JP2013235717A - 燃料電池の給排気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化及び複雑化を招くことなく、燃料電池の低温時における始動性を向上できること。
【解決手段】燃料電池４１へ反応空気を誘導する吸気ダクト６１と、燃料電池４１を通過した反応空気を外部へ排出する排気ダクト６２と、この排気ダクト６２に設けられ、燃料電池４１を通過した反応空気を吸引してその排出を促す送風機６３と、を有する燃料電池の給排気構造６０において、排気ダクト６２の内部で且つ燃料電池４１と送風機６３との間に設置され、燃料電池４１から排出した反応空気を一時的に塞き止めて燃料電池４１の周囲に滞留させ燃料電池４１へ導く排気側遮蔽部としての排気側可動羽根６４を備えたものである。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料電池へ反応空気を供給し、且つ燃料電池を通過した反応空気を排出する燃料電池の給排気構造に関する。

燃料電池、特に空冷式の燃料電池は、送風機の運転より反応空気を取り込むと共に、この反応空気により冷却も行っている。ところが、冬季などの低温時には燃料電池が過冷却状態となって、燃料電池の始動性が低下してしまう。この対策として、燃料電池により暖められた空気を利用する技術が、特許文献１及び２に開示されている。

つまり、特許文献１には、排気ダクト内に熱交換器を設置し、排気熱を熱媒体を介して吸気ダクト内の熱交換器に伝達して、燃料電池へ導く反応空気を温め、これにより、燃料電池の低温時の始動性を向上させている。また、特許文献２では、冷却器から排出される排気（暖気）を、導風管を経て燃料電池の周囲に導き、これにより燃料電池の低温時の始動性を向上させている。

特開２００７−１８４１１０号公報 特開２００９−２６４８６号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、熱媒体を循環させる配管や導風管を燃料電池システムに設置しなければならないので、燃料電池システムが大型化且つ複雑化して、この燃料電池システムを車両に搭載する際の弊害になっている。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、大型化及び複雑化を招くことなく、燃料電池の低温時における始動性を向上できる燃料電池の給排気構造を提供することにある。

本発明は、燃料電池へ反応空気を誘導する吸気ダクトと、前記燃料電池を通過した反応空気を外部へ排出する排気ダクトと、この排気ダクトに設けられ、前記燃料電池を通過した反応空気を吸引してその排出を促す送風機と、を有する燃料電池の給排気構造において、前記排気ダクトの内部で且つ前記燃料電池と前記送風機との間に配置され、前記燃料電池から排出した反応空気を一時的に塞き止めて前記燃料電池の周囲に滞留させ前記燃料電池へ導く排気側遮蔽部を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、排気側遮蔽部が、燃料電池から排出した反応空気を一時的に塞き止めて燃料電池の周囲に滞留させ燃料電池に導くので、反応空気は燃料電池に複数回導かれて反応し温度上昇が促進される。従って、この反応空気が通過する燃料電池を使用適正温度に迅速に到達させることができ、大型化及び複雑化を招くことなく、燃料電池の低温時における始動性を向上できる。

本発明に係る燃料電池の給排気構造における第１実施形態が適用されたスクータ型自動二輪車を示す左側面図。 図１のスクータ型自動二輪車の車体フレーム及び燃料電池駆動システムを示す左側面図。 図１及び図２におけるスクータ型自動二輪車に適用された燃料電池の給排気構造における第１実施形態を示す斜視図。 図３に示す燃料電池の給排気構造における第１実施形態であり、（Ａ）は通常稼動時の平面図、（Ｂ）は低温起動時の平面図。 図３に示す燃料電池の給排気構造における第１実施形態の変形形態であり、（Ａ）は通常稼働時の平面図、（Ｂ）は低温起動時の平面図。 本発明に係る燃料電池の給排気構造における第２実施形態を示す通常稼働時の平面図。 図６に示す燃料電池の給排気構造における第２実施形態であり、（Ａ）は低温起動時の第１パターンの平面図、（Ｂ）は低温起動時の第２パターンの平面図。 図６に示す燃料電池の給排気構造における第２実施形態の変形形態であり、（Ａ）は低温起動時の第３パターンの平面図、（Ｂ）は低温起動時の第４パターンの平面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図５）
図１は、本発明に係る燃料電池の給排気構造における第１実施形態が適用されたスクータ型自動二輪車を示す左側面図である。図２は、図１のスクータ型自動二輪車の車体フレーム及び燃料電池駆動システムなどを示す左側面図である。この第１実施形態において、前後、左右、上下の表現は、車両乗車時の運転者を基準にしたものである。

