DE112012001741T5 - Brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das effiziente Heizen eines Fahrgastraums eines Brennstoffzellenfahrzeugs durch Benutzung von Wärme von Luft, die von einem Brennstoffzellenstapel abgegeben wird. In einem Brennstoffzellenfahrzeug, in dem ein Abgaskanal, der dafür ausgelegt ist, Luft von einem Brennstoffzellenstapel abzugeben, unter einem Boden angeordnet ist, umfasst der Abgaskanal Folgendes: eine untere Oberflächenwand, die mindestens einer unteren Oberfläche des Bodens zugewandt ist, mit einer vorbestimmten Lücke dazwischen; und ein Paar von Seitenwänden, die sich von einem rechten und linken Seitenteil der unteren Oberflächenwand in Richtung der unteren Oberfläche des Bodens erstrecken, wobei der Boden dafür ausgelegt ist, durch die in dem Abgaskanal strömende Luft geheizt zu werden.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug und insbesondere ein Brennstoffzellenfahrzeug, das durch Benutzung von Wärme von aus einem Brennstoffzellenstapel abgegebener Luft Heizung durchführt.
  • [Stand der Technik]
  • Ein wassergekühltes Brennstoffzellensystem und ein luftgekühltes Brennstoffzellensystem sind als in Brennstoffzellenfahrzeugen angebrachte Brennstoffzellensysteme bekannt. Beim wassergekühlten Brennstoffzellensystem wird durch einen Brennstoffzellenstapel erzeugte Wärme durch Kühlwasser gekühlt. Beim luftgekühlten Brennstoffzellensystem wird ein Brennstoffzellenstapel dagegen durch Kühlluft gekühlt, die zur Kühlung durch einen Gebläselüfter zugeführt wird.
  • Als Erstes zeigt 4 die Konfiguration eines allgemeinen wassergekühlten Brennstoffzellensystems eines herkömmlichen Brennstoffzellenfahrzeugs. Wie in 4 gezeigt, wird bei einem wassergekühlten Brennstoffzellensystem 101 ein in einem Wasserstofftank 102 gespeichertes hochdruckkomprimiertes Wasserstoffgas über ein Dekompressionsventil 104 durch Verwendung einer Wasserstoffzuführungsleitung 103 in einen Anodeneinlassteil 106 eingeführt.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem 101 wird darüber hinaus die in einen Einlasskanal 107 eingesaugte Außenluft durch einen Filter 108 gereinigt, danach durch einen Kompressor 109 komprimiert und dann in einen Kathodeneinlassteil 110 des Brennstoffzellenstapels 105 eingeführt. Als Folge wird in dem Brennstoffzellenstapel 105 durch elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in der Luft elektrischer Strom erzeugt.
  • Überschüssige Luft wird von einem Kathodenauslassteil 111 des Brennstoffzellenstapels 105 als Kathodenabgas an einen Abgaskanal 112 abgegeben. Nachdem ein Teil von Feuchtigkeit in dem Kathodenabgas von einem Dampftrenner 113 getrennt wird, wird das Kathodenabgas durch ein Abgasdruckventil 114, das den Druck eines Codesystems steuern soll, in einen Abgaskanal 112 eingeführt und in die Umgebung des Fahrzeugs freigegeben.
  • Darüber hinaus wird ein überschüssiges Wasserstoffgas von einem Anodenabgasteil 115 des Brennstoffzellenstapels 105 als Anodenabgas abgegeben. Das Anodenabgas durchläuft auch einen Dampftrenner 116 wie das Kathodenabgas, wird durch ein Spülventil 117 in den Abgaskanal 112 eingeführt und mit dem Kathodenabgas gemischt. Die Strömungsmenge des Anodenabgases ist viel kleiner als die des Kathodenabgases. Dementsprechend kann abgeführter Wasserstoff in dem Anodenabgas mit dem Kathodenabgas bis auf eine Konzentration verdünnt werden, die nicht höher als 4% ist, wobei es sich um die untere Flammbarkeitsgrenze handelt, und dann in die Umgebung des Fahrzeugs freigegeben werden. Abhängig von der Art des Brennstoffzellensystems 101 wird das Anodenabgas durch Verwendung einer Wasserstoffpumpe 118 in den Anodeneinlassteil 106 rezirkuliert, um das Nutzungsverhältnis von Wasserstoff zu verbessern.
