JP2004210176A - 燃料電池の車体搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池自動車において効率よく且つ容易に燃料電池の冷却を行い、燃料電池自動車の燃費を向上させる。
【解決手段】燃料電池２と、この燃料電池２を車体フロアパネル１ａ下部の所定の位置に固定するためのマウンティングフレーム３とを熱的に接触させ、燃料電池２の熱をマウンティングフレーム３に伝達させる。マウンティングフレーム３は、一方の主面側が燃料電池自動車の車体外部に臨むように車体フロアパネルに取り付け、燃料電池２からマウンティングフレーム３に伝達された熱を、マウンティングフレーム３の一方の主面側から外気に放熱させる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等の車体フロアパネル下部に燃料電池を搭載する構造に関し、特に、燃料電池の冷却を効率的に行う上で有効な車体搭載構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池を駆動動力源として用いる燃料電池自動車においては、車内レイアウトの観点や車体の重量バランス等を考慮して、燃料電池を車体のフロアパネル下部に搭載するようにしているのが一般的である。このような燃料電池自動車において、燃料電池を適正な動作温度に保つために燃料電池を適宜冷却することが要求されるが、このような燃料電池の冷却は、通常、水冷式によって行われる。
【０００３】
水冷式の冷却は、一般的に、車体のフロント部に設置されたラジエータとフロアパネル下部に搭載された燃料電池との間に冷却水配管を配設し、この冷却水配管内を循環する冷却水によって燃料電池を冷却するものである（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２３１４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池自動車では、前述のように車体フロアパネル下部に燃料電池を搭載しているので、燃料電池の冷却のために車体フロント部から床下まで冷却水用の配管を配設する必要があり、車体フロント部に内燃機関を収容した従来の内燃機関搭載車両に比べて冷却水用の配管が長大且つ複雑な形状となってしまう。このように、冷却水用の配管が長大且つ複雑な形状となると、冷却水の圧力損失が増大し、冷却水を循環させるためのポンプに対する負荷及び消費電力が増加し、燃料電池自動車の燃費が低下するといった問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料電池自動車において燃料電池の冷却を効率よく且つ容易に行うことが可能な燃料電池の車体搭載構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る燃料電池の車体搭載構造では、一方の主面側を車体外部に臨ませて車体のフロアパネルに取り付けられるマウンティングフレームを用いて、燃料電池を車体のフロアパネル下部に固定するようにしている。そして、燃料電池本体とマウンティングフレームとを熱的に接触させて、マウンティングフレームにより燃料電池を冷却することを特徴としている。
【０００８】
以上のような燃料電池の車体搭載構造では、マウンティングフレームと燃料電池とが熱的に接触しているので、燃料電池からの熱がマウンティングフレームに伝達される。そして、マウンティングフレームに伝達された熱は、車体外部に臨むマウンティングフレームの一方の主面側から外気に放熱され、いわゆる空冷式で燃料電池の冷却が行われる。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池を車体フロアパネル下部に固定するためのマウンティングフレームとの熱交換によって燃料電池が冷却されるので、従来の水冷式による冷却を行う場合に必要とされていたラジエータや冷却水配管、冷却水用のポンプ等の設備を削減又は小型化、短縮化することが可能となる。そして、これら燃料電池を冷却するための各設備の削減又は小型化、短縮化によって、燃料電池自動車全体としての消費電力を下げることができ、燃料電池自動車の燃費を向上させることができる。
【００１０】
更に、燃料電池の冷却を空冷式のみで行うようにした場合には、燃料電池と冷却水との絶縁性能等を考慮する必要がなくなるので、燃料電池の冷却を極めて容易に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、燃料電池自動車１は、その駆動動力源として、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池２を備えている。この燃料電池２は、燃料電池自動車１の車体フロアパネル１ａの下部に配設されている。そして、本実施形態では、この燃料電池２が、マウンティングフレーム３によって車体フロアパネル１ａ下部の所定の位置に固定されている。
【００１３】
燃料電池２は、例えば水素が供給される燃料極と酸素（空気）が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極にそれぞれ移動する。空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。この燃料電池２の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。