本実施形態の小型車両としてのスクータ型自動二輪車１０は、後述の燃料電池駆動システム４０（図２）により得られた電力を利用してモータ１１を回転させて走行する燃料電池搭載車両である。このスクータ型自動二輪車１０は、図１に示すように、車両前部に左右に突出するレッグシールド１２とスクリーン１３とハンドルバー１４を備える。

ハンドルバー１４は、図２に示す車体フレーム１５のヘッドパイプ１６に枢支されるステアリングシャフト１７に回転一体に連結される。このステアリングシャフト１７に、左右一対のフロントフォーク１８を介して前輪１９が懸架される。ステアリングシャフト１７がヘッドパイプ１６に左右に回動自在に枢支されることで、ハンドルバー１４の操作によって前輪１９が左右に回動される。

車体フレーム１５は前端部に前記ヘッドパイプ１６を備え、このヘッドパイプ１６の下部、上部から、それぞれ左右一対のダウンチューブ２０、２１が下方へ延出されている。前側のダウンチューブ２０は、下部が後方へ屈曲して後方に延び、車体前後方向略中央部で上方に屈曲する。更に、前側のダウンチューブ２０における上下方向の略中央位置から、左右一対のメインチューブ２３が後方へ延出される。このメインチューブ２３に後側のダウンチューブ２１の下端部が接続されると共に、前側のダウンチューブ２０の後端部も接続される。

図１に示すように、スクータ型自動二輪車１０では、車両前部のレッグシールド１２よりも後方に２人乗り用のダブルシート２５が配置されている。そして、これらのレッグシールド１２からダブルシート２５に至る範囲に、ダブルシート２５に着座した乗員（運転者、同乗者）が両足を載置可能な左右一対の板状のフットボード２６が延出されると共に、センタートンネルカバー２７が配置されている。このセンタートンネルカバー２７は、左右一対のフットボード２６間で上方へ膨出し、レッグシールド１２の後方に連続して設けられる。

また、ダブルシート２５の下方に車体カウルとしての後部カバー２８が、センタートンネルカバー２７の後方に連続して設けられている。この後部カバー２８は、車両の後部である、ダブルシート２５の下方のシートの下方領域Ａを覆うものである。具体的には、後部カバー２８は、シートの下方領域Ａに配置された、車体フレーム１５におけるメインチューブ２３、前側のダウンチューブ２０等と、燃料電池駆動システム４０における燃料電池関連部品の大部分（後述の燃料電池４１、燃料タンク４２、２次電池４３、電力制御装置４４、モータコントローラ４５など）を覆う。

前記後部カバー２８の下方に、後輪２９を駆動するモータ１１を装備したスイングアーム３０が、図２に示すメインチューブ２３のピボット３１を支点に、上下方向に揺動可能に枢支される。このスイングアーム３０とメインチューブ２３との間にリアクションユニット３２が架け渡される。このリアクションユニット３２によって、モータ１１及び後輪２９は、上下方向の揺動が緩衝されて懸架される。尚、図２中の符号３３はサイドスタンドであり、図１中の符号３４はセンタースタンドである。

前記燃料電池駆動システム４０は、図２に示すように、燃料電池４１、燃料タンク４２、２次電池（駆動用電池）４３、電力制御装置４４、モータコントローラ４５、車両コントローラ４６、及び燃料電池の給排気構造６０等の燃料電池関連部品を有して構成される。

このうち、燃料タンク４２は、左右一対のメインチューブ２３と前側のダウンチューブ２０に囲まれた状態で、これらのメインチューブ２３及び前側のダウンチューブ２０に支持され、センタートンネルカバー２７内から後部カバー２８内のシートの下方領域Ａの下部に至る領域に収容される。また、２次電池４３、電力制御装置４４、モータコントローラ４５及び燃料電池４１はメインチューブ２３に支持されて、後部カバー２８内のシートの下方領域Ａの上部に収容される。これらの２次電池４３、電力制御装置４４及び燃料電池４１は車両前部から順次配置され、モータコントローラ４５が電力制御装置４４の例えば左側方に配置される。更に、車両コントローラ４６は、前側のダウンチューブ２０の下部に支持されて、レッグシールド１２内に収容される。

