專利名稱：用于燃料電池車輛的底部集成排氣路徑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，更具體地涉及一種燃料電池排氣路徑以及燃料電池的部件。
背景技術(shù)：
氫是一種非常有吸引力的燃料，因?yàn)闅涫乔鍧嵉牟⑶铱捎糜谠谌剂想姵刂杏行У禺a(chǎn)生電。汽車行業(yè)在氫燃料電池作為車輛動(dòng)力源的研究方面花費(fèi)了大量資源。這些車輛將更高效并且將比現(xiàn)今采用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛產(chǎn)生更少的排放。
質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池采用固體聚合物在通常使用的燃料電池中作為電解質(zhì)膜。在這種類型的燃料電池車輛中，通過燃料電池內(nèi)的空氣與氫之間的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生動(dòng)力。氫燃料電池是包括其間設(shè)置有電解質(zhì)的陽極和陰極的電化學(xué)器件。陽極接收氫氣而陰極接收氧氣和空氣。氫氣在陽極分解從而產(chǎn)生自由氫質(zhì)子和電子。氫質(zhì)子穿過電解質(zhì)到達(dá)陰極。氫質(zhì)子與陰極處的氧和電子反應(yīng)從而產(chǎn)生水。來自陽極的電子不能穿過電解質(zhì)， 并因此被引導(dǎo)穿過負(fù)載以便在被發(fā)送到陰極之前做功。所述功用于運(yùn)轉(zhuǎn)車輛。
多個(gè)燃料電池通常組合在一個(gè)燃料電池堆中以便為車輛生成期望的功率。燃料電池堆接收陰極輸入氣體作為通常是在壓縮機(jī)的強(qiáng)制作用下穿過燃料電池堆的空氣流。不是空氣中的所有氧氣都被燃料電池堆消耗，一些空氣作為陰極排出氣體被排出，所述陰極排出氣體可包括作為燃料電池堆的副產(chǎn)品的水。不用于產(chǎn)生動(dòng)力的空氣通過排氣導(dǎo)管與由電化學(xué)反應(yīng)形成的水一起排出到外部。進(jìn)一步，因?yàn)槿剂想姵乇还┮愿邏嚎諝?，所以高壓排出氣體流動(dòng)穿過排氣導(dǎo)管。
PEM燃料電池在低溫下操作。環(huán)境壓力設(shè)計(jì)在80°C左右操作。該水平比汽油燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的超過2000°C的火焰溫度以及大致500°C的排氣溫度低得多。被加壓的PEM燃料電池僅在相對(duì)較低的壓力下使用，因此溫度在200°C以下。該熱量中的某些被攜帶到排出氣流中。
燃料電池車輛排氣系統(tǒng)的部件可包括附接至燃料電池堆-例如上述氫PEM燃料電池的燃料電池堆排氣導(dǎo)管。燃料電池排氣導(dǎo)管用作燃料電池堆與燃料電池排氣系統(tǒng)之間的導(dǎo)管。燃料電池排出氣體從燃料電池堆穿過排氣導(dǎo)管流動(dòng)至諸如空氣擴(kuò)散器的額外部件并且通過排氣管排放到大氣中。排氣系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)包括用于引導(dǎo)排出氣體的導(dǎo)管以及支撐所述導(dǎo)管的一系列懸掛件。懸掛管的地面間隔與排氣噪音以及排氣系統(tǒng)暴露到大氣的總體程度一起是設(shè)計(jì)的考慮因素。
期望提供一種免除了對(duì)排氣導(dǎo)管、引導(dǎo)管路、支撐系統(tǒng)和地面間隔問題的需要的耐溫排氣系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明協(xié)調(diào)一致地，已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)一種用于燃料電池車輛的底部集成排氣路徑。在一個(gè)實(shí)施方式中，燃料電池車輛排氣系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通的排氣管；以及排氣通道，所述排氣通道沿著所述排氣管的長度延伸并且將所述排氣管固定至燃料電池車輛的底部并且還構(gòu)造成從燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使其排出所述排氣管進(jìn)入到大氣中。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，燃料電池車輛排氣系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；以及與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通并且固定至所述燃料電池車輛的底部的排氣通道；所述排氣通道構(gòu)造成從燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使其排出所述排氣通道進(jìn)入到大氣中。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，燃料電池車輛排氣系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；以及與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通并且固定至所述燃料電池車輛的底部并且進(jìn)一步包括形成排氣管的密封腔室的排氣通道；所述排氣通道構(gòu)造成從燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使其排出所述排氣通道進(jìn)入到大氣中。
方案1. 一種燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，包括具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通的排氣管；以及排氣通道，所述排氣通道沿著所述排氣管的長度延伸并且將所述排氣管固定至所述排氣通道，所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的底部的一部分并且構(gòu)造成從所述燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使所述排出蒸汽從所述排氣管排出到大氣中。
方案2.如方案I所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的底部的下圍板的一部分。
方案3.如方案I所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一個(gè)的一部分。
方案4.如方案I所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管由柔性材料形成。
方案5.如方案I所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管密封至所述排氣管。
方案6.如方案I所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道由金屬板形成。
