JP2006076325A - Fuel cell automobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタックをスタックケースに収容した燃料電池自動車に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell vehicle in which a fuel cell stack is accommodated in a stack case.
車載用の燃料電池スタックは、塵埃や水などから保護するべく、専用のスタックケースに収容されて車室床などに搭載される。この種のスタックケースを使用したものとして、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1では、燃料電池スタック自体を冷却するラジエータを備えつつ、さらに、ラジエータの空冷方向の下流側にファンを設けている。そして、ファンにより吸気した外気をスタックケース内に供給することで、スタックケース内を換気するようにしている。
このような従来の構成は、スタックケース内を強制換気することができる点では有用である。しかし、ファンにより吸気される外気は、ラジエータの放熱面を通過したものであるため、結果的に高温側へと熱交換されている。このため、ファンによる送風は、スタックケース内を冷却するには不十分であった。スタックケースにセンサなどの高電圧部品等が収容される場合などを考慮すると、スタックケース内を冷却する構成が望まれる。 Such a conventional configuration is useful in that forced ventilation can be performed in the stack case. However, since the outside air taken in by the fan has passed through the heat radiating surface of the radiator, as a result, heat is exchanged to the high temperature side. For this reason, the ventilation by the fan was insufficient to cool the inside of the stack case. Considering the case where a high voltage component such as a sensor is accommodated in the stack case, a configuration for cooling the inside of the stack case is desired.
本発明は、スタックケース内を適切に且つ十分に冷却することができる燃料電池自動車を提供することをその目的としている。 An object of the present invention is to provide a fuel cell vehicle capable of adequately and sufficiently cooling the inside of a stack case.
本発明の燃料電池自動車は、車室内に空調用気体を供給する空調装置を備え、空調装置は、燃料電池スタックを収容したスタックケースの内部空間に空調用気体を供給可能に構成されているものである。 The fuel cell vehicle of the present invention includes an air conditioner that supplies air conditioning gas into the passenger compartment, and the air conditioner is configured to be able to supply air conditioning gas to the internal space of the stack case that houses the fuel cell stack. It is.
この構成によれば、自動車に一般に搭載される空調装置を有効に利用して、スタックケースの内部空間に空調用気体を供給することができる。これにより、空調装置が冷房運転時の空調用気体をスタックケースの内部空間に供給することで、スタックケースの内部空間を適切に且つ十分に冷却することが可能となる。また、スタックケースの内部空間を換気し得る。
ここで、空調用気体には、車室内または車室外から取り込んだ空気を所定の温度、湿度または清浄度に調整した空気が含まれる。また、スタックケースの内部空間とは、主としてスタックケース内をいい、燃料電池スタックの内部流路までを含む概念ではない。以下では、しばしば「スタックケースの内部空間」を「スタックケース内」と表記して説明する。
なお、燃料電池の起動時に、空調装置が暖房運転時の空調用気体をスタックケース内に供給すると、燃料電池温度を短時間で発電効率のよい適正温度に設定することもでき得る。
According to this configuration, it is possible to effectively supply an air-conditioning gas to the internal space of the stack case by effectively using an air-conditioning device that is generally mounted on an automobile. As a result, the air conditioner supplies the air-conditioning gas during the cooling operation to the internal space of the stack case, so that the internal space of the stack case can be appropriately and sufficiently cooled. In addition, the internal space of the stack case can be ventilated.
Here, the air-conditioning gas includes air obtained by adjusting the air taken from the passenger compartment or the outside of the passenger compartment to a predetermined temperature, humidity, or cleanliness. Further, the internal space of the stack case mainly refers to the inside of the stack case and is not a concept including the internal flow path of the fuel cell stack. Hereinafter, the “internal space of the stack case” is often described as “inside the stack case”.
When the air conditioner supplies air-conditioning gas during heating operation into the stack case when the fuel cell is started, the fuel cell temperature can be set to an appropriate temperature with good power generation efficiency in a short time.
この場合、空調装置は、共通の熱交換器にて熱交換された空調用気体を、車室内とスタックケースの内部空間とのそれぞれに供給可能に構成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the air conditioner is configured to be able to supply the air conditioning gas heat-exchanged by the common heat exchanger to each of the vehicle interior and the internal space of the stack case.
この構成によれば、熱交換器を車室内用とスタックケース内用とに別個に設けなくて済み、装置構成をコンパクトにできるなど複雑化させなくて済む。
ここで、熱交換器としては、隔壁式、中間媒体式、蓄熱式の各種形式を用いることができる。
According to this configuration, it is not necessary to provide separate heat exchangers for the passenger compartment and for the stack case, and it is not necessary to make the apparatus configuration more complicated.
Here, as the heat exchanger, various types of partition type, intermediate medium type, and heat storage type can be used.
