示，第一管部210具有与该前侧面板211相对的并且形成有开口 214A的后侧面板214。
[0028]如图6中所示，第二管部220被构造为在与轴向垂直的截面中为矩形的管状体。第二管部220被装配到第一管部210的后侧面板214，使得其内部与后侧面板214中的开口214A的内部连通。此外，如图4中所示，第二管部220具有容纳在其中的矩形过滤器221。注意，第二管部220具有相对较短的大致与过滤器221的厚度相同的轴向长度。
[0029]如图4和图6中所示，第三管部230被构造为外形基本为梯形棱柱形状的空盒的形式。第三管部230具有位于车辆前后方向上的前侧的前侧面板231、分别位于车辆横向上相对两侧的一对横向侧面板232、一个上侧面板233以及一个下侧面板234。前侧面板231形成有上游开口 231A，并且第二管部220在其下游端装配到前侧面板231。
[0030]如图6中所示，第三管部230的车辆前后方向上的后部形成有一对上侧下游开口235和下侧下游开口 235。两个下游开口 235具有朝向基本相互垂直的孔区235A。在第三管部230的上侧下游开口 235处，其中心轴的向后延长线相对于车辆前后方向斜向上倾斜。在第三管部230的下侧下游开口 235处，其中心轴的向后延长线相对于车辆前后方向斜向下倾斜。
[0031]如图3和图5中所示，在每个横向侧面板232中形成有第二空气引入端口 232A。该第二空气引入端口 232A被形成为在车辆竖向上伸长的矩形形状。该第二空气引入端口232A被向后开口的罩构件232B从外侧覆盖，以从车辆前后方向上的后侧引入空气。也就是说，通过提供基本上在车辆前后方向上向后开口的罩构件232B来实现第二空气引入端口232A。此外，罩构件232B在其中容纳有挡板232C，以打开或关闭第二空气引入端口 232A。
[0032]如图6中所示，挡板232C可通过从挡板驱动器232D传递来的驱动力进行开-关操作。挡板驱动器232D固定在相关的横向侧面板232的内壁上。挡板232C适于在大气温度低于规定温度(作为允许燃料电池堆3在需要时工作的温度范围的下限温度)时打开，以将暖空气从发动机舱101内引入到第三管部230。注意,本实施方式米用固定在一对横向侧面板232上的一对可单独控制的挡板驱动器232D来驱动设置在一对第二空气引入端口232A处的一对挡板232C。可以改为采用安装在任一横向侧面板232上的共同挡板驱动器232D来驱动该对挡板232C。
[0033](燃料电池堆)
[0034]燃料电池堆3具有包括堆叠的(即，多层)燃料电池的配置。每个燃料电池包括电解质膜、燃料(氢)电极、空气(氧)电极和分离器。更具体来说，每个燃料电池堆3被构造为一组一个或多个单元堆3U (参见图7)和构成该组单元堆的外壳的堆壳体3C (参见图3、图
4、图5和图6)的组合。如图7中所示，每个单元堆3U包括多层燃料电池FC和整体地装有燃料电池FC的燃料电池箱体3E。在每个单元堆3U，燃料电池箱体3E具有:空气引入孔3E1，其用于将空气引入到内部空气供应通道311 ;空气导出孔3E2，其用于从与空气供应通道311连通的空气排出通道321导出未使用的空气；燃料气体通道连接部件3E3，其用于将为氢气的燃料气体引入到内部燃料气体通道351 ;以及清扫气体通道连接部件3E4，其用于从与燃料气体通道351连通的清扫气体通道361导出包含氢气的清扫气体。
[0035]如图3和图4中所示，在每个燃料电池堆3，堆壳体3C具有在车辆横向上伸长的矩形平行六面体形状的外形。如图6中所示，在每个燃料电池堆3，堆壳体3C具有:空气引入孔区31，其构成该矩形平行六面体形状的在车辆前后方向上彼此平行相对的两侧中的前侧；以及空气排出孔区32，其构成上述两侧中的后侧。每个燃料电池堆3通过堆壳体3C的空气引入孔区31引入空气，以用作每个单元堆3U中的反应气体和冷却剂。