  • Das wassergekühlte Brennstoffzellensystem 101 umfasst ein Kühlsystem 118. Das Kühlsystem 118 umfasst einen schleifenförmigen Kühlwasserdurchgang 120, der den Brennstoffzellenstapel 105 und einen Kühler 119 miteinander verbinden, und zirkuliert das Kühlwasser zwischen dem Kühler 119 und dem Brennstoffzellenstapel 105 mit einer Wasserpumpe 121, um den Brennstoffzellenstapel 105 zu kühlen. Das Brennstoffzellensystem 101 benutzt Hochtemperatur-Kühlwasser, das durch den Kühlwasserdurchgang 120 in einer Heizvorrichtung 122 fließt. Die Heizvorrichtung 122 führt das Kühlwasser durch Verwendung eines Einstellventils 123 einem Heizungskern 124 zu, treibt einen Lüfter 125 zum Senden von Luft an und heizt dadurch einen Fahrgastraum 3.
  • Als Nächstes wird unter Verwendung von 5 die Konfiguration des luftgekühlten Brennstoffzellensystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs beschrieben. Wie in 5 gezeigt, wird auch in einem luftgekühlten Brennstoffzellensystem 201 ein in einem Wasserstofftank 202 gespeichertes komprimiertes Wasserstoffgas durch Verwendung einer Wasserstoffzuführungsleitung 203 zu einem Dekompressionsventil 204 gesendet, um dekomprimiert zu werden, und danach in einen Anodeneinlassteil 206 eines Brennstoffzellenstapels 205 eingeführt.
  • Dagegen besitzt eine Zuführungsvorrichtung des Kathodeneinlasses keinen Hochdruckkompressor. Die Zuführungsvorrichtung reinigt in einen Einlasskanal 207 eingesaugte Luft durch Verwendung eines Filters 208 und führt die Luft dann durch Verwendung eines Niederdruck-Gebläses 209 einem Kathodeneinlassteil 210 des Brennstoffzellenstapels 205 zu. Dem Kathodeneinlassteil 210 zugeführte Luft wird nicht nur für die Stromerzeugungsreaktion in dem Brennstoffzellenstapel 205 verwendet, sondern hat auch eine Rolle des Entfernens von in dem Brennstoffzellenstapel 205 erzeugter Wärme und Kühlens des Brennstoffzellenstapels 205.
  • Kathodenabgas, das von einem Kathodenabgasteil 211 des Brennstoffzellenstapels 205 abgegebene Überschussluft ist, wird durch Verwendung eines Abgaskanals 212 an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben. Darüber hinaus durchläuft ein Anodenabgas, das von einem Anodenabgasteil 213 des Brennstoffzellenstapels 205 abgegebenes überschüssiges Wasserstoffgas ist, ein Spülventil 214 und wird mit dem durch den Abgaskanal 212 strömenden Kathodenabgas gemischt. Ein abgeführtes Wasserstoffgas aus dem Anodenabgasteil 213 wird mit dem Kathodenabgas bis auf eine Konzentration verdünnt, die nicht höher als die untere Flammbarkeitsgrenze ist, und dann an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben.