この場合、空調装置は、熱交換器にて熱交換された空調用気体をスタックケースの内部空間に導く流路と、流路に設けられ、スタックケース側から熱交換器側への空調用気体の逆流を阻止する逆止弁と、を有することが、好ましい。 In this case, the air conditioner is provided with a flow path for guiding the air-conditioning gas heat-exchanged by the heat exchanger to the internal space of the stack case, and the air-conditioning gas from the stack case side to the heat exchanger side. It is preferable to have a check valve that prevents backflow of the gas.
この構成によれば、空調用気体は逆止弁を経てスタックケース内に流入するが、スタックケース内の空調用気体は、熱交換器側ひいては車室内への流入を逆止弁によって阻止される。これにより、スタックケース内に燃料電池スタック等から漏れ得る燃料ガス(水素ガス)を含む気体が、車室内に流れ込むことなどを好適に防止することができる。 According to this configuration, the air-conditioning gas flows into the stack case through the check valve, but the air-conditioning gas in the stack case is blocked by the check valve from flowing into the heat exchanger side and thus into the passenger compartment. . Thereby, the gas containing the fuel gas (hydrogen gas) that can leak from the fuel cell stack or the like in the stack case can be suitably prevented from flowing into the vehicle interior.
これらの場合、スタックケースの内部空間のガスの圧力が所定圧よりも大きくなったときにこのガスを外部に放出するためのリリーフ機構を、更に備えたことが、好ましい。所定圧は、大気圧であることが、好ましい。 In these cases, it is preferable to further include a relief mechanism for releasing the gas to the outside when the pressure of the gas in the internal space of the stack case exceeds a predetermined pressure. The predetermined pressure is preferably atmospheric pressure.
この構成によれば、スタックケース内のガスの圧力が所定圧(例えば大気圧)よりも大きくなるときには、リリーフ機構が機能してガスの過剰な圧力を逃がすことができる。これにより、燃料電池スタックなど各種部品の損傷を適切に防止し得る。
ここで、リリーフ機構は、スタックケースに設けることもできるし、スタックケースに通じる前記流路にリリーフ弁として設けることもできる。
According to this configuration, when the gas pressure in the stack case becomes larger than a predetermined pressure (for example, atmospheric pressure), the relief mechanism can function and the excessive gas pressure can be released. Thereby, damage of various parts, such as a fuel cell stack, can be prevented appropriately.
Here, the relief mechanism can be provided in the stack case, or can be provided as a relief valve in the flow path leading to the stack case.
これらの場合、スタックケースの内部空間の温度と、燃料電池スタックの温度との少なくとも一方の温度を検出する温度センサを更に備え、空調装置は、温度センサの検出結果に基づいて、スタックケースの内部空間への空調用気体の流入量を調整することが、好ましい。 In these cases, a temperature sensor that detects at least one of the temperature of the internal space of the stack case and the temperature of the fuel cell stack is further provided, and the air conditioner is configured to detect the internal temperature of the stack case based on the detection result of the temperature sensor. It is preferable to adjust the inflow amount of the air-conditioning gas into the space.
この構成によれば、例えばスタックケース内の温度が閾値よりも高い旨、温度センサにより検出された場合、空調装置が冷房運転して空調用気体の流入量を増加させることで、スタックケース内の温度を低下させることができる。このように、スタックケース内をその状況に応じて積極的に温度管理することができる。
ここで、温度センサが検出する燃料電池スタックの温度としては、燃料電池スタック自体の温度であってもよいし、燃料電池スタックを冷却する冷媒の温度であってもよい。
According to this configuration, for example, when the temperature sensor detects that the temperature in the stack case is higher than the threshold value, the air conditioner performs cooling operation to increase the inflow amount of the air conditioning gas. The temperature can be lowered. In this way, the temperature inside the stack case can be actively managed according to the situation.
Here, the temperature of the fuel cell stack detected by the temperature sensor may be the temperature of the fuel cell stack itself or the temperature of the refrigerant that cools the fuel cell stack.
これらの場合、スタックケースの内部空間の水素濃度を検出する濃度センサを更に備え、空調装置は、濃度センサの検出結果に基づいて、スタックケースの内部空間への空調用気体の流入量を調整することが、好ましい。 In these cases, a concentration sensor that detects the hydrogen concentration in the internal space of the stack case is further provided, and the air conditioner adjusts the amount of air-conditioning gas flowing into the internal space of the stack case based on the detection result of the concentration sensor. It is preferable.
この構成によれば、例えばスタックケース内の水素濃度が閾値よりも高い旨、濃度センサにより検出された場合、空調装置が空調用気体の流入量を増加させることで、水素濃度を低下させることができる。このように、スタックケース内をその状況に応じて積極的に換気することができる。 According to this configuration, for example, when the concentration sensor detects that the hydrogen concentration in the stack case is higher than the threshold, the air conditioner can decrease the hydrogen concentration by increasing the inflow amount of the air conditioning gas. it can. Thus, the inside of the stack case can be actively ventilated according to the situation.
