CN1736748A - 燃料电池车辆中的排水结构 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池车辆中的排水结构，来自燃料电池的排出气体可通过消声器排出到大气中，同时，来自燃料电池的生成水可以规则地排出。排水结构包括：燃料电池(51)，其通过使氢和氧反应生成电力；氢储气瓶(52)，其对该燃料电池(51)供给氢气；稀释盒(56)，其聚集来自燃料电池(51)的排出气体及生成水；排水管(81)，其引导稀释盒(56)内的水；排水口(79)，其设于排水管(81)内，朝向车体侧方开口，在排水管(81)中配置以规定的定时开闭的控制阀(82)。

Description

燃料电池车辆中的排水结构
技术领域
本发明涉及在燃料电池车辆中用于将来自燃料电池的生成水排出的排水结构。
背景技术
目前，在基于从燃料电池供给的电力驱动车辆用驱动马达的燃料电池车辆中，为使来自燃料电池的生成水不容易弄到驱动轮上，而将该生成水向车体侧方排出(例如参照专利文献1)。其将上述生成水贮存于水罐内，使从该水罐溢出的量的水和排出气体同时排出到车外。
专利文献1：特开2001-313056号公报
但是，在上述现有的结构中，容易出现在水罐内的贮水量超过该槽的容量时总是排水的状况，为进行有规则的排水还要求改善这一点。
而考虑到向燃料电池供给的气体是某种程度高压的情况时，优选如下结构，使来自燃料电池的排出气体及生成水暂时聚集在聚集盒内，在将上述排出气体进行稀释处理后，通过消声器等排放到大气中，同时，仅将上述生成水个别排出。
发明内容
因此，本发明提供一种燃料电池车辆中的排水结构，可将来自燃料电池的排出气体通过消声器排出到大气中，同时，将来自燃料电池的生成水有规则地排出。
作为上述课题的解决手段，本发明第一方面提供一种燃料电池车辆中的排水结构，其包括：燃料电池(例如实施例的燃料电池51)，其通过使氢和氧反应生成电力；氢储气瓶(例如实施例5的氢储气瓶52)，其对该燃料电池供给氢气；聚集盒(例如实施例的稀释盒56)，其聚集来自燃料电池的排出气体及生成水；排水管(例如实施例的排水管81)，其引导聚集盒内的水；排水口(例如实施例的排水口79)，其设于排水管内，朝向车体侧方开口，其特征在于，在所述排水管中配置以规定的定时开闭的控制阀(例如实施例的控制阀82)。
根据该结构，与排水管不同，从聚集盒导出具有消声器的排气管，可使用该排气管将聚集盒内的排出气体排放到大气中，同时，仅将聚集盒内的生成水使用排水管且以规定的定时(例如每规定时间)排出。
在此，在所述燃料电池车辆形成二轮机动车等鞍乘型车辆时，如本发明第二方面，所述排水口如果形成位于车辆乘座位置的后方的结构，则通常相对位于乘座位置前方的脚踏位置在其后方进行排水，故排出的生成水难于弄到乘客脚上。
此时，如本发明第三方面，具有在车体向一侧倾斜的状态下支承的侧支架(例如实施例的侧支架38)，如果形成在设有该侧支架的一侧配置所述排水口的结构，则在车辆停车时等，在利用侧支架在车体倾斜的状态下进行支承时，排水管内的生成水也容易从排水口排出。
根据本发明第一方面，来自燃料电池的排出气体可通过消声器排出到大气中，同时，来自燃料电池的生成水可有规则地排出。
根据本发明第二方面，可防止排出的生成水到乘员脚上。
根据本发明第三方面，可提高车辆停止时的排水性。
附图说明
图1是本发明实施例的燃料电池车辆(二轮机动车)的左侧面图；
图2是上述燃料电池车辆的右侧面图；
图3是上述燃料电池车辆的下面图；
图4是上述燃料电池车辆的燃料电池系统的主要结构图；
图5是图1的主要部分放大图；
图6是上述燃料电池车辆的吸排气系部件的右侧面图；
图7是上述吸排气类部件的上面图；
图8是表示上述燃料电池车辆的乘员乘车状态的左侧面图；
图9是图3的主要部分放大图；
图10是上述燃料电池车辆的后面图。
符号说明
38侧支架
51燃料电池
52氢储气瓶
56稀释盒(聚集盒)