前記燃料タンク４２は、水素を高圧の気体状態で貯蔵する。この燃料タンク４２には出口部に主止弁４７が取り付けられ、この主止弁４７に、充填用配管４８を経て燃料充填口４９が接続される。この燃料充填口４９は、メインチューブ２３に設置されてセンタートンネルカバー２７に位置付けられる。この燃料充填口４９から高圧の気体燃料（気体水素）が注入され、充填用配管４８及び主止弁４７を経て燃料タンク４２内に充填される。

また、主止弁４７には圧力調整弁５０が接続され、この圧力調整弁５０に２次減圧弁５１を経て燃料電池４１が接続される。燃料タンク４２内の高圧の気体燃料（気体水素）は、主止弁４７を経て圧力調整弁５０により減圧され、２次減圧弁５１を経て燃料電池４１へ供給される。上述の主止弁４７、充填用配管４８及び圧力調整弁５０は、燃料タンク４２と同様に後部カバー２８内のシートの下方領域Ａの下部に設置され、２次減圧弁５１は、シートの下方領域Ａの下部から上部に亘って配置される。

前記燃料電池４１は、燃料タンク４２から供給された気体燃料（気体水素）を、空気に含まれる酸素と化学反応させて発電する。この化学反応で生ずる水蒸気を含む湿潤な排気が排気口５２（図１）から排出される。この燃料電池４１は、本実施形態では図１に示すダブルシート２５のタンデムシート部２５Ｂ（後述）の下方に配置されている。

前記２次電池４３は、燃料電池４１にて発生した余剰の電力を蓄電し、または蓄電した電力をモータコントローラ４５を経てモータ１１へ給電する。また、前記電力制御装置４４は、燃料電池４１の発電電力を制御すると共に、燃料電池４１にて発生した余剰電力を２次電池４３に蓄電させ、または２次電池４３に蓄電された電力をモータコントローラ４５を経てモータ１１へ給電させる。更に、前記モータコントローラ４５は、モータ１１の駆動を制御する。これらの２次電池４３、電力制御装置４４及びモータコントローラ４５は、図１に示すダブルシート２５のライダーシート部２５Ａ（後述）の下方に配置されている。

前記車両コントローラ４６は、燃料電池駆動システム４０を搭載したスクータ型自動二輪車１０の運転を制御するものである。つまり、スクータ型自動二輪車１０の走行に必要な電力が比較的小さな平坦路の走行時には、燃料電池４１が発電した電力を、電力制御装置４４からモータコントローラ４５を経てモータ１１へ給電させると共に、余剰電力を電力制御装置４４から２次電池４３に蓄電させる。また、スクータ型自動二輪車１０の走行に必要な電力が比較的大きな加速時または上り坂走行時には、車両コントローラ４６は、燃料電池４１が発電した電力を、電力制御装置４４からモータコントローラ４５を経てモータ１１へ給電させると共に、２次電池４３に蓄電された電力を、電力制御装置４４からモータコントローラ４５を経てモータ１１へ給電させる。

前記燃料電池の給排気構造６０は、図３及び図４に示すように、空冷式の燃料電池４１へ冷却用を兼ねる反応空気を供給し、且つ燃料電池４１を通過した反応空気を排出するものであり、吸気ダクト６１、排気ダクト６２、送風機６３、排気側遮蔽部としての排気側可動羽根６４、排気側固定羽根６５、吸気側遮蔽部としての吸気側可動羽根６６、吸気側固定羽根６７、及び温度検出手段としての温度センサ６８を有して構成される。

吸気ダクト６１は、燃料電池４１の吸気口５４の周囲を覆うように配置され、この吸気口５４を経て燃料電池４１内へ反応空気を誘導する。また、排気ダクト６２は、燃料電池４１の排気口５５の周囲を覆うように配置され、燃料電池４１内を通過して排気口５５から流出した反応空気を外部へ排出する。

