專利名稱：頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。
該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly,簡稱MEA)， 膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如 碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催 化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過程中生 成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并 在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移 穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化 劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在 催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子 與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子 交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子 (或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外， 質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合 而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移 過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交 換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽極反應(yīng)H2—2H++2e 陰極反應(yīng)l/202+2H++2e—H20
在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA) —般均放在兩塊導(dǎo)電的 極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形 成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以是金屬材料的極板，也可以是石 墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入 膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中， 只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流 板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上 的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電 池運(yùn)行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通?？?通過直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電 池組中， 一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導(dǎo) 流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。 一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端 板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通
道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體) 和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中； (2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電
池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出
電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣
體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常， 將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩 個端板上。
燃料電池城市客車發(fā)動機(jī)主要由燃料電池電池堆及其支持燃料電池電池
堆的輔助運(yùn)行系統(tǒng)構(gòu)成。輔助運(yùn)行支持系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)構(gòu)成 (1)空氣輸送子系統(tǒng)；
(2) 氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)；其中，為了增加燃料電池客車的續(xù)駛里 程，需要攜帶許多高壓氫氣罐， 一般需長大約l米、直徑小于0.5米的儲氫瓶
5-20只；
(3) 散熱器、水泵等冷卻與散熱子系統(tǒng)；
(4) 電流變換輸出與自動控制子系統(tǒng)。
現(xiàn)有城市客車柴油發(fā)動機(jī)有前置式和后置式兩種裝置方式。利用現(xiàn)有城市 客車的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)空間即前艙或后艙進(jìn)行安裝的缺陷十分明顯，設(shè)計困難。
(1) 現(xiàn)有城市客車的內(nèi)燃機(jī)不論前置還是后置，空間都很不規(guī)則，裝配 難度很大；
(2) 燃料電池發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)在結(jié)構(gòu)、造型、尺寸上都大不相同， 無法在城市客車的原有空間上進(jìn)行簡單替換。
燃料電池大巴的發(fā)動機(jī)通常是安裝在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)空間即前艙或后 艙，上海神力科技有限公司專利申請"燃料電池城市客車發(fā)動機(jī)的安裝方法"(專 利號200510111647.2，實(shí)用新型號200520047639.1)提供了一種燃料電池發(fā)動
機(jī)頂部安裝的方法，可是這幾種安裝方法都有一定的缺陷燃料電池發(fā)動機(jī)安
裝在大巴前艙或后艙時，如果發(fā)生碰撞，前艙和后艙容易撞壞，而且如有氫氣
泄漏，容易在倉內(nèi)聚集，從而發(fā)生爆炸；將發(fā)動機(jī)安裝在車頂時，現(xiàn)有的發(fā)動 機(jī)有一定的高度，如裝在車頂會使大巴頂部過高，不美觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種安全、美 觀的頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴 頂部的安裝設(shè)計，其特征在于，該設(shè)計包括燃料電池發(fā)動機(jī)的安裝、城市大巴頂部 車架、車殼的設(shè)計；所述的燃料電池發(fā)動機(jī)包括燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔 助子系統(tǒng)、氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)、散熱器和水泵的冷卻與散熱子系統(tǒng)，所述的 城市大巴頂部設(shè)計成與燃料電池發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)大小、形狀相匹配的凹形結(jié)構(gòu)，將燃 料電池發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)分別安裝于該凹形結(jié)構(gòu)部位，使該大巴與普通燃油大巴高度高
5
出不超過50公分。