  • Herkömmliche Heizvorrichtungen von mit Brennstoffzellenstapeln ausgestatteten Fahrzeugen umfassen die folgenden Heizvorrichtungen. Bei einer Heizvorrichtung ( japanische offengelegte Patent-Nr. 2008-108538 ) wird von einem Brennstoffzellenstapel abgegebene Luft direkt in einen Fahrgastraum eingeführt. Bei einer anderen Heizvorrichtung ( japanische offengelegte Patent-Nr. 2005-280639 ) wird ein Wärmetauscher, durch den durch in einem Brennstoffzellenstapel erzeugte Wärme erhitztes Kühlwasser fließt, auf einer unteren Oberfläche eines Bodens angeordnet, und ein Fahrgastraum wird innen durch Benutzung der Wärme des Kühlwassers geheizt.
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1]
    • Japanische offengelegte Patent-Nr. 2008-108538
  • [PTL 2]
    • Japanische offengelegte Patent-Nr. 2005-280639
  • [Kurzfassung der Erfindung]
  • [Technische Probleme]
  • Im Allgemeinen wird in dem in 4 gezeigten Fahrzeug, das mit dem wassergekühlten Brennstoffzellensystem 101 ausgestattet ist, das Kühlwasser, dessen Temperatur nach Kühlung des Brennstoffzellenstapels 105 zugenommen hat, in den Heizungskern 124 der Heizvorrichtung 122 eingeführt, und die Wärme des Kühlwassers wird benutzt, um den Fahrgastraum innen zu heizen.
  • Da jedoch das Brennstoffzellensystem 101 eine Betriebstemperatur aufweist, die niedriger als die eines Verbrennungsmotors ist, und sehr effizient ist, ist die Temperatur des Kühlwassers des Brennstoffzellenstapels 105 kleiner als die Temperatur des Kühlwassers des Verbrennungsmotors. Dementsprechend ist die Leistungsfähigkeit der Heizung im Innern des Fahrgastraums in vielen Fällen, wenn Heizung nur durch Verwendung des Kühlwassers des Brennstoffzellenstapels 105 durchgeführt wird, unzureichend, und es wird in solchen Fällen eine Hilfsheizung wie etwa eine PTC-Heizung, verwendet.
  • Obwohl eine elektrische Heizung, wie etwa eine PTC-Heizung, als Heizvorrichtung verwendet werden kann, nimmt der elektrische Stromverbrauch zu, wenn die Heizvorrichtung arbeitet, und dies verursacht eine Verringerung der Brennstoffeffizienz. Dementsprechend ist eine Hilfsheizvorrichtung erforderlich, die keinen elektrischen Strom verbraucht.
  • Im Gegensatz zu dem in 4 gezeigten wassergekühlten Brennstoffzellensystem 101 besitzt darüber hinaus das in 5 gezeigte luftgekühlte Brennstoffzellensystem 201 kein Kühlsystem 118 zum Zirkulieren des Kühlwassers. Dementsprechend ist eine Heizvorrichtung erforderlich, die den Fahrgastraum ohne Verwendung des Kühlwassers effizient heizen kann.
  • Ferner ist es bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Heizvorrichtung aufgrund der Wärmemenge schwierig, den gesamten Fahrgastraum zu heizen. Dagegen hat die in der Patentliteratur 2 beschriebenen Heizvorrichtung das Problem, dass die Struktur komplex ist und der elektrische Stromverbrauch zunimmt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das effiziente Heizen eines Fahrgastraums eines Brennstoffzellenfahrzeugs durch Benutzung von Wärme von aus einem Brennstoffzellenstapel abgegebener Luft.
  • [Lösung der Probleme]
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Abgaskanal, der unter einem Boden des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Abgaskanal dafür ausgelegt ist, Luft aus einem Brennstoffzellenstapel abzugeben, wobei der Abgaskanal Folgendes umfasst: eine untere Oberflächenwand, die mindestens einer unteren Oberfläche des Bodens zugewandt ist, mit einer vorbestimmten Lücke zwischen der unteren Oberflächenwand und der unteren Oberfläche des Bodens; und zwei Seitenwände, die sich von einem rechten und einem linken Seitenteil der unteren Oberflächenwand in Richtung der unteren Oberfläche des Bodens erstrecken, wobei der Boden dafür ausgelegt ist, durch die in dem Abgaskanal strömende Luft geheizt zu werden.