[0036]如图6中所示，在每个燃料电池堆3处，堆壳体3C具有设置在空气引入孔区31前方并且形成为矩形短管形状的过滤器保持器33。过滤器保持器33中容纳有矩形扁平状过滤器34。在每个燃料电池堆3，堆壳体3C在空气引入孔区31的端部连接到第三管部230的相关下游开口 235，使得它们的内部空间相互连通。
[0037]在每个燃料电池堆3，空气穿过过滤器34，并且穿过空气引入孔区31进入堆壳体3C，在此进入的空气被引入到每个单元堆3U。如图7中所示，在每个单元堆3U，从燃料电池箱体3E的空气引入孔3E1引入的空气沿着内部空气供应通道311传导，同时冷却单元堆3U中的相关区域从而被加热，并且分布到单元堆3U中的燃料电池FC的空气电极AE，在此该空气被用于反应以产生电力。未使用的空气沿着与空气供应通道311连通的空气排出通道321传导，并且通过燃料电池箱体3E的空气导出孔3E2导出到单元堆3U的外部，以作为温度升高的空气穿过堆壳体3C的空气排出孔区32排放到燃料电池堆3的外部。
[0038]如图6中所示，在每个燃料电池堆3，堆壳体3C具有连接到供应用的燃料气体管线51的下游端的燃料气体管线连接部件35。燃料气体管线51用于将受控压力下的燃料气体提供给燃料气体管线连接部件35。当被提供到燃料气体管线连接部件35时，该燃料气体被引入到每个单元堆3U。如图7中所示，在每个单元堆3U，从燃料电池箱体3E的燃料气体通道连接部件3E3引入的燃料气体沿着内部燃料气体通道351传导，并且分布到单元堆3U中的燃料电池FC的燃料电极FE，在此它被消耗用于反应以产生电力。由于这些反应产生副产品水，所以燃料电池装置I在必要时运行来打开清扫阀10，以利用气体压力清扫燃料气体通道351。然后，燃料气体(氢气)、水汽等的混合物作为清扫气体沿着与燃料气体通道351连通的清扫气体通道361被冲出，并且穿过燃料电池箱体3E的清扫气体通道连接部件3E4导出到单元堆3U的外部，从而穿过堆壳体3C的清扫气体管线连接部件36排出到燃料电池堆3的外部，进入相关的清扫气体管线52。
[0039]如图2和图5中所示，在每个燃料电池堆3的后侧上，在车辆横向上彼此相邻的位置处固定有成对的空气排出管4。如图3和图4中所示，每个空气排出管4被形成为矩形截锥状的管状，底侧构成管4的上游端，顶侧构成管4的下游端。该上游端开口，同时如图2和图5中所示，该下游端关闭而留下中心孔作为开口的空气排出端口 42。如图6中所示，在每个燃料电池堆3，堆壳体3C在下游端即空气排出孔区32的端部连接到相关空气排出管4的上游端，它们的内部空间相互连通。在每个空气排出管4，该下游端通过设置圆形管状风扇罩41而定向延伸，使得风扇罩41的下游端用于构成空气排出管4的实质空气排出端口。如图2和图5中所示，每个风扇罩41具有安装在其中的排气扇5。
[0040](稀释器)
[0041 ] 如图2和图5中所示，稀释器6包括管状构件6T，其被形成为长方体盒形状，即，空心矩形体。如图6中所示，稀释器6具有包括管状构件6T的壁部分的长方体状的稀释腔体61。稀释器6具有构成管状构件6T的车辆前后方向上的前侧的空气入口孔区62以及构成管状构件6T的车辆前后方向上的后侧的空气出口孔区63。空气入口孔区62被配置为面对相关的排气扇5的风扇罩41的下游端,该排气扇将空气吹入稀释腔体61中。
[0042]如图6中所示，稀释器6具有设置在稀释腔体61的横向两侧的两个清扫气体管线连接部件64，两个清扫气体管线52的下游端分别连接到这两个清扫气体管线连接部64。这两个清扫气体管线52的上游端分别连接到设置在该对燃料电池堆3的堆箱体3C处的清扫气体管线连接部件36。在稀释器6，稀释腔体61具有包含从两个清扫气体管线52吹出的氢的清扫气体和由相关的排气扇5从特定的空气排出管4吹入的空气。因此，在稀释腔体61，流入的气体连同其中包含的氢气被稀释。
