JP2005222723A - Gas fuel dilution structure of fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載した燃料電池から漏洩する気体燃料を希釈する燃料電池車両の気体燃料希釈構造に関する。 The present invention relates to a gaseous fuel dilution structure for a fuel cell vehicle that dilutes gaseous fuel leaking from a fuel cell mounted on the vehicle.
従来燃料電池を搭載する車両として下記特許文献1に記載のものがあるが、これには燃料電池から漏洩する気体(水素ガス)の具体的な希釈構造の開示はない。しかしながら、この燃料電池車両においては、実質上漏洩水素の希釈構造となっている。 Conventionally, there is a vehicle described in Patent Document 1 as a vehicle equipped with a fuel cell, but there is no disclosure of a specific dilution structure of gas (hydrogen gas) leaking from the fuel cell. However, this fuel cell vehicle has a substantially diluted structure for leaking hydrogen.
すなわち、この燃料電池車両は、フロア下に燃料電池を、この燃料電池の車両後方であってリアシート下部に燃料タンクをそれぞれ備え、燃料タンク搭載部のフロアは上方に凸の構造となっている。また、燃料電池の車両側方部および下部を覆うようにアンダーカバーを設置し、燃料電池設置部に対応するフロアの上方に向けて突出させたビード部内側の最上部に水素濃度センサを設けることで、水素の漏洩を検出しようとしている。
しかしながら、上記した従来の燃料電池車両の気体希釈構造では、フロア下面の最上部の水素濃度センサ設置部に、漏洩した水素が流入しにくい上、走行風により漏洩水素の希釈を行うことになるため、アンダーカバーは設置されているものの、希釈された気体は走行風により分散し、漏洩した気体を確実に検出できない。 However, in the gas dilution structure of the conventional fuel cell vehicle described above, leaked hydrogen is difficult to flow into the uppermost hydrogen concentration sensor installation portion on the lower surface of the floor and the leaked hydrogen is diluted by the driving wind. Although the under cover is installed, the diluted gas is dispersed by the traveling wind, and the leaked gas cannot be reliably detected.
そこで、本発明は、燃料電池からの漏洩気体を確実に希釈し、かつその漏洩気体を確実に検出できるようにすることを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to reliably dilute the leaked gas from the fuel cell and to reliably detect the leaked gas.
本発明は、車両フロア下に、開口部を有する容器に収納した燃料電池および、中空のパイプ構造からなるタンクフレームで支持した燃料タンクをそれぞれ配置し、前記容器の開口部近傍に、前記燃料電池から漏洩した気体燃料を外気により希釈して前記タンクフレーム内部に導入する気体希釈器を設け、この気体希釈器の下流に前記気体燃料の濃度を検出する気体濃度センサを設けたことを最も主要な特徴とする。 According to the present invention, a fuel cell housed in a container having an opening and a fuel tank supported by a tank frame having a hollow pipe structure are respectively disposed below a vehicle floor, and the fuel cell is disposed in the vicinity of the opening of the container. The most important thing is to provide a gas diluter for diluting the gaseous fuel leaked from the outside air and introducing it into the tank frame, and to provide a gas concentration sensor for detecting the concentration of the gaseous fuel downstream of the gas diluter. Features.
