本发明涉及一种燃料电池车辆。
背景技术：
作为燃料电池车辆，通常，在许多情况下使用如下的一种燃料电池车辆，其中在设置在燃料电池车辆的前部中的燃料电池容纳空间中安装有燃料电池和氢泵(例如，参考日本未审专利申请公开no.2014-083875(jp2014-083875a))。氢泵通过使用铁支架等附接到组框架(构成燃料电池组的框架)。
技术实现要素：
然而，当具有其中氢泵被设置在燃料电池下方的结构的车辆发生正面碰撞时，在燃料电池容纳空间后方的壁部(在本说明书中也称为“前围板”)朝氢泵移动，并且壁部(前围板)响应于来自氢泵的反作用力而后退，这可能导致载荷被施加到车辆的问题。
在下文中，将描述以上描述的细节。也就是说，由于生成的水在燃料电池车辆的氢泵中循环，所以考虑到冻结问题和噪音及振动(nv)问题，需要确保排水性能。因此，从氢泵延伸的管道被设置成尽可能垂直于氢泵延伸并且不具有u形形状。为了实现这种结构，需要安装氢泵，使得通过使用支架等(参考图3)使氢泵相对于组框架(构成燃料电池组的框架)在前围板方向(朝前围板的方向)上悬伸。然而，氢泵相对于组框架悬伸导致前围板后退量(前围板在车辆碰撞时后退的量)增加的不利影响。考虑到上述情况，当车辆碰撞发生时支架变形并且氢泵朝车辆前侧移动的构造已经被应用作为满足悬伸氢泵的需要和抑制前围板后退量的增加的需要的方法。重点在于，为了抑制在车辆碰撞时前围板的趾板后退量(靠近乘员的脚的板部分朝乘员侧后退的量)，氢泵被构造成在碰撞时在一定载荷的情况下在朝向与前围板侧相反的一侧的方向上移动，使得趾板后退量落入容许范围内。然而，即使在这种情况下，氢泵移动的量也可能不足，并且不被充分地抑制的前围板后退量可能导致载荷被施加到车辆的内部。
因此，本发明提供了一种燃料电池车辆，利用该燃料电池车辆，能够在车辆碰撞时有效地抑制载荷被施加到车辆的内部。
本发明的一个方面涉及一种燃料电池车辆，燃料电池车辆包括燃料电池模块、氢循环流路和氢泵。燃料电池模块容纳在被设置在车辆前部的燃料电池容纳空间中。氢循环流路被构造成将从构成燃料电池模块的燃料电池排出的阳极排气再循环到燃料电池。氢泵设置在氢循环流路中并且固定到燃料电池模块的下部。氢泵经由支架固定到燃料电池模块，并且支架的变形强度被设定为低于在车辆碰撞时从燃料电池容纳空间后面的壁部输入的载荷。
在根据该方面的燃料电池车辆中，由于当在车辆正面碰撞时从壁部向支架施加输入时支架变形，所以不阻碍氢泵移动。当氢泵移动到一定程度时，对壁部的反作用力减小，因而被施加到车辆的内部的载荷被有效地抑制。
根据本发明的该方面的燃料电池车辆还可以包括设置在氢泵前方的空气压缩机。氢泵可以设置成相对于空气压缩机倾斜。
在根据本发明的该方面的燃料电池车辆中，氢泵和空气压缩机之间的摩擦系数可以被设定为比氢泵和壁部之间的摩擦系数低。
在根据本发明的该方面的燃料电池车辆中，氢泵可以向上并朝向壁部倾斜。
在根据本发明的该方面的燃料电池车辆中，支架可以包括在壁部附近的第一支架和比第一支架更远离该壁部的第二支架。第一支架的变形强度可以低于第二支架的变形强度。
在根据本发明的该方面的燃料电池车辆中，支架可以包括在壁部附近的第一支架、比第一支架更远离壁部的第二支架和在空气压缩机附近的第三支架。
根据本发明的该方面，可以有效地抑制载荷在车辆碰撞时施加到车辆的内部。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示出氢泵如何被附接的一个示例的视图；