79排水口
81排水管
82控制阀
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。另外，下面说明的前后左右等方向只要没有特别的记载，则和车辆的方向相同。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所示的二轮机动车1是基于搭载于车体大致中央的燃料电池51供给的电力驱动车辆驱动用马达31而行驶的燃料电池车辆。另外，二轮机动车1也可以是具有低踏板部(低床フロア部)(下面简单地称作踏板部)3的小型二轮机动车，在该踏板部3附近配置构成长方体形的上述燃料电池51，且在二轮机动车1的驱动轮即后轮32的车轮内设置作为所谓的车轮内置马达(ホイ一ルインモ一タ)的上述马达31。该马达31在其箱体31a内具有马达主体及减速机构，作为一体的单元构成，所以在其输出轴与后轮车轴32a同轴配置的状态下，从例如左侧安装在车轮内。
二轮机动车的前轮11轴支承于左右一对前叉12的下端部，这些各前叉12的上部通过转向杆13可操作地枢支于车体框架14前端部的头管5上。在转向杆13的上端部安装把手14，在该把手14的右手柄部配置风门手柄15，同时，在左右把手部前方分别配置后闸杆及前闸杆16、17。
在车体框架4的后部设置沿车体上下方向延伸的枢轴板8，在该枢轴板8的中间部稍下方的部位通过枢轴9枢支后摆臂21的前端部，其后端侧可沿车体上下方向摇动。后摆臂21其左臂体23延伸直到马达31的前端部，支承该马达31的箱体31a，而右臂体24延伸直到后轮32的中心位置，轴支后轮车轴32a。以这样的后摆臂21和马达31为主，构成作为二轮机动车1的摆动单元的(换言之，作为摇动自如地支承后轮32的后架的)马达单元20。
在车体框架4的下部的燃料电池51下方的部位配置沿车体前后方向延伸的后缓冲器33。该后缓冲器33的后端部与车体框架4的下部连结，同时，后缓冲器33的前端部通过联杆机构34与马达单元20(后摆臂21)的下部连结。联杆机构34由于伴随马达单元20的上下方向的摇动使后缓冲器33沿前后方向行程，故利用这样的后缓冲器33的行程吸收输入到马达单元20上的冲击和振动。
车体框架4具有从头管5的上部向左右分路向斜后下方延伸并在车体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的下部沿左右分路向斜后下方延伸并在车体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后方的上述枢轴板8的上端部及下端部结合。下面，在下管7中以从头管5到车体下端部的弯曲部7c的部位为前边部7a、以从上述弯曲部7c到枢轴板8的部位为下边部7b来进行说明。
各上管6为到达车体后端部从枢轴板8进一步向后方延伸，这样的各上管6的后半部分作为支承乘员用的座位41的座位架使用。该座位41的前半部分构成二轮机动车1的驾驶者用的乘座部，后半部分构成后部搭员者用的乘座部。
二轮机动车1的车体被主要由合成树脂构成的车体罩42覆盖。该车体罩42也起到防风作用，且其一部分与车体框架4一起构成上述踏板部3。在车体框架4的下部中央安装以直立状态支承车体的主支架37，同时，在车体框架4的下部左侧安装以向左侧倾斜的立起状态支承车体的侧支架38。
在此，参照图4说明二轮机动车1的燃料电池系统的概要。
燃料电池51是多数层积单位电池(单电池)构成的公知的固体高分子膜型燃料电池(PEMFC)，通过向其阳极侧供给氢气作为燃料气体，向阴极侧供给含有氧气的空气作为氧化剂气体，由电化学反应而生成电力并生成水。
作为上述燃料气体的氢气从氢储气瓶52通过截止阀53以规定压力(换言之以规定的高压状态)向燃料电池51供给，并在提供给发电后导入氢循环流路54内。在该氢循环流路54中，未反应的氢气与来自氢储气瓶52的新的氢气一起反复向燃料电池51供给。在氢循环流路54内循环的氢气可通过排气阀55导入稀释盒(聚集盒)56内。