これらの場合、燃料電池スタックの内部流路に冷媒を通流させて、燃料電池スタックを冷却する冷却装置を更に備えたことが、好ましい。 In these cases, it is preferable to further include a cooling device that cools the fuel cell stack by allowing the refrigerant to flow through the internal flow path of the fuel cell stack.
この構成によれば、空調装置によりスタックケース内を冷却することができるのみならず、空調装置とは別体の冷却装置により燃料電池スタック自体を好適に冷却することができる。なお、空調装置の冷房運転に同期して、冷却装置が駆動されることが好ましい。 According to this configuration, not only the inside of the stack case can be cooled by the air conditioner, but also the fuel cell stack itself can be suitably cooled by the cooling device separate from the air conditioner. Note that the cooling device is preferably driven in synchronization with the cooling operation of the air conditioning device.
本発明の他の燃料電池自動車は、車室内に空調用気体を供給する空調装置を備え、空調装置は、空調用気体を熱交換する熱交換器と、熱交換器の下流側に設けられ、車室内に空調用気体を導く室内側流路と、熱交換器の下流側に設けられ、燃料電池スタックを収容したスタックケースの内部空間に空調用気体を導くスタック側流路と、熱交換器の下流側に設けられ、空調用気体が導かれる流路として室内側流路およびスタック側流路の少なくとも一方に切り替え可能な切替え手段と、を有するものである。 Another fuel cell vehicle of the present invention includes an air conditioner that supplies air-conditioning gas into the passenger compartment, and the air conditioner is provided on the downstream side of the heat exchanger that exchanges heat with the air-conditioning gas, An indoor-side flow path for introducing air-conditioning gas into the passenger compartment, a stack-side flow path provided on the downstream side of the heat exchanger, for guiding the air-conditioning gas to the internal space of the stack case containing the fuel cell stack, and a heat exchanger And a switching means capable of switching to at least one of the indoor-side flow path and the stack-side flow path as a flow path through which the air-conditioning gas is guided.
この構成によれば、空調装置が車室内の空調として積極的に利用される場合には、切替え手段によって室内側流路に切り替えられる。すると、熱交換器にて熱交換された空調用気体が、室内側流路を介して車室内に供給される。また、空調装置がスタックケース内の冷却として積極的に利用される場合には、切替え手段によってスタック側流路に切り替えられる。すると、熱交換器にて低温側に熱交換された空調用気体が、スタック側流路を介してスタックケース内に供給される。
このように、自動車に一般に搭載される空調装置を有効に利用することで、空調装置の冷房運転により、スタックケース内を適切に且つ十分に冷却することが可能となる。また、スタックケース内を換気し得る。なお、切替え手段は、空調装置の冷房運転時に室内側流路およびスタック側流路の両者に切り替えた場合には、車室内およびスタックケース内の両者が冷却される。
According to this configuration, when the air conditioner is actively used as air conditioning in the vehicle interior, the switching means switches to the indoor flow path. Then, the air-conditioning gas that has been heat-exchanged by the heat exchanger is supplied to the vehicle interior via the indoor-side flow path. In addition, when the air conditioner is actively used as cooling in the stack case, it is switched to the stack-side flow path by the switching means. Then, the air-conditioning gas heat-exchanged to the low temperature side by the heat exchanger is supplied into the stack case via the stack-side flow path.
As described above, by effectively using an air conditioner generally mounted in an automobile, the inside of the stack case can be appropriately and sufficiently cooled by the cooling operation of the air conditioner. Further, the inside of the stack case can be ventilated. Note that the switching means cools both the passenger compartment and the stack case when switching to both the indoor flow path and the stack flow path during the cooling operation of the air conditioner.
この場合、切替え手段は、車室内およびスタックケースの内部空間への空調用気体の流入量を調整可能に構成されていることが、好ましい。 In this case, it is preferable that the switching means is configured to be able to adjust the amount of air-conditioning gas flowing into the vehicle interior and the internal space of the stack case.
この構成によれば、車室内はもとより、スタックケース内の温度などを所定の状態に調整することが可能となる。 According to this configuration, the temperature in the stack case as well as the passenger compartment can be adjusted to a predetermined state.
本発明の燃料電池自動車によれば、燃料電池スタックを収容したスタックケース内を適切に且つ十分に冷却することができる。 According to the fuel cell vehicle of the present invention, the inside of the stack case in which the fuel cell stack is accommodated can be appropriately and sufficiently cooled.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池自動車について説明する。この燃料電池自動車は、車室内の空調を行う空調装置を有効に利用して、燃料電池スタックを収容したスタックケース内の冷却を行うものである。 Hereinafter, a fuel cell vehicle according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This fuel cell vehicle cools the inside of a stack case that contains a fuel cell stack by effectively using an air conditioner that performs air conditioning in the passenger compartment.