方案7.一種燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，包括具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；以及與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通并且固定至所述燃料電池車輛的底部同時(shí)形成為所述燃料電池車輛的底部的一部分的排氣通道；所述排氣通道構(gòu)造成將從所述燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使所述排出蒸汽從所述排氣通道排出到大氣中。
方案8.如方案7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述排氣通道的內(nèi)部形成的排氣管。
方案9.如方案8所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣管是密封腔室并且沿著排氣通道的長度延伸。
方案10.如方案7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的底部的下圍板的一部分。
方案11.如方案7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一個(gè)的一部分。
方案12.如方案7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管由柔性材料形成。
方案13.如方案7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管密封至所述排氣通道。
方案14.如方案7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道由金屬板形成。
方案15. —種燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，包括具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；以及與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通并且固定至所述燃料電池車輛的底部同時(shí)形成所述燃料電池車輛的底部的一部分的排氣通道，所述排氣通道進(jìn)一步包括形成排氣管的密封腔室；所述排氣通道構(gòu)造成從所述燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使所述排出蒸汽從所述排氣通道排出到大氣中。
方案16.如方案15所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣管在所述排氣通道的內(nèi)部形成。
方案17.如方案15所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣管沿著所述排氣通道的長度延伸。
方案18.如方案15所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的底部的下圍板的一部分。
方案19.如方案15所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一個(gè)的一部分。
方案20.如方案15所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管密封至所述排氣通道。


通過結(jié)合附圖來考慮下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，對(duì)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，附圖中圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池車輛的排氣系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)的不意圖；圖2示出了包括本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池車輛的底部的后視立體圖；圖3示出了沿著線3-3截取的圖2的排氣系統(tǒng)的剖視圖；圖4示出了包括本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池車輛的底部的后視立體圖；圖5示出了沿著線5-5截取的圖4的排氣系統(tǒng)的剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面的詳細(xì)描述和附圖描述并示出了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式。所述描述和附圖用于使所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明，而并非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。就所公開的方法而言，所給出的步驟本質(zhì)上僅是示例性的，并且因此所述步驟的順序不是必須的或關(guān)鍵的。
圖1示出了典型燃料電池車輛10的示意圖。所述燃料電池車輛10包括燃料電池堆12-例如質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池和從所述燃料電池堆12延伸的排氣系統(tǒng)14。
在參閱圖1和2所示的本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，燃料電池車輛10的排氣系統(tǒng)14 包括在第一端18與燃料電池堆12流體連通并且在第二端20與排氣管22流體連通的燃料電池排氣導(dǎo)管16。在一個(gè)實(shí)施方式中，排氣導(dǎo)管16可由柔性材料-諸如橡膠管或模制塑料形成，從而使排氣系統(tǒng)14不會(huì)過重。可使用諸如橡膠或塑料的材料，因?yàn)樗鼈兺ǔＤ褪軠囟炔⑶襊EM燃料電池的排出蒸汽的溫度在低溫下操作，其中環(huán)境壓力設(shè)計(jì)在80°C左右操作。該水平比汽油燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的超過2000°C的火焰溫度以及大致500°C的排出氣體溫度低得多。被加壓的PEM燃料電池僅在相對(duì)較低的壓力下使用，因此溫度在200°C以下。燃料電池排氣導(dǎo)管16通常密封到排氣管22。
排氣管22支撐在沿著車輛10的底部24延伸的排氣通道26內(nèi)。排氣通道26通常由金屬板形成，然而也可以使用其他材料。金屬板的規(guī)格取決于排氣通道26的材料等級(jí)和形成過程，其中所述通道26可通過例如彎曲、深拉、沖壓、旋壓、壓模、壓彎或輥軋成型來形成。排氣通道26在排氣管22的長度上延伸。排氣管22可通過諸如點(diǎn)焊接的方式固定至排氣通道26。排氣通道26沿著底部24的一部分延伸并且形成所述底部24的一部分。 排氣通道26可通過燃料電池車輛10的任何金屬板部件-例如A-柱、B-柱、C-柱、所有底部區(qū)域形成，或者甚至整體形成至擋泥板和/或頂部件。如圖2所示，排氣通道26形成為底部24的下圍板28的一部分，從而引導(dǎo)排出蒸汽在燃料電池車輛10的后部30處排出排氣管22。在另一個(gè)實(shí)施方式中，排氣通道26可形成為C柱32的一部分，從而引導(dǎo)排出蒸汽在車輛10的后部30處從排氣管22排出到大氣中。
