CN100343086C - 燃料电池车辆上的排出结构 - Google Patents

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Abstract

一种即使在有风或变更转弯半径的情况下也能够防止从燃料电池生成的生成物接触到驱动轮上的燃料电池车辆上的排出结构，其具备通过使氢与氧反应而生成电力的燃料电池(51)、基于由该燃料电池(51)生成的电力来生成对驱动轮即后轮(32)供给的动力的电机(31)、导出燃料电池(51)的电力生成过程中的生成物的排出管(77)、和设在该排出管(77)上并向车身外侧开口的排出口(76)，其中：排出口(76)被配置在后轮(32)的前端的后方，具体地讲被配置在后轮车轴(32a)的后方。上述燃料电池车辆构成为机动二轮车，并且，具备以使车身向一侧倾斜的状态支撑车身的侧架，在设置该侧架的一侧配置有上述排出口。

Description

燃料电池车辆上的排出结构
技术领域
本发明涉及一种在燃料车辆上用于排出燃料电池中反应完成气体等的排出结构。
背景技术
以前，在基于从燃料电池供给的电力驱动车辆驱动用电机的燃料电池车辆中，为了防止从燃料电池排出的水等生成物接触到驱动轮而使位于驱动轮前方的排出口向车身外侧开口(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：特开2001-313056号公报
但是，在燃料电池系统中，通常也需要从燃料电池排出反应完成气体等的排出口。从该排出口会因含在排出气体中的水蒸气冷凝等而排出一些水，但在如上述以往技术那样设置这样的排出口时，在无风且直线行驶时或恒定转弯行驶时，虽然能够防止上述生成物接触到驱动轮，但在例如吹横向风或变更转弯半径的同时行驶的情况下，上述生成物有可能接触到驱动轮。
发明内容
为此，本发明其目的在于提供一种即使在有风或变更转弯半径的情况下也能够进一步防止从燃料电池生成的生成物接触到驱动轮上的燃料电池车辆上的排出结构，
作为上述目的的解决方案，第1项发明的燃料电池车辆上的排出结构，具备通过使氢与氧反应而生成电力的燃料电池(例如，实施例的燃料电池51)、基于由该燃料电池产生的电力来生成对驱动轮(例如，实施例的后轮32)供给的动力的电机(例如，实施例的电机31)、导出上述燃料电池的电力生成过程中的生成物的排出管(例如，实施例的排出管77)、和设在该排出管上并向车身外侧开口的排出口(例如，实施例的排出口76)，其特征在于：上述排出口被配置在上述驱动轮前端的后方，上述燃料电池车辆构成为机动二轮车，并且，具备以使车身向一侧倾斜的状态支撑车身的侧架(例如，实施例的侧架38)，在设置该侧架的一侧配置有上述排出口。
根据该构成，即使在行驶过程中有风或变更转弯半径的情况下，从燃料电池生成的生成物(例如，水蒸气)也难接触到驱动轮上。并且，即使是燃料电池车辆停车的状态，也容易从排出口排出上述生成物。
这里，如第2项发明所述，如果设成上述排出口被配置在上述驱动轮轴的后方的构成，则来自燃料电池的生成物更加不易接触到驱动轮，故优选。
另外，如第3项发明所述，通过将上述排出管配置成在上述驱动轮附近越向后方越位于上方，容易由行驶过程中的风等使上述生成物扩散，因此同样，生成物更难吹到驱动轮上。
同样，如第4项发明所述，即使设成将上述排出管设在上述驱动轮上方的构成，也同样，容易由行驶过程中的风等使来自燃料电池的生成物扩散。
根据第1～4项发明，即使在有风或变更转弯半径行驶的情况下也能够进一步防止从燃料电池生成的生成物接触到驱动轮上。
另外，能够提高车辆停车时的生成物的排出性。
附图说明
图1是本发明的实施例的燃料电池车辆(机动二轮车)的左侧视图。
图2是上述燃料车辆的右侧视图。
图3是上述燃料车辆的仰视图。
图4是上述燃料车辆中的燃料电池系统的主要构成图。
图5是图1的要部放大图。
图6是上述燃料电池车辆的后视图。
图中：31-电机，32-后轮(驱动轮)，38-侧架，51-燃料电池，76-排出口，77-排出管。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。其中所需说明的是，以下说明的前后左右等朝向如果没有特别记载则均与车辆朝向相同。另外，图中箭头FR表示车辆前方，箭头LH表示车辆左方，箭头UP表示车辆上方。
