專利名稱:用于燃料電池車輛的一體成形的塑料排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總體涉及用于燃料電池車輛的成形塑料排氣系統(tǒng),并且尤其涉及包括整體模制的、用于支撐例如制動管線與燃料供給管線的各種車輛管線的捆夾的燃料電池車輛的成形塑料排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù):
氫是非常引人關(guān)注的燃料,因?yàn)槠淝鍧?,并且可以用于在燃料電池中高效地產(chǎn)生電力。汽車工業(yè)花費(fèi)了大量的人力物力來將氫燃料電池系統(tǒng)發(fā)展作為車輛動力源。這種車輛可以更加高效,并且產(chǎn)生比當(dāng)今使用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的車輛更少的排放。預(yù)期燃料電池車輛在汽車市場中受歡迎程度在不久的將來快速增長。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為流行的車用燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)子傳導(dǎo)膜,例如全氟磺酸膜。陽極與陰極典型地,但并未總是包括精細(xì)劃分的催化劑顆粒,通常為例如鉬(Pt)的高活性催化劑,其通常支撐于碳顆粒上,并且與離子交聯(lián)聚合物混合。催化劑混合物沉積于膜的相反側(cè)上。陽極催化劑混合物、陰極催化劑混合物以及膜的組合限定出膜電極組件(MEA)。MEA加工相對較貴,并且需要用于有效操作的特定條件。通常將若干燃料電池組合在燃料電池堆中,以產(chǎn)生所需的電力。例如,用于車輛的典型的燃料電池堆可以具有兩百或更多堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體,通常為通過壓縮機(jī)強(qiáng)迫穿過電池堆的空氣流。并不是所有的氧都被電池堆消耗,并且一些空氣作為陰極排氣輸出,其可以包括作為電池堆副產(chǎn)物的水。燃料電池堆還接收流入電池堆陽極側(cè)的陽極氫輸入氣體。在一種已知的燃料電池系統(tǒng)類型中,將氫氣燃料通過一個或多個噴射器噴射入燃料電池堆的陽極側(cè)中。噴射器基于控制噴射器的開啟與關(guān)閉的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號控制用于特定電池堆電流密度的噴射燃料的數(shù)量。通常,將燃料電池系統(tǒng)的氫氣存儲在包括一個或多個車輛上互相連接的壓力容器的高壓存儲箱系統(tǒng)中,以為燃料電池堆提供必需的氫氣。容器中的壓力可以是700巴或更大。在一個已知的設(shè)計中,壓力容器包括提供對氫氣的氣密密封的內(nèi)塑料襯,以及提供容器的結(jié)構(gòu)完整的外部碳纖維復(fù)合層。不像內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣,來自車輛上的燃料電池堆的排氣為溫暖的,但并不熱,并且因此燃料電池車輛的排氣系統(tǒng)并不需要由金屬元件構(gòu)造。因此,本領(lǐng)域提出使用塑料元件配置燃料電池車輛的排氣系統(tǒng),以降低車輛的重量,減少車輛成本等。進(jìn)一步,因?yàn)槿剂想姵囟训呐艢馐菧嘏?,因此排氣管可以緊鄰地安裝到車輛底盤的底部,而不用擔(dān)心損害車輛零部件或加熱車輛的乘客艙,這與需要排氣管線與車輛底部之間空間的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)相反。在2011年8月27日申請的,題為燃料電池車輛底部一體排氣通道,序列號為13/214,777的美國專利申請中公開了燃料電池車輛的代表性塑料排氣系統(tǒng),其轉(zhuǎn)讓給了本申請的受讓人,并且作為參考合并在此。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),公開了一種燃料電池車輛的成形的塑料排氣系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中,排氣系統(tǒng)包括整體模制的支撐車輛制動管線和/或燃料供給管線的捆夾。排氣流動部分可以形成于用于特定車輛設(shè)計的任意合適的形狀,包括平坦的矩形,其給排氣系統(tǒng)賦予低型面??梢匝嘏艢饬鲃硬糠峙紶柼峁┮惑w的捆夾,或者一體的捆夾可以延伸排氣流動部分的整個長度。本發(fā)明還提供了如下方案:
