JP2006160020A - Fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池車両に係り、特に、車両外表面の着氷対策に有効な技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell, and more particularly to a technique effective for preventing icing on the outer surface of the vehicle.
近年、乗用車、バス、トラック等の車両用の動力源として、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池が注目されており、燃料電池を搭載した燃料電池車両の開発が進められている。この燃料電池車両においても、寒冷地で使用される場合には着氷対策が必要である。 In recent years, as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, etc., fuel cells that generate electricity by the reaction of fuel gas and oxidant gas have attracted attention, and development of fuel cell vehicles equipped with fuel cells has been promoted. Yes. Even in this fuel cell vehicle, it is necessary to take measures against icing when used in a cold region.
従来より、ホイールハウス部の着氷対策としては、エンジンの排ガスにて氷を融解させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の技術を燃料電池車両に適用したとしても、燃料電池から排出されるオフガスはエンジン排ガスに比して大幅に温度が低いため、氷を速やかに融解することはできず、着氷対策としては不十分である。 However, even if the technology of Patent Document 1 is applied to a fuel cell vehicle, the temperature of the off-gas discharged from the fuel cell is significantly lower than that of the engine exhaust gas. It is not enough as a countermeasure against ice.
そこで、本発明は、燃料電池で生じた熱を有効利用することにより上記課題を解決し、着氷対策の十分な燃料電池車両を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems by effectively using heat generated in a fuel cell, and to provide a fuel cell vehicle with sufficient anti-icing measures.
本発明の燃料電池車両は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池を搭載した燃料電池車両であって、車両外表面と、燃料電池で生じた熱を保有する液体とが熱交換可能に構成されたものである。 The fuel cell vehicle of the present invention is a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power by reaction of fuel gas and oxidant gas, and the vehicle outer surface and the liquid that holds the heat generated in the fuel cell are heated. It is configured to be replaceable.
このような構成によれば、車両外表面は、燃料電池で生じた熱を保有する液体との直接的または間接的な接触によって加熱される。この液体は、燃料電池から排出されるオフガス(気体)よりも熱容量が大きいため、車両外表面への着氷を速やかに融解することができる。 According to such a configuration, the outer surface of the vehicle is heated by direct or indirect contact with the liquid that retains the heat generated in the fuel cell. Since this liquid has a larger heat capacity than the off-gas (gas) discharged from the fuel cell, it is possible to quickly melt icing on the outer surface of the vehicle.
本発明においては、ハンドルによる操舵を車輪に伝達する伝達機構、車輪、ホイールハウス部、ウィンド、及びミラーの少なくともいずれかと、燃料電池で生じた熱を保有する液体とが熱交換されるようにしてもよい。 In the present invention, heat exchange is performed between at least one of a transmission mechanism that transmits steering by a handle to a wheel, a wheel, a wheel house, a window, and a mirror, and a liquid that holds heat generated in the fuel cell. Also good.
このような構成によれば、伝達機構や車輪等の可動部分やその周辺部分の着氷が融解されるので、可動部分における可動性の悪化が抑制される。特に、ホイールハウス部やロアアームへの着氷は、主に路面の氷が車輪に巻き上げられて付着するため、車輪を湿らせて当該車輪への着氷を低減することにより、ホイールハウス部やロアアーム等への着氷を有効に抑制することができる。また、ウィンドやミラー等に対しては、曇り止めがなされるので、良好な視認性を確保することができる。 According to such a configuration, since the icing of the movable part such as the transmission mechanism and the wheel and the peripheral part thereof is melted, deterioration of the mobility in the movable part is suppressed. In particular, the icing on the wheel house and lower arm is mainly caused by the ice on the road surface being rolled up and adhering to the wheel. It is possible to effectively prevent icing on the surface. Further, since the fogging is prevented with respect to the window, the mirror and the like, it is possible to ensure good visibility.
本発明において、前記液体は、燃料電池の生成水であってもよい。燃料電池の生成水は、発電により生じた熱を保有しているので、この生成水との熱交換によって車両外表面への着氷を融解することが可能となる。 In the present invention, the liquid may be generated water of a fuel cell. Since the generated water of the fuel cell retains heat generated by power generation, it is possible to melt the icing on the outer surface of the vehicle by heat exchange with the generated water.
本発明において、前記生成水は、燃料電池からのオフガスの圧力により付勢されて排出されてもよい。このような構成によれば、着氷部分に向けて生成水を吹き付けることが可能となる。 In the present invention, the generated water may be discharged by being energized by the pressure of off-gas from the fuel cell. According to such a configuration, generated water can be sprayed toward the icing portion.