送風機６３は、排気ダクト６２の下流側端部に設置され、燃料電池４１を通過した反応空気を吸引して外部への排出を促すものである。この送風機６３は、排気ダクト６２と吸気ダクト６１の双方またはいずれか一方に設置されてもよい。送風機６３が吸気ダクト６１に設置される場合には、反応空気を燃料電池４１へ積極的に送風すると同時に、燃料電池４１内を通過した反応空気の排出を促す機能を果たす。

排気側可動羽根６４及び排気側固定羽根６５は、排気ダクト６２の内部で且つ燃料電池４１と送風機６３との間において、燃料電池４１の排気口５５に近接する位置に設けられる。このうち排気側可動羽根６４は、図３及び図４（Ａ）に示すように、全閉状態において、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αと平行な方向に設けられる。更に、排気側可動羽根６４と排気側固定羽根６５は、燃料電池４１を構成するするセル５３の配置方向αに対し直交する方向βに沿って交互に複数枚配置されている。これらの排気側固定羽根６５と全閉状態の排気側可動羽根６４とによって、図４（Ａ）に示すように反応空気の流れが整流される。ここで、図４（Ａ）中の符号Ａは、反応空気の流れ方向を示す矢印である。

上述の排気側可動羽根６４は、燃料電池４１の状態、特に燃料電池４１の温度状態に応じて開閉状態が変化し、図４（Ｂ）に示すように、全開時には排気ダクト６４内の空気流路を塞ぐ方向に展開する。つまり、排気ダクト６２の中央側に位置する排気側可動羽根６４Ａは全開時に両側に展開し、排気ダクト６２の壁面近傍に位置する排気側可動羽根６４Ｂは全開時に片側に展開する。

そして、これらの隣接する全開（展開）状態の排気側可動羽根６４は、互いに接触することで、開口が燃料電池４１に対向する略Ｖ字形状または略Ｕ字形状（本実施形態では略Ｖ字形状）を排気ダクト６２内で形成する。これにより、全開状態の排気側可動羽根６４は、燃料電池４１の排気口５５から排気ダクト６２内に排出された反応空気を一時的に塞き止め、燃料電池４１の周囲に滞留させて、燃料電池４１内へ導く機能を果たす。ここで、図４（Ｂ）中の符号のＢ１、Ｂ２は、反応空気の流れ方向を示す矢印である。

前記吸気側可動羽根６６及び前記吸気側固定羽根６７は、吸気ダクト６１の内部において燃料電池４１の吸気口５４に近接する箇所に設けられる。このうちの吸気側可動羽根６６は、図３及び図４（Ａ）に示すように、全閉状態において、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αに平行な方向に設けられる。更に、吸気側可動羽根６６及び吸気側固定羽根６７は、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αに対し直交する方向βに沿って複数枚配置される。このうち、吸気側固定羽根６７が吸気ダクト６１内の中央側に、吸気側可動羽根６６が吸気ダクト６１の壁面側にそれぞれ位置付けられる。これらの吸気側固定羽根６７と全閉状態の吸気側可動羽根６６とによって、図４（Ａ）に示すように反応空気が整流される。

吸気側可動羽根６６は、燃料電池４１の状態、特に燃料電池４１の温度状態に応じて開閉状態が変化し、図４（Ｂ）に示すように、全開時に吸気ダクト６１内の空気流路を塞ぐ方向に両側に展開する。そして、これらの隣接する全開状態の吸気側可動羽根６６は、開口が燃料電池４１に対向する略Ｖ字形状または略Ｕ字形状（本実施形態では略Ｖ字形状）を吸気ダクト６１内で形成する。これにより、全開状態の吸気側可動羽根６６は、排気側可動羽根６４の作用で燃料電池４１内を通過した反応空気の流れを反転させて、燃料電池４１内へ再び導く機能を果たす。

前記温度センサ６８は、例えば燃料電池４１内で排気口５５の近傍に設置され、燃料電池４１内の温度を検出する。この温度センサ６８にて検出された検出温度は、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６の制御手段である例えば電力制御装置４４(図２)へ出力される。この電力制御装置４４は、温度センサ６８からの検出温度に基づいて排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６の開閉状態を変化させるよう制御する。

