JP2005032651A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 車室内に充満したタバコの煙等を素早く、完全に清浄化する。
【解決手段】 駆動電源として燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に、燃料電池システムの動作時における空気の流れを利用して車室内の空気を吸引する空気吸引手段を設ける。空気吸引手段は、車室内に設けられる空気吸引口５と、ここから吸引した空気を車室外に導く空気吸引管６と、吸引空気量を調節する空気吸引弁７とを備えて構成される。空気吸引管６の端部は、例えば、コンプレッサ２上流の空気配管３、あるいは燃料電池スタック１下流の空気排気管１７の中途位置に設けられるエゼクタ１８に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に関するものであり、特に、車室内の空気を清浄化するための技術に関する。

近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料となる水素あるいは水素リッチな改質ガス及び空気を、電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換システムである。中でも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、自動車等の移動体用電源としての用途が期待されている。

ところで、以上のような燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に限らず、各種車両においては、例えば喫煙により車室内の空気が汚れた際に、これを速やかに解消することが望まれる。そこで、車室内のタバコの煙等を清浄化する空調システムが種々提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。

特許文献１記載の技術は、車室内にガスセンサを設け、タバコの煙の濃度に応じて車室内空調の外気導入モードと内気循環モードとを使い分けるというものである。
特開平１０−３１５７５８号公報

しかしながら、特許文献１に代表されるような従来技術では、車室内のタバコの煙をフィルタ等によって濾過するというのが基本的な考えであるので、浄化効率が悪いという欠点がある。

例えば、タバコの煙は車室内のほぼ全域に充満しているので、車室内の空気の全量を濾過する必要がある。この時、従来技術のように、室内空調、空気清浄機等を利用したタバコ煙換気システムでは、車室内空気全量を浄化するのに相当時間を要する。また、室内空調や空気清浄機のフィルタの仕様によっては、車室内のタバコの煙を完全には浄化できないという問題も残している。

これに対して、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、燃料電池システムの動作時に空気の流れが生じるので、この空気の流れを利用することで、例えば喫煙によって汚れた車室内の空気を吸引して、タバコの煙等を清浄化することが可能になると考えられる。

本発明は、以上のような知見に基づいて創案されたものであって、車室内に充満したタバコの煙等を素早く、しかも完全に清浄化し得る機構を備えた燃料電池車両を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、駆動電源として燃料電池システムを搭載した燃料電池車両に、燃料電池システムの動作時における空気の流れを利用して車室内の空気を吸引する空気吸引手段を設けるようにした。ここで、空気吸引手段は、例えば、車室内に設けられる車室内空気吸引口と、ここから吸引した空気を車室外に導く空気吸引管と、吸引空気量を調節する空気吸引弁とを有する構成とし、空気吸引管の端部を、例えば燃料電池本体に空気を供給するためのコンプレッサの上流側、あるいは燃料電池本体からは空気を排出するための空気排気管の中途位置に設けられるエゼクタへと導くようにした。

本発明の燃料電池車両では、車室内の空気の浄化を、外気導入や内気循環のみによるのではなく、燃料電池システムの動作時における空気の流れを利用して車室内の空気を積極的に吸引して車室外に排出することで、実現するようにしている。したがって、車室内の全域に充満したタバコの煙等は、速やかに車室外に排出され、車室内が短時間のうちに浄化される。

本発明の燃料電池車両によれば、車室内の全域に充満したタバコの煙等を速やかに車室外に排出することができ、車室内を短時間のうちに完全に浄化することが可能である。また、このとき、燃料電池システムの動作時における空気の流れを利用して車室内の空気を吸引し、車室外に排出するようにしているので、車室内の空気を吸引するためのポンプ等の動力源を別途設置する必要もなく、これに伴うコストアップや重量増加等の問題を未然に回避することができる。

以下、本発明を適用した燃料電池車両について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の燃料電池車両の要部構成を模式的に示すものである。

本実施形態の燃料電池車両は、車両の駆動源であるモータを駆動するための駆動電源として燃料電池システムを搭載するものである。燃料電池システムは、図１に示すように、水素及び空気の供給により発電を行う燃料電池スタック（燃料電池本体）１を備えている。

燃料電池スタック１は、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を電気エネルギに変換するものである。各発電セルの燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子とが解離し、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て、空気極側にそれぞれ移動する。また、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。

燃料電池スタック１の電解質としては、高エネルギ密度化、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。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。

前記燃料電池スタック１においては、燃料となる水素や酸化剤である空気を燃料極や空気極に供給する必要があり、燃料電池システムには、そのための機構として水素供給手段及び空気供給手段が設けられている。このうち、空気供給手段としては、図１に示すようにコンプレッサ２及び空気配管３を備えており、燃料電池スタック１の空気極にはコンプレッサ２の駆動によって取り込まれた空気が空気配管３を介して供給されるようになっている。また、コンプレッサ２の上流側の空気配管３にはエアフィルタ４が設けられており、このエアフィルタ４によって空気中のチリや硫黄分等の化学物質を除去して、燃料電池スタック１に清浄な空気を供給するようにしている。