図1に示すように、燃料電池自動車1は、車両走行の動力源となる燃料電池システム2と、車室内3の空調を行う空調装置4と、これらの構成機器を統括制御する制御装置5と、を具備している。燃料電池システム2の燃料電池スタック10が図外のインバータを介して図外の駆動モータに連結されており、駆動モータが図外の車軸を回転させる。この種の車室付き燃料電池車両は、図1に示すような四輪の燃料電池自動車1のみならず、電車等の輸送機関であってもよい。
As shown in FIG. 1, a fuel cell vehicle 1 includes a
燃料電池システム2の配管ラインには、燃料電池スタック10に酸化ガス(酸化剤、酸素ガス、空気)を供給する酸化ガス供給ライン12と、燃料電池スタック10から酸化オフガスを排出するための酸化ガス排出ライン13と、燃料電池スタック10に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための燃料ガス供給ライン14と、燃料電池スタック10から水素オフガスを排出するための燃料ガス排出ライン15と、が設けられている。また、配管ラインには、冷媒としての冷却水を燃料電池スタック10に循環供給する冷却ライン16が設けられている。
The piping line of the
酸化ガス供給ライン12には、フィルタを介して空気を取り込むコンプレッサが設けられており、酸化ガスとしての空気がコンプレッサにより燃料電池スタック10に圧送される。酸化ガス供給ライン12の燃料電池スタック10のガス入口側には、酸化ガスの温度を検出する温度センサ21が設けられている。酸化ガス排出ライン13の燃料電池スタック10のガス出口側には、酸化オフガスの圧力を検出する圧力センサ22が設けられており、その下流側には、燃料電池スタック10内の酸化ガスの圧力を調整する図示省略した調圧弁や、車外に排出される酸化オフガスを消音する消音器などが設けられている。
The oxidizing
燃料ガス供給ライン14の最上流には、水素ガスを貯留した例えば高圧タンクが設けられており、高圧タンクの水素ガスがレギュレータ等を介して燃料電池スタック10に供給される。なおもちろん、この構成に代えて高圧タンクに圧縮天然ガス(CNG)などの原燃料を貯留させ、車上において水素ガスに改質して燃料電池スタック10に供給する方式を用いることもできる。
In the uppermost stream of the fuel
燃料ガス供給ライン14の燃料電池スタック10のガス入口側には、ガス流路を遮断可能な遮断弁31のほか、水素ガスの圧力を検出する圧力センサ32などが設けられている。燃料ガス排出ライン15の燃料電池スタック10のガス出口側には、水素オフガスの温度を検出する温度センサ34のほか、ガス流路を遮断可能な遮断弁35などが設けられている。
On the gas inlet side of the
冷却ライン16には、燃料電池スタック10から排出される冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ41と、ラジエータ41の下流側に位置して冷却水を燃料電池スタック10に圧送するポンプ42と、が設けられている。また、冷却ライン16の燃料電池スタック10の冷媒入口側および冷媒出口側には、冷却水の温度を検出する温度センサ43,44がそれぞれ設けられている。このような冷却ライン16、ラジエータ41およびポンプ42によって、燃料電池スタック10の内部流路に冷却水を通流させる冷却装置の主要部が構成される。冷却装置により、燃料電池スタック10自体を冷却することができる。
In the
燃料電池スタック10は、燃料電池の基本単位となる単セルを多数積層し、その両端に集電板や絶縁板などを配置したスタック構造で構成されている。燃料電池スタック10の内部流路としては、酸化ガスの流路、水素ガスの流路、および冷却水の流路が形成されており、これらの各流路は上記の配管ラインの対応する各種流路(12〜16)に接続されている。燃料電池としては、リン酸型など複数の種類があるが、ここでは車載に好適な固体高分子電解質型で構成されている。燃料電池スタック10は、その周辺の検出機器などと一緒にスタックケース51に収容されている。
The
スタックケース51は、例えば図2に示すような箱型に形成されている。スタックケース51は、金属や硬質樹脂により形成することができるが、ここでは、軽量化や放熱性を考慮してアルミニウムにより形成されている。例えば上下2分割構造のスタックケース51は、蓋として機能する上側ケースと、上側ケースに接合される下側ケースとからなり、下側ケースの例えば中央底部に燃料電池スタック10が固定される。スタックケース51は、車室の床下などにブラケット等を介して固定される。
The
スタックケース51には、後述する空調装置4のスタック側流路83の一部が接続されており、空調用気体がスタックケース51の内部空間に供給可能になっている。スタックケース51内には、燃料電池スタック10に接続された配管ラインの各種流路(12〜16)の一部が配置される。このため、スタックケース51には、スタック側流路83や配管ラインの各種流路(12〜16)に対応する管径の開口部が分散して貫通形成されている。
The
スタックケース51内には、上記した配管ライン上の遮断弁31,35のほか、検出機器(温度センサ21,34,43,44、圧力センサ22,32)や図外のサービスプラグなどの高電圧部品が収容される。また、スタックケース51内には、スタックケース51の内部空間の温度を検出する温度センサ52と、スタックケース51の内部空間の水素濃度を検出する濃度センサ53と、が燃料電池スタック10から外れた位置に収容されている。温度センサ52や濃度センサ53は、制御装置5に接続されている。なお、温度センサ52や濃度センサ53は、図2では説明の便宜上スタックケース51外に示されている。
In the
このように、検出機器などの各種高電圧部品をスタックケース51内に収容しているため、高電圧部品を外部の埃や水等から適切に保護することができる。また、遮断弁31,35などのバルブ類についても、外部の埃や水等から適切に保護することができる。なお、スタックケース51内に収容される配管ライン上の部品は一例であり、温度センサや圧力センサをどのように配置するかは適宜設計変更可能である。また、例えば遮断弁31,35をスタックケース51外に配置してスタックケース51のコンパクト化を図るようにすることもできる。