つまり、電力制御装置４４は、温度センサ６８からの検出温度が使用適正温度以上である通常稼動時には、図４（Ａ）に示すように、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６を共に全閉状態に設定する。このため、吸気側可動羽根６６は吸気側固定羽根６７と共に吸気ダクト６１内で、また、排気側可動羽根６４は排気側固定羽根６５と共に排気ダクト６２内で、それぞれ反応空気を整流する。これにより、反応空気は、図４（Ａ）の矢印Ａに示すように、燃料電池４１のセル５３の配置方向αに平行に流れる。

また、電力制御装置４４は、温度センサ６８からの検出温度が使用適正温度未満であるとき、例えば燃料電池４１の低温起動時には、図４（Ｂ）に示すように、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６を共に全開（展開）状態に設定する。このため、図４（Ｂ）の矢印Ｂ１、Ｂ２に示すように、吸気ダクト６１内の中央部分を流れた反応空気は、燃料電池４１内を通過した後に排気側可動羽根６４（排気側可動羽根６４Ａ及び６４Ｂ）にて一時塞き止められて滞留し、流れが反転して再び燃料電池４１内へ流入し、この燃料電池４１を通過した後に吸気側可動羽根６６にて一時塞き止められて滞留し、流れが反転して再度燃料電池４１内を通過し、その後、排気ダクト６２内の壁面付近を通って送風機６３により外部へ排出される。

このように、反応空気は燃料電池４１内を繰り返し流れることで温度が上昇し、これにより燃料電池４１も温度が迅速に上昇して、使用適正温度に早期に到達する。この結果、燃料電池４１の低温時における始動性が向上する。

ここで、図５は、図３に示す燃料電池の吸排気構造における第１実施形態の変形形態を示す。この変形形態の燃料電池の給排気構造６９では、排気側可動羽根６４及び排気側固定羽根６５は排気ダクト６２内で、吸気側可動羽根６６及び吸気側固定羽根６７は吸気ダクト６１内で、それぞれ、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αに対し直交する方向βに、図３及び図４に示す場合によりも多数配置されている。従って、この変形形態の場合には、反応空気が排気側可動羽根６４と吸気側可動羽根６６の作用で燃料電池４１内を繰り返し流れる回数が増加するので、燃料電池４１の温度もより一層迅速に上昇する。

以上のように構成されたことから、本実施形態においては次の効果（１）〜（７）を奏する。
（１）排気ダクト６２内に設置された排気側可動羽根６４が、燃料電池４１から排出した反応空気を一時的に塞き止めて燃料電池４１の周囲に滞留させ燃料電池４１に導き、また、吸気ダクト６１内に配置された吸気側可動羽根６６が、排気側可動羽根６４の作用で燃料電池４１内を通過した反応空気の流れを反転して燃料電池４１内へ導く。これらのことから、反応空気は、燃料電池４１に繰り返し導かれて反応し温度上昇が促進されるので、この反応空気が通過する燃料電池４１を使用適正温度に迅速に到達させることができる。この結果、大型化及び複雑化を招くことなく、燃料電池４１の低温時における始動性を向上させることができる。

（２）排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６は、温度センサ６８にて検出された燃料電池４１の温度状態に応じて開閉状態が変化するよう構成されている。このため、燃料電池４１の温度状態に応じて、燃料電池４１へ供給され且つ燃料電池４１から排出される反応空気の給排気量を最適化でき、燃料電池４１の反応効率を向上させることができる。

つまり、燃料電池４１が使用適正温度未満の例えば冷温起動時には、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６を全開（展開）状態にすることで、燃料電池４１を使用適正温度まで迅速に昇温させ、これにより燃料電池４１の始動性を向上させると共に、燃料電池４１の反応効率を向上させることができる。また、燃料電池４１が使用適正温度以上である場合には、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６を全閉状態にすることで、吸気ダクト６１及び排気ダクト６２内で反応空気を整流し、この反応空気の給排気量を増大させて、燃料電池４１の反応効率を向上させることができる。

（３）排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６は、全閉状態において、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αに平行な方向に設けられている。このため、燃料電池４１のセル５３と反応空気との接触面積を増大させることができ、更に、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６による反応空気の整流効果を高めて吸排気効率を向上させることができる。これらの結果、燃料電池４１の反応効率を向上させることができる。また、燃料電池４１のセル５３にて発生する熱が均等に拡散して、燃料電池４１のセル５３を偏りなく均等に昇温させることができる。