[0043]在燃料电池装置I中，稀释器6可以与车辆行驶条件无关地在进行清扫时投入使用以冲出凝结的水汽或水珠或进水，从而防止一个或多个燃料电池堆3中燃料气体通道(有时称为阳极端通道)的堵塞。稀释器6具有由相关的排气扇5从特定的空气排出管4吹入到稀释腔体61中的空气，以稀释包含燃料气体(氢气)的清扫气体。在这方面，稀释器6的空气入口孔区62不需要面对特定燃料电池堆3的堆壳体3C上在车辆横向上成对排列的全部两个排气扇5。因此，如图2和图5中所示，稀释器6的空气入口孔区62被设置为只面对该成对的排气扇5中的一个。在本实施方式中，如图2中所示，在特定的燃料电池堆3的堆壳体3C上在车辆横向上成对排列的排气扇5当中，较靠近车辆前部100F的车辆横向上的中心位置的排气扇5被选择作为稀释器6的空气入口孔区62面对的排气扇。
[0044]如图6中所示，上盖板7是设置在前围板104上方的包括管状外围壁71的组合构件，其上部沿着前挡风玻璃105的下沿延伸。管状外围壁71包括构成其下部的排水槽状的底部构件72和组装在该底部构件72上、构成上面提到的上部的顶部构件73。管状外围壁71的上部和下部共同确定外围壁71的内部空间74。包括底部构件72的外围壁71的下部具有平坦的底部区域72A，该底部区域72A的前部在车辆前后方向上从前围板104的正上方(即，从前围板104的上沿位置)向前延伸。底部构件72具有在其中形成的底部孔72B，用于外围壁71的内部空间74和稀释器6的稀释腔体61之间的空气连通。包括顶部构件73的外围壁71的上部在其顶部具有穿过其形成的一组连通孔，包括前连通孔75和后连通孔76，用于大气和外围壁71的内部空间74之间的空气连通。前连通孔75在车辆前后方向上在后连通孔76的前方与后连通孔76间隔开。前连通孔75被构造为使得在外围壁71的内部空间74中进一步用空气稀释的包含燃料气体(氢气)的清扫气体排放到大气。如图6中所示，后连通孔76被构造为使自然通风的空气流(由箭头图例F7表示)在与前挡风玻璃105冲撞之后进入外围壁71的内部空间74。注意，术语“自然通风空气流”是指大气中的空气在车辆周围的流动，而与车辆是否正在行驶无关。
[0045]另外，在一个方面，所述车辆用的燃料电池装置I包括燃料电池堆3，该燃料电池堆3设置在位于车辆前部100F并且利用前围板104与乘客舱106分开的发动机舱101中，并且适于通过空气引入孔区31引入空气以用作反应气体和冷却剂，并且通过与空气排出管4的内部空间连通的空气排出孔区32排出空气。该燃料电池装置I包括上盖板构件7和稀释器6。上盖板构件7包括:管状外围壁71，其设置在所述前围板104上方，上部73沿着前挡风玻璃105的下沿延伸；以及一组连通孔75和76，其穿过管状外围壁71的上部73而形成，用于大气和管状外围壁71的内部空间74之间的空气连通。并且稀释器6包括:与空气排出管4的内部空间连通的空气入口孔区62 ;与管状外围壁71的内部空间74连通的空气出口孔区63 ;以及稀释腔体61，其被构造为弓I入从燃料电池堆3排出的燃料气体，用通过空气入口孔区62引入的空气稀释引入的燃料气体，并且通过空气出口孔区63排出稀释后的燃料气体。
[0046]稀释器6可以改为包括:用于引入从空气排出管4的排出端口排出的空气的空气入口孔区62 ;用于将空气放出的空气出口孔区63 ;和用于引入从燃料电池堆3排出的燃料气体并且将空气与燃料气体混合以用于稀释的(稀释腔体61中的)稀释空间，该稀释空间通过空气出口孔区63与上盖板构件7的管状外围壁71的内部空间74连通。
[0047]在另一个方面，燃料电池装置I包括:被构造为收集从燃料电池堆3排出的燃料气体的燃料气体收集器；和被构造为将该燃料气体收集器收集的燃料气体引入到稀释器6的稀释腔体61中的燃料气体引入器。