本発明において、前記液体は、燃料電池の冷却水でもよい。燃料電池の冷却水は、発電により生じた熱を燃料電池から回収するので、この冷却水との熱交換によって車両外表面への着氷を融解することが可能となる。 In the present invention, the liquid may be cooling water for a fuel cell. Since the cooling water of the fuel cell collects the heat generated by the power generation from the fuel cell, the icing on the outer surface of the vehicle can be melted by heat exchange with the cooling water.
本発明において、前記車輪およびホイールハウス部は、操舵輪に対応した車輪およびホイールハウス部であってもよい。このような構成によれば、着氷に伴う操舵性の悪化が有効に抑制される。 In the present invention, the wheel and the wheel house part may be a wheel and a wheel house part corresponding to a steered wheel. According to such a configuration, deterioration of steering performance accompanying icing is effectively suppressed.
本発明においては、車両使用環境に関連する温度を検出し、当該温度が所定の条件を満たす場合にのみ熱交換が許可されるようにしてもよい。このような構成によれば、着氷の融解が必要な場合にのみ熱交換が実施される。 In the present invention, the temperature related to the vehicle use environment may be detected, and heat exchange may be permitted only when the temperature satisfies a predetermined condition. According to such a configuration, heat exchange is performed only when icing is necessary to melt.
本発明の燃料電池車両によれば、燃料電池から排出されるオフガスよりも熱容量の大きな液体を使用して車両外表面との熱交換を行うので、着氷を速やかに融解することができる。よって、寒冷地でも好適に使用できる着氷対策の十分な燃料電池車両の提供が可能となる。 According to the fuel cell vehicle of the present invention, since the heat exchange with the outer surface of the vehicle is performed using a liquid having a larger heat capacity than the off gas discharged from the fuel cell, the icing can be rapidly melted. Therefore, it is possible to provide a fuel cell vehicle with sufficient anti-icing measures that can be suitably used even in cold regions.
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車両について説明する。 Hereinafter, a fuel cell vehicle according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
第1実施形態の燃料電池車両Vは、図1に示すように、燃料電池2を備えた燃料電池システム1が車両前部に搭載され、燃料電池2の生成水(燃料電池で生じた熱を保有する液体)が操舵輪である前輪(車輪)FWに供給されるものである。
<First Embodiment>
In the fuel cell vehicle V of the first embodiment, as shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 including the fuel cell 2 is mounted on the front of the vehicle, and the generated water of the fuel cell 2 (the heat generated in the fuel cell is reduced). The liquid held is supplied to a front wheel (wheel) FW which is a steering wheel.
燃料電池システム1は、図2に示すように、例えば固体高分子電解質型の燃料電池2と、システム全体を統括制御する制御装置3と、を有している。燃料電池2は、多数の単セルを積層したスタック構造からなり、酸化剤ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素ガスとの供給を受けて電力を発生する。
As shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 includes, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell 2 and a
燃料電池システム1のガス配管ラインには、燃料電池2に空気を供給するためのカソード供給通路11と、燃料電池2からカソードオフガスを排出するためのカソード排出通路12と、燃料電池2に水素ガスを供給するためのアノード供給通路13と、燃料電池2から排出されたアノードオフガスを燃料電池2に再び循環供給するためのアノード循環通路14と、アノードオフガスを不純物と共に外部に排出するためのパージ通路15と、が設けられている。
The gas piping line of the fuel cell system 1 includes a
燃料電池システム1は、これら反応ガス(空気および水素ガス)の他に、燃料電池2に冷却水を供給する冷却水循環通路41を備えている。冷却水は、ポンプ42によって冷却水循環通路41を循環し、発電により生じた熱を燃料電池2から回収した後はラジエータ43で冷却され、再び燃料電池2に供給される。冷却水循環通路41の燃料電池入口側及び出口側には、冷却水温を検出する温度センサ(図示略)が設けられている。