方案1.一種用于車輛的排氣系統(tǒng),所述車輛包括產(chǎn)生排氣的動力源,所述系統(tǒng)包括限定了通道的排氣流動部分,來自所述動力源的所述排氣行進(jìn)穿過所述通道,所述排氣系統(tǒng)為成形的單件塑料系統(tǒng)。方案2.根據(jù)方案I所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述動力源為燃料電池堆,并且所述排氣包括水蒸汽、空氣與氫氣。方案3.根據(jù)方案I所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括安裝至所述排氣流動部分一側(cè)的至少一個捆夾,所述捆夾包括至少一個可操作以接受車輛管線的通道,其中,所述排氣部分與所述捆夾作為所述單件塑料系統(tǒng)一部分而彼此一體形成。方案4.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾為沿所述排氣部分的一側(cè)的長度間隔開的多個捆夾。方案5.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾為細(xì)長的捆夾,其沿所述排氣部分的一側(cè)的大部分長度或整個長度延伸。方案6.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個通道為多個通道,其中,所述通道的第一個接受燃料供給管線,并且所述通道的第二與第三個接受車輛制動管線。方案7.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括至少一個孔,其穿過所述至少一個捆夾延伸,并且可操作地接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛下側(cè)的螺栓或螺釘。方案8.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾包括安裝至所述排氣流動部分的相反側(cè)壁的多個捆夾,并且這些捆夾都包括用于接受車輛管線的通道,所述多個捆夾一體形成為所述單件塑料系統(tǒng)的一部分。方案9.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括從所述排氣流動部分的與所述至少一個捆夾相對的一側(cè)延伸的凸緣,所述凸緣包括至少一個用于接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛的安裝螺栓或螺釘?shù)目?,所述凸緣作為所述單件塑料系統(tǒng)的一部分而一體形成。方案10.根據(jù)方案3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個通道為半球形通道,其可操作地以扣合接合支撐所述車輛管線。方案11.根據(jù)方案I所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述排氣流動部分為矩形排氣流動部分,其具有相對平坦的輪廓,其中,所述排氣流動部分的寬度大于所述排氣流動部分的高度。方案12.—種用于車輛的排氣系統(tǒng),所述車輛包括產(chǎn)生排氣的燃料電池堆,所述系統(tǒng)包括:
排氣流動部分限定了通道,來自所述燃料電池堆的所述排氣行進(jìn)穿過所述通道,所述排氣流動部分為矩形排氣部分,其具有相對平坦的輪廓,其中,所述排氣部分的寬度大于所述排氣部分的高度;以及
安裝至所述排氣部分一側(cè)的至少一個捆夾,所述捆夾包括接受燃料供給管線的第一半球形通道以及接受車輛制動管線的第二與第三半球形通道,所述排氣系統(tǒng)為單件塑料系統(tǒng),其中,所述排氣部分與所述捆夾為所述單件的一部分。方案13.根據(jù)方案12所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾為沿所述排氣部分的一側(cè)的長度間隔開的多個捆夾。方案14.根據(jù)方案12所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾為細(xì)長的捆夾,其沿所述排氣部分的一側(cè)的大部分長度或整個長度延伸。方案15.根據(jù)方案12所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括至少一個孔,其穿過所述至少一個捆夾延伸,并且可操作地接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛下側(cè)的螺栓或螺釘。方案16.根據(jù)方案12所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾包括安裝至所述排氣流動部分的相反側(cè)壁的多個捆夾,并且它們都包括用于接受車輛管線的至少一個半球形通道,所述多個捆夾作為所述單件塑料系統(tǒng)的一部分而一體形成。方案17.根據(jù)方案12所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括從所述排氣流動部分的與所述至少一個捆夾相對的一側(cè)延伸的凸緣,所述凸緣包括至少一個用于接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛的安裝螺栓或螺釘?shù)目祝鐾咕壸鳛樗鰡渭芰舷到y(tǒng)的一部分而一體形成。方案18.—種用于車輛的排氣系統(tǒng),所述車輛包括產(chǎn)生排氣的燃料電池堆,所述系統(tǒng)包括:
排氣流動部分,其限定了通道,來自所述燃料電池堆的所述排氣行進(jìn)穿過所述通道,所述排氣流動部分為矩形排氣部分,其具有相對平坦的輪廓,其中,所述排氣部分的寬度大于所述排氣部分的高度;以及
安裝至所述排氣流動部分的一側(cè)、并且彼此間隔開的多個捆夾,每個捆夾均包括接受燃料供給管線的第一半球形通道以及接受車輛制動管線的第二與第三半球形通道,每個捆夾還包括穿過所述捆夾延伸、并且可操作以接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛的下側(cè)的螺栓或螺釘?shù)目?,所述排氣系統(tǒng)為單件塑料系統(tǒng),其中,所述排氣部分與所述捆夾為所述單件的一部分。方案19.根據(jù)方案18所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括安裝至所述排氣流動部分的相反側(cè)壁的多個捆夾,這些多個捆夾的每一個均包括還接受車輛制動管線的第四與第五半球形通道,這些捆夾的每一個還包括穿過所述捆夾延伸、并且可操作以接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛的下側(cè)的螺栓或螺釘?shù)目?,并且這些多個捆夾作為所述單件塑料系統(tǒng)的一部分而一體形成。方案20.根據(jù)方案18所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括從所述排氣流動部分的與所述多個捆夾相對的側(cè)壁延伸的凸緣,所述凸緣包括至少一個用于接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛的下側(cè)的安裝螺栓或螺釘?shù)目祝鐾咕壸鳛樗鰡渭芰舷到y(tǒng)的一部分而一體形成。結(jié)合附圖,本發(fā)明的額外特征將從以下的說明與所附權(quán)利要求中變得明顯。
圖1為車輛的車輛底盤底部的示例,其示出了塑料車輛排氣系統(tǒng);
圖2為塑料車輛排氣系統(tǒng)的橫截面視圖,其示出了排氣流動部分以及在排氣部分兩側(cè)處的一體的捆夾;
圖3為塑料車輛排氣系統(tǒng)的破開的透視圖,其包括排氣流動部分以及在排氣部分一側(cè)處的一體的捆夾;以及
圖4為塑料車輛排氣系統(tǒng)的破開的透視圖,其包括排氣流動部分以及沿一側(cè)延伸排氣部分長度的一體的捆夾。
具體實(shí)施例方式對關(guān)于包括一體的捆夾的塑料車輛排氣系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施例的以下論述在本質(zhì)上僅僅是示例的,并且決不旨在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。例如,具體地描述了用于燃料電池車輛的本發(fā)明的塑料排氣系統(tǒng)。然而,如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是,塑料排氣系統(tǒng)可以具有用于其他車輛或其他機(jī)器的應(yīng)用。圖1為示出車輛底盤12的燃料電池車輛10的底部視圖。車輛10包括燃料電池堆14,其接收來自氫氣存儲罐系統(tǒng)16的氫氣燃料。燃料電池堆14產(chǎn)生包括水蒸汽、液態(tài)水、空氣、低水平的浪費(fèi)氫氣與其他微量元素的燃料電池堆排氣。包括排氣流管線20的排氣系統(tǒng)18耦合至電池堆14,以將電池堆排氣以本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解的方式引導(dǎo)至外界。如將在以下詳細(xì)論述的,本發(fā)明提出了一種低型面的塑料排氣系統(tǒng),其可以用作排氣系統(tǒng)18,并且其包括排氣流動部分,以及用于固定制動管線和/或燃料電池供給管線,并且用于將排氣系統(tǒng)安裝至車輛底盤12的一體的緊固夾或捆夾。圖2為塑料車輛排氣系統(tǒng)30的橫截面視圖,其可以替代車輛10上的排氣系統(tǒng)18。排氣系統(tǒng)30為由任意合適的塑料制造技術(shù),例如吹塑、噴射造型、擠壓成型等形成的單個成形件塑料模制元件。排氣系統(tǒng)30可以由適合于此處論述的目的的任意塑料制成,例如高密度聚乙烯。排氣系統(tǒng)30包括形成通道34的排氣流動部分32,包括空氣、液態(tài)水、水蒸汽以及低水平的氫氣的廢氣在從燃料電池堆14排放之后流動通過該通道34,以將排氣引導(dǎo)至外界。