  • [Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
  • In dem Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Erfindung wird der Boden durch die Wärme der Luft geheizt, die von dem Brennstoffzellenstapel abgegeben wird und durch den Abgaskanal strömt, und der Fahrgastraum des Brennstoffzellenfahrzeugs kann dadurch effizient geheizt werden.
  • Da das Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Erfindung ein Verfahren verwendet, bei dem der Boden durch die Wärme der Luft geheizt wird, die von dem Brennstoffzellenstapel abgegeben wird und in dem Abgaskanal strömt, kann darüber hinaus die Heizung unmittelbar nach dem Beginn des Betriebs des Brennstoffzellenstapels beginnen. Im Vergleich zu einem Verfahren des Heizens des Bodens durch Zirkulieren von Kühlwasser ist es darüber hinaus möglich, eine Durchgangsstruktur für Fluid einfacher zu halten und den elektrischen Stromverbrauch zu verringern.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
  • 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Brennstoffzellenfahrzeugs in einem Zustand, in dem Bodenheizung durchgeführt wird.
  • 2 ist eine entlang der Linie A-A von 1 genommene Querschnittsansicht.
  • 3 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Brennstoffzellenfahrzeugs in einem Zustand, in dem keine Bodenheizung durchgeführt wird.
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines wassergekühlten Brennstoffzellensystems.
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines luftgekühlten Brennstoffzellensystems.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Im Folgenden wird auf der Basis der Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 bis 3 zeigen die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Brennstoffzellenfahrzeug, Bezugszahl 2 bezeichnet einen vorderen Raum, Bezugszahl 3 bezeichnet einen Fahrgastraum, Bezugszahl 4 bezeichnet einen Boden, Bezugszahl 5 bezeichnet einen Sitz, Bezugszahl 6 bezeichnet ein Vorderrad und Bezugszahl 7 bezeichnet ein Hinterrad. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ist ein vierrädriges Fahrzeug, und in dem vorderen Raum 2 ist in einem vorderen Teil des Fahrzeugs ein Brennstoffzellenstapel 9 eines Brennstoffzellensystems 8 angebracht. Auf dem Boden 4 des Fahrgastinnenraums 3 sind hinter dem vorderen Raum 2 Sitze 5 angeordnet. Der Brennstoffzellenstapel 9 umfasst einen Einlasskanal 10, der dafür ausgelegt ist, die Außenluft in einem vorderen Teil einzusaugen, und umfasst einen Abgaskanal 11, der dafür ausgelegt ist, Luft in einem hinteren Teil abzugeben.
  • Der Brennstoffzellenstapel 9 erzeugt elektrischen Strom mittels elektrochemischer Reaktion zwischen aus einem Wasserstofftank zugeführtem Wasserstoff und Sauerstoff in der Luft, die von dem Einlasskanal 10 angesaugt wird. Die dem Brennstoffzellenstapel 9 zugeführte Luft wird nicht nur als Reaktionsgas mit Wasserstoff bei der Stromerzeugungsreaktion verwendet, sondern hat auch eine Rolle als Kühlmedium, das Reaktionswärme in dem Brennstoffzellenstapel 9 abführt und den Brennstoffzellenstapel 9 kühlt. Dementsprechend besitzt der Brennstoffzellenstapel 9 eine Struktur dergestalt, durch Luft gekühlt zu werden, und ist ein luftgekühlter Brennstoffzellenstapel, der Luft als das Reaktionsgas und als das Kühlmedium verwendet. Daher ist das Brennstoffzellensystem 8 ein luftgekühltes Brennstoffzellensystem.