[0048]在另一个方面，该燃料气体收集器包括连接到燃料电池堆3的清扫气体管线52，并且该燃料气体引入器包括设置在清扫气体管线52和稀释器6的稀释腔体61之间的管线连接部件64。
[0049]如图6中所示，在车辆100的侧视图中，燃料电池装置I具有第一基准线A和第二基准线B的组合，该第一基准线A是连接稀释器6的空气入口孔区62的中心和空气出口孔区63的中心的中心线，该第二基准线B是连接稀释腔体61的几何中点C和前连通孔75的车辆前后方向上的中心位置的中心线，使得第一基准线A相对于包括车辆前后方向水平线的车辆水平面H倾斜第一角度Θ 1，第二基准线B相对于车辆水平面H倾斜第二角度Θ2，其中Θ1小于Θ2，并且后连通孔76位于第一基准线A和第二基准线B之间的角度范围内。
[0050]后连通孔76形成在构成管状外围壁71的上部的顶部构件73的竖直平面部件77中。因此，后连通孔76具有与前挡风玻璃105的下沿相对的开口。顶部构件73在与后连通孔76相对的位置处形成有平面引导部件78。平面引导部件78在车辆前后方向上在后连通孔76前方与后连通孔76间隔开。平面引导部件78被构造为将从后连通孔76引入的空气气流引向稀释器6的空气出口孔区63。[0051]图7以框图示出并且部分以燃料电池堆3的典型截面图示出燃料电池装置I中空气和氢的流动。如图7中所示，每个燃料电池堆3被提供包含氢(气)的处理后的燃料气体和包含氧(气)的处理后的空气，并且当被清扫时排出清扫气体和未使用的空气。对于燃料气体供应，存储在氢罐8中的高压压缩氢气在减压阀9处被减压，经由燃料气体管线51传导到堆壳体3C的燃料气体管线连接部件35。当通过打开清扫阀10清扫燃料电池堆3时，清扫气体从堆壳体3C的清扫气体管线连接部件36排出到清扫气体管线52。对于向燃料电池堆3的空气供应，大气中的空气通过过滤器221和34被吸入，并且被引入到堆壳体3C的空气引入孔区31，未使用的空气从堆壳体3C的空气排出孔区32导出，并且通过排气扇5排出。清扫气体被收集在稀释器6中，清扫气体在此被排气扇5送来的空气稀释。
[0052]在稀释器6中，清扫气体被稀释到氢可燃浓度的下限以下，从而被释放到外部。
[0053](燃料电池装置的作用和效果)
[0054]下面描述根据本实施方式的燃料电池装置I的作用和效果。当燃料电池装置I启动时，氢气和空气被引入到燃料电池装置I中的燃料电池堆3。更具体来说，如图7中所示，存储在氢罐8中的高压压缩氢气在减压阀9处被减压，并且被作为燃料气体引导到每个燃料电池堆3的燃料气体管线连接部件35。另一方面，大气中的空气通过过滤器221被吸入到吸气管2中，并且被引入到每个燃料电池堆3的空气引入孔区31。注意，在这种燃料电池堆3中，所提供的空气不只用于反应以产生电力，而且还起到用于冷却燃料电池堆3的冷却剂的作用。未使用的空气从每个燃料电池堆3的空气排出孔区32排出。然后，如图6中所示，专用的排气扇5用于迫使空气气流F5进入稀释器6的空气入口孔区62。
[0055]当打开任意燃料电池堆3的清扫阀10时，清扫气体管线连接部件36排出包含燃料气体(氢气)的清扫气体，该清扫气体通过相关清扫气体管线52传导，并且通过稀释器6的相关清扫气体管线连接部件64引入到稀释腔体61。在稀释腔体61中，包含燃料气体(氢气)的清扫气体与从专用的排气扇5送来的空气流F5混合并且被稀释。然后，稀释腔体61中的空气和被稀释的清扫气体的气体混合物冲过稀释器6的空气出口孔区63进入到上盖板的管状外围壁71的内部空间74中。因此，管状外围壁71的内部空间74中具有引入的气体混合物，该气体混合物通过顶部构件73的前连通孔75释放到外部(进入大气)。