（４）排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６は、燃料電池４１に近接する箇所に配置されている。このため、全開（展開）状態の排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６によって燃料電池４１にて温度上昇した反応空気を、冷やすことなく燃料電池４１へ再度流入させることができる。この結果、燃料電池４１をより一層迅速に使用適正温度に到達させて、燃料電池４１の始動性を高めることができる。

（５）排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６は、燃料電池４１に近接する箇所に配置されている。このため、全閉状態の排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６によって、燃料電池４１の近傍で反応空気を整流できるので、燃料電池４１の吸排気効率が向上し、燃料電池４１の反応効率を向上させることができる。

（６）排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６は、全開（展開）時において、開口が燃料電池４１に対向する略Ｖ字形状または略Ｕ字形状を形成するので、排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６に衝突した反応空気の流れを容易に反転させることができる。このため、反応空気の燃料電池４１内への再流入が促進されて、燃料電池４１をより一層迅速に使用適正温度に到達させることができる。

（７）燃料電池４１が搭載されたスクータ型自動二輪車１０に、燃料電池関連部品の一つとして燃料電池の吸排気構造６０が適用されたので、使用環境が温度差の大きな屋外で且つ大電流の安定供給が要求される上記スクータ型自動二輪車１０であっても、燃料電池４１の性能を常時安定して発揮させることができる。

［Ｂ］第２実施形態（図６〜図８）
図６は、本発明に係る燃料電池の吸排気構造における第２実施形態を示す通常稼働時の平面図である。図７は、図６に示す燃料電池の吸排気構造における第２実施形態であり、（Ａ）は低温起動時の第１パターンの平面図、（Ｂ）は低温起動時の第２パターンの平面図である。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態における燃料電池の吸排気構造７０が前記第１実施形態と異なる点は、燃料電池４１が使用適正温度未満の例えば低温起動時に、排気側可動羽根６４と吸気側可動羽根６６のそれぞれにおいて、一部が全開（展開）操作される第１パターンと、他の一部が全開（展開）操作される第２パターンとが交互に実行される点と、温度センサ６８が燃料電池４１の周囲、例えば排気ダクト６２内において燃料電池４１の排気口５５近傍に設置された点である。

つまり、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αに対し直交する方向βに順次配置された排気側可動羽根６４を、排気側可動羽根６４Ｏ、６４Ｐ、６４Ｑ、６４Ｒ、６４Ｓとし、同様に配置された吸気側可動羽根６６を、吸気側可動羽根６６Ｏ、６６Ｐ、６６Ｑ、６６Ｒ、６６Ｓとする。

前記第１パターンは、図７（Ａ）に示すように、排気側可動羽根６４Ｏ、６４Ｐ、６４Ｒ及び６４Ｓが全開（展開）操作されると共に排気側可動羽根６４Ｑが全閉操作され、且つ、吸気側可動羽根６６Ｐ、６６Ｑ及び６６Ｒが全開（展開）操作されると共に吸気側可動羽根６６Ｏ及び６６Ｓが全閉操作されるパターンである。

この第１パターンでは、図７（Ａ）の矢印Ｃ１に示すように、反応空気は、吸気側可動羽根６６Ｏを通り吸気口５４の一方の壁側部分から燃料電池４１内に流入し、排気側可動羽根６４Ｏ及び６４Ｐ、吸気側可動羽根６６Ｐで順次流れを反転しながら燃料電池４１内を複数回通過し、排気口５５の中央部分から排気側可動羽根６４Ｑを通って排出される。更に、この第１パターンでは、図７（Ａ）の矢印Ｃ２に示すように、反応空気は、吸気側可動羽根６６Ｓを通り吸気口５４の他方の壁側部分(前記一方の壁側部分と反対側)から燃料電池４１内に流入し、排気側可動羽根６４Ｓ及び６４Ｒ、吸気側可動羽根６６Ｒで順次流れを反転しながら燃料電池４１内を複数回通過し、排気口５５の中央部分から排気側可動羽根６４Ｑを通って排出される。

前記第２パターンは、図７（Ｂ）に示すように、排気側可動羽根６４Ｐ、６４Ｑ及び６４Ｒが全開（展開）操作されると共に排気側可動羽根６４Ｏ及び６４Ｓが全閉操作され、且つ、吸気側可動羽根６６Ｏ、６６Ｐ、６６Ｒ及び６６Ｓが全開（展開）操作されると共に吸気側可動羽根６６Ｑが全閉操作されるパターンである。