在該非限制性實(shí)施例中,形成排氣部分32,以使得通道34的形狀為具有相反側(cè)壁36與38、頂壁40以及底壁42的矩形,并且具有大致平坦輪廓。排氣系統(tǒng)部分32的尺寸可以是適合于特定車輛,例如壁36與38之間的寬度在15-20cm范圍之內(nèi),壁40與42之間的高度在大約5cm的任意尺寸。如圖1中所示,排氣系統(tǒng)30可以沿車輛底盤12的長度從燃料電池堆14延伸一定距離至將排氣排放至外界的位置處。對于該實(shí)施例,排氣系統(tǒng)30包括許多或一系列間隔開的作為排氣部分32的側(cè)壁36的一部分形成的一體的捆夾44,以及許多間隔開的作為排氣不分32的側(cè)壁38的一部分形成的一體的捆夾46。一體的捆夾44與46包括一系列通道,其接受也沿車輛底盤12延伸一定長度的各種管線。在該非限制性實(shí)施例中,將燃料供給管線50通過扣合接合安裝在半球形通道52中,并且將制動管線54與56通過捆夾44中的扣合接合分別安裝在半球形通道58與60中。同樣地,將制動管線62與64通過捆夾46中的扣合接合安裝在半球形通道66與68中。對于排氣系統(tǒng)30的結(jié)構(gòu),捆夾44和46容納前輪制動管線和后輪制動管線,但是對于大多數(shù)車輛設(shè)計,僅有后輪制動管線需要安裝至排氣系統(tǒng)。制動管線54、56、62與64通常由合適的金屬,例如鋁制成,并且燃料供給管線50通常由合適的塑料制成。捆夾44與46可以具有用于特定車輛應(yīng)用的任意合適的寬度,例如6_10厘米。進(jìn)一步,捆夾44與46的數(shù)量將根據(jù)排氣系統(tǒng)30的長度而在不同的系統(tǒng)中發(fā)生改變,并且可以沿著流動部分32定位成彼此間隔25cm。而且,可以交錯排布捆夾44與46,以使得他們之間不直接橫過流動部分32。通過安裝螺釘或螺栓將排氣系統(tǒng)30安裝至車輛底盤12的下側(cè),其例如可以穿過捆夾44中的孔70與捆夾46中的孔72延伸。將車輛底部元件74作為車輛底盤12的下側(cè)上的任意合適的兀件的代表不出,排氣系統(tǒng)30能夠以合適的方式安裝至該任意合適的兀件。進(jìn)一步,通過將捆夾44與46與排氣系統(tǒng)32形成一體,可以在將排氣系統(tǒng)30安裝至車輛底盤12之前,以快速與高效的加工與組裝過程將制動管線58與60以及燃料供給管線50安裝至一體的捆夾44與46。圖3為用于燃料電池車輛的塑料車輛排氣系統(tǒng)80的破開的透視圖,與排氣系統(tǒng)30相似,其中,相同的參考數(shù)字表示相同的元件。在該實(shí)施例中,燃料電池系統(tǒng)80的結(jié)構(gòu)是這樣的,前制動管線62與64不需要安裝至排氣系統(tǒng)80。因此,由一系列間隔開的突片82替代捆夾46,突片的每一個僅包括用于將系統(tǒng)80安裝至車輛底盤12的孔72。在可替換的實(shí)施例中,替代沿排氣流動部分32的長度偶爾提供周期性出現(xiàn)的捆夾,捆夾可以是延伸排氣部分32的整個長度或至少局部長度的一個捆夾。在圖4中通過塑料車輛排氣系統(tǒng)90示出了該實(shí)施例,該塑料車輛排氣系統(tǒng)90包括與排氣流動部分32相似的排氣流動部分92。在該實(shí)施例中,系統(tǒng)90包括一體形成至排氣部分92的一側(cè)的一體的捆夾94,該捆夾延伸排氣部分92的長度,并且包括用于支撐后制動管線的半球形通道96與98以及用于制成燃料供給管線的更大的半球形通道100。沿捆夾94偶爾設(shè)置在通道98與100之間的孔102,以將燃料電池系統(tǒng)90安裝至車輛底盤12的下側(cè)。進(jìn)一步,一體的凸緣104從排氣系統(tǒng)92的相反側(cè)壁延伸,并且包括用于接受螺栓,以進(jìn)一步將系統(tǒng)90安裝至車輛底盤12的底部的孔106。如果將排氣系統(tǒng)90設(shè)計成同時支撐前后輪的制動管線,則凸緣104可由類似于排氣系統(tǒng)30的實(shí)施例、但沿流動部分92的長度延伸的一體的捆夾替換。本發(fā)明涵蓋成形塑料車輛排氣系統(tǒng)的任何可取結(jié)構(gòu)。排氣系統(tǒng)可以具有或可以不具有一體的捆夾,其中,捆夾支撐任意管線、軟管、管、導(dǎo)線等。上述實(shí)施例僅代表那些類型設(shè)計中的一些。例如,其他實(shí)施例可以是上述實(shí)施例的混合,其中,流動部分的一側(cè)上的捆夾間隔開,而流動部分的另一側(cè)上的捆夾或凸緣延伸流動部分的長度或部分長度。而且,流動部分可以具有用于特定車輛的任意形狀,其中,平坦輪廓可以是優(yōu)選的。進(jìn)一步,捆夾不必須與排氣系統(tǒng)一體形成,但這種結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。