[0056]如图6中所示，当车辆正在行驶时，由于自然通风空气流Fl的作用，上盖板外围壁71的内部空间74具有负压。在此情况下，自然通风空气流Fl在与前挡风玻璃105冲撞之后，具有通过后连通孔76流入内部空间74的趋势。然后，(来自稀释器6并且已经在稀释器6处被稀释过的)清扫气体进入上盖板的外围壁71的内部空间74，并且另外与通过后连通孔76流入的空气流F7和F8混合并且被稀释。因此，当释放到车辆外部时，得到的混合物被从特定的燃料电池堆3排出的空气稀释到远低于4%体积比的目标氢浓度的氢浓度。换句话说，包含燃料气体(氢气)的清扫气体在被释放到大气(由发动机罩102和上盖板外围壁71的顶部构件73之间确定的空间区域)之前，通过使用从燃料电池装置I内部排出的空气的混合稀释和利用自然通风空气流的附加混合稀释的结合被处理。
[0057]包含燃料气体(氢气)的清扫气体在被释放到由发动机罩102和前盖板外围壁71的顶部构件73包围的空间区域时，被很好地稀释，从而自由地通过发动机罩102和顶部构件73之间的间隙逸出。因此，根据本实施方式，即使当通过燃料电池堆3的清扫气体管线52排出燃料气体(氢气)时，也能确保燃料电池装置I排出气体的安全性。因此，燃料电池装置I可以利用来自排气扇5的空气和自然通风空气流，逐步稀释包含燃料气体(氢气)的清扫气体，而不需要大容量的稀释器，因此可以通过降低稀释器6的尺寸来减轻车辆重量。
[0058]根据本实施方式，沿着前挡风玻璃105的下沿形成后连通孔76，从而自然通风空气流在与前挡风玻璃105冲撞之后加大了通过后连通孔76流入上盖板外围壁71的内部空间74的趋势。结果，包含燃料气体(氢气)的清扫气体可以与用于稀释的空气迅速混合。此夕卜，在本实施方式中，前连通孔75设置在使引入到上盖板外围壁71的内部空间74的包括空气和燃料气体(氢气)的气体混合物流到外部的趋势增加的位置处。也就是说，前连通孔75设置在车辆前后方向上在后连通孔76前方与后连通孔76间隔开的位置处，当车辆正在行驶时，自然通风的空气流在与前挡风玻璃105冲撞之后会在此处迅速流入后连通孔76。因此，当车辆正在行驶时，与用于稀释的空气混合的包含燃料气体(氢气)的清扫气体还被排气扇5吹出的空气流和通过后连通孔76进入的自然通风空气流向前推动，从而通过前连通孔75以平滑的方式流出到大气中。因此，燃料电池装置I适于以被可靠地稀释的状态平滑地排出包含燃料气体(氢气)的清扫气体，从而可以可靠地提高安全性。
[0059]根据本实施方式，在车辆100的侧视图中，燃料电池装置I具有第一角度Θ I和第二角度Θ2的组合，该第一角度Θ I由作为连接稀释器6的空气入口孔区62的中心和空气出口孔区63的中心的中心线的第一基准线A相对于包括车辆前后方向水平线的车辆水平面H形成，第二角度Θ 2由作为连接稀释腔体61的几何中点C和前连通孔75的车辆前后方向上的中心位置的中心线的第二基准线B相对于车辆水平面H形成，使得第一角度Θ I小于第二角度Θ2。第一角度Θ I对应于稀释腔体61的空气出口孔区63的法线方向，第二角度Θ 2对应于从稀释腔体61的几何中点C向上观看前连通孔75的中心位置时的仰角。换句话说，稀释腔体61以面对相对于前连通孔75的中心位置在车辆前后方向上向后的空间位置的姿态倾斜。因此，上述姿态的稀释腔体61被构造为确保从稀释器6排出的包含燃料气体(氢气)的清扫气体与通过后连通孔76进入的自然通风空气流之间的冲撞。因此，燃料电池装置I适于以直接方式将安全稀释的包含燃料气体(氢气)的清扫气体释放到大气中。
[0060]根据本实施方式，上盖板外围壁71的顶部构件73设置有平面引导部件78，平面引导部件78设置在使得将通过后连通孔76进入的空气流引向稀释器6的空气出口孔区63的位置处。因此，平面引导部件78可以用于引导通过后连通孔76进入的自然通风空气流，以使它们直接流向稀释器6，从而自然通风空气流和与第一基准线A基本平行地从稀释器6排出的包含燃料气体(氢气)的清扫气体流成功冲撞。这有助于在上盖板外围壁71的内部空间74中提供与包含燃料气体(氢气)的清扫气体的混合趋势增加的空气流，因此使得含有包含燃料气体(氢气)的清扫气体被可靠地稀释。