The fuel cell system 1 includes a cooling
カソード供給通路11には、大気中の空気を取り込んで加湿器21に圧送するコンプレッサ22が設けられている。加湿器21は、カソード供給通路11とカソード排出通路12との両者に亘って設けられており、浄化済みの空気とカソードオフガスとの間で水分交換を行う。カソード排出通路12には、燃料電池2内の空気の圧力を調整する調圧弁23と、加湿器21の下流側に位置してカソードオフガスから液体分を分離する気液分離器24が設けられている。
The
気液分離器24は、カソードオフガスに含まれる生成水などの液体分を分離し、その分離した液体分を気液分離器内の液溜め部に一時的に貯留する。液溜め部の下部には、これに一時貯留された液体をシステム外に排出するための排液通路27が接続されている。排液通路27には、これを開閉するドレン弁28が介設されている。なお、アノード側の気液分離された液体も、排液通路27の途中から流入してシステム外に排出される。
The gas-
アノード供給通路13には、上流側から順に、水素ガスを高圧で貯留する高圧タンクなどのガス供給源31と、アノード供給通路13を開閉する元弁となる遮断弁32と、ガス供給源31から供給された水素ガスを減圧するレギュレータ33と、が設けられている。
The
アノード循環通路14には、気液分離器36と、気液分離器36の下流側に位置して、アノードオフガスをアノード供給通路13に圧送するポンプ37と、が設けられている。気液分離器36は、アノードオフガスに含まれる生成水などの液体分を分離し、その分離した液体分を気液分離器内の液溜め部に一時的に貯留する。液溜め部の下部には、これに一時貯留された液体をシステム外に排出するための排液通路51が接続されている。排液通路51には、これを開閉するドレン弁52が介設されている。
The
気液分離器36の作用により気体分のみとなったアノードオフガスは、ガス供給源31からの新たな水素ガスと合流点Aで合流して、混合ガスとして燃料電池2に再供給される。
The anode off-gas that has become only a gas component by the action of the gas-
パージ通路15は、ポンプ37の下流側のアノード循環通路14の部分に分岐配管されている。パージ通路15に設けたパージ弁38を適宜開くことで、アノード循環通路14を流れるアノードオフガス中の不純物がアノードオフガスと共にシステム外に排出される。
The
ドレン弁28,52は、例えば電磁弁からなり、外気温センサの検出結果に基づいて開閉制御される。具体的には、ドレン弁28,52は通常閉弁されており、外気温(車両使用環境に関連する温度)が所定の条件(例えば、−20℃〜−5℃)を満たすと、これを検知した制御装置3がドレン弁28,52を開弁するように制御信号を出力する。これにより、ドレン弁28,52が開弁して、主として燃料電池2の生成水からなる液溜め部内の液体が排液通路27,51の下流側へと流出する。
The
排液通路28,51は、その下流側に向かって液体が移動するように所定の下り勾配を有している。排液通路51の下流端は、カソード側の排液通路27のドレン弁28の下流側に合流するように、排液通路27の途中に接続している。排液通路27の下流端は、図1に示すように、前輪FWの上方に位置するホイールハウス部5の外面に開口している。また、その開口位置は、車両直進方向略中央付近、かつ、前輪幅方向略中央付近に設定されている。
The
制御装置3(ECU)は、CPU、ROM、RAMなどを有している。制御装置3は、各種センサからの検出信号が入力されると共に、各種構成機器(22,23,32,33,37,38など)の各種ドライバに制御信号を出力することにより、燃料電池システム1全体を制御する。例えば、レギュレータ33、コンプレッサ22および調圧弁23などを制御して、燃料電池2への供給ガス量を調整する。
The control device 3 (ECU) includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The
また、制御装置3は、外気温が上記所定の条件を満たしたことを検知した場合は、ドレン弁28,52を開弁し、前輪FWへの生成水の供給(車両外表面との熱交換)を許可する。すると、生成水は、燃料電池2からのオフガスの圧力により付勢されて排出されるので、前輪FWの頂部に向けて吹き付けられ、前輪幅に対しては均等に散布される。生成水は、発電により生じた熱を保有しているので、この生成水との直接的な接触によって前輪FWは加熱される。
When the
これにより、前輪FWへの着氷を融解することができる。このとき、生成水は、燃料電池2から排出されるオフガスよりも熱容量が大きいため、該オフガスとの熱交換を利用する場合に比して、前輪FWへの着氷を速やかに融解することができる。また、前輪FWを湿らせておくことにより、前輪FWでの路面からの氷の巻き上げが抑制されるので、ホイールハウス部5やロアアーム等への着氷を有効に回避して、良好な操舵性を確保することが可能となる。
Thereby, the icing on the front wheel FW can be melted. At this time, the generated water has a larger heat capacity than the off-gas discharged from the fuel cell 2, so that the icing on the front wheel FW can be melted more quickly than when heat exchange with the off-gas is used. it can. In addition, moistening the front wheel FW suppresses ice from rolling up on the road surface at the front wheel FW, effectively avoiding icing on the
以上のとおり、本実施形態によれば、寒冷地でも好適に使用できる着氷対策の十分な燃料電池車両Vを提供することが可能である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a fuel cell vehicle V with sufficient anti-icing measures that can be suitably used even in cold regions.