As described above, since various high-voltage components such as detection devices are accommodated in the
ここで、スタックケース51の内部空間とは、スタックケース51と燃料電池スタック10などの内部配設機器との間に形成される隙間をいい、主としてスタックケース51内を意味する。したがって、スタックケース51の内部空間は、燃料電池スタック10の内部流路までを含むものでない。以下では、「スタックケース51の内部空間」の略記として、しばしば「スタックケース51内」と表記する。
Here, the internal space of the
スタックケース51には、その内部空間のガスの圧力が大気圧よりも大きくなったときにこのガスを外部に放出するための二つのリリーフ機構54が設けられている。図3は、リリーフ機構54の一例を示す断面図である。同図に示すように、リリーフ機構54は、スタックケース51に形成した取付開口部55に作り込まれており、取付開口部55の外側表面に位置している。
The
リリーフ機構54は、取付開口部55に広く臨むフィルタ71と、フィルタ71の周縁部を保持し、取付開口部55の外側周縁部に固定されたフィルタ保持枠72と、フィルタ保持枠72の上部に回動可能に支持された平板状の可動片持ち扉73と、を有している。フィルタ71は、通気性を有すると共に、塵埃や水などの異物を捕捉可能に構成されている。この種のフィルタ71は、例えばゴアテックス(登録商標:ジャパンゴアテックス(株))やポアフロン(登録商標:住友電工(株))の膜により構成することができる。
The
フィルタ保持枠72および可動片持ち扉73は、互いに磁力により吸着可能に構成されている。フィルタ保持枠72および可動片持ち扉73は、例えば両者ともマグネットを埋め込んで構成することもできるし、一方にはマグネットを埋め込み、他方はマグネットによって吸着される磁性体材料で構成することもできる。例えば、硬質樹脂により形成したフィルタ保持枠72にマグネットを埋め込み、可動片持ち扉73を磁性体材料で形成することができる。磁性体材料としては、例えば、鉄、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼など各種金属、合金等が挙げられる。
The
可動片持ち扉73は、燃料電池システム2の停止時などにおいては、磁力によりフィルタ保持枠72に吸着されて、フィルタ71に接するように面して閉状態の位置となる。この場合、車両傾斜となっても、可動片持ち扉73は自由に開かないようにフィルタ保持枠72に磁力により吸着されている。スタックケース51内のガスの圧力が大気圧よりも大きくなった場合、可動片持ち扉73は、磁力による吸着力に抗してフィルタ71から離間するように回動し、開状態の位置となるように構成されている(図3の仮想線参照。)。
When the
すなわち、スタックケース51内の大気圧よりも大きいガスの圧力となると、可動片持ち扉73は押し開かれる。これにより、スタックケース51内のガスがフィルタ71を介してスタックケース51外に排出され、スタックケース51内の過剰なガスの圧力を逃がすことができる。したがって、スタックケース51内の燃料電池スタック10や、上記の高電圧部品などの各種構成機器の損傷が適切に且つ未然に防止される。スタックケース51内の圧力が大気圧以下に低下すると、可動片持ち扉73は、重力および磁力により自動的に回動し、フィルタ保持枠72に吸着されて元の閉状態の位置となる。
In other words, when the gas pressure in the
このように、リリーフ機構54の一部として組み込まれるフィルタ71は、スタックケース51内の圧力が大気圧よりも大きくなる必要時にのみ外部に対して露出する構成である。このため、フィルタ71は、小石や水の直撃による損傷を好適に回避することができる。
Thus, the
なお、リリーフ機構54は様々な変形例を適用することができる。例えば、リリーフ機構54の数は二つに限るものでなく、例えばスタックケース51の4箇所に分散して作り込むことができる。また、リリーフ機構54が機能する基準圧を大気圧としたが、もちろんこれに限るものでなく、大気圧よりも僅かに大きい所定圧を基準圧としてもよい。また、上記のリリーフ機構54の構成に代えて、フィルタ71を取付開口部55に直接嵌め込むように固定し、可動片持ち扉73をスタックケース51に回動可能に支持するようにして、部品点数を削減するようにしてもよい。この場合、スタックケース51を上記のようにアルミニウムで形成しているため、可動片持ち扉73にマグネットを埋め込めばよい。
Note that various modifications can be applied to the
また、可動片持ち扉73を磁力によりフィルタ保持枠72やスタックケース51に吸着させる構成に代えて、バネなどの付勢手段を用い、可動片持ち扉73をフィルタ保持枠72等に閉状態の位置側に向かって付勢するようにしてもよい。例えば、可動片持ち扉73を支持するフィルタ保持枠72等の回動支持部に、ねじりコイルばねを設ければよい。また、リリーフ機構54をスタックケース51に直接作り込むのではなく、空調装置4のスタック側流路83にリリーフ弁を設けて、このリリーフ弁が上記のリリーフ作用を奏するようにしてもよい。
Further, instead of a configuration in which the
空調装置4は、図1および図2に示すように、車室内3およびスタックケース51の内部空間のそれぞれに空調用気体を供給可能に構成されている。空調装置4は、車室内3の空気(内気)または車室外の空気(外気)を取り込み、この取り込んだ空気を燃料電池自動車1の要求に応じて所定の温度、湿度または清浄度に調整して、車室内3やスタックケース51内に送風する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
空調装置4は、空調用気体を熱交換するヒートポンプ81と、ヒートポンプ81にて熱交換された空調用気体を車室内3に導く室内側流路82と、ヒートポンプ81にて熱交換された空調用気体をスタックケース51内に導くスタック側流路83と、室内側流路82とスタック側流路83との分岐位置に設けられた三方弁構造の切替え弁84と、を有している。ヒートポンプ81および切替え弁84は、制御装置5に接続されている。
The