[0061](需要加热的情况)
[0062]在规定的低温环境下，操作挡板驱动器213A以关闭第一空气引入端口 212处的挡板213。在操作挡板驱动器213A的同时，操作挡板驱动器232D以驱动挡板232C打开第二空气引入端口 232A。在此，所述规定的低温环境是指外部空气温度低于燃料电池堆3工作所需的适当温度范围的下限的情况。
[0063]在此情况下，所有排气扇5都被驱动以进行转动。因此，随着燃料电池装置I的启动，在每个风扇罩41处，热空气被吹出空气排出端口 42。然后，如图3中所示，热空气流Fll经由第二空气引入端口 232A流入吸气管2。因此，进入吸气管2的热空气经由每个燃料电池堆3的空气引入孔区31引入到燃料电池堆3中的单元堆3U，在此被用于反应以产生电力，并且提早加热单元堆3U。因此，即使在需要加热的情况下，包含燃料气体(氢气)的清扫气体也能够可靠地与用于稀释的空气混合。此外，在本实施方式中，稀释器6的空气入口孔区62被设置为面对特定的空气排出管4，有助于使通过其它空气排出管的热空气滞留在发动机舱101中用于加热。
[0064](不需要加热的情况)
[0065]在不需要加热燃料电池堆3的情况下，即，当外部空气温度处于燃料电池堆3工作所需的适当温度范围内时，挡板驱动器232D可用于驱动挡板232C以关闭第二空气引入端口 232A。由于在空气排出管4的空气排出端口 42附近的第二空气引入端口 232A被关闭，来自空气排出端口 42的热空气流不会进入吸气管2。在此情况下，第一空气引入端口 212处的挡板213是开口的。注意，第二空气引入端口 232A的罩232B是在车辆前后方向上向后开口的，从而在吸气管2周围的自然通风空气流冲入它们的趋势降低。
[0066]在上面提到的第一管部210处的挡板213开口的情况下，排气扇5施加强于第一管部210内部的吸气压力(负压)，从而如图6中所示，对着第一管部210的自然通风空气流Fl以及第一管部210周围的外界空气经由第一管部210的成对的第一空气引入端口 212被吸入。这些空气流在第二管部220处汇合，构成空气流F2，并且在第三管部230处分开，成为被分别引入到燃料电池堆3的空气流F3和F4。然后，空气在每个燃料电池堆3中传导，并且被加热后流出，流出的空气经由相关的空气排出管4排出。在特定的空气排出管4排出的空气流入稀释器6。因此，即使在不需要加热的情况下，包含燃料气体(氢气)的清扫气体也能够确保与用于稀释的空气混合。
[0067](第二实施方式)
[0068]图8以侧视图示出根据本发明第二实施方式的燃料电池装置I。在图8中，与第一实施方式相同的第二实施方式的构成元件用相同的附图标记来表示，并且省略冗余的说明。在本实施方式中，上盖板外围壁71的顶部构件73具有平面引导部件78A。顶部构件73的该部件78A在车辆前后方向上倾斜为使得当下端延长时，正面侧78B的虚拟延长面包括稀释器6的稀释腔体61的几何中点C，从而正面侧78B成为确定前连通孔75的车辆前后方向上的后侧的车辆前后方向前引导侧。从而平面引导部件78A适于将经由后连通孔76进入的自然通风空气流引导到上盖板外围壁71的内部空间74中，确保使该空气流与已经在稀释腔室61中稀释了的包含燃料气体(氢气)的清扫气体流冲撞。因此，根据本实施方式，可以进一步确保包含燃料气体(氢气)的清扫气体与用于稀释的空气混合。
[0069](其他实施方式)
[0070]已经描述了包括讨论和构成本公开的一部分的附图的本发明的实施方式，所述实施方式应被理解为示例性的，而不是对本发明的限制。通过本公开，可以有对技术人员来说显而易见的各种替换实施方式、例子和应用技术。