图1～图3所示的机动二轮车1是燃料电池车辆，其基于从被装配在其车身大致中央的燃料电池51供给的电力，驱动车辆驱动用电机31而行驶。另外，机动二轮车1也包括具有底踏板(以下简称为踏板)的小型摩托车，在该踏板3附近配置有呈长方体状的上述燃料电池51，并且，在机动二轮车1的驱动轮即后轮32的车轮内配置有作为所谓后轮电机的上述电机31。该电机31是在外壳31a内具有电机本体及减速机构并构成为一体单元的部件，在其输出轴被与后轮车轴同轴配置的状态下，例如从左侧安装在车轮内。
机动二轮车1的前轮11被轴支撑在左右一对前叉12的下端部，每个前叉12的上部都经由转向柱13被可操纵转向地枢支撑在车架4前端部的头管5上，在转向柱13的上端部安装有把手14，在该把手14的右手柄部配置有风门手柄15，同时在左右手柄部前方分别配置有后及前制动杆16、17。
在车架4的后部设有向车身上下方向延伸的枢轴板8，在该枢轴板8的从中间部稍微向下的部位介由枢轴9可转动地支撑着后摇臂21的前端部，使其后端侧可以沿车身上下方向摆动。后摇臂21的左臂体23延伸到电机31的前端部支撑该电机31的外壳31a，另一方面右臂体24延伸到后轮32的中心位置轴支撑后轮车轴32a。这样的后摇臂21与电机31主要构成有作为机动二轮车1的摇臂单元的电机单元20。
在车架4的下部的处于燃料电池51下方的部位配置有沿车身前后方向延伸的后减震33。该后减震33的后端部与车架4的下部相连结，并且后减震33的前端部介由连杆机构34而与电机单元20(后摇臂21)的下部相连结。连杆机构34由于随着电机单元20的上下方向的摆动而使后减震33沿前后方向作行程运动(往复运动)，所以，通过这样的后减震33的行程能够吸收被输入给电机单元20的冲击及振动。
车架4具有从头管5的上部左右分支向斜后下方延伸再在车身上下方向的大致中间的高度弯曲后向后方延伸的上管6、和从头管5的下部左右分支向斜后下方延伸再在车身下端部弯曲后向后方延伸的下管7，各上管6的后端部及下管7的后端部分别与位于燃料电池51的后侧的上述枢轴板8的上端部及下端部相结合。以下，对于下管7，以从头管5到车身下端部的弯曲部7c的部位作为前边部7a、将从上述弯曲部7c到枢轴板8的部位作为下边部7b进行说明。
各上管6从达到车身后端部的枢轴板8进一步向后延伸，这样的各上管6的后半部分用作支撑乘客座41的座架。
机动二轮车1其车身被主要由合成树脂构成的车身罩(罩部件)42所覆盖。该车身罩42也具有风挡的作用，并且其一部分与车架4一起构成上述踏板部3。在车架4的下部中央安装有以竖直状态支撑车身的主架37，同时，在车架4的下部左侧安装有以使车身向左侧倾斜的立起状态支撑的侧架38。
这里，参照图4对机动二轮车1的燃料电池系统的概要进行说明。
燃料电池51是层叠多个单位电池(单位电池单元)构成的公知的固体高分子膜型燃料电池(PEMFC)，在其阳极侧作为燃料气体供给氢气，在其阴极侧作为氧化剂气体供给含氧的空气，从而通过电化学反应生成电力的同时也生成水。
作为上述燃料气体的氢气从氢气瓶52介由切断阀53以规定压力被向燃料电池51供给，并且，在供发电后，导入到氢循环流路54内。在该氢循环流路54内未反应的氢气与来自氢气瓶52的新鲜氢气一起反复供给到燃料电池51。在氢循环流路54内循环的氢气经由清洗阀55可以导入到稀释装置56内。
另一方面，作为上述氧化剂气体的空气经由空气过滤器装置57导入到加压供给机58内后，以被加压到规定压力的状态供给燃料电池51，并且，供发电后也导入稀释装置56内。其中符号58a表示用于冷却向燃料电池51的供给空气(氧化剂气体)的中间冷却器，符号59表示向氧化剂气体中供给水分的加湿器，符号58b表示在燃料电池51低温等时不经由中间冷却器58a及加湿器59供给空气的旁通阀，符号58c表示用于调整燃料电池51的氧化剂气体的压力的背压阀。
而且，通过设在氢循环流路54上的清洗阀55打开动作，而将反应后的氢气导入稀释装置56内，在该稀释装置56与来自燃料电池51的排出空气混合、稀释处理后经由消声器61排放到大气中。这里，来自燃料电池51的生成水，在与排出空气一起导入到加湿器59内时被积存，作为供给到氧化剂气体中的水分再利用。另外，没有在加湿器59积存的水分(例如，水蒸气)经过稀释装置56后与反应完毕的气体一同排出。
燃料电池51的运转由ECU(电子控制单元)62所控制。具体地讲，在ECU62输入关于氢气及氧化剂气体的压力及温度的信号、关于车速及加压供给机58的转数的信号、关于燃料电池51及其冷却水温的信号等，根据这些信号来控制加压供给机58、旁通阀58b、背压阀59c、清洗阀55及切断阀53等的工作。