图2是用于描述在燃料电池车辆正面碰撞时的氢泵的行为的视图；
图3是从车辆侧面观察的视图，用于描述在考虑排水性的情况下氢泵的优选安装位置；
图4是示出对支架的变形的cae分析的结果的视图；
图5是示出相对于其他部件的摩擦系数与安装角度之间的关系的表；
图6是示出燃料电池车辆的前部、安装在前部的燃料电池等的平面图；并且
图7是示意性地示出燃料电池系统的构造的视图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的优选实施例。注意，附图中相同附图标记给出的部件具有相同的构造或具有类似的构造。
燃料电池系统1设有燃料电池2、氧化气体管道系统3和燃料气体管道系统4(参考图7)。燃料电池系统1可以安装在车辆中，并且理所当然的是，燃料电池系统1还可以应用于各种移动体(例如，船、飞机或机器人)和固定式动力源而不是车辆。
燃料电池2具有堆叠多个单元电池的堆叠结构。每个单元电池是固体聚合物电解质型单元电池，并且包括空气电极、燃料电极和一对隔板。空气电极位于电解质膜的一个表面上，燃料电极位于电解质膜的另一个表面上，并且空气电极和燃料电极插置在隔板之间。通常，使用氟基膜作为电解质膜。氧化气体被供应至隔板中的一个隔板的氧化气体流路2a，且燃料气体被供应至另一个隔板的燃料气体流路2b(参考图7)。由于供应的氧化气体和燃料气体之间的电化学反应，燃料电池2产生电力。此外，由于电化学反应，燃料电池2产生热，并且在空气电极侧生成水。
氧化气体管道系统3包括供应路径11和排出路径12(参考图7)。空气压缩机14设置在供应路径11中，经由空气滤清器13吸入作为氧化气体的外部空气，并将外部空气压送到燃料电池2的氧化气体流路2a。加湿器15执行压送氧化气体和氧化废气之间的水交换，使得压送氧化气体被适当地加湿。所述氧化废气从氧化气体流路2a被排出到排出路径12，并且在通过气压调节阀16、加湿器15和最后的消音器(未示出)之后作为排气被排出到该系统外的大气环境。
燃料气体管道系统4将作为燃料气体的氢气供应到燃料电池2(参考图7)。燃料气体管道系统4包括氢供应源21、供应路径22、氢循环流路23、氢泵24和放气路径25。氢气在主阀26打开时从氢供应源21流动到供应路径22，并且通过调节器27和截止阀28供应到燃料气体流路2b。然后，氢气作为氢排气(阳极排气)从燃料气体流路2b排出到氢循环流路23。氢排气被氢泵24压送到氢循环流路23与供应路径22之间的合流点a1，并在加入氢气中之后再次供应到燃料气体流路2b。氢排气的一部分通过适当打开的放气阀33从氢循环流路23排出到放气路径25，并通过氢稀释装置(未图示)排出到外部。
燃料电池模块2m设置在燃料电池车辆100中的燃料电池容纳空间102中(参考图6)。在本实施例的燃料电池车辆100中，氢泵24被定位在燃料电池模块2m下方，并且通过经由支架80被附接而被安装，使得氢泵24在前围板方向(朝前围板104的方向)上相对于燃料电池模块2m的组框架2f悬伸(参考图3等)。
气体在燃料电池模块2m中的氢泵24后面循环的方向如箭头(参考图3)所示。也就是说，来自氢泵24的管道优选地设置成尽可能垂直于氢泵24，使得当燃料电池车辆100倾斜时产生的水不形成u形形状。
前围板104设置在燃料电池容纳空间102的后方，并且构成将燃料电池容纳空间102与车厢彼此分离的壁部。