また、本実施形態の燃料電池車両は、前記燃料電池システムの動作時における空気の流れを利用して車室内の空気を吸引する空気吸引手段を備えている。具体的には、空気吸引口５が車室内に設けられ、また、この空気吸引口５から吸引した車室内の空気を車室外に導くための空気吸引管６、及び空気吸引口５から吸引する吸引空気量を調節する空気吸引弁７がそれぞれ設けられている。そして、車室内での喫煙時等においては、空気吸引弁７が開き、空気吸引口５及び空気吸引管６によって車室内の空気が吸引されるようになっている。空気吸引管６は、前記燃料電池システムのコンプレッサ２の上流側において空気配管３と接続されている。コンプレッサ２の運転中には、コンプレッサ２上流の空気配管３は負圧になっているので、空気吸引弁７を開くことで、吸気吸引口６から車室内の空気を吸引することができる。

なお、この際、吸引された車室内のタバコの煙等は、エアフィルタ４によって浄化された後、燃料電池スタック１に供給されることになるが、空気吸引管６の中途位置にタバコの煙用のフィルタ８を設けると良い。このように空気吸引管６の中途位置にタバコの煙用のフィルタ８を設けることで、エアフィルタ４の負担を低減することができる。また、フィルタ８は、低コストで簡単に交換することができる。

また、燃料電池車両には、車室内の空気吸引により車室内が減圧状態になって、それ以上吸引できなくなることを防ぐために、外気導入手段として、外気導入口１０、外気導入管１１、及び外気導入弁１２がそれぞれ設けられている。そして、車室内での喫煙時等においては、この外気導入弁１２を開け、外気導入口１０及び外気導入管１１を通じて車室内に外気を導入することで、車室内の減圧による空気吸引量の低下を防ぐとともに、効率良く車室内のタバコの煙等を換気できるようにしている。

また、車室内には喫煙のための灰皿１３が設置されているが、本実施形態では、この灰皿１３の開閉を検知する灰皿開閉センサ１４が設けられており、この灰皿開閉センサ１４からの信号に基づいて空気吸引弁７の開閉が行われている。こうすることにより、運転者等の乗員の労力無しにタバコの煙の吸引を開始することができる。

なお、灰皿開閉センサ１４の信号は、コントローラ１５に入力され、この入力信号に基づいてコントローラ１５が空気吸引弁７を制御するようになっている。また、コントローラ１５には、コンプレッサ２の回転数等も入力され、空気吸引弁７の開度は、このコンプレッサ２の回転数に基づいて制御するようにしても良い。さらに、外気導入弁１２も前記コントローラ１５によって制御され、車室内の圧力が低下した場合に開くように制御される。

次に、以上の構成を有する本実施形態の燃料電池車両において、喫煙時に灰皿１３が開かれてからタバコの煙が換気されるまでのコントローラ１５による制御の一例について、図２のフローチャートを参照して具体的に説明する。

先ず、ステップＳ１０において、灰皿開閉センサ１４からの信号に基づいて灰皿１３の開閉状態を判断し、灰皿１３が開放されたと判断すると、次に、ステップＳ２０において、コンプレッサ２の回転数を検出する。そして、ステップＳ３０で、図３に示すコンプレッサ２の回転数と必要な空気吸引弁７の開度との関係から、空気吸引弁７の開度を決定する。図３は、予めコンプレッサ２の回転数からコンプレッサ２上流の圧力を求め、そのときに必要な空気吸引弁７の開度を求めたものである。図３では、空気吸引口５からの空気吸引量が一定になるように空気吸引弁７の開度が設定されている。

この後、空気の吸引が始まると車室内の圧力が低下し、吸引空気量が減少する。そこで、ステップＳ４０において、図４に示す空気吸引弁７の開度と車室内気圧との関係から、車室内の気圧を算出する。この図４では、空気吸引弁７の開度を大きくすれば、車室内の気圧は大気圧に比べて徐々に低下することを示している。そして、ステップＳ５０において、算出した車室内の気圧が大気圧に比べて減圧状態にあるかどうかを判断し、車室内の気圧が減圧状態にあるときは、ステップＳ６０にて外気導入弁１２を開き、車室内に外気を導入する。

以上のような制御を行うことにより、喫煙時に車室内に充満したタバコの煙を素早く取り除くことができる。

本実施形態の燃料電池車両では、車室内のタバコの煙を吸引する空気吸引口５と、空気吸引管６、及びこれら空気吸引口５、空気吸引管６からの吸引空気量を調節する空気吸引弁７を備えているので、喫煙時に車室内に充満したタバコの煙等を短時間のうちに車室内から取り除くことが可能である。