[0071]例如，所描述的实施方式具有包括安装在第三管部230上的上和下一对燃料电池堆3的配置。然而，也可以采用包括一个燃料电池堆3的结构，因为这种结构也是适用的。本发明适用于实质上包括燃料电池堆3、空气排出管4、排气扇5、稀释器6、上盖板7和清扫气体管线52的任何配置。此外，所描述的实施方式包括吸气管2和排出管4，其结构也不是对本发明的限制。此外，所描述的实施方式具有包括安装在燃料电池堆3的下游的排气扇 5的配置，该配置可以用包括安装在燃料电池堆3的上游的排气扇5的配置替换。
【权利要求】
1.一种车辆用的燃料电池装置，所述燃料电池装置包括燃料电池堆，所述燃料电池堆设置在位于车辆前部并且利用前围板与乘客舱分开的发动机舱中，并且适于通过空气引入孔区引入空气以用作反应气体和冷却剂，并且通过与空气排出管的内部空间连通的空气排出孔区排出空气，所述燃料电池装置包括: 上盖板构件，其包括:管状外围壁，其设置在所述前围板上方，上部沿着前挡风玻璃的下沿延伸；以及一组连通孔，其穿过所述管状外围壁的所述上部而形成，用于大气和所述管状外围壁的内部空间之间的空气连通；以及 稀释器，其包括:与所述空气排出管的所述内部空间连通的空气入口孔区；与所述管状外围壁的所述内部空间连通的空气出口孔区；以及稀释腔体，其用于引入从所述燃料电池堆排出的燃料气体，用通过所述空气入口孔区引入的空气稀释引入的燃料气体，并且通过所述空气出口孔区排出稀释后的燃料气体。
2.根据权利要求1所述的车辆用的燃料电池装置，其中该组连通孔包括: 后连通孔，其用于使自然通风空气流在与所述前挡风玻璃冲撞之后进入所述管状外围壁的内部空间；以及 前连通孔，其在车辆前后方向上在所述后连通孔前方与所述后连通孔间隔开，并且用于使得用空气进一步稀释的燃料气体放出到大气。
3.根据权利要求2所述的车辆用的燃料电池装置，在车辆侧视图中包括第一基准线和第二基准线的组合，所述第一基准线是连接所述稀释器的所述空气入口孔区的中心和所述空气出口孔区的中心的线，所述第二基准线是连接所述稀释腔体的几何中点和所述前连通孔的车辆前后方向上的中心位置的线，所述第一基准线相对于车辆水平面倾斜的角度小于所述第二基准线相对于所述车辆水平面倾斜的角度。
4.根据权利要求2所述的车辆用的燃料电池装置，包括平面引导部件，所述平面引导部件设置在面对所述管状外围壁的所述后连通孔的位置处，并且用于将从所述后连通孔引入的空气引向所述稀释器的所述空气出口孔区。
5.根据权利要求1所述的车辆用的燃料电池装置，包括: 燃料气体收集器，其用于收集从所述燃料电池堆排出的燃料气体；以及 燃料气体引入器，其用于将由所述燃料气体收集器收集的燃料气体引入到所述稀释器的所述稀释腔体中。
6.根据权利要求5所述的车辆用的燃料电池装置，其中所述燃料气体收集器包括连接到所述燃料电池堆的清扫气体管线，并且所述燃料气体引入器包括设置在所述清扫气体管线和所述稀释器的所述稀释腔体之间的管线连接部件。
7.根据权利要求1所述的车辆用的燃料电池装置，其中所述稀释器的所述空气入口孔区面对所述空气排出管的排出端口。
8.根据权利要求7所述的车辆用的燃料电池装置，包括设置在所述空气排出管的所述排出端口处的排气扇。
9.根据权利要求1所述的车辆用的燃料电池装置， 其中 所述上盖板构件的所述管状外围壁包括下部，所述下部与所述管状外围壁的所述上部一起确定所述管状外围壁的内部空间，并且 所述管状外围壁的内部空间和所述稀释器的所述稀释腔体通过在所述管状外围壁的所述下部中形成的孔相互连通。
10.根据权利要求9所述的车辆用的燃料电池装置，其中所述管状外围壁的所述下部具有从所述前围板的上沿向`车辆前后方向上的前方延伸的平面底部区域。
【文档编号】B60R16/04GK103515670SQ201310215029
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】小林健二, 松本史郎 申请人:铃木株式会社