前述內(nèi)容僅公開與描述了本發(fā)明的典型實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從這些論述與附圖以及權(quán)利要求中認(rèn)識到的是,在不脫離如以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神與范圍的情況下,可以在其中進(jìn)行各種改變、修改與變型。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的排氣系統(tǒng),所述車輛包括產(chǎn)生排氣的動力源,所述系統(tǒng)包括限定了通道的排氣流動部分,來自所述動力源的所述排氣行進(jìn)穿過所述通道,所述排氣系統(tǒng)為成形的單件塑料系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述動力源為燃料電池堆,并且所述排氣包括水蒸汽、空氣與氫氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括安裝至所述排氣流動部分一側(cè)的至少一個捆夾,所述捆夾包括至少一個可操作以接受車輛管線的通道,其中,所述排氣部分與所述捆夾作為所述單件塑料系統(tǒng)一部分而彼此一體形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾為沿所述排氣部分的一側(cè)的長度間隔開的多個捆夾。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾為細(xì)長的捆夾,其沿所述排氣部分的一側(cè)的大部分長度或整個長度延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個通道為多個通道,其中,所述通道的第一個接受燃料供給管線,并且所述通道的第二與第三個接受車輛制動管線。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng),進(jìn)一步包括至少一個孔,其穿過所述至少一個捆夾延伸,并且可操作地接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛下側(cè)的螺栓或螺釘。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng),其特征在于,所述至少一個捆夾包括安裝至所述排氣流動部分的相反側(cè)壁的多個捆夾,并且這些捆夾都包括用于接受車輛管線的通道,所述多個捆夾一體形成為所述單件塑料系統(tǒng)的一部分。
9.一種用于車輛的排氣系統(tǒng),所述車輛包括產(chǎn)生排氣的燃料電池堆,所述系統(tǒng)包括: 排氣流動部分限定了通道,來自所述燃料電池堆的所述排氣行進(jìn)穿過所述通道,所述排氣流動部分為矩形排氣部分,其具有相對平坦的輪廓,其中,所述排氣部分的寬度大于所述排氣部分的高度;以及 安裝至所述排氣部分一側(cè)的至少一個捆夾,所述捆夾包括接受燃料供給管線的第一半球形通道以及接受車輛制動管線的第二與第三半球形通道,所述排氣系統(tǒng)為單件塑料系統(tǒng),其中,所述排氣部分與所述捆夾為所述單件的一部分。
10.一種用于車輛的排氣系統(tǒng),所述車輛包括產(chǎn)生排氣的燃料電池堆,所述系統(tǒng)包括: 排氣流動部分,其限定了通道,來自所述燃料電池堆的所述排氣行進(jìn)穿過所述通道,所述排氣流動部分為矩形排氣部分,其具有相對平坦的輪廓,其中,所述排氣部分的寬度大于所述排氣部分的高度;以及 安裝至所述排氣流動部分的一側(cè)、并且彼此間隔開的多個捆夾,每個捆夾均包括接受燃料供給管線的第一半球形通道以及接受車輛制動管線的第二與第三半球形通道,每個捆夾還包括穿過所述捆夾延伸、并且可操作以接受用于將所述排氣系統(tǒng)安裝至所述車輛的下側(cè)的螺栓或螺釘?shù)目?,所述排氣系統(tǒng)為單件塑料系統(tǒng),其中,所述排氣部分與所述捆夾為所述單件的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料電池車輛的一體成形的塑料排氣系統(tǒng)。用于燃料電池車輛的成形的塑料排氣系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中,排氣系統(tǒng)使用一體模制的捆夾,其支撐車輛制動管線和/或燃料供給管線。排氣流部分可以形成于用于特定車輛設(shè)計的任意合適的形狀,包括給排氣系統(tǒng)賦予低型面的平坦矩形??梢匝嘏艢饬鲃硬糠峙紶柼峁┮惑w的捆夾,或一體的捆夾可以延伸排氣流動部分的整個長度。
文檔編號B60K13/04GK103165926SQ20121052185
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者J.舒爾策 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司