本発明によれば、燃料電池を収容する容器に設けた開口部近傍に気体希釈器を設けることで、容器内にて燃料電池から漏洩した気体燃料は、気体希釈器により外気とともにタンクフレーム内部に導入されるので、燃料電池から漏洩した気体燃料を確実に希釈することができる。また、気体希釈器下流に気体濃度センサを設けたので、タンクフレーム内部に導入する気体燃料の濃度を確実に検出することができる。さらに、中空のタンクフレーム内に、導入した気体燃料を蓄積することで、バッファ機能を持たせることができるので、漏洩した気体燃料を直接大気開放する場合と比べて気体燃料濃度を均一化することが可能となり、気体燃料濃度の検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, by providing the gas diluter in the vicinity of the opening provided in the container for accommodating the fuel cell, the gaseous fuel leaked from the fuel cell in the container is brought into the tank frame together with the outside air by the gas diluter. Since it is introduced, the gaseous fuel leaked from the fuel cell can be reliably diluted. Further, since the gas concentration sensor is provided downstream of the gas diluter, the concentration of the gaseous fuel introduced into the tank frame can be reliably detected. Furthermore, since the introduced gaseous fuel can be stored in the hollow tank frame to provide a buffer function, the gaseous fuel concentration can be made uniform compared to when the leaked gaseous fuel is directly opened to the atmosphere. Thus, the detection accuracy of the gaseous fuel concentration can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる燃料電池車両の気体燃料希釈構造を示す側面図である。なお、図1中で左側が車両前方である。この燃料電池車両は、車両フロア1の下部に容器3を固定し、この容器3内に燃料電池5を収容している。燃料電池5は、後述する燃料タンク9内の水素と空気との供給を受けて発電し、この発電電力を図示しない駆動モータに出力して車両を動かす。
FIG. 1 is a side view showing a gaseous fuel dilution structure for a fuel cell vehicle according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the left side is the front of the vehicle. In this fuel cell vehicle, a
上記した燃料電池5の車両後方の車両フロア1は、上方に突出する凸部1aを有し、この凸部1a上にリアシート7を設置する。燃料電池5の車両後方側の車両フロア1の凸部1aの下部には、燃料電池5に供給する水素を高圧で格納する燃料タンク9を配置する。この燃料タンク9は、車両フロア1下部の図示しないサイドメンバなどの車両骨格部材に固定したタンクフレーム11に支持してある。
The vehicle floor 1 behind the above-described
図2は、図1の車両フロア1を省略した図1の平面図、図3は、図2の燃料タンク9を省略したタンクフレーム11の平面図、図4は、タンクフレーム11の斜視図である。このタンクフレーム11は、ほぼ円筒形状の燃料タンク9の底部の前,後、および左,右を覆うように支持する底部前,後フレーム11a,11b、底部左,右フレーム11c,11dと、燃料タンク9の高さ方向中間部の前,後、および左,右を支持する胴部前,後フレーム11e,11f、胴部左,右フレーム11g,11hと、胴部後フレーム11fの左右両側部から後傾上方に向けて連設した取付フレームとなる後部エクステンションフレーム11iと、これら左右の後部エクステンションフレーム11i,11iの上端部を互いに連結する連結フレーム11jと、胴部前フレーム11e,底部前フレーム11a,底部後フレーム11b,胴部後フレーム11fに亘って、燃料タンク9のほぼ下半部を抱持する左右一対のほぼ半円状の固定フレーム11mとを、それぞれ備えている。
2 is a plan view of FIG. 1 with the vehicle floor 1 of FIG. 1 omitted, FIG. 3 is a plan view of a
前記胴部左,右フレーム11g,11hの前側部と、胴部前フレーム11eの左右両側部とにそれぞれ斜状に跨ってガセットフレーム11kを連結している。胴部左,右フレーム11g,11hの前端部のガセットフレーム11kへの連結部分には、前部エクステンションフレーム11pを車幅方向外側でかつ車両前側の斜め上方に向けて突出して形成し、胴部前フレーム11eのガセットフレーム11kへの左右端部の連結部分には、前部エクステンションフレーム11qを車幅方向外側の斜め上方に向けて突出して形成してある。