この第２パターンでは、図７（Ｂ）の矢印Ｄ１に示すように、反応空気は、吸気側可動羽根６６Ｑを通り吸気口５４の中央部分から燃料電池４１内に流入し、排気側可動羽根６４Ｑ及び６４Ｐ、吸気側可動羽根６６Ｐで順次流れを反転しながら燃料電池４１内を複数回通過し、排気口５５の一方の壁側部分から排気側可動羽根６４Ｏを通って排出される。更に、この第２パターンでは、図７（Ｂ）の矢印Ｄ２に示すように、反応空気は、吸気側可動羽根６６Ｑを通り吸気口５４の中央部分から燃料電池４１内に流入し、排気側可動羽根６４Ｑ及び６４Ｒ、吸気側可動羽根６６Ｒで順次流れを反転しながら燃料電池４１内を複数回通過し、排気口５５の他方の壁側部分から排気側可動羽根６４Ｓを通って排出される。

尚、本第２実施形態の燃料電池の給排気構造７０においては、燃料電池４１が使用適正温度未満の例えば低温起動時に、排気側可動羽根６４と吸気側可動羽根６６のそれぞれにおいて、一部が全開（展開）操作される第３パターン（図８（Ａ））と、他の一部が全開（展開）操作される第４パターン（図８（Ｂ））とが交互に実行されてもよい。

図８（Ａ）に示す第３パターンは、排気側可動羽根６４Ｏ、６４Ｐ、６４Ｑ及び６４Ｒが全開（展開）操作されると共に排気側可動羽根６４Ｓが全閉操作され、且つ、吸気側可動羽根６６Ｐ、６６Ｑ、６６Ｒ及び６６Ｓが全開（展開）操作されると共に吸気側可動羽根６６Ｏが全閉操作されるパターンである。この第３パターンでは、図８（Ａ）の矢印Ｅに示すように、反応空気は、吸気側可動羽根６６Ｏを通り吸気口５４の一方の壁側部分から燃料電池４１内に流入し、排気側可動羽根６４Ｏ及び６４Ｐ、吸気側可動羽根６６Ｐ、排気側可動羽根６４Ｐ及び６４Ｑ、吸気側可動羽根６６Ｑ、排気側可動羽根６４Ｑ及び６４Ｒ、吸気側可動羽根６６Ｒで順次流れを反転しながら燃料電池４１内を複数回通過し、排気口５５の他方の壁側部分から排気側可動羽根６４Ｓを通って、排出される。

図８（Ｂ）に示す第４パターンは、排気側可動羽根６４Ｐ、６４Ｑ、６４Ｒ及び６４Ｓが全開（展開）操作されると共に排気側可動羽根６４Ｏが全閉操作され、且つ、吸気側可動羽根６６Ｏ、６６Ｐ、６６Ｑ及び６６Ｒが全開（展開）操作されると共に吸気側可動羽根６６Ｓが全閉操作されるパターンである。この第４パターンでは、図８（Ｂ）の矢印Ｆに示すように、反応空気は、吸気側可動羽根６６Ｓを通り吸気口５４の他方の壁側部分から燃料電池４１内に流入し、排気側可動羽根６４Ｓ及び６４Ｒ、吸気側可動羽根６６Ｒ、排気側可動羽根６４Ｒ及び６４Ｑ、吸気側可動羽根６６Ｑ、排気側可動羽根６４Ｑ及び６４Ｐ、吸気側可動羽根６６Ｐで順次流れを反転しながら燃料電池４１内を複数回通過し、排気口５５の一方の壁側部分から排気側可動羽根６４Ｏを通って排出される。

従って、本第２実施形態においても、前記第１実施形態の効果（１）〜（７）と同様な効果を奏するほか、次の効果（８）及び（９）を奏する。

（８）燃料電池４１が使用適正温度未満の例えば低温起動時に、排気側可動羽根６４と吸気側可動羽根６６のそれぞれにおいて、一部が全開（展開）操作される第１パターン（または第３パターン）と、他の一部が全開（展開）操作される第２パターン（または第４パターン）とが交互に実行されるので、燃料電池４１の複数のセル５３を偏りなく均一に温度上昇させることができる。