【００１４】
この他、燃料電池自動車１には、詳しい図示は省略するが、燃料電池２に燃料となる水素ガス（あるいは水素リッチガス）を供給する燃料供給系や、燃料電池２に酸化剤ガスである空気を供給する空気供給系、燃料電池２を加湿するための加湿装置等が設けられている。
【００１５】
マウンティングフレーム３は、前述したように、燃料電池自動車１の車体フロアパネル１ａ下部の所定の位置に燃料電池２を固定するものである。このマウンティングフレーム３は、図２に示すように、アルミニウムの鋳造材や押し出し成型品等が用いられ、燃料電池２とは逆側の主面に、燃料電池自動車１の前後方向に沿った多数条のリブ４が形成されている。リブ４は、このように燃料電池自動車１の前後方向に沿って形成することによって、同図に示す走行風にも沿うこととなり、燃料電池自動車１走行時の抵抗となりにくくなる。なお、図２中矢印ＦＲにて示す方向が燃料電池自動車１の前方側であり、矢印ＵＰＲにて示す方向が燃料電池自動車１の上方側である。
【００１６】
このようなマウンティングフレーム３は、前記リブ４が形成された主面側が燃料電池自動車１の車体外部に臨むように、燃料電池自動車１の車体フロアパネル１ａに対して固定具５によって取り付けられる。マウンティングフレーム３は、リブ４が形成されることによって曲げ剛性やねじれ剛性が向上しており、このマウンティングフレーム３が車体フロアパネル１ａに取り付けられることによって、燃料電池自動車１の車体剛性が向上することになる。
【００１７】
マウンティングフレーム３は、以上のように燃料電池２を車体フロアパネル１ａ下部の所定の位置に固定する機能の他、燃料電池２を冷却する冷却機能も有している。具体的には、このマウンティングフレーム３は、リブ４が形成された主面とは逆側の主面を燃料電池２の底面に接触させ、この接触面にて燃料電池２との間で熱交換を行って、燃料電池２からの熱を吸熱する。そして、マウンティングフレーム３に伝達された燃料電池２からの熱は、燃料電池自動車１の車体外部に臨むマウンティングフレーム３の一方の主面側から外気に放熱され、空冷式での燃料電池２の冷却が行われる。このとき、マウンティングフレーム３の一方の主面には、上述したように多数条のリブ４が形成されており、広い放熱面積が確保されているので、燃料電池２からの熱は効率的に外気に放熱されることになる。特に、燃料電池自動車１の走行時においては、その走行風によって放熱作用が促進されるので、燃料電池２からの熱がより効率的に外気に放熱されることになる。
【００１８】
以上のように、本実施形態では、空冷式により燃料電池２の冷却を行うようにしているので、燃料電池２内に冷却水を循環させる必要がない。したがって、水冷式で冷却を行う場合の課題とされていた燃料電池と冷却水との絶縁性能を考慮する必要がなく、燃料電池２の冷却を極めて容易に行うことが可能となる。
【００１９】
また、本実施形態では、燃料電池２からの熱を燃料電池自動車１の下部で外気に放熱するため、従来の水冷式のようなラジエータや冷却水用の配管、冷却水用のポンプが不要となり、これらの設備を削減することができる。したがって、燃料電池自動車１全体としての消費電力を下げることができ、燃料電池自動車１の燃費を向上させることができる。なお、前記空冷式での燃料電池２の冷却と併用して、従来の水冷式での冷却を行うことも可能であるが、このような場合であっても、水冷式の冷却のみを行う場合に比べてラジエータの小型化や冷却水用の配管の短縮化、及びこの冷却水用の配管の短縮化によるポンプ負荷低減を図ることができるため、燃料電池自動車１全体としての消費電力を下げ、燃料電池自動車１の燃費向上に寄与することができる。
【００２０】
さらに、燃料電池２の発熱を吸熱して外気に放熱するマウンティングフレーム３として、前述のようにアルミニウムの鋳造材や押し出し成型品が用いられているので、高い放熱性能を得ることができる。したがって、本実施形態では、燃料電池２の空冷式による冷却を極めて効率よく行うことができる。特に、マウンティングフレーム３としてアルミニウムの押し出し成型品を用いた場合には、リブ４を有する複雑な構造も極めて容易に成形が可能である。そして、マウンティングフレーム３にリブ４を設けて広い放熱面積を確保するようにすれば、上述したように、放熱効率を向上させて極めて良好な冷却性能を発揮することができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。この第２の実施形態は、基本的な構造を上述した第１の実施形態と同様とし、燃料電池の冷却を空冷式だけでなく水冷式も併用して行うようにした点に特徴を有するものである。
【００２２】
すなわち、本実施形態においても、図３に示すように、燃料電池自動車の駆動動力源として用いられる燃料電池１１は、燃料電池自動車の車体フロアパネル１ａの下部に配設され、マウンティングフレーム１２によって車体フロアパネル１ａ下部の所定の位置に固定されている。なお、図３中矢印ＦＲにて示す方向が燃料電池自動車の前方側であり、矢印ＵＰＲにて示す方向が燃料電池自動車の上方側である。
【００２３】
マウンティングフレーム１２としては、アルミニウムの押し出し成型品が用いられ、燃料電池１１とは逆側の主面に、燃料電池自動車の前後方向に沿った多数条のリブ１３が形成されている。そして、このマウンティングフレーム１２は、固定具１４によって車体フロアパネル１ａに取り付けられている。