  • Nach der Reaktion mit Wasserstoff übrige überschüssige Luft und Luft, die den Brennstoffzellenstapel 9 gekühlt hat, werden zusammen mit einem nicht für die Stromerzeugung verwendeten überschüssigen Wasserstoffgas von dem Brennstoffzellenstapel 9 durch Verwendung des Abgaskanals 11 in die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst der Abgaskanal 11 Folgendes: eine untere Oberflächenwand 12, die mindestens einer unteren Oberfläche des Bodens 4 zugewandt ist, mit einer dazwischen vorgesehenen vorbestimmten Lücke S; und ein Paar aus rechter und linker Seitenwand 13, 14, die sich in Richtung einer unteren Oberfläche des Bodens 4 von beiden Seitenteilen der unteren Oberflächenwand 12 aus in einer Fahrzeug-rechts-links-Richtung erstrecken, und das in einer Rinnenform gebildet ist, in der der Abgaskanal 11 auf einer oberen Seite offen ist. Der Abgaskanal 11 bedeckt die gesamte untere Oberfläche des Bodens 4 des Fahrgastraums 3, der zwischen der Menge von Vorderrädern 6 und der Menge von Hinterrädern 7 angeordnet ist, und bildet einen Abgasdurchgang, der sich entlang dem Boden 4 erstreckt. Darüber hinaus umfasst der Abgaskanal 11 einen Abgabeport 15, der dafür ausgelegt ist, Luft unmittelbar vor den Hinterrädern 7 nach außen abzugeben.
  • Ein Kühlkörper 16, der dafür ausgelegt ist, Wärme mit der Luft in dem Abgaskanal 11 auszutauschen, ist auf einer unteren Oberfläche des Bodens 4 vorgesehen. In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 wird der Boden 4 durch die Wärme der von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebenen und in dem Abgaskanal 11 strömenden Luft geheizt.
  • Wie oben beschrieben, kann das Brennstoffzellenfahrzeug 1 Unterbodenheizung durchführen, indem der gesamte Boden 4 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 durch die Wärme der von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebenen und in dem Abgaskanal 11 strömenden Luft geheizt und dadurch der Fahrgastraum 3 effizient geheizt wird. Da das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein Verfahren verwendet, bei dem der Boden 4 durch die Wärme der von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebenen und in dem Abgaskanal 11 strömenden Luft geheizt wird, kann die Heizung darüber hinaus sofort nach dem Start des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 9 beginnen. Im Vergleich zu einem Verfahren des Heizens des Bodens durch Zirkulieren von Kühlwasser ist es weiterhin möglich, die Durchgangsstruktur für Fluid einfacher zu machen und den Stromverbrauch zu verringern.
  • In der Struktur, in der der in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebrachte Brennstoffzellenstapel 9 durch Luft gekühlt wird, strömt darüber hinaus eine große Menge von durch den Brennstoffzellenstapel 9 erhitzter Luft durch den Abgaskanal 11. Dementsprechend wird der Heizeffekt des Bodens 4 verbessert.
  • Da in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 der Abgaskanal 11 eine Rinnenform aufweist, in der der Abgaskanal 11 auf der oberen Seite offen ist, kann ferner die Struktur des Abgaskanals 11 vereinfacht werden. Zusätzlich kann die Wärme der Luft direkt zum Boden 4 geleitet werden, und der Heizeffekt des Bodens 4 wird dadurch verbessert.
  • Darüber hinaus kann in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 die Wärme der in dem Abgaskanal 11 strömenden Luft durch den auf der unteren Oberfläche des Bodens 4 vorgesehenen Kühlkörper 16 effizient zum Boden 4 geleitet werden, und der Heizeffekt des Bodens 4 wird dadurch verbessert.
  • Wie in 1 und 3 gezeigt, verzweigt sich der Abgaskanal 11 an einem Verzweigungsteil 17 unmittelbar hinter den Vorderrädern 6 in einen ersten Abgaskanal 18, der sich entlang der unteren Oberfläche des Bodens 4 erstreckt, und einen zweiten Abgaskanal 19, der sich von dem Boden 4 weg erstreckt. Der erste Abgaskanal 18 besitzt eine wärmeisolierende Schicht 20 auf der unteren Oberflächenwand 12. Der zweite Abgaskanal 19 umfasst einen Abgabeport 21, der dafür ausgelegt ist, Luft unter dem ersten Abgaskanal 18 und etwa hinter dem Verzweigungsteil 17 nach außen abzugeben. Die Durchgangslänge des zweiten Abgaskanals 19 ist kürzer als die Durchgangslänge des ersten Abgaskanals 18.