（９）燃料電池の給排気構造７０では、燃料電池４１を構成するセル５３の配置方向αに対し直交する方向βに沿って多数の排気側可動羽根６４、吸気側可動羽根６６が配置されたので、燃料電池４１の非使用時に排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６を全て全開（展開）状態にすることで、吸気ダクト６１の全てまたは一部を展開状態の吸気側可動羽根６６によって、排気ダクト６２の全てまたは一部を展開状態の排気側可動羽根６４によって、それぞれ閉塞することができる。これにより、吸気ダクト６１及び排気ダクト６２を通って万一侵入する異物から燃料電池４１を保護することができる。

以上実施形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施形態の具体的構成に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

例えば、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す燃料電池の給排気構造７０では、これらの図８（Ａ）及び（Ｂ）に２点鎖線で示すように、燃料電池４１の吸気口５４と吸気側可動羽根６６との間に１台または複数台の小型送風機７１を配置して、燃料電池４１内を繰り返し通過する反応空気の流れをアシストして、反応空気の流量の低下を防止してもよい。

また、第１及び第２実施形態における温度センサ６８は、燃料電池４１におけるセル５３の配置方向αと直交する方向βに沿って複数設置され、これらの複数の温度センサ６８が、燃料電池４１の内部またはその周辺の温度分布を検出する温度分布検出手段として機能してもよい。この場合には、電力制御装置４４は、複数の温度センサ６８により検出された燃料電池４１の温度分布に基づいて、複数の排気側可動羽根６４、吸気側可動羽根６６のそれぞれの開閉状態を個別に変化させる。これにより、燃料電池４１において温度の低い部分に反応空気が繰り返し通過するように排気側可動羽根６４及び吸気側可動羽根６６を開閉させることで、燃料電池４１の温度分布の偏りをなくし、燃料電池４１の全体を効率良く昇温させることができる。

１０ スクータ型自動二輪車（燃料電池搭載車両）
４１ 燃料電池
４４ 電力制御装置
５３ セル
６０ 燃料電池の給排気構造
６１ 吸気ダクト
６２ 排気ダクト
６３ 送風機
６４ 排気側可動羽根
６６ 吸気側可動羽根
６８ 温度センサ（温度検出手段）
６９、７０ 燃料電池の給排気構造

Claims (9)

1. 燃料電池へ反応空気を誘導する吸気ダクトと、
   前記燃料電池を通過した反応空気を外部へ排出する排気ダクトと、
   この排気ダクトに設けられ、前記燃料電池を通過した反応空気を吸引してその排出を促す送風機と、を有する燃料電池の給排気構造において、
   前記排気ダクトの内部で且つ前記燃料電池と前記送風機との間に配置され、前記燃料電池から排出した反応空気を一時的に塞き止めて前記燃料電池の周囲に滞留させ前記燃料電池へ導く排気側遮蔽部を備えたことを特徴とする燃料電池の給排気構造。
2. 前記排気側遮蔽部は、燃料電池の状態に応じて開閉状態が変化する可動羽根であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の給排気構造。
3. 前記可動羽根は、全閉状態において、燃料電池を構成するセルの配置方向と平行な方向に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の給排気構造。
4. 前記排気側遮蔽部は、燃料電池に近接する箇所に設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池の給排気構造。
5. 前記排気側遮蔽部は、開口が燃料電池に対向する略Ｕ字形状または略Ｖ字形状を形成可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池の給排気構造。
6. 前記燃料電池内またはその周辺の温度を検出する温度検出手段を備え、この温度検出手段により検出された検出温度に基づいて可動羽根の開閉状態が変化するよう構成されたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池の給排気構造。
7. 前記燃料電池を構成するセルの配置方向と直交する方向に配置された複数の可動羽根と、前記燃料電池内またはその周辺の温度分布を検出する温度分布検出手段とを備え、
   この温度分布検出手段により検出された温度分布に基づいて複数の前記可動羽根のそれぞれの開閉状態が個別に変化するよう構成されたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池の給排気構造。
8. 前記吸気ダクトの内部には、排気側遮蔽部の作用で燃料電池内を通過した反応空気の流れを反転して前記燃料電池へ導く吸気側遮蔽部が設置されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池の給排気構造。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池の給排気構造を有する燃料電池搭載車両。

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