また、空気吸引管６の端部が燃料電池システムのコンプレッサ２の上流側に導かれているので、車室内のタバコ煙の吸引にコンプレッサ２上流に生ずる負圧を利用することができ、大流量の吸引が可能になるとともに、新たな動力源を必要としないという利点もある。

さらに、空気吸引管６の中途位置にタバコの煙等を除去するフィルタ８を備えているので、燃料電池スタック１や空気配管３、その他、空気供給手段の配管や部品等にタバコの煙が侵入するのを防ぐことができる。

また、本実施形態の燃料電池車両は、車室外の空気を取り入れる外気導入口１０、外気導入管１１、及び外気導入弁１２を有するので、車室内のタバコの煙を吸引する際に、車室内の圧力が下がり空気量が低下することを防ぎ、外気導入によって効率的に車室内のタバコの煙を換気することができる。

さらに、灰皿１３に灰皿開閉センサ１４を設け、空気吸引弁７の開閉を灰皿１３の開閉によって制御するようにしているので、乗員が特別な操作をしなくとも自動的にタバコの煙の吸引を開始することができる。

さらにまた、本実施形態では、空気吸引弁７の開度がコンプレッサ２の回転数に応じて制御されるので、どのような燃料電池運転条件でも吸引空気量を適正な値に調節することができる。

なお、外気導入弁１２の開度を空気吸引弁７の開度に応じて制御するようにしてもよく、この場合、空気吸引に必要な最低限の外気のみを車室内に導入し、車室内の気圧の変動を最低限に抑えることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、灰皿開閉センサ１４の代わりに、タバコ煙センサ１６を車室内に設置したものである。その他の構成は上述した第１の実施形態のものと同様であるので、ここではその説明は省略する。

本実施形態の燃料電池車両では、タバコ煙センサ１６によってタバコの煙を検知した場合に、空気吸引弁７を開放して車室内の空気吸引を開始させ、タバコ煙センサ１６によって検知されるタバコの煙の濃度とコンプレッサ２の回転数とに応じて、空気吸引弁７の開度を調節するようにしている。

以上の構成を有する本実施形態の燃料電池車両において、喫煙時にタバコ煙センサ１６がタバコの煙を検知してからタバコの煙が換気されるまでのコントローラ１５による制御の一例について、図６のフローチャートを参照して具体的に説明する。

先ず、ステップＳ７０において、タバコ煙センサ１６によって車室内のタバコの煙が検知されたかどうかを判断し、タバコ煙センサ１６によって車室内のタバコの煙が検知されると、次に、ステップＳ８０において、タバコ煙センサ１６からの信号に基づき車室内のタバコの煙の濃度を算出する。さらに、ステップＳ９０でコンプレッサ２の回転数を検出する。

そして、ステップＳ１００で、図７に示すコンプレッサ２の回転数と必要な空気吸引弁７の開度との関係から、タバコの煙の濃度に応じて空気吸引弁７の開度を決定する。図７は、予めコンプレッサ２の回転数からコンプレッサ２上流の圧力を求め、そのときに必要な空気吸引弁７の開度をタバコ煙濃度毎に求めたものである。図７では、空気吸引口５からの空気吸引量がタバコ煙濃度の応じて増減するように空気吸引弁７の開度が設定されている。すなわち、車室内のタバコ煙濃度が高い場合には、コンプレッサ２の回転数が一定であっても、タバコ煙濃度が低い場合よりも空気吸引弁７の開度を大きくするように設定されている。

この後、空気の吸引が始まると車室内の圧力が低下し、吸引空気量が減少する。そこで、ステップＳ１１０において、図８に示す空気吸引弁７の開度と車室内気圧との関係から、車室内の気圧を算出する。この図８では、空気吸引弁７の開度を大きいほど、また車室内のタバコ煙濃度が高いほど、車室内の気圧は大気圧に比べて次第に低下することを示している。そして、ステップＳ１２０において、算出した車室内の気圧が大気圧に比べて減圧状態にあるかどうかを判断し、車室内の気圧が減圧状態にあるときは、ステップＳ１３０にて外気導入弁１２を開き、車室内に外気を導入する。

以上のように、本実施形態の燃料電池車両では、車室内にタバコ煙センサ１６を設けて、空気吸引弁７の開閉をこのタバコ煙センサ１６からの信号に基づいて制御するようにしているので、タバコの煙の濃度に合わせて車室内の空気をより効率的に換気することができる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、図９に示すように、空気吸引管６を燃料電池スタック１下流側の空気排気管１７に設けられたエゼクタ１８に接続して、燃料電池スタック１からの排空気の流れを利用して車室内の空気吸引を行うようにしたものである。空気排気管１７を流れる燃料電池スタック１からの排空気の流速は十分大きく、エゼクタ１８に空気吸引管６を接続することで、車室内の空気を効率的に吸引することができる。なお、その他の構成は上述した第１の実施形態のものと同様であるので、ここではその説明は省略する。