而作为上述氧化剂气体的空气通过空气净化装置57导入增压机58内，然后，在加压到规定压力的状态下向燃料电池51供给，且在提供给发电后，导入稀释盒56内。另外，图中附图标记58a表示冷却向燃料电池51供给的空气(氧化剂气体)的中间冷却器，附图标记59表示向氧化剂气体供给水分的加湿器，附图标记58b表示在燃料电池51的低温时等不通过中间冷却器58a及加湿器59供给空气的旁通阀，附图标记58c是用于调整燃料电池51中的氧化剂气体的压力的背压阀。
而且，通过打开设于氢循环流路54内的排气阀55，将反应后的氢气导入稀释盒56内。在该稀释盒56中聚集的氢气与相同在稀释盒56中聚集的来自燃料电池51的排出空气混合，进行稀释处理后，通过消声器61放出到大气中。
在此，来自燃料电池51的生成水与排出空气一起导入加湿器59内后被抽出，作为向氧化剂气体供给的水分再利用。另外，由加湿器59抽出的水分(例如水蒸气)在经过稀释盒56后，与反应后的气体一起排出，或在稀释盒56内凝结后通过排水管81排出。在该排水管81上设有以规定的定时(例如每规定时间)开闭该水路的控制阀82。
燃料电池51的运转通过ECU(电子控制单元)62控制。具体地说，向ECU 62输入有关氢气及氧化剂气体的压力及温度的信号、有关车速及增压器58的转速的信号、有关燃料电池51及其冷却水温的信号等，根据这些各信号控制增压器58、旁通阀58b、背压阀58c、排气阀55及截止阀53等的动作。
另外，向ECU 62输入来自风门把手15的加速要求信号，根据该信号驱动控制后轮32驱动用的马达31。马达31是将燃料电池51或作为二次电池的蓄电池63的直流电流在转换单元即马达驱动器64中变换为三相交流电后进行供给而行驱动的三相交流马达。
上述燃料电池系统中的冷却系中，形成燃料电池51及马达31的水套、及连通中间冷却器58a内及与马达驱动器64邻接的冷却板(冷却器)65内的各水路的冷却水路66，并在该冷却水路66中设置水泵67及散热器68。
在这样的冷却系统中，通过水泵67的动作，使冷却水路66内流通并循环冷却水，由此，在从燃料电池51、马达31、氧化剂气体及马达驱动器64吸热的同时，由散热器68对该热进行散热。另外，图中附图标记69表示在燃料电池51的低温时等不通过散热器68循环冷却水的恒温器。
一同参照图1～图3进行说明，氢储气瓶52是具有圆筒形外观的一般的高压气储气瓶，构成由金属和纤维强化塑料构成的一般的复合容器。这种氢储气瓶52在后轮32上方的车体后部右侧配置，使其轴线(中心线)C沿前后方向，详细地说是使上述轴线C稍向前下方。此时的氢储气瓶52的右侧端(外侧端)位于车体右侧的上管6的侧端的稍外侧，且左侧端(内侧端)位于后轮32的外侧端的稍外侧。
氢储气瓶52的前后端部形成球状(换言之是尖细形)，使其前端部位于枢轴板8的前方，同时使后端部位于车体后端部这样配置。在这样的氢储气瓶52的后端部配置有该氢储气瓶52的瓶盖71及氢填充口72。
车体左侧的上管6倾斜，使其稍向后上方，大致直线地向后方延伸，另一方面，车体右侧的上管6相对于车体左侧的上管6设置在枢轴板8附近朝向下方缓缓变化。这样的各上管6设置在枢轴板8的附近向车宽方向外侧缓缓变化。
另外，车体右侧的上管6的下侧端从车体侧面看大致与氢储气瓶52的下端侧重合地设置，同时，在车体后端部向上方弯曲，避开氢储气瓶52的瓶盖71及氢填充口72，在向车体左侧延伸后，向下方弯曲，与车体左侧的上管6的后端部结合。
燃料电池51在车宽方向宽度宽并且在上下方向扁平，在其前壁部分别设置氧化剂气体及氢气的供给口及排出口、以及冷却水的导入口及导出口。
在此，一同参照图6、7进行说明，在燃料电池51的上部后方近接配置具有在车宽方向长的框体的加湿器59。在该加湿器59左侧部的斜上后方近接配置增压机58，在该增压机58的斜下部连接沿车宽方向延伸的导入通道57b的左侧部。另外，在加湿器59左侧部的上方近接配置背压阀58c。