作为支架80，采用变形强度被设定为小于燃料电池车辆100碰撞时从前围板104输入的载荷的支架。也就是说，支架80的强度达到由于在车辆碰撞时从前围板104接收的载荷而变形的程度(参考图1等)。
在本实施例中的支架80包括：第一支架80a，第一支架80a设置在前围板104的附近(最近位置)；第二支架80b，第二支架80b比第一支架80a更远离前围板104并且设置在图1和图2中的下侧；以及第三支架80c，第三支架80c设置在空气压缩机14的附近(最近位置)(参考图1和图2)。第一支架80a的变形强度低于第二支架80b的变形强度。因此，在燃料电池车辆100碰撞时，氢泵24可以通过以第二支架80b为轴线旋转而移动。
作为参考，提供了对通过接收载荷而弹性变形的支架80的变形进行cae分析的结果的示例(参考图4)。所提供的示例示出了关于以下情况的分析结果：其中，具有2.0mm厚度和8mm凸缘高度并且由拉伸强度为270mpa或更高(或拉伸强度440mpa或更高)的材料形成的支架80通过从前围板104接收载荷(10kn)而弹性变形。
此外，在本实施例中的燃料电池车辆100中，作为除氢泵之外的部件(在本说明书和附图中可以被称为其它部件)的示例的空气压缩机14设置在氢泵24的前方。氢泵24设置成相对于空气压缩机14向上并朝向前围板104倾斜(换句话说，氢泵24设置成在朝向由图2中的附图标记“fr”表示的车辆前侧的方向上向下倾斜)(参考图2)。因此，在车辆碰撞时，氢泵24在偏离中心的位置与空气压缩机14碰撞，接收产生力矩的外力，在相对于空气压缩机14滑动的同时旋转，并且被向前推压。结果，氢泵24在朝向与前围板104侧相反的一侧的方向上移动。因此，抑制了在车辆碰撞时前围板104的趾板后退量。
而且，在本实施例的燃料电池车辆100中，氢泵24与空气压缩机14之间的摩擦系数设定为比氢泵24与前围板(壁部)104之间的摩擦系数低。因此，在车辆碰撞时，氢泵24相对于空气压缩机14滑动。也就是说，虽然在车辆碰撞时氢泵24与空气压缩机14干涉，但是如上所述在车辆碰撞时氢泵24在相对于空气压缩机14滑动的同时旋转，这是因为氢泵24设置成倾斜的。
示出了相对于空气压缩机14的摩擦系数与氢泵24的安装角度θ的示例(参考图5)。氢泵24相对于空气压缩机14的角度可以根据相对于空气压缩机14的摩擦系数来确定(例如，当摩擦系数为0.4μ时，安装角度θ为26.8度)。
接下来，将描述在燃料电池车辆100正面碰撞时氢泵24的行为(参考图2等)。在碰撞时，(1)由于从前围板104接收的载荷，氢泵24被向前推压。此时，(2)氢泵24被前围板104保持而不滑动。当氢泵24接收载荷时，支架80变形并且未阻止氢泵24向车辆前侧移动。在空气压缩机14向车辆前侧移动的过程中，氢泵24与空气压缩机14干涉，在滑动的同时旋转，并且被向前推压。此时，如上所述，由于氢泵24在相对于空气压缩机14滑动的同时旋转，因此可以确保氢泵24向前侧的移动量。结果，在车辆碰撞时前围板104的趾板后退量被抑制，并且被施加到车辆的内部的载荷被有效地抑制。
上述实施例是为了便于理解本发明的方面，而不应被解释为限制本发明的方面。本实施例中的元件以及每个元件的设置、材料、状态、形状、尺寸等不限于上述那些，并且可以适当地修改。此外，不同实施例中描述的部件可以部分地彼此替换或者可以彼此组合。
本发明的方面适合应用于设置有燃料电池模块、氢循环流路、氢泵等的燃料电池车辆。