ヒートポンプ81は、例えば吸収冷凍機のサイクルであって、冷房運転および暖房運転を切替え可能に構成されている。ヒートポンプ81は、車室内3およびスタックケース51内に対して共通の熱交換器86を有している。熱交換器86は、切替え弁84の入口ポートに接続した空気流路87に配設されている。熱交換器86を経た空調用気体は、図示省略したブロワなどによって圧送され、図示省略したフィルタを介して空気流路87をつたって切替え弁84に達するようになっている。
The
室内側流路82は、その上流端が切替え弁84の第1の出口ポートに接続され、その下流端が車室内3で開口している。スタック側流路83は、その上流端が切替え弁84の第2の出口ポートに接続され、その下流端がスタックケース51内で開口している。スタック側流路83には、切替え弁84からスタックケース51内への方向のみの空調用気体の流動を許容する逆止弁88が設けられている。逆止弁88によって、スタックケース51内のガスが、スタックケース51側から切替え弁84側へと逆流することを阻止することができる。
The indoor-
具体的には、スタックケース51の内部空間には燃料電池スタック10から水素ガスが漏れ得る。スタックケース51内は、この漏れた水素ガスや空調用気体を含むガスで充満され得る。スタック側流路83に逆止弁88を設けたことによって、このガスが車室内3に流れ込むことなどを好適に防止することができる。
Specifically, hydrogen gas can leak from the
切替え弁84(切替え手段)は、空調用気体が導かれる流路として室内側流路82およびスタック側流路83の一方に、またはこの両方に切替えることができるように構成されている。例えば、切替え弁84が室内側流路82側に完全に切り替えた場合には、空調用気体は、スタック側流路83への流動を遮断され、室内側流路82側のみを流動して車室内3に流れ込むことになる。
The switching valve 84 (switching means) is configured to be able to switch to one or both of the
切替え弁84は、弁の開度を調整可能に構成されており、室内側流路82およびスタック側流路83への空調用気体の流入量を調整することができる。切替え弁84は、制御装置5からの出力信号によって切替え動作および弁の開度を制御される。この種の切替え弁84は、ソレノイドによって駆動される電磁弁タイプのものや、モータによって駆動される電動弁タイプのものなどで構成することができる。
The switching
制御装置5(ECU)は、燃料電池システム2や空調装置4を含め、燃料電池自動車1全体を統括制御する。制御装置5は、図示省略したCPU、ROM、RAMなどを有している。制御装置5は、温度センサ52や濃度センサ53などの各種のセンサからの検出信号を入力すると共に、各種ドライバに制御信号を出力することによりヒートポンプ81や切替え弁84等を駆動するなど、燃料電池自動車1全体を制御する。
The control device 5 (ECU) controls the entire fuel cell vehicle 1 including the
例えば、制御装置5は、温度センサ52の出力信号から、スタックケース51内の温度が閾値以上であるかの条件を満たすか否かを判定する。この温度条件は、例えば、燃料電池スタック10が高負荷状態である条件とすることができる。そして、その条件を満たすときには、制御装置5は、切替え弁84に対しスタック側流路83に切り替える旨の制御信号および所定の弁開度の制御信号を出力する。これらの制御信号を受けた切替え弁84は、切替え動作を実行する。このとき、ヒートポンプ81が暖房運転している場合には冷房運転する旨の制御信号が、ヒートポンプ81に出力される。
For example, the
なお、空調装置4が例えば当初から車室内3側に冷却用の空調用気体を供給している場合には、切替え弁84は車室内3およびスタックケース51内の両者に空調用気体を導くように切替え動作を実行する。もっとも、スタックケース51内への空調用気体の供給時には、車室内3側に冷却用の空調用気体を供給しないように設定することもできる。
When the
切替え弁84の切替え動作後、冷却された所定の流量の空調用気体がスタックケース51内に導入され、スタックケース51内が冷却される。これにより、スタックケース51内の検出機器等の高電圧部品を冷却することができる。このように、高電圧部品を積極的に冷却することができる構成であるため、耐熱性を考慮して高電圧部品を比較的大型化しなくて済み、高電圧部品の小型化に適切に供することができる。この効果を燃料電池自動車1側からみれば、スタックケース51のサイズが小さくなり得るため、燃料電池スタック10による設置スペースの占有領域を小さくすることができる。そして、スタックケース51内のガスの圧力が大気圧よりも大きくなったときには、リリーフ機構54が作動するため、上記のように、スタックケース51内のガスがスタックケース51外に排出される。
After the switching operation of the switching
また、制御装置5は、濃度センサ53の出力信号から、スタックケース51内の水素濃度が閾値以上であるかの条件を満たすか否かを判定する。そして、その条件を満たすときには、制御装置5は、切替え弁84に対しスタック側流路83に切り替える旨の制御信号および所定の弁開度の制御信号を出力する。切替え弁84が切替え動作を実行すると、所定の流量の空調用気体がスタックケース51内に導入される。これにより、スタックケース51内の水素濃度が低下する。このとき、スタックケース51内に導入する空調用気体は、暖房運転時のものであってもよいが、スタックケース51内の冷却も兼ねるべく、冷房運転時の冷却されたものであることが好ましい。
Further, the
そして同様に、スタックケース51内のガスの圧力が大気圧よりも大きくなったときには、リリーフ機構54が作動するため、スタックケース51内の換気がより一層図られることになる。このように、スタックケース51内の水素濃度が上昇した場合であっても、スタックケース51内をその状況に応じて積極的に換気することができるため、安全性を適切に確保することができる。
Similarly, when the gas pressure in the