导入通道57b的右侧部设置成位于氢储气瓶52的下方，在该右侧部连接同样位于氢储气瓶52下方的空气净化箱体57a的前端部。在空气净化箱体57a的后端部连接吸气通道73，以这些吸气通道73、空气净化箱体57a及导入通道57b为主构成上述空气净化装置57。
吸气通道73近接配置于空气净化箱体57a及导入通道57b的右侧方，且沿着它们在前后方向延伸。该吸气通道73包括：作为车宽方向扁平的容器的通道主体73a；在从该通道主体73a的后端部向后方延伸后弯曲与空气净化箱体57a的后端部连接的连接管73b；从通道主体73a的上端部前侧向上方延伸后向后方弯曲的吸气嘴73c，该吸气嘴73c在后轮32的上方的位置具有朝向后方开口的漏斗状的吸气口74。该吸气口74的周围被座位41及车体罩42包围，抑制水和泥土等异物的侵入。
在加湿器59右侧部的后方近接配置旁通阀58b，在该旁通阀58b的斜下后方近接配置中间冷却器58a，这些旁通阀58b及中间冷却器58a在车体前后方向配置在加湿器59右侧部和导入通道57b右侧部之间。在位于增压机58的斜上前部的吹出口连接导出通道58d的一端侧，该导出通道58d的另一端侧弯曲，避开氢储气瓶52的前端部，并且，向右侧方延伸，与中间冷却器58a的导入口连接。
在车体后部左侧配置车宽方向扁平的消声器61，位于车体左侧的上管6的车宽方向外侧。该消声器61从车体侧面看成为大致方形状，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设于向后上方倾斜的排气管77的后半部分，在该消声器61(排气管77)的后端侧向后方突设尾管75，在该尾管75的后端形成反应后的气体的排出口76。
在此，消声器61(排气管77)配置在后轮32的左方，而空气净化装置57配置在后轮32的后方。另外，消声器61及空气净化装置57都配置在燃料电池51的后方。这样，在车体后部，隔着后轮32这样左右配置的消声器61及空气净化装置57中，将排气口76及吸气口74分开规定量，且使吸气口74位于后轮32的规定量的上方。
而且，空气净化装置57、增压器58、旁通阀58b、中间冷却器58a及加湿器59这样的吸气类部件，和背压阀58c、消音器61(排气管77)这样的排气类部件在燃料电池51的后方即车体后部相互近接配置，通过将这些各吸气类部件和排气类部件通过未图示的连结杆(ステ一)等一体连结，构成吸排气模块60。
散热器68分割构成位于头管5前方的较小型的上段散热器68a和位于各下管7的前边部7a前方的较大型的下段散热器68b。在下段散热器68b的右侧后方配置水泵67，在该水泵67的斜下后方配置恒温器69。另外，在位于下段散热器68b的两侧方的车体框架42的内侧分别配置车宽方向扁平的蓄电池63。
在各下管7的弯曲部7c间配置稀释盒56，向下边部7b的下侧端的下方突出。从稀释盒56导出排气短管78，该排气短管78与车体左侧的下管7的下边部7b前侧连接，同时，从该下边部7b导出上述排出管77。即，车体左侧的下管7构成反应后的气体的排出经路的一部分，因此，来自稀释盒56的排出气体通过排气短管78、下管7的下边部7b及排气管77排出到大气中。
从排气短管78的中间部分，排水管81通过控制阀82分路，使该排水管81沿车体左侧的下管7的下边部7b向后方延伸。控制阀82通常例如为关闭状态，关闭排水管81的水路，仅流通排出气体，另一方面，在规定的定时，一定时间为开状态，使排出气体流通，同时，可将聚集于稀释盒56内的水通过排水管8排出到车外。
一同参照图5进行说明，马达驱动器64从车体侧面看成大致方形状，通过冷却板65安装于后摆臂21的左臂23的车宽方向外侧。在马达驱动器64的前端连接来自燃料电池51及蓄电池63的电力供给用的高压配线64a。另外，在冷却板65的前端下部及上部分别连接构成上述冷却水路66的一部分的给水管65a及排水管65b。