前記底部左,右フレーム11c,11dは、それらの前端をガセットフレーム11kに連結し、後端部は胴部後フレーム11fと胴部左,右フレーム11g,11hとの連設部分に連結してある。
The bottom left and
上記した底部前,後フレーム11a,11b、底部左,右フレーム11c,11dにより底部フレームを構成する一方、胴部前,後フレーム11e,11f、胴部左,右フレーム11g,11hおよびガセットフレーム11kにより上部フレームを構成している。
The above-mentioned front and
前記各フレーム11a〜11k,11p,11qは何れも金属パイプ材で形成しあり、これら中空のパイプ構造内部は、互いに連通構造とする。
Each of the
また、前部エクステンションフレーム11p,11q相互の連結部分、および連結フレーム11jの左右両側部には、それぞれ金属ブロックからなる前,後の取付ブラケット7,9を設けてある。この前,後の取付ブラケット7,9を、前記した車両フロア下部の所定位置に固定する。
In addition, front and
一方、ほぼ半円状の固定フレーム11mは、燃料タンク9を載置してその底部外周を支持するものであり、燃料タンク9の載置面を凹曲面に形成した板材である。
On the other hand, the substantially semicircular fixed
燃料タンク9は、上記した固定フレーム11m上に載置した状態で、その上方から左右一対のほぼ半円状の緊縛ベルト13を被冠して、これら固定フレーム11m,緊縛ベルト13の前,後端部に設けた固定部11mA,13Aをボルト・ナットにより締結して、該燃料タンク9をタンクフレーム11に固定する。
The
前記固定フレーム11m,緊縛ベルト13は、いずれも金属帯板材からなる剛体として構成してあり、燃料タンク9の外周面に当接する内側面はゴム,樹脂などの弾性材からなるクッション部を備えている。
Each of the
上記したタンクフレーム11の車幅方向左側(図2,3中で下部側)の固定部11mA,13A近傍における胴部前フレーム11eの容器3に対向する側には、気体希釈器15を設けてある。
A
上記した気体希釈器15に対向する容器3の車両後方側には、開口部としての気体排出口3aを設ける。気体排出口3aは、容器3内にて燃料電池5から漏洩した気体燃料である水素ガスを外部に排出する。この気体排出口3aに対して車幅方向の左右対称位置、すなわち車幅方向右側(図2,3中で上部側)の固定部11mA,13Aに対応する位置には、容器3内に外気を導入する外気導入口3bを設ける。
A
気体希釈器15は、気体排出口3aから流出する水素ガスを外気により希釈するもので、ダクト17と、ダクト17内に配置したファン19とで構成している。なお、ダクト17の車幅方向中央で車両後方側には、タンクフレーム11の固定部11mAおよび緊縛ベルト13の固定部13Aとの干渉を避けるための切欠17dを設けている。
The gas diluter 15 dilutes the hydrogen gas flowing out from the
図5は、気体希釈器15周辺の拡大した断面図で、ダクト17は、容器3の気体排出口3aに対向する車両前方側に気体導入口17aを有する。気体導入口17aは、気体排出口3aよりも互いに対向する開口面積を大きくして外気Aを導入しやすくしている。上記した気体導入口17aの後方のファン19下流のダクト内面17bを気体を案内する傾斜面としている。この傾斜面となるダクト内面17bは、下部が上部より車体後方に位置するよう傾斜し、その下端部を胴部前フレーム11eの上部に接続する。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view around the
一方ダクト17の底壁17cの車両後端部は、胴部前フレーム11eの上部に接続し、この接続部分に、ダクト17と胴部前フレーム11e内とを連通する連通孔21を設ける。この連通孔21の車両後方側の端部であってダクト内面17bの下端部、すなわち傾斜面の下流側に燃料電池5から漏洩した水素ガスの濃度を検出する気体濃度センサ23を設ける。
On the other hand, the vehicle rear end portion of the bottom wall 17c of the
図3に示すように、タンクフレーム11の底部前,後フレーム11a,11bおよび底部左,右フレーム11c,11dには、タンクフレーム11内部に導入した希釈後の気体燃料をタンクフレーム外部に放出する気体放出口25および27を設けている。
As shown in FIG. 3, the diluted gaseous fuel introduced into the
底部前,後フレーム11a,11bのそれぞれの気体放出口25は、例えば5個ずつ設けてこれらが互いに対向する位置に設定する。一方、底部左,右フレーム11c,11dのそれぞれの気体放出口27は、例えば2個ずつ設けてこれらが互いに対向する位置に設定する。
For example, five
次に、作用を説明する。燃料電池5から容器3内に漏洩した水素ガスは、気体希釈器15のファン19の駆動により、外気導入口3bからの外気導入に伴って容器3内から気体排出口3aを経てダクト17内に流入する。このとき図5に示すように、外気Aも漏洩水素ガスHとともにダクト17内に流入するので、これら両者が混合して水素ガスHを確実に希釈する。
Next, the operation will be described. The hydrogen gas leaked into the