另外，向ECU62输入来自风门手柄15的加速要求信号，根据该信号来驱动控制后轮32驱动用电机31。电机31被构成为三相交流电机，其将作为燃料电池51或二次电池的蓄电池63的直流电流在作为转换器单元的电机驱动器64转换为三相的交流电流后供给进行驱动。
上述燃料电池系统的冷却系统形成有冷却水路66，并且，该冷却水路66使燃料电池51和电机31的水套、以及中间冷却器58a内和与电机驱动器64相邻的冷却板(冷却器)65内的各水路连通，在该冷却水路66中设有水泵67及散热器68。
在这样的冷却系统中，通过水泵67的工作使冷却水在冷却水路66内流通循环，从而从燃料电池51、电机31、氧化剂气体以及电机驱动器64吸热的同时还将该热量由散热器68散发。其中，符号69表示在燃料电池51低温等时不介由散热器68使冷却水循环的恒温器。
一并参照图1～3进行说明，氢气瓶52是具有圆筒形外观的一般的高压储气瓶，设为由金属和纤维增强塑料构成的一般复合容器，在车身后部右侧使其轴线C沿着前后方向配置，详细地讲使上述轴线C稍微向前下方配置。这时的氢气瓶52的右侧端(外侧端)位于车身右侧的比上管6的外侧端稍靠外侧的位置，并且，其左侧端(内侧端)位于比后轮32的外侧端稍靠外侧的位置。
氢气瓶52的前后端部被形成为球状(换句话说，尖状)，其前端部位于枢轴板8的前方、且后端部位于车身后端部。在这样的氢气瓶52的后端部配置有该氢气瓶52的瓶盖71及气填充口72。
车身左侧的上管6以稍向后上方倾斜的方式大致直线向后方延伸，另一方面，车身右侧的上管6相对于车身左侧的上管6以在枢轴板8附近向下方缓缓变化的方式设置。这样的各上管6以在枢轴板8附近向车宽度方向外侧缓缓变化的方式设置。
另外，车身右侧的上管6以其下侧端从车身侧面观察与氢气瓶52的下侧端大致重叠的方式设置，同时，在车身后端部向上方弯曲，为了避开氢气瓶52的瓶盖71及气填充口72而向车身左侧延伸后，向下方弯曲与车身左侧的上管6的后端部结合。
燃料电池51被设成在车宽度方向上宽且在上下方向上扁平的形状，在其前壁部分别设有氧化剂气体的供给口及排出口、氢气的供给口及排出口、和冷却水的导入口及导出口。在燃料电池51的上部后方靠近配置具有筐体的加湿器59，且该筐体在车宽度方向上长。该加湿器59的左侧部斜上后方靠近配置加压供给机58，在该加压供给机58的斜下后部连接有向车宽方向延伸的导入管路57b的左侧部。另外，在加湿器59的左侧部的上方靠近配置有背压阀58c。
导入管路57b的右侧部位于氢气瓶52的下方设置，在该右侧部连接着同样位于氢气瓶57a的下方的空气过滤器外壳57a的前端部。空气过滤器外壳57a的后端部连接着未图示的吸气管路，上述空气过滤器装置57主要构成有吸气管路、空气过滤器外壳57a、以及导入管路57b。
在加湿器59右侧部的后方靠近配置有旁通阀58b，在该旁通阀58b的斜下后方靠近配置有中间冷却器58a，该旁通阀58b及中间冷却器58a被配置成在车身前后方向上位于加湿器59的右侧部与导入管路57b的右侧部之间。加压供给机58的下游侧经由未图示的导出管路而与中间冷却器58a相连接。
在车身后部左侧配置有沿车宽度方向扁平的消声器61，该消声器61比车身左侧的上管6靠车宽度方向外侧。该消声器61从车身侧面观察大致呈方形状，在后轮32的斜上左侧以向后上方倾斜的状态配置。消声器61被设在向后上方倾斜的排出管77的后半部分，在该消声器61(排出管77)的后端部向后方突出设有后管75，在该后管75的后端形成有反应完毕气体的排出口76。
散热器68被分开构成为位于头管5的前方的比较小型的上层散热器68a与位于各下管7的前边部7a的前方的比较大型的下层散热器68b。在下层散热器68b的右侧后方配置有水泵67，在该水泵67的斜下后方配置有恒温器69。另外，在位于下层散热器68b的两侧方的车身罩42的内侧分别配置沿车宽度方向扁平的蓄电池63。
在各下管7的弯曲部7c之间配置有稀释装置56，该稀释装置56比下边部7b的下侧端向下方突出。从稀释装置56导出有排出短管78，该排出短管78与车身左侧的下管7的下边部7b前侧连接的同时，从该下边部7b后侧导出上述排出管77。即，车身左侧的下管7构成反应完毕气体的排出路径的一部分，从而，来自稀释装置56的排出气体经由排出短管78、下管7的下边部7b、以及排出管77被排放到大气中。
