JP2016141203A

JP2016141203A - 産業車両

Info

Publication number: JP2016141203A
Application number: JP2015017241A
Authority: JP
Inventors: 章雄松浦; Akio Matsuura
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JP6417982B2

Abstract

【課題】燃料電池システムを収容したケース内の水素を排気口から好適に車両外部へ排出させること。【解決手段】フォークリフトにおいて、燃料電池システム２１を収容したケース２２内の水素を含む気体を車外に排出する排気口３７と、熱交換後のラジエータ３２の放熱風を排出する放熱風口３８と、を備える。そして、排気口３７は放熱風口３８より上方に配置するとともに、排気口３７と放熱風口３８を車両の側方に配置する。これにより、燃料電池システム２１を収容したケース２２内の水素を含む気体を、ラジエータ３２の放熱風と共に車両の側方から車外に排出する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池を備えた産業車両に関する。

車両の動力源として燃料電池が注目され、一部実用化されている。燃料電池は、一対の電極に水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して電気化学反応により電気エネルギーを生成するものである。燃料電池においては、各部品からの透過や漏出により、反応ガスである水素がわずかながらも排出されることが知られている。このような場合に、水素を排気口からケースの外部に排出する対策がとられている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−１４０１６３号公報

ところで、燃料電池を例えば産業車両などに搭載する場合、燃料電池システムを収容したケース内の水素をケース外に排出させると共に、その排出した水素が車両周辺で滞留しないようにする必要がある。特に、運転席の下方に燃料電池システムを搭載した産業車両においては、水素の排気口が作業者などによって塞がれないようにしておくことが求められる。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、燃料電池システムを収容したケース内の水素を排気口から好適に車両外部へ排出させることができる産業車両を提供することにある。

上記課題を解決する産業車両は、燃料電池と、前記燃料電池に循環する熱媒体が流通する熱媒体通路と、前記熱媒体通路に設けられ熱交換を行うラジエータと、前記ラジエータに対して空気流を発生させる熱交換器用ファンと、を有する燃料電池システムを収容したケースが運転席の下方に搭載された産業車両において、前記ケースは、前記ケース内の水素を含む気体を車外に排出する排気口と、熱交換後の前記ラジエータの放熱風を排出する放熱風口と、を備え、前記排気口は前記放熱風口より上方に配置されているとともに、前記排気口と前記放熱風口は、車両の側方に配置されている。

上記によれば、燃料電池システムが運転席の下方に搭載された産業車両において、ケース内の水素を含む気体を、ラジエータの放熱風と共に、車両の側方から該車両の外部へ排出することができる。これにより、運転席の作業者などによって排気口が塞がれることはないため、水素の排出が阻害されず、またラジエータの放熱風と共に水素が排出される。したがって、水素はより早く車両外部へ拡散され、好適に車両外部へ排出させることができる。

上記産業車両において、前記排気口は、少なくとも前記ラジエータより上方に配置されていると良い。
上記によれば、ラジエータは、燃料電池システムの上部に滞留した水素を含む気体を、より効率的に放熱風で車両外部へ排出することができる。

上記産業車両において、前記排気口には、当該排気口に前記ケース内の前記気体を導く排気管が接続されており、前記排気管には、気体を透過しつつ液体の侵入を抑制可能な透過部材が配置されていると良い。

上記によれば、排気口を車両の側方に設けたとしても、透過部材の防水機能及び防塵機能により、燃料電池システム内への水及び塵の侵入を防止することができる。
上記産業車両において、前記排気管には、前記排気口と前記透過部材との間に、気体及び液体を透過しつつ固体の侵入を抑制可能な保護部材を備えていると良い。

上記によれば、車両外部から排気口に侵入する泥などの固定の異物は、保護部材によって侵入が防止されるため、透過部材を保護することができる。

本発明によれば、燃料電池システムを収容したケース内の水素を排気口から好適に車両外部へ排出させることができる。

フォークリフトの側面図。燃料電池システムの概略構成図。燃料電池システムを収容したケース内の気体の流れを説明する模式図。

以下、図１〜図３に従って、産業車両の実施形態について説明する。
図１に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０には、車体を構成する機台フレーム１１の前部にマスト１２が設けられている。マスト１２にはフォーク１３がリフトブラケット１４を介して昇降可能に装備され、リフトシリンダ１５の伸縮作動によりフォーク１３がリフトブラケット１４と共に昇降される。機台フレーム１１には４本の支柱１６が立設され、前側の支柱１６はヘッドガード１７と一体に形成されている。支柱１６及びヘッドガード１７に囲まれた空間によって運転室１８が構成されている。また、運転室１８には、運転席（座席）１９が配設されている。

車体の前下部には駆動輪２０（前輪）が設けられ、駆動輪２０には車体に搭載された図示しない走行用モータの動力が伝達される。
図１に示すように、車体の運転室１８の下方には、燃料電池システム２１の収容室２３が配置されている。燃料電池システム２１は、図３に示す四角箱状のケース２２に収容された状態で、収容室２３に収容されている。

図２に示すように、燃料電池システム２１は、燃料電池２４と、燃料電池２４に水素を供給する水素供給部２５と、燃料電池２４に空気を供給するエア供給部２６とを備えている。本実施形態における燃料電池２４は、固体高分子型の燃料電池からなり、水素供給部２５から供給される水素と、エア供給部２６から供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギーを発生する。燃料電池２４で発電された電力は、燃料電池システム２１に接続される走行用モータなどの負荷Ｆに供給される。