本実施形態の燃料電池車両では、基本的に図２に示した第１の実施形態と同様の制御フローに基づいて、車室内のタバコの煙を換気する処理が行われる。ただし、コンプレッサ２の回転数に応じて空気吸引弁７の開度を決定する際に、図３に示したマップではなく、図１０に示すマップを参照する。図１０は、予めコンプレッサ２の回転数から燃料電池スタック１下流の空気排気管１７の圧力と流量を求め、エゼクタ１８の開口面積と併せて必要な空気吸引弁７の開度を求めたものである。この図１０では、空気吸引口５からの空気吸引量が一定になるように空気吸引弁７の開度が設定されている。

以上のように、本実施形態の燃料電池車両では、燃料電池スタック１から空気を排出する空気排出管１７の中途位置に設けられたエゼクタ１８に空気吸引管６の端部を接続し、燃料電池スタック１からの排空気の流れを利用して車室内の空気を吸引するようにしているので、新たな動力源を必要とすることなく、排空気の高い流速により車室内のタバコ煙等を強力に吸引し、効率良く換気することができる。また、本実施形態では、燃料電池スタック１の下流位置に空気吸引管６が接続されているので、仮にフィルタ８の性能に劣化が生じた場合であっても、タバコの煙等が燃料電池スタック１内等に入り込む不都合を確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、タバコの煙の発生の検知に灰皿開閉センサ１４を利用したが、第２の実施形態と同様、タバコ煙センサを設けるようにして、第２の実施形態と同様の制御を行うようにしてもよい。

第１の実施形態の燃料電池車両の要部構成を示す図である。 第１の燃料電池車両におけるコントローラによる制御の一例を示すフローチャートである。 コンプレッサの回転数と空気吸引弁開度との関係を示す図である。 空気吸引弁開度と車室内気圧との関係を示す図である。 第２の実施形態の燃料電池車両の要部構成を示す図である。 第２の燃料電池車両におけるコントローラによる制御の一例を示すフローチャートである。 コンプレッサの回転数と空気吸引弁開度との関係を示す図である。 空気吸引弁開度と車室内気圧との関係を示す図である。 第３の実施形態の燃料電池車両の要部構成を示す図である。 コンプレッサの回転数と空気吸引弁開度との関係を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池スタック
２ コンプレッサ
３ 空気配管
４ エアフィルタ
５ 空気吸引口
６ 空気吸引管
７ 空気吸引弁
８ フィルタ
１０ 外気導入口
１１ 外気導入管
１２ 外気導入弁
１３ 灰皿
１４ 灰皿開閉センサ
１５ コントローラ
１６ タバコ煙センサ
１７ 空気排気管
１８ エゼクタ

Claims (9)

1. 駆動電源として燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、
   前記燃料電池システムの動作時における空気の流れを利用して車室内の空気を吸引する空気吸引手段を備えることを特徴とする燃料電池車両。
2. 前記空気吸引手段は、車室内に設けられる車室内空気吸引口と、ここから吸引した空気を車室外に導く空気吸引管と、吸引空気量を調節する空気吸引弁とを有し、
   前記空気吸引管の端部が、燃料電池本体に空気を供給するためのコンプレッサの上流側に導かれていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記燃料電池システムは、燃料電池本体から空気を排出するための空気排気管と、当該空気排気管の中途位置に設けられるエゼクタとを有し、
   前記空気吸引手段は、車室内に設けられる車室内空気吸引口と、ここから吸引した空気を車室外に導く空気吸引管と、吸引空気量を調節する空気吸引弁とを有し、
   前記空気吸引管の端部が、前記エゼクタに導かれていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
4. 前記空気吸引管の中途位置にフィルタが設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池車両。
5. 車室内に灰皿が設置されていると共に、当該灰皿に灰皿開閉センサが設けられ、
   前記灰皿開閉センサによって前記灰皿の開放が検知されたときに、前記空気吸引手段の空気吸引弁が開放されることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池車両。
6. 車室内にタバコ煙センサが設置され、
   前記タバコ煙センサによって車室内のタバコ煙が検知されたときに、前記空気吸引手段の空気吸引弁が開放されることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池車両。
7. 前記空気吸引手段の空気吸引弁の開度が、燃料電池本体に空気を供給するためのコンプレッサの回転数に応じて制御されることを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載の燃料電池車両。
8. 前記空気吸引手段による車室内空気吸引時に、車室外の空気を車室内に取り入れる外気導入手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池車両。
9. 前記外気導入手段による外気の導入が、車室内の気圧に応じて制御されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池車両。

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