从马达驱动器64的后端部导出三相高压配线64b，这些各相高压配线64b与位于马达驱动器64后方的马达31前端部的供电端子连接。即，马达驱动器64从车体侧面看以不与马达31搭接的程度与其近接配置。另外，图中附图标记64c表示设于各相高压配线64b并检测向马达31的供电量的电流传感器64c，附图标记64d表示作为马达驱动器64的一部分的电压平滑电容。
在马达单元20上安装作为后摆臂21一部分的臂罩21a。该臂罩21a覆盖后摆臂21及马达31，同时覆盖马达驱动器64、冷却板65、电压平滑电容64d、各高压配线64a、64b、供水管65a以及排水管65b，还有电流传感器64c等，对它们进行适当地保护。另外，在臂罩21a上为能够向其内部流通外气，分别设未图示的外气导入口及导出口。
在此，如图8、9所示，排水管81在其后部和座位41的乘员(驾驶者)的乘座基准位置(下面简称为乘座位置)HP在前后方向大致相同的位置向斜后左侧弯曲，后端开口即排水口79位于乘座位置的后方的车体左侧即侧支架38侧，同时，将该排水口79向斜后左侧开口。
另外，图中附图标记FP表示在车辆停车时等乘座于座位41上的上述乘员将脚踏在地面(图中线GL表示)时的着地基准位置(下面简称为脚踏位置)，该脚踏位置FP位于乘座位置HP的前方即位于排水口79的前方。
另外，如图10所示，在二轮机动车1在利用侧支架38使车体向左侧倾斜的状态下支承时，排水口79向斜左下方开口，排水管81内的水容易地排出，同时，防止雨水等侵入排水管内。另外，图中符号43表示连成环状的尾灯，其从车体后面看大致椭圆。
如上所述，上述实施例的燃料电池车辆(二轮机动车1)的排水结构具有通过使氢和氧反应生成电力的燃料电池51、对该燃料电池51供给氢气的氢储气瓶52、聚集来自燃料电池51的排出气体及生成水的稀释盒56、导出该稀释盒56内的水的排水管81、设于该排水管81并朝向车体侧方开口的排水口79，其中，在排水管81上配置以规定定时开闭的控制阀82。
根据该结构，与排水管81不同地，将从稀释盒56导出具有消声器61的排气管77，使用该排气管77将稀释盒56内的排出气体排出到大气中，同时，仅将稀释盒56内的生成水使用排水管81且以规定的时间排出。即，来自燃料电池51的排出气体可通过消声器61排出到大气中，同时，来自燃料电池51的生成水可有规则地排出。
此时，通过使导入排水管81的生成水从排水口79向车体侧方排出，可减少该生成水到驱动轮即后轮32上。
在上述排水结构中，由于通过使排水口79位于作为鞍乘型车辆的二轮机动车1的乘座位置HP的后方，相对于位于乘座位置HP的前方的脚踏位置FP向其后方进行排水，故可减少排出的生成水到乘员的脚上。
在上述排水结构中，通过在设置侧支架38的一侧(车体左侧)配置排水口79，从而即使在车辆停车时等利用侧支架38使车体在倾斜的状态下进行支承时，也可以容易地将排水管81内的生成水从排水口79排出。即可提高车辆停车时的排水性。
另外，上述实施例的结构是一例，不限于二轮机动车中使用，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以进行各种变更。

Claims (3)

1、一种燃料电池车辆中的排水结构，其包括：燃料电池，其通过使氢和氧反应生成电力；氢储气瓶，其对该燃料电池供给氢气；聚集盒，其聚集来自燃料电池的排出气体及生成水；排水管，其导出聚集盒内的水；排水口，其设于排水管内，朝向车体侧方开口，其特征在于，在所述排水管中配置以规定的定时开闭的控制阀。
2、如权利要求1所述的燃料电池车辆中的排水结构，其特征在于，所述排水口位于车辆乘座位置的后方。
3、如权利要求1或2所述的燃料电池车辆中的排水结构，其特征在于，具有在将车体向一侧倾斜的状态下支承的侧支架，在设置该侧支架的一侧配置所述排水口。
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