以上のように、本実施形態の燃料電池自動車1によれば、自動車に一般に搭載される空調装置4を有効に利用して、スタックケース51の内部空間の状況に応じて、これに所定量の冷却された空調用気体を供給することができる。したがって、スタックケース51の内部空間を適切に且つ十分に冷却することができると共に、十分に換気することができる。また、燃料電池スタック10自体については、スタックケース51を冷却する装置とは別の冷却装置(冷却ライン16など)によって適切に冷却することができる。
As described above, according to the fuel cell vehicle 1 of the present embodiment, the
以上説明した実施形態では、温度センサ52を設け、温度センサ52により検出したスタックケース51の内部空間の温度に基づいて、空調装置4によるスタックケース51内への空調用気体の流入量を調整したが、別の温度センサを設けてもよい。例えば、温度センサ52を省略して或いは温度センサ52と共に、燃料電池スタック10の温度を検出する温度センサを設けてもよい。
In the embodiment described above, the
ここで、この新たな温度センサが検出する燃料電池スタック10の温度としては、燃料電池スタック10自体の温度であってもよいし、燃料電池スタック10を冷却する冷却水の温度を検出してもよい。後者の温度については、冷却ライン16に設けた温度センサ43または温度センサ44で検出することができる。したがって、温度センサ43または温度センサ44の検出結果に基づいて、空調装置4によるスタックケース51内への空調用気体の流入量が調整される。
Here, the temperature of the
また、空調装置4によるスタックケース51内の冷却と、冷却水による燃料電池スタック10自体の冷却とは、別個独立に行うこともできるし、これらの制御を協調させて行うこともできる。後者の場合には、制御装置5は、空調装置4の運転に同期して、冷却装置のポンプ42を駆動する。例えば、ユーザからの指示により車室内3の冷却の要求が高く、スタックケース51内の冷却を空調装置4にて十分に行えない場合には、ポンプ42による冷却水の単位時間あたりの循環量を増加させてもよい。こうすることで、空調装置4によるスタックケース51内の冷却を、冷却水にて補助することが可能となる。
Further, the cooling in the
なお、上記の説明では、主として空調装置4が冷房運転する場合について説明したが、もちろん空調装置4を燃料電池システム2に関連させて暖房運転させるようにしてもよい。例えば、燃料電池スタック10の起動時に、空調装置4が暖房運転時の空調用気体をスタックケース51内に供給するようにしてもよい。こうすることで、燃料電池温度を短時間で発電効率のよい適正温度に設定することができる。
In the above description, the case where the
また、スタックケース51の内部空間にスタック側流路83の下流側を接続(挿入)しているが、この挿入箇所を2以上としてもよい。例えば、スタック側流路83の逆止弁88の下流側を二股に分岐させ、一方の下流端をスタックケース51の右側面上部に接続し、他方の下流端をスタックケース51の左側面下部に接続するようにしてもよい。こうすることで、スタックケース51内の冷却や換気を効率よく行うことができ、スタックケース51内の局所的な温度バラツキなどを抑制することができる。
Further, although the downstream side of the stack-
また、燃料電池自動車1など車室を有する車両を例に説明したが、これに限るものではない。燃料電池スタック10を定置用として、燃料電池システム2を家庭用住居などのコージェネレーション(熱電併給)システムに組み入れることもできる。この場合には、空調装置4は、家庭用住居の部屋内とスタックケース51内とのそれぞれに、共通の熱交換器を経る空調用気体を供給する。
Moreover, although the vehicle which has a compartment, such as the fuel cell vehicle 1, was demonstrated to the example, it does not restrict to this. The
1 燃料電池自動車、2 燃料電池システム、3 車室内、4 空調装置、5 制御装置、10 燃料電池スタック、16 冷却ライン、51 スタックケース、52温度センサ、53 濃度センサ、54 リリーフ機構、71 フィルタ、72 フィルタ保持枠、73 可動片持ち扉、81 ヒートポンプ、82 室内側流路、83 スタック側流路、84 切替え弁(切替え手段)、86 熱交換器、88 逆止弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell vehicle, 2 Fuel cell system, 3 Vehicle interior, 4 Air conditioner, 5 Control apparatus, 10 Fuel cell stack, 16 Cooling line, 51 Stack case, 52 Temperature sensor, 53 Concentration sensor, 54 Relief mechanism, 71 Filter, 72 filter holding frame, 73 movable cantilever door, 81 heat pump, 82 indoor side flow path, 83 stack side flow path, 84 switching valve (switching means), 86 heat exchanger, 88 check valve
Claims (10)
前記空調装置は、燃料電池スタックを収容したスタックケースの内部空間に空調用気体を供給可能に構成されている燃料電池自動車。 It is equipped with an air conditioner that supplies air conditioning gas into the passenger compartment,
The air conditioner is a fuel cell automobile configured to be able to supply air conditioning gas to an internal space of a stack case containing a fuel cell stack.
