JP2010212121A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、コンプレッサから発生する吐出脈動による管表面からの放射音を抑制するとともに、揺動吸収機能を有し、さらに形状自由度を確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池自動車１０は、酸化剤ガス供給装置２６を備える。酸化剤ガス供給装置２６は、コンプレッサ３０、第１サイレンサ３２、第２サイレンサ３４及びインタクーラ３６等を備えるとともに、これらの間は、空気供給配管４０により接続される。空気供給配管４０は、ゴム製管部材６６と、前記ゴム製管部材６６の外周に剛性が要求される部分に対応して巻回される金属板６８とを設ける。コンプレッサ３０は、駆動モータ２４にゴムマウント６２ａ、６２ｂを介して配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、水素及び酸素の電気化学反応により発電する燃料電池を搭載する燃料電池車両に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。

通常、燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この種の燃料電池スタックは、自動車等に組み込まれて燃料電池車両を構成している。

その際、燃料電池車両では、所望の発電電力を得るために、燃料電池スタックに高圧空気を供給するコンプレッサを備えている。しかしながら、コンプレッサを用いる場合、コンプレッサ本体に振動が発生することから、前記コンプレッサが取り付けられる締結体への振動を遮断するため、ゴムマウントが必要となっている。

例えば、特許文献１では、燃料電池自動車を駆動する駆動モジュールと、燃料電池へ供給する空気を圧縮する圧縮モジュールと、この圧縮モジュールによって圧縮した空気を冷却するインタクーラとにより一体モジュールを構成するとともに、前記一体モジュールの少なくとも一部は、車両の両側及び後ろ側に配設された振動を吸収するラバーマウントを介して車体フレームにマウントされている。

さらに、駆動モジュールを構成する主モータ及びトランスミッションには、それぞれラバーマウントが配設され、圧縮モジュールを構成するコンプレッサ及びコンプレッサ用モータが前記ラバーマウントを介して前記トランスミッション及び前記主モータの上部に固定されている。

このように、コンプレッサは、ラバーマウントを介して固定されているため、前記コンプレッサ自体が揺動し易い。このため、コンプレッサに接続される下流配管には、揺動吸収機能が求められており、前記下流配管として、例えば、ゴムホース等が用いられている。しかしながら、コンプレッサから発生する吐出脈動によってホース表面が振動し、放射音が発生するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献２に開示されている燃料電池搭載機器が知られている。この燃料電池搭載機器である燃料電池搭載車両は、図５に示すように、モータ１により駆動されるコンプレッサ２と加湿モジュール３と燃料電池４との間に、配管５、６が設けられている。配管５、６は、高剛性配管であるステンレスパイプを採用し、前記配管５、６の途上は、それぞれ金属フレキシブル配管７、８により結合されている。

特開２００３−２８８９０８号公報 特開２００２−３７３６８７号公報

しかしながら、上記の特許文献２では、蛇腹状の金属フレキシブル配管７、８の耐圧が比較的低く、コンプレッサから供給される圧縮空気の圧力によって塑性変形し易い。このため、例えば、他のデバイスのレイアウト上に影響を与えるという問題がある。

さらに、ステンレスパイプ製の配管５、６と、金属フレキシブル配管７、８とを用いるため、形状の自由度が低下するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、コンプレッサから発生する吐出脈動による管表面からの放射音を抑制するとともに、揺動吸収機能を有し、さらに形状自由度を確保することが可能な酸素供給装置を備えた燃料電池車両を提供することを目的とする。

本発明は、水素及び酸素の電気化学反応により発電する燃料電池を搭載する燃料電池車両に関するものである。

この燃料電池車両は、燃料電池に酸素を供給する酸素供給装置を備え、前記酸素供給装置は、コンプレッサから前記燃料電池に前記酸素を含む空気を供給する空気供給配管を設けるとともに、前記空気供給配管は、ゴム製管部材の外周に部分的に金属板を巻回して構成されている。

また、空気供給配管は、少なくともコンプレッサ、サイレンサ、インタクーラ及び燃料電池の間を接続することが好ましい。

本発明によれば、空気供給配管は、ゴム製管部材の外周に部分的に金属板を巻回しているため、揺動吸収機能と剛性とを確保することができる。しかも、ゴム製管部材が使用されるため、空気供給配管の形状自由度が向上し、レイアウトが自由に行われる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、コンプレッサから発生する吐出脈動によるゴム製管部材表面からの放射音を抑制するとともに、揺動吸収機能を有し、さらに形状自由度を確保することが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池自動車の概略構成説明図である。 前記燃料電池自動車の一部平面説明図である。 前記燃料電池自動車を構成する空気供給配管の断面正面説明図である。 前記空気供給配管の断面側面説明図である。 特許文献２に開示された燃料電池搭載機器の概略説明図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車（燃料電池車両）１０は、燃料電池スタック１２を備える。

燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１４を積層して構成されるとともに、各発電セル１４は、図示しないが、固体高分子電解質膜の両面に、アノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体を、セパレータで挟持して構成される。

各発電セル１４には、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路１６と、アノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路１８とが設けられる。各発電セル１４間、又は、所定数の前記発電セル１４間には、冷却媒体を供給するための冷却媒体流路（図示せず）が設けられる。

燃料電池スタック１２の積層方向一端には、各酸化剤ガス流路１６に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス入口連通孔２０ａと、前記酸化剤ガス流路１６から使用済みの酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとが設けられる。

燃料電池スタック１２の積層方向他端には、各燃料ガス流路１８に燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２２ａと、前記燃料ガス流路１８を流動した前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔２２ｂとが設けられる。燃料電池スタック１２には、燃料電池自動車１０を走行させるための駆動モータ２４が電気的に接続される。

燃料電池スタック１２には、酸化剤ガスを供給排出するための酸化剤ガス供給装置２６と、燃料ガスを供給排出するための燃料ガス供給装置２８とが設けられる。

酸化剤ガス供給装置２６は、大気中の空気を吸引して圧縮空気（酸化剤ガス）を生成するコンプレッサ３０を備え、このコンプレッサ３０から燃料電池スタック１２に向かって、第１サイレンサ３２、第２サイレンサ３４、インタクーラ３６及び加湿器３８が、空気供給配管４０を介して接続される。

第１サイレンサ３２は、例えば、低周波数の騒音及び振動を低減させる機能を有する一方、第２サイレンサ３４は、高周波数の騒音及び振動を低減させる機能を有する。インタクーラ３６は、第２サイレンサ３４から排出される空気を冷却する機能を有し、加湿器３８は、冷却された空気を加湿して燃料電池スタック１２に加湿された空気を供給する機能を有する。

酸化剤ガス出口連通孔２０ｂには、空気排出配管４２が設けられる。この空気排出配管４２には、背圧弁４４が配設される。

燃料ガス供給装置２８は、燃料ガスとして水素ガスが貯留される水素タンク４６とを備える。水素タンク４６は、水素ガス供給配管４８に接続されるとともに、前記水素ガス供給配管４８は、弁５０及びエゼクタ５２を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔２２ａに連結される。

燃料ガス出口連通孔２２ｂには、排出水素ガス配管５４が接続される。この排出水素ガス配管５４から分岐するリターン配管５６は、エゼクタ５２に接続され、排出燃料ガスを水素ガス供給配管４８の途上に戻す。

図２に示すように、駆動モータ２４は、車体フレーム６０に図示しないマウント部材を介して搭載される。駆動モータ２４上には、ゴムマウント６２ａ、６２ｂを介してコンプレッサ３０が支持されるとともに、前記コンプレッサ３０の下部には、第１サイレンサ３２が配設される。駆動モータ２４の矢印Ａ方向（車両走行方向）前面には、第２サイレンサ３４が、ゴムマウント６４ａ、６４ｂを介して配設される。

コンプレッサ３０と第１サイレンサ３２とは、直接連結されており、前記第１サイレンサ３２と第２サイレンサ３４とは、空気供給配管４０を介して連結される。第２サイレンサ３４とインタクーラ３６とは、同様に、空気供給配管４０を介して連結されるとともに、前記インタクーラ３６と加湿器３８及び前記加湿器３８と燃料電池スタック１２とは、前記空気供給配管４０を介して連結される。

図２〜図４に示すように、空気供給配管４０は、ゴム製管部材６６と前記ゴム製管部材６６の外周の所定の位置（部分的）に巻回される金属板６８とを設ける。ゴム製管部材６６は、例えば、耐熱性アクリルゴムで構成される一方、金属板６８は、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの厚みを有するアルミニウム製の板又はテープで構成される。このアルミニウム板は、円環状に巻回されるとともに、重なり部分が接着剤により固着される。なお、金属板６８は、予め円環状に一体成形されていてもよく、また、巻回されて全面接着により固定されてもよい。