外気Aによって希釈されたと漏洩水素ガスHは、ファン19下流の傾斜しているダクト内面17bに案内されて下方に向かい、下部に設けた気体濃度センサ23によって水素濃度を確実に検出する。
When diluted by the outside air A, the leaked hydrogen gas H is guided downward by the inclined duct
ダクト17内の希釈された水素ガスは、連通孔21を通ってタンクフレーム11の胴部前フレーム11e内に流入し、その後互いに連通構造のタンクフレーム11内の各部を流れた後、図3に示す気体放出口25および27からタンクフレーム11の外部に、分散して放出する。これにより、水素ガスを大気開放したときの水素濃度を低減することができる。
The diluted hydrogen gas in the
このとき、中空のタンクフレーム11内に、導入した気体を蓄積することで、バッファ機能を持たせることができるので、漏洩水素ガスを直接大気開放する場合と比べて気体濃度を均一化することが可能となり、気体濃度センサ23による気体濃度の検出精度を向上させることができる。
At this time, since the introduced gas is stored in the
また、底部前,後フレーム11a,11bのそれぞれの気体放出口25を、互いに対向する位置に設定する一方、底部左,右フレーム11c,11dのそれぞれの気体放出口27も、互いに対向する位置に設定しているので、放出した気体は、車両外方への直接放出を回避できるとともに、放出エネルギ(流速,圧力)が大きい場合でも、放出した噴流同士が互いに衝突してその運動エネルギにより双方の勢いを相殺することができる。
Further, the
なお、気体放出口25を胴部前,後フレーム11e,11fに、気体放出口27を胴部左,右フレーム11g,11hにそれぞれ設けた場合は、放出した気体を燃料タンク9に当てることで放出エネルギを抑えることができる。
When the
また、気体希釈器15を、容器3とタンクフレーム11との間に配置しているので、これら相互間のデッドスペースを有効利用することができる。
Further, since the
図6は、本発明の第2の実施形態を示す、前記図3に相当する平面図である。この実施形態は、底部前フレーム11aの車幅方向中央位置でかつ底部後フレーム11bに対向する部位に、一つの気体放出口25を設け、この一つの気体放出口25に気体濃度センサ23を設置している。
FIG. 6 is a plan view corresponding to FIG. 3, showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, one
また、この実施形態では、タンクフレーム11内部に、気体が気体希釈器15から気体放出口25まで一方向に向けて流れる流路を少なくとも一つ設け、タンクフレーム11内の気体流路をできるだけ長くなるように構成している。すなわち、気体希釈器15に流入した気体は、図6中で矢印で示すように、胴部前フレーム11eから左側(図6中で下側)のガセットフレーム11kに向けて流れ、以後胴部左フレーム11g→胴部後フレーム11f→胴部右フレーム11h→右側(図6中で上側)のガセットフレーム11k→底部右フレーム11d→底部後フレーム11b→底部左フレーム11cを経て底部前フレーム11aに流入し、気体放出口25からタンクフレーム外部に放出される。この放出時に、気体濃度センサ23によって水素濃度を検出する。
In this embodiment, at least one flow path in which the gas flows in one direction from the
上記した第2の実施形態によれば、気体放出口5を一つにし、この一つの気体放出口5に気体濃度センサ23を設けたので、希釈後の気体燃料(タンクフレーム外部に放出する直前の気体)を精度よく検出でき、しかも放出する際には気体濃度センサ23に必ず接触するので、水素ガス濃度を確実に検出できる。
According to the second embodiment described above, the
また、気体放出口25が車両進行方向と反対側に開口しているので、走行風による気体のタンクフレーム11内への逆流を防止することができる。
In addition, since the
さらに、気体希釈器15から気体放出口25までのタンクフレーム内流路をできるだけ長くすることで、気体の放出エネルギ(流速、圧力)を抑えることができる。
Further, by making the flow path in the tank frame from the
本発明によれば、希釈後の気体をタンクフレーム外部に放出する気体放出口を、複数設けたので、タンクフレーム内部に流入した気体を分散して放出でき、大気開放したときの気体燃料濃度をより低減することが可能となる。また、複数の気体放出口を互いに対向させることで、車両外方への気体の直接放出を防ぐことができる。さらに、気体方出口からの放出エネルギ(流速、圧力)が大きい場合でも、放出気体の噴流同士を直接衝突させ、噴流同士の運動エネルギにより双方の勢いを相殺することができる。 