  • Ein Schaltventil 22, das dafür ausgelegt ist, eine Strömungsrichtung von Luft zu der Seite des ersten Abgaskanals 18 oder der Seite des zweiten Abgaskanals 19 umzuschalten, ist in dem Verzweigungsteil 17 angeordnet. In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 wird die Temperatur des Bodens 4 durch Einstellen der Menge von in den ersten Abgaskanal 18 strömenden Luft und der Menge von in den zweiten Abgaskanal 19 strömenden Luft mit dem Schaltventil 22 eingestellt.
  • Wie oben beschrieben bewirkt in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1, wenn keine Unterbodenheizung erforderlich ist, das Schaltventil 22, das dafür ausgelegt ist, die Strömungsrichtung von Luft zu der Seite des ersten Abgaskanals 18 oder der Seite des zweiten Abgaskanals 19 zu schalten, dass die von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebene Luft zu der Seite des zweiten Abgaskanals 19 strömt, wie in 3 gezeigt, und die Heizung des Bodens 4 kann dadurch gestoppt werden. Daher kann das Schaltventil 22 zu der Effizienzverbesserung bei der Abwärmenutzung beim Heizen und zu thermischer Isolation zwischen dem Fahrgastraum 3 und der Luft, falls keine Heizung durchgeführt wird, beitragen.
  • Wenn in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 Luft von dem Abgabeport 21 des zweiten Abgaskanals 19, der eine kürzere Durchgangslänge als der erste Abgaskanal 18 aufweist, abgegeben wird, verhindert darüber hinaus die auf der unteren Oberflächenwand 12 des ersten Abgaskanals 18 vorgesehene Wärmeisolationsschicht 20, dass die Wärme von Luft die untere Oberflächenwand 12 des ersten Abgaskanals 18 erhitzt, und dadurch kann die Zunahme der Temperatur des Bodens 4 aufgrund von Wärmeübertragung verhindert werden.
  • Ferner besitzt in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 der zweite Abgaskanal 19 eine kürzere Durchgangslänge als der erste Abgaskanal 18. Wenn die Luft von dem Abgabeport 21 des zweiten Abgaskanals 19 in die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben wird, wird dementsprechend der Luftströmungswiderstand des zweiten Abgaskanals 19 verringert, und es kann Abgabe von Luft aus dem Brennstoffzellenstapel 9 nach außen erleichtert werden.
  • Ferner wird in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 die Temperatur des Bodens 4 durch Einstellen der Mengen von in den ersten Abgaskanal 18 und den zweiten Abgaskanal 19 strömenden Luft mit dem Schaltventil 22 eingestellt. Dementsprechend kann die Temperatur des Bodens 4 in einer einfachen Struktur eingestellt werden.
  • In dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 führt eine Steuereinheit 23 Schaltsteuerung des Schaltventils 22 durch. Ein Außenluft-Temperatursensor 24, der dafür ausgelegt ist, die Außenlufttemperatur zu detektieren, ist mit der Steuereinheit 23 verbunden. Die Steuereinheit 23 steuert das Schaltventil 22 auf der Basis von Detektionssignalen von dem Außenluft-Temperatursensor 24 dergestalt, dass die Luft gemäß der Außenlufttemperatur an den oberen Abgaskanal 18 und den unteren Abgaskanal 19 verteilt wird.