【００２４】
このマウンティングフレーム１２は、上述した第１の実施形態におけるマウンティングフレームと同様に、リブ１３が形成された主面とは逆側の主面を燃料電池１１の底面に接触させ、この接触面にて燃料電池１１との間で熱交換を行って、燃料電池１１からの熱を吸熱する。そして、マウンティングフレーム１２に伝達された燃料電池１１からの熱が、燃料電池自動車の車体外部に臨むマウンティングフレーム１２の一方の主面側から外気に放熱され、空冷式での燃料電池１１の冷却が行われる。
【００２５】
以上のような空冷式での燃料電池１１の冷却に加え、本実施形態では、燃料電池１１とマウンティングフレーム１２とを冷却水配管１５によって接続し、この冷却水配管１５を流れる冷却水によって、水冷式での燃料電池１１の冷却も行っている。
【００２６】
冷却水配管１５は、その一部が、押し出し成型されたマウンティングフレーム１２内に配設される。そして、この冷却水配管１５内の冷却水を、図示を省略する循環ポンプによって燃料電池１１とマウンティングフレーム１２との間で循環させることにより、燃料電池１１の熱が冷却水を介してマウンティングフレーム１２に伝達されることになる。そして、マウンティングフレーム１２に伝達された燃料電池１１からの熱は、燃料電池自動車の車体外部に臨むマウンティングフレーム１２の一方の主面側から外気に放熱されることになる。
【００２７】
燃料電池１１の冷却を水冷式で行う場合、従来では、車体フロアパネル下部に配設された燃料電池と車体フロント部に配設されたラジエータとを冷却水配管によって接続して、冷却水を循環させていた。このため、冷却水配管が長大化することに伴い、循環ポンプの負荷も増大し、燃料電池自動車の燃費を低下させる一因となっていた。これに対して、本実施形態では、燃料電池１１と、この燃料電池１１を車体フロアパネル１ａ下部の所定の位置に固定するためのマウンティングフレーム１２とを冷却水配管１５で接続することで、水冷式での燃料電池１１の冷却を実現しているので、冷却水配管１５の長さが長大化することもなく、ポンプ負荷低減を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、マウンティングフレーム１２としてアルミニウムの押し出し成型品を用いているので、冷却水配管１５の一部をこのマウンティングフレーム１２内に配設するのは容易であり、格別な困難さを伴うことなく、容易に水冷式による燃料電池１１の冷却を実現できる。そして、このような水冷式と上述した空冷式とを併用して燃料電池１１を冷却することによって、燃料電池１１の冷却を極めて効率よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示す図であり、燃料電池自動車に搭載する燃料電池とマウンティングフレームとのレイアウトを模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する図であり、マウンティングフレームを用いて燃料電池を車体フロアパネル下部に固定した様子を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図であり、マウンティングフレームを用いて燃料電池を車体フロアパネル下部に固定した様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池自動車
１ａ 車体フロアパネル
２、１１ 燃料電池
３、１２ マウンティングフレーム
４、１３ リブ
５、１４ 固定具
１５ 冷却水配管

Claims (5)

1. 燃料電池を車体のフロアパネル下部に搭載する燃料電池の車体搭載構造において、
   一方の主面側を車体外部に臨ませて前記車体のフロアパネルに取り付けられるマウンティングフレームを用いて、前記燃料電池を前記車体のフロアパネル下部に固定すると共に、前記燃料電池本体と前記マウンティングフレームとを熱的に接触させて、前記マウンティングフレームにより前記燃料電池を冷却することを特徴とする燃料電池の車体搭載構造。
2. 前記燃料電池の底面を前記マウンティングフレームの他方の主面に接触させて、その接触面での熱交換により前記燃料電池を冷却することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の車体搭載構造。
3. 前記マウンティングフレームには、前記車体外部に臨む主面に、車両の前後方向に沿ったリブが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池の車体搭載構造。
4. 前記マウンティングフレームは、アルミニウムの押し出し成型品であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池の車体搭載構造。
5. 前記燃料電池と前記マウンティングフレームとを冷却水配管によって接続し、前記冷却水配管を流れる冷却水によって前記燃料電池の熱を前記マウンティングフレームに伝達して、前記燃料電池を冷却することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池の車体搭載構造。

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