According to the present invention, since a plurality of gas discharge ports for discharging the diluted gas to the outside of the tank frame are provided, the gas flowing into the tank frame can be dispersed and discharged, and the gas fuel concentration when released to the atmosphere is reduced. This can be further reduced. Moreover, the direct discharge | release of the gas to the vehicle exterior can be prevented by making a some gas discharge port mutually oppose. Furthermore, even when the energy released from the gas outlet (flow velocity, pressure) is large, the jets of the released gas can collide directly, and the momentum of both can be offset by the kinetic energy of the jets.
前記気体濃度センサを、タンクフレームに一つ設けた気体放出口に配置することで、希釈後の気体燃料(タンクフレーム外部に放出する直前の気体)を精度よく検出でき、しかも放出する際には気体濃度センサに必ず接触するので、気体濃度を確実に検出できる。 By disposing the gas concentration sensor in the gas discharge port provided in one tank frame, it is possible to accurately detect the diluted gaseous fuel (the gas immediately before being released to the outside of the tank frame), and when discharging Since it is always in contact with the gas concentration sensor, the gas concentration can be reliably detected.
タンクフレーム内部に、気体燃料が前記気体希釈器から前記気体放出口まで一方向に向けて流れる流路を少なくとも一つ設けたので、気体希釈器から気体放出口までの気体流路を長く設定でき、気体放出エネルギ(流速、圧力)を抑えることができる。 Since at least one flow path in which gas fuel flows in one direction from the gas diluter to the gas discharge port is provided inside the tank frame, the gas flow path from the gas diluter to the gas discharge port can be set long. The gas release energy (flow velocity, pressure) can be suppressed.
気体希釈器を、ダクトと、このダクト内に配置したファンとで構成し、前記ファン下流のダクト内面を気体燃料を案内する傾斜面とし、この傾斜面の下流側に気体濃度センサを設けたので、気体希釈器内に流入した気体燃料は、傾斜面に沿って気体濃度センサに確実に接触し、気体濃度の検出を確実に行うことができる。 Since the gas diluter is composed of a duct and a fan arranged in the duct, the duct inner surface downstream of the fan is an inclined surface for guiding gaseous fuel, and a gas concentration sensor is provided on the downstream side of the inclined surface. The gaseous fuel that has flowed into the gas diluter can reliably contact the gas concentration sensor along the inclined surface and reliably detect the gas concentration.
前記容器の車両後方側に前記タンクフレームを配置し、前記容器の車両後方側に設けた前記開口部と前記タンクフレームとの間に前記気体希釈器を設けたので、気体希釈器を設置する際に、容器とタンクフレームの間のデッドスペースを有効利用できる。 Since the tank frame is disposed on the vehicle rear side of the container and the gas diluter is provided between the opening provided on the vehicle rear side of the container and the tank frame, the gas diluter is installed. In addition, the dead space between the container and the tank frame can be used effectively.
1 車両フロア
3 燃料電池を収容する容器
3a 気体排出口(開口部)
5 燃料電池
9 燃料タンク
11 タンクフレーム
15 気体希釈器
17 気体希釈器のダクト
17b ダクト内面(傾斜面)
19 気体希釈器のファン
23 気体濃度センサ
25,27 気体放出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5
19
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