  • Wenn die Außenlufttemperatur kleiner als eine bestimmte festgesetzte Temperatur T1 ist, steuert die Steuereinheit 23 das Schaltventil 22 so, dass die von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebene Luft zu dem ersten Abgaskanal 18 geführt wird, so dass die Unterbodenheizung des Fahrgastraums 3 durchgeführt werden kann. Wenn die Außenlufttemperatur eine andere festgesetzte Temperatur T2 übersteigt, die höher als die festgesetzte Temperatur T1 gesetzt wird, steuert die Steuereinheit 23 das Schaltventil 22 so, dass die von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebene Luft zu dem zweiten Abgaskanal 19 geführt wird (T1 < T2).
  • Wie oben beschrieben, kann das Brennstoffzellenfahrzeug 1 Unterbodenheizungssteuerung gemäß der Außenlufttemperatur durchführen, indem das Schaltventil 22 gemäß der Außenlufttemperatur gesteuert wird und ein Verteilungsverhältnis von in den ersten Abgaskanal 18 und den zweiten Abgaskanal 19 strömender Luft variabel gesteuert wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 kann dadurch den Boden 4 durch die Wärme der von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebenen Luft heizen und die Temperatur eines Teils unter den Füßen im Fall einer niedrigen Außenlufttemperatur vergrößern, selbst wenn ein Insasse keine Bedienung der Heizvorrichtung durchführt.
  • Darüber hinaus kann eine Schaltbedingung des Schaltventils 22 statt der Außenlufttemperatur die Fahrgastraumtemperatur sein. In diesem Fall ist ein Fahrgastraum-Temperatursensor 25 mit der Steuereinheit 23 verbunden, der dafür ausgelegt ist, die Fahrgastraumtemperatur zu detektieren. Die Steuereinheit 23 steuert das Schaltventil 22 gemäß der Fahrgastraumtemperatur auf der Basis des Detektionssignals von dem Fahrgastraum-Temperatursensor 25. Dadurch wird es möglich, im Fall von niedriger Fahrgastraumtemperatur den Boden 4 zu heizen und die Temperatur eines Teils unter den Füßen auf eine komfortable Temperatur zu vergrößern, selbst wenn ein Insasse keine Bedienung der Heizvorrichtung durchführt.
  • Das Schaltventil 22 kann das Verteilungsverhältnis von in den ersten Abgaskanal 18 und den zweiten Abgaskanal 19 strömender Luft variabel nicht nur gemäß der Außenlufttemperatur und der Fahrgastraumtemperatur steuern, sondern auch gemäß einem Betriebszustand der in dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 angebrachten Heizvorrichtung. Wenn die Heizvorrichtung arbeitet, wird das Schaltventil 22 so gesteuert, dass durch den Brennstoffzellenstapel 9 abgegebene Luft zu dem ersten Abgaskanal 18 geführt wird, so dass Unterbodenheizung durch Heizen des Bodens 4 des Fahrgastraums 3 durchgeführt werden kann. Wenn die Heizvorrichtung nicht arbeitet, wird das Schaltventil 22 so gesteuert, dass von dem Brennstoffzellenstapel 9 abgegebene Luft zu dem zweiten Abgaskanal 19 geführt wird.
  • Dementsprechend kann das Brennstoffzellenfahrzeug 1 ein Verteilungsverhältnis von in den ersten Abgaskanal 18 und den zweiten Abgaskanal 19 strömender Luft gemäß einer festgesetzten Heiztemperatur der Heizvorrichtung und einer Luftströmungsmenge variabel steuern und dadurch Unterbodenheizungssteuerung gemäß Heizanforderung durchführen.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Brennstoffzellenstapel 9 in dem vorderen Raum 2 in dem vorderen Teil angebracht. Die Anbringungsposition des Brennstoffzellenstapels 9 ist jedoch nicht darauf beschränkt und der Brennstoffzellenstapel 9 kann unter dem Boden 4 angebracht werden. In diesem Fall kann durch Bildung einer geeigneten Kanalstruktur der Effekt der Unterbodenheizung ähnlich erhalten werden.