一并参照图5进行说明，电机驱动器64在车身侧面观察时呈大致方形状，在后摇臂21的左臂体23的车宽度方向外侧经由冷却板65安装该电机驱动器64。在电机驱动器64的前端部连接着从燃料电池51及蓄电池63供给电力用的高压布线64a。另外，在冷却板65的前端下部及上部分别连接着构成上述冷却水路66的一部分的供水管65a及排水管65b。
从电机驱动器64的后端部导出三相高压布线64b，这些各相高压布线64b被与位于电机驱动器64的正后方的电机31的前端部的供电端部相连接。即，电机驱动器64与电机31靠近配置，且在车身侧面观察二者不相重叠。其中，图中符号64c表示被设在各相高压布线64b上的用于检测向电机31的供电量的电流传感器64c，图中符号64d表示作为电机驱动器64的一部分的电压平滑电容器。
在电机单元20上安装作为后摇臂21的一部分的臂罩21a。该臂罩21a覆盖后摇臂21及电机31的同时还覆盖电机驱动器64、冷却板65、电压平滑电容器64d、各高压布线64a、64b、供水管56a及排水管65b、以及电流传感器64c等，从而适当对它们进行保护。并且，在臂罩21a上分别设有可以使外部气体流通到其内部的未图示的外气导入口及导出口。
这里，如图1、3、6所示，设置成：消声器61(排出管77)后端部的后管75位于后轮车轴32a的后方、且位于后轮32上端的上方。另外，后管75从消声器61向斜后外侧且后上方倾斜突出设置，从而，后管75后端的排出口76设置成向车身后方外侧且斜后上方开口。并且，消声器61(排出管77)在后轮32附近，向后上方(换句话讲，越向后方越位于上方)倾斜设置，并且，被配置成位于后轮32的上方。
如上所述，上述实施例的燃料电池车辆(机动二轮车1)上的排出结构，具备通过使氢与氧反应而生成电力的燃料电池51、基于由该燃料电池51生成的电力来生成对驱动轮即后轮32供给的动力的电机31、导出燃料电池51的电力生成过程中的生成物的排出管77、和设在该排出管77上并向车身外侧开口的排出口76，并且，排出口76被配置在后轮32前端的后方，具体地讲被配置在后轮车轴32a的后方。
根据该构成，即使行驶过程中有横向风或变更转弯半径的情况下，从排出口76与反应完成气体一起排出的来自燃料电池51的生成物(例如，水蒸气)也较少接触到后轮32上。
另外，在上述排出结构中，通过排出管77以在后轮32附近越向后方越位于上方的方式倾斜配置，容易由行驶过程中的风等使从排出口76排出的反应完成气体及生成物扩散，因此能够进一步防止来自燃料电池51的生成物吹到后轮32上。
并且，即使排出管77被配置在后轮32的上方，也与上述相同，容易由行驶过程中的风等使来自燃料电池的生成物扩散。
进而，在上述排出结构中，通过在机动二轮车1的设有侧架38的一侧配置排出口76，而即使在机动二轮车1停车等由侧架38支撑其车身的状态下，也能够良好地排出来自燃料电池的生成物。
其中所需说明的是，本发明并不仅限于上述实施例，也可以：例如，从稀释装置56直接导出排出管77，将从稀释装置56排出的排出气体只经由排出管77及消声器61排放出。
此外，上述实施例的构成是一例，当然并不仅限于适用于机动二轮车上，在不脱离本发明的主要构思的范围内不用说是可以进行多种变更的。

Claims (4)

1.一种燃料电池车辆上的排出结构，具备通过使氢与氧反应而生成电力的燃料电池、基于由该燃料电池产生的电力来生成对驱动轮供给的动力的电机、导出上述燃料电池的电力生成过程中的生成物的排出管、和设在该排出管上并向车身外侧开口的排出口，其特征在于：
上述排出口被配置在上述驱动轮前端的后方，
上述燃料电池车辆构成为机动二轮车，并且，具备以使车身向一侧倾斜的状态支撑车身的侧架，在设置该侧架的一侧配置有上述排出口。
2.如权利要求1所述的燃料电池车辆上的排出结构，其特征在于：上述排出口被配置在上述驱动轮轴的后方。
3.如权利要求1所述的燃料电池车辆上的排出结构，其特征在于：上述排出管在上述驱动轮附近配置成越向后方越位于上方。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的燃料电池车辆上的排出结构，其特征在于：上述排出管位于上述驱动轮的上方。
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