前記熱交換器にて熱交換された空調用気体を前記スタックケースの内部空間に導く流路と、
前記流路に設けられ、前記スタックケース側から前記熱交換器側への空調用気体の逆流を阻止する逆止弁と、を有する請求項2に記載の燃料電池自動車。 The air conditioner
A flow path for guiding the air-conditioning gas heat-exchanged by the heat exchanger to the internal space of the stack case;
The fuel cell vehicle according to claim 2, further comprising: a check valve provided in the flow path and configured to prevent a backflow of air-conditioning gas from the stack case side to the heat exchanger side.
前記空調装置は、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記スタックケースの内部空間への空調用気体の流入量を調整する請求項1ないし5のいずれか一項に記載の燃料電池自動車。 A temperature sensor that detects at least one of the temperature of the internal space of the stack case and the temperature of the fuel cell stack;
6. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the air conditioner adjusts an inflow amount of the air-conditioning gas into the internal space of the stack case based on a detection result of the temperature sensor.
前記空調装置は、前記濃度センサの検出結果に基づいて、前記スタックケースの内部空間への空調用気体の流入量を調整する請求項1ないし6のいずれか一項に記載の燃料電池自動車。 A concentration sensor for detecting a hydrogen concentration in the internal space of the stack case;
The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 6, wherein the air conditioner adjusts an inflow amount of air conditioning gas into the internal space of the stack case based on a detection result of the concentration sensor.
前記空調装置は、
空調用気体を熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器の下流側に設けられ、前記車室内に空調用気体を導く室内側流路と、
前記熱交換器の下流側に設けられ、燃料電池スタックを収容したスタックケースの内部空間に空調用気体を導くスタック側流路と、
前記熱交換器の下流側に設けられ、空調用気体が導かれる流路として前記室内側流路および前記スタック側流路の少なくとも一方に切り替え可能な切替え手段と、
を有する燃料電池自動車。 It is equipped with an air conditioner that supplies air conditioning gas into the passenger compartment,
The air conditioner
A heat exchanger for exchanging heat for the air-conditioning gas;
Provided on the downstream side of the heat exchanger, an indoor flow path for introducing air-conditioning gas into the vehicle interior;
A stack-side flow path that is provided on the downstream side of the heat exchanger and guides the air-conditioning gas to the internal space of the stack case containing the fuel cell stack;
A switching means provided on the downstream side of the heat exchanger and capable of switching to at least one of the indoor side flow path and the stack side flow path as a flow path through which air conditioning gas is guided;
A fuel cell vehicle having:
The fuel cell vehicle according to claim 9, wherein the switching unit is configured to be capable of adjusting an inflow amount of air-conditioning gas into the vehicle interior and an internal space of the stack case.
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- 2004-09-07 JP JP2004259287A patent/JP2006076325A/en active Pending
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