  • [Industrielle Anwendbarkeit]
  • Das Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Erfindung führt Unterbodenheizung des Brennstoffzellenfahrzeugs durch, indem die Wärme von aus dem Brennstoffzellenstapel abgegebener Luft effektiv benutzt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch nicht nur auf das Brennstoffzellenfahrzeug angewandt werden, sondern auch auf Innenheizung unter Verwendung eines Brennstoffzellenstapels eines luftgekühlten stationären Brennstoffzellensystems für ein Haus.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellenfahrzeug
    2
    vorderer Raum
    3
    Fahrgastraum
    4
    Boden
    8
    Brennstoffzellensystem
    9
    Brennstoffzellenstapel
    10
    Einlasskanal
    11
    Abgaskanal
    12
    untere Oberflächenwand
    13
    rechte Seitenwand
    14
    linke Seitenwand
    15
    Abgabeport
    16
    Kühlkörper
    17
    Verzweigungsteil
    18
    erste Abgaskanal
    19
    zweiter Abgaskanal
    20
    Wärmeisolationsschicht
    21
    Abgabeport
    22
    Schaltventil
    23
    Steuereinheit
    24
    Außenluft-Temperatursensor
    25
    Fahrgastraum-Temperatursensor

Claims (10)

  1. Brennstoffzellenfahrzeug, das einen Abgaskanal unter einem Boden aufweist, wobei der Abgaskanal dafür ausgelegt ist, Luft aus einem Brennstoffzellenstapel abzugeben, wobei der Abgaskanal Folgendes umfasst: eine untere Oberflächenwand, die mindestens einer unteren Oberfläche des Bodens zugewandt ist, mit einer vorbestimmten Lücke zwischen der unteren Oberflächenwand und der unteren Oberfläche des Bodens; und ein Paar von Seitenwänden, die sich von einem rechten und linken Seitenteil der unteren Oberflächenwand in Richtung der unteren Oberfläche des Bodens erstrecken, so dass der Boden dafür ausgelegt ist, durch die in dem Abgaskanal strömende Luft geheizt zu werden.
  2. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel eine Struktur dergestalt aufweist, dass sie durch Luft gekühlt wird.
  3. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Abgaskanal eine Form dergestalt aufweist, dass der Abgaskanal auf einer oberen Seite offen ist.
  4. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, das einen Kühlkörper auf der unteren Oberfläche des Bodens umfasst, wobei der Kühlkörper dafür ausgelegt ist, Wärme mit der Luft in dem Abgaskanal auszutauschen.
  5. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich der Abgaskanal an einem Verzweigungsteil in einen ersten Abgaskanal, der sich entlang der unteren Oberfläche des Bodens erstreckt, und einen zweiten Abgaskanal, der sich von dem Boden weg erstreckt, verzweigt und in dem Verzweigungsteil ein Schaltventil angeordnet ist, das dafür ausgelegt ist, eine Strömungsrichtung von Luft zu der Seite des ersten Abgaskanals oder der Seite des zweiten Abgaskanals zu schalten.
  6. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei der zweite Abgaskanal unter dem ersten Abgaskanal einen Abgabeport umfasst, der dafür ausgelegt ist, Luft nach außen abzugeben, und der erste Abgaskanal eine Wärmeisolationsschicht auf der unteren Oberflächenwand aufweist.
  7. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei eine Durchgangslänge des zweiten Abgaskanals kürzer als eine Durchgangslänge des ersten Abgaskanals ist.
  8. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei eine Temperatur des Bodens durch Einstellen einer Menge von in den ersten Abgaskanal strömender Luft und einer Menge von in den zweiten Abgaskanal strömender Luft mit dem Schaltventil einstellbar ist.
  9. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Schaltventil dafür ausgelegt ist, gemäß einer Außenlufttemperatur gesteuert zu werden.
  10. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Schaltventil dafür ausgelegt ist, gemäß einer Fahrgastraumtemperatur gesteuert zu werden.
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