圖3示出了沿圖2的線3-3截取的排氣通道26的視圖。燃料電池排氣導(dǎo)管16固定至排氣管22，所述排氣管22又通過點(diǎn)焊等方式固定至排氣通道26的內(nèi)部。
圖4示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式并且包括與圖1-3中描繪的相同部件相同的附圖標(biāo)記。燃料電池車輛10的排氣系統(tǒng)14包括在第一端18與燃料電池堆12流體連通并且在第二端20與排氣通道26流體連通的燃料電池排氣導(dǎo)管16。在一個(gè)實(shí)施方式中，排氣導(dǎo)管16可由柔性材料-諸如橡膠管或模制塑料形成，從而使排氣系統(tǒng)14不會(huì)過重。可使用諸如橡膠或塑料的材料，因?yàn)樗鼈兺ǔＤ褪軠囟炔⑶襊EM燃料電池的排出蒸汽的溫度在低溫下操作，其中環(huán)境壓力設(shè)計(jì)在80°C左右操作。該水平比汽油燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的超過2000°C 的火焰溫度以及大致500°C的排出氣體溫度低得多。被加壓的PEM燃料電池僅在相對(duì)較低的壓力下使用，因此溫度在200°C以下。燃料電池排氣導(dǎo)管16通常密封到排氣通道26。
排氣通道26可通過燃料電池車輛10的任何金屬板部件-例如A-柱、B-柱、C-柱、 所有底部區(qū)域形成，或者甚至整體形成至擋泥板和/或頂部件。如圖4所示，排氣通道26可沿著車輛10的底部24延伸。如圖5中最清楚示出的，排氣通道26可由金屬板形成并且包括在所述排氣通道26的內(nèi)部形成的排氣管22。排氣通道26和排氣管22的金屬板規(guī)格取決于材料等級(jí)和形成過程，其中所述通道26可通過例如彎曲、深拉、沖壓、旋壓、壓模、壓彎或輥軋成型來形成。排氣管22在排氣通道26的長度上延伸并且沿著邊緣34、36點(diǎn)焊接至排氣通道26從而形成密封腔室38。腔室38可以是任何形狀或者形式，諸如圖示的柱狀管或矩形，并且可以任何方式附接至排氣通道。排氣通道26可形成為底部24的下圍板28 的一部分，以便將排出蒸汽從排氣導(dǎo)管16穿過排氣管22引導(dǎo)從而使其在燃料電池車輛10 的后部30處排出。在另一個(gè)實(shí)施方式中，排氣通道26可形成為C柱32的一部分,從而引導(dǎo)排出蒸汽在車輛10的后部30處從排氣管22排出到大氣中。
前面的論述僅僅是對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的公開和描述。通過這些論述以及附圖和權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)容易地認(rèn)識(shí)到，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 可以對(duì)本發(fā)明做出各種改變、改型和變型。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，包括 具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通； 與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通的排氣管；以及 排氣通道，所述排氣通道沿著所述排氣管的長度延伸并且將所述排氣管固定至所述排氣通道，所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的底部的一部分并且構(gòu)造成從所述燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使所述排出蒸汽從所述排氣管排出到大氣中。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的底部的下圍板的一部分。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道形成為所述燃料電池車輛的A-柱、B-柱和C-柱中的至少一個(gè)的一部分。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管由柔性材料形成。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣導(dǎo)管密封至所述排氣管。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣通道由金屬板形成。
7.一種燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，包括 具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；以及 與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通并且固定至所述燃料電池車輛的底部同時(shí)形成為所述燃料電池車輛的底部的一部分的排氣通道；所述排氣通道構(gòu)造成將從所述燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使所述排出蒸汽從所述排氣通道排出到大氣中。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述排氣通道的內(nèi)部形成的排氣管。
9.如權(quán)利要求8所述的燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，其中所述排氣管是密封腔室并且沿著排氣通道的長度延伸。
10.一種燃料電池車輛排氣系統(tǒng)，包括 具有第一端和第二端的排氣導(dǎo)管，其中所述排氣導(dǎo)管的第一端與燃料電池堆流體連通；以及 與所述排氣導(dǎo)管的第二端流體連通并且固定至所述燃料電池車輛的底部同時(shí)形成所述燃料電池車輛的底部的一部分的排氣通道，所述排氣通道進(jìn)一步包括形成排氣管的密封腔室；所述排氣通道構(gòu)造成從所述燃料電池車輛引導(dǎo)排出蒸汽從而使所述排出蒸汽從所述排氣通道排出到大氣中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料電池車輛的底部集成排氣路徑，具體提供一種具有免除了對(duì)排氣導(dǎo)管、管路、支撐系統(tǒng)和地面間隔問題的需要的耐溫排氣系統(tǒng)的燃料電池車輛。所述排氣系統(tǒng)包括與燃料電池堆和排氣管流體連通的燃料電池排氣導(dǎo)管。所述排氣管支撐在排氣通道內(nèi)，所述排氣通道沿著所述燃料電池車輛的底部延伸并且形成所述燃料電池車輛的底部的一部分。備選地，所述排氣管在所述排氣通道的內(nèi)部形成。
文檔編號(hào)H01M8/04GK103035933SQ201210300028
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者J.舒爾策 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司