金属板６８は、ゴム製管部材６６の剛性を必要とされる部位に対応して、数、長さ及び位置が設定されている。ゴム製管部材６６の両端部は、例えば、図４に示すように、第２サイレンサ３４とインタクーラ３６とにそれぞれ設けられる接続管７０に押し込まれるとともに、その外周に金属製バンド７２が取り付けられる。

なお、第１サイレンサ３２と第２サイレンサ３４との接続部位の他、インタクーラ３６と加湿器３８との接続部位等においても、同様に構成される。

このように構成される燃料電池自動車１０では、酸化剤ガス供給装置２６を構成するコンプレッサ３０が駆動され、酸化剤ガスである外部空気が吸引されて第１サイレンサ３２に送られる。この第１サイレンサ３２により低周波数の騒音及び振動が低減された空気は、第２サイレンサ３４に供給されて高周波数の騒音及び振動が低減される。

第２サイレンサ３４からインタクーラ３６に供給される空気は、このインタクーラ３６により冷却された後、加湿器３８で加湿される。加湿された空気は、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから燃料電池スタック１２内の各酸化剤ガス流路１６に供給される。

一方、燃料ガス供給装置２８では、弁５０の開放作用下に、水素タンク４６内の水素ガスは、エゼクタ５２を通って燃料ガス入口連通孔２２ａから燃料電池スタック１２内の各燃料ガス流路１８に供給される。従って、発電セル１４では、カソード側電極に供給される空気中の酸素と、アノード側電極に供給される水素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、カソード側電極に供給されて消費された空気は、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂから空気排出配管４２に排出される。また、アノード側電極に供給された水素ガスは、燃料ガス出口連通孔２２ｂから排出水素ガス配管５４に排出され、リターン配管５６を介してエゼクタ５２に吸引される。

この場合、本実施形態では、酸化剤ガス供給装置２６において、コンプレッサ３０から燃料電池スタック１２に向かって、順次、配置される第１サイレンサ３２、第２サイレンサ３４、インタクーラ３６及び加湿器３８間が、空気供給配管４０により接続されている。

この空気供給配管４０は、ゴム製管部材６６の外周に部分的に金属板６８を巻回して構成されている。従って、図２に示すように、駆動モータ２４にゴムマウント６２ａ、６２ｂを介して配設されるコンプレッサ３０は、ゴムマウント６２ａ、６２ｂによる振動吸収時に揺動する際、空気供給配管４０を構成するゴム製管部材６６により揺動を吸収することができる。

しかも、ゴム製管部材６６には、剛性が要求される部位に対応して金属板６８が巻回されている。このため、コンプレッサ３０からの吐出脈動によってゴム製管部材６６が振動することを、金属板６８を介して確実に抑制し、放射音の発生を可及的に阻止することができる。

しかも、ゴム製管部材６６が使用されるため、空気供給配管４０の形状自由度が向上し、レイアウトが自由に行われる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、コンプレッサ３０から発生する吐出脈動によるゴム製管部材６６の表面からの放出音を抑制するとともに、揺動吸収機能を有し、さらに形状自由度を確保することが可能になるという効果が得られる。

１０…燃料電池自動車 １２…燃料電池スタック
１４…発電セル １６…酸化剤ガス流路
１８…燃料ガス流路 ２４…駆動モータ
２６…酸化剤ガス供給装置 ２８…燃料ガス供給装置
３０…コンプレッサ ３２、３４…サイレンサ
３６…インタクーラ ３８…加湿器
４０…空気供給配管 ４６…水素タンク
５２…エゼクタ
６２ａ、６２ｂ、６４ａ、６４ｂ…ゴムマウント
６６…ゴム製管部材 ６８…金属板

Claims (2)

1. 水素及び酸素の電気化学反応により発電する燃料電池を搭載する燃料電池車両であって、
   前記燃料電池に前記酸素を供給する酸素供給装置を備え、
   前記酸素供給装置は、コンプレッサから前記燃料電池に前記酸素を含む空気を供給する空気供給配管を設けるとともに、
   前記空気供給配管は、ゴム製管部材の外周に部分的に金属板を巻回して構成されることを特徴とする燃料電池車両。
2. 請求項１記載の燃料電池車両において、前記空気供給配管は、少なくとも前記コンプレッサ、サイレンサ、インタクーラ及び前記燃料電池の間を接続することを特徴とする燃料電池車両。

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