<第2の実施形態>
上記第1の実施形態では、前輪FWと燃料電池2の生成水とを熱交換させる例について説明したが、例えば図3に示すように、前輪FW又は/及び後輪RWのホイールハウス6の天井部を形成するホイールハウス部5の内面側に熱交換器61を設置し、この熱交換器61を介してホイールハウス部5と燃料電池2の冷却水とを熱交換させるようにしてもよい。この熱交換器61には、上記冷却水循環通路41が配管されており、燃料電池2から流出してラジエータ43を通過する前の冷却水が当該熱交換器61に導入される。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the example in which the front wheel FW and the generated water of the fuel cell 2 are subjected to heat exchange has been described. However, for example, as illustrated in FIG. 3, the ceiling of the wheel house 6 of the front wheel FW and / or the rear wheel RW. A
冷却水循環通路41を循環する冷却水は、発電により生じた熱を燃料電池2から回収して加温されているので、本実施の形態によれば、この加温された冷却水との熱交換を利用することによって、ホイールハウス部5の外面における着氷Iを融解することができる。一方、冷却水は、ホイールハウス部5との熱交換によって冷却されるので、ラジエータ43におけるファンの回転数や運転頻度を下げることが可能になり、その結果、燃料電池システム1全体としての電力消費を削減することもできる。
Since the cooling water circulating in the cooling
<その他の実施形態>
本発明は、上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。例えば、燃料電池の生成水は、噴出装置により付勢されて車両外表面に排出されるようにしてもよい。また、燃料電池からの生成水排出は、エゼクタを用いてオフガス圧力で付勢してもよい。
<Other embodiments>
The present invention can be applied with various modifications other than the above embodiment. For example, the generated water of the fuel cell may be urged by the ejection device and discharged to the outer surface of the vehicle. Further, the generated water discharge from the fuel cell may be urged by off-gas pressure using an ejector.
さらに、上記実施形態の他に、ハンドルによる操舵を車輪に伝達する伝達機構、操舵輪(前輪FW)又は/及び操舵輪以外の車輪(後輪RW)、ウィンドW、及びミラーの少なくともいずれかと、燃料電池2の生成水あるいは冷却水とを熱交換させるようにしてもよい。このような構成によれば、伝達機構や車輪等の可動部分やその周辺部分の着氷を融解することができるので、可動部分における可動性を良好に維持することができる。一方、ウィンドWやミラー等に対しては、曇り止めがなされるので、良好な視認性を確保することができる。 Furthermore, in addition to the above embodiment, at least one of a transmission mechanism that transmits steering by a steering wheel to a wheel, a steering wheel (front wheel FW) or / and a wheel other than a steering wheel (rear wheel RW), a window W, and a mirror, You may make it heat-exchange with the production | generation water or cooling water of the fuel cell 2. FIG. According to such a configuration, it is possible to melt the icing of the movable part such as the transmission mechanism and the wheel and the peripheral part thereof, so that the mobility in the movable part can be favorably maintained. On the other hand, the window W, the mirror, and the like are prevented from fogging, so that good visibility can be ensured.
1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…制御装置、5…ホイールハウス部、61…熱交換器、FW…前輪(操舵輪に対応した車輪)、W…ウィンド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Control apparatus, 5 ... Wheel house part, 61 ... Heat exchanger, FW ... Front wheel (wheel corresponding to a steering wheel), W ... Wind
Claims (7)
車両外表面と、燃料電池で生じた熱を保有する液体とが熱交換可能に構成された燃料電池車両。 A fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates electricity by a reaction between a fuel gas and an oxidant gas,
A fuel cell vehicle configured such that heat exchange is possible between a vehicle outer surface and a liquid that retains heat generated in the fuel cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004352500A JP2006160020A (en) | 2004-12-06 | 2004-12-06 | Fuel cell vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004352500A JP2006160020A (en) | 2004-12-06 | 2004-12-06 | Fuel cell vehicle |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008171803A (en) * | 2006-11-09 | 2008-07-24 | Gm Global Technology Operations Inc | Improvement of water removal, freeze durability, purge energy efficiency and voltage degradation due to shutdown/startup cycling |
-
2004
- 2004-12-06 JP JP2004352500A patent/JP2006160020A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008171803A (en) * | 2006-11-09 | 2008-07-24 | Gm Global Technology Operations Inc | Improvement of water removal, freeze durability, purge energy efficiency and voltage degradation due to shutdown/startup cycling |
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