所述的大巴頂部車架、車殼的凹形結(jié)構(gòu)從大巴頂部向下凹進(jìn)大巴內(nèi)，壓縮大巴 部分內(nèi)部空間，該凹形結(jié)構(gòu)包括，與燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)相 匹配的第一凹形結(jié)構(gòu)、與氫氣罐及氫氣輸送于系統(tǒng)相匹配的第二凹形結(jié)構(gòu)、與散熱 器和水泵的冷卻與散熱子系統(tǒng)相匹配的第三凹形結(jié)構(gòu)。
所述的燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)左或右平行平鋪設(shè)放，各安 裝于大巴頂部凹形部位。
所述的燃料電池堆設(shè)置在其輔助運(yùn)行子系統(tǒng)上方集中安裝于大巴頂部凹形部位。
所述的燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)相匹配的第一凹形結(jié)構(gòu)可
以位于大巴頂部前端、中間或后端；所述的氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)相匹配的第二 凹形結(jié)構(gòu)可以位于大巴頂部前端、中間或后端；所述的散熱器和水泵的冷卻與散熱 子系統(tǒng)相匹配的第三凹形結(jié)構(gòu)可以位于大巴頂部前端、中間或后端。
本發(fā)明根據(jù)燃料電池發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)動機(jī)、氫氣輸送系 統(tǒng)、散熱系統(tǒng)都安裝在車頂，如發(fā)生碰撞，不會直接撞擊到發(fā)動機(jī)，如有氫氣 泄漏，可從頂部排放，使燃料大巴的安全性更高，而且發(fā)動機(jī)設(shè)計成高度盡可 能低的扁平狀，從車頂向車內(nèi)部嵌入安裝，使得燃料電池大巴與普通燃油大巴 高度相當(dāng)，外形美觀。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1的左視圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3的左視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1
如圖1、 2所示，100千瓦頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計，
其中，燃料電池發(fā)動機(jī)中燃料電池堆1與輔助支持運(yùn)行的子系統(tǒng)2上下設(shè)置， 集中安裝于燃料電池客車的車頂尾部與其相匹配的向下第一凹形部位；儲氫瓶4
放置在車頂最前面與其相匹配的向下第二凹形部位，散熱器系統(tǒng)3位于發(fā)動機(jī) 與儲氫瓶之間與其相匹配的向下第三凹形部位；也可以根據(jù)其它不同順序進(jìn)行 安裝設(shè)計，如可以把燃料電池堆1及其輔助支持運(yùn)行的子系統(tǒng)2放置于車頂 頭部，或車頂中間與之相匹配的向下凹進(jìn)車內(nèi)部位；儲氫瓶、散熱器系統(tǒng)的順 序也可以做相應(yīng)調(diào)整。 實(shí)施例2
如圖3、 4所示，100千瓦頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計， 其中，燃料電池發(fā)動機(jī)中燃料電池堆1與輔助支持運(yùn)行的子系統(tǒng)2左右平鋪設(shè) 置，集中安裝于燃料電池客車的車頂尾部與其相匹配的向下第一凹形部位；儲 氫瓶4放置在車頂最前面與其相匹配的向下第二凹形部位，散熱器系統(tǒng)3位于 發(fā)動機(jī)與儲氫瓶之間與其相匹配的向下第三凹形部位；也可以根據(jù)其它不同順 序進(jìn)行安裝設(shè)計，如可以把燃料電池堆1及其輔助支持運(yùn)行的子系統(tǒng)2放置 于車頂頭部，或車頂中間與之相匹配的向下凹進(jìn)車內(nèi)部位；儲氫瓶、散熱器系 統(tǒng)的順序也可以做相應(yīng)調(diào)整。
權(quán)利要求
1.頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計，其特征在于，該設(shè)計包括燃料電池發(fā)動機(jī)的安裝、城市大巴頂部車架、車殼的設(shè)計；所述的燃料電池發(fā)動機(jī)包括燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)、氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)、散熱器和水泵的冷卻與散熱子系統(tǒng)，所述的城市大巴頂部設(shè)計成與燃料電池發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)大小、形狀相匹配的凹形結(jié)構(gòu)，將燃料電池發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)分別安裝于該凹形結(jié)構(gòu)部位，使該大巴與普通燃油大巴高度高出不超過50公分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計， 其特征在于，所述的大巴頂部車架、車殼的凹形結(jié)構(gòu)從大巴頂部向下凹進(jìn)大巴內(nèi)， 壓縮大巴部分內(nèi)部空間，該凹形結(jié)構(gòu)包括，與燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助 子系統(tǒng)相匹配的第一凹形結(jié)構(gòu)、與氫氣罐及氨氣輸送子系統(tǒng)相匹配的第二凹形結(jié) 構(gòu)、與散熱器和水泵的冷卻與散熱子系統(tǒng)相匹配的第三凹形結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計， 其特征在于，所述的燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)左或右平行平鋪設(shè) 放，各安裝于大巴頂部凹形部位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計， 其特征在于，所述的燃料電池堆設(shè)置在其輔助運(yùn)行子系統(tǒng)上方集中安裝于大巴頂部 凹形部位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè) 計，其特征在于，所述的燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)相匹配的第一 凹形結(jié)構(gòu)可以位于大巴頂部前端、中間或后端；所述的氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)相 匹配的第二凹形結(jié)構(gòu)可以位于大巴頂部前端、中間或后端；所述的散熱器和水泵的 冷卻與散熱子系統(tǒng)相匹配的第三凹形結(jié)構(gòu)可以位于大巴頂部前端、中間或后端。
全文摘要
本發(fā)明涉及頂置式燃料電池發(fā)動機(jī)城市大巴頂部的安裝設(shè)計，該設(shè)計包括燃料電池發(fā)動機(jī)的安裝、城市大巴頂部車架、車殼的設(shè)計；所述的燃料電池發(fā)動機(jī)包括燃料電池堆與支持其正常運(yùn)行的輔助子系統(tǒng)、氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)、散熱器和水泵的冷卻與散熱子系統(tǒng)，所述的城市大巴頂部設(shè)計成與燃料電池發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)大小、形狀相匹配的凹形結(jié)構(gòu)，將燃料電池發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)分別安裝于該凹形結(jié)構(gòu)部位，使該大巴與普通燃油大巴高度高出不多。本發(fā)明根據(jù)燃料電池發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，安全性更高、更美觀。
文檔編號B60K1/00GK101112871SQ20061002943
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者麗 李, 波 章, 胡里清, 郭偉良 申請人:上海神力科技有限公司