また、燃料電池２４には、蓄電装置としての電気二重層型のキャパシタ２７が燃料電池２４に対して並列となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して電気的に接続されている。キャパシタ２７は、燃料電池２４からＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して電力供給を受けて充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、燃料電池２４で発電された所定の電圧の電力を所定の電圧に変換する。また、キャパシタ２７とＤＣ／ＤＣコンバータ２８の間には、キャパシタ２７の電圧を検出する電圧計２９がキャパシタ２７に対して並列となるように接続されている。

水素供給部２５と、エア供給部２６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と、電圧計２９とは燃料電池システム２１を制御するコントローラ３０に電気的に接続されている。コントローラ３０は、発電の開始及び停止や、その発電量を制御する。コントローラ３０は、燃料電池２４が発電する電力の電圧をキャパシタ２７の充電に適した所定の電圧に変換するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を制御する。

図２に示すように、燃料電池システム２１は、冷却用の熱媒体を燃料電池２４に循環することによって燃料電池２４を冷却する冷却機構３１を備えている。図３に示すように、冷却機構３１は、熱媒体が流通する熱媒体通路３４と、熱媒体通路３４に設けられ熱交換を行うラジエータ３２と、ラジエータ３２に対して空気流を発生させることでラジエータ３２内の熱媒体を冷却する熱交換器用ファン３３と、を備えている。燃料電池システム２１のケース２２には、ラジエータ３２に空気を供給する供給口３５が備えられている。供給口３５は、熱交換器用ファン３３の正面に配置されている。また、供給口３５は、ケース２２に穿設されている。

また、図２に示すように、燃料電池システム２１は、ケース２２内の水素を含む気体を車両外部へ排出する排出機構３６を備えている。図３に示すように、排出機構３６は、水素を含む気体を排出する排気口３７と、放熱風を排出する放熱風口３８と、を備えている。排気口３７及び放熱風口３８は、燃料電池システム２１のケース２２に備えられている。この実施形態において排気口３７及び放熱風口３８は、ケース２２を構成する同一のケース壁に複数備えられており、ケース壁において縦横方向に並んで開口している。また、この実施形態において排気口３７及び放熱風口３８は、ケース２２を機台フレーム１１の収容室２３に収容した際、フォークリフト１０の側方に位置するように開口している。

排気口３７は、ラジエータ３２より上方に配置され、放熱風口３８よりも上方に配置されている。また、排気口３７は、ケース２２に設置された排気管３９の先端で開口している。排気管３９は、気体を透過しつつ液体の透過を抑制可能な透過部材としての水素透過膜４０を有している。そして、排気管３９は、排気口３７と水素透過膜４０との間に、気体及び液体を透過しつつ固体の侵入を抑制可能な保護部材４１を有している。

放熱風口３８は、ラジエータ３２の正面に配置されている。また、放熱風口３８は、ケース２２に穿設されている。排気口３７及び放熱風口３８は、供給口３５が開口したケース壁とラジエータ３２を挟んで対向したケース壁で、開口している。

図１及び図３に示すように、機台フレーム１１には、熱交換後のラジエータ３２の放熱風を車両外部へ排出する放出口４３が備えられている。放出口４３は、燃料電池システム２１のケース２２に備えられた排気口３７及び放熱風口３８と対向して位置するように、機台フレーム１１に穿設されている。つまり、放出口４３は、フォークリフト１０の側方に位置する機台フレーム１１に設けられている。

以下、本実施形態の作用を説明する。
図３に示すように、熱交換器用ファン３３を駆動すると、燃料電池システム２１のケース２２外にある外気が、供給流路Ｙ１を経てケース２２内に導入される。そして、ケース２２内に導入された外気は、流路Ｙ２によってラジエータ３２へ導かれるとともに、ラジエータ３２内の熱媒体と熱交換し、放熱風となる。この放熱風は、流路Ｙ２によってケース２２の放熱風口３８からケース２２の外部へ排出されるとともに、機台フレーム１１の放出口４３から車外へ排出される。

燃料電池システム２１のケース２２内にある水素は、供給口３５を通じてケース２２内に導入された外気（空気）よりも軽い。このため、ケース２２内の水素は、ケース２２の上部に滞留しながら排気流路Ｙ３によって排気管３９に導かれる。そして、排気管３９へ導かれた水素は、排気管３９に配置されている水素透過膜４０及び保護部材４１を透過して、排気口３７からケース２２の外部へ排出されるとともに、機台フレーム１１の放出口４３から車外へ排出される。このとき、車外へ排出された水素は、ケース２２の放熱風口３８を通じて排出される一部の放熱風と混合流路Ｙ４を形成する。これにより、放出口４３から排出される水素は、放出口４３の周辺に滞留することなく、放熱風によって拡散される。

本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）燃料電池システム２１が運転席１９の下方に搭載されたフォークリフト１０において、ケース２２内の水素を含む気体を、ラジエータの放熱風と共に、車両の側方から車両の外部へ排出することができる。これにより、運転席１９の作業者などによって排気口３７が塞がれることはないため、水素の排出が阻害されず、またラジエータ３２の放熱風と共に水素が排出される。したがって、水素はより早く車両外部へ拡散され、好適に車両外部へ排出させることができる。

（２）また、放熱風を利用することで、ケース２２の水素を排出する際、水素濃度を希釈することができる。これにより、フォークリフト１０周辺における水素濃度の上昇を抑制できる。

（３）また、排気口３７と放熱風口３８は、ケース２２を構成する同一のケース壁に開口し、排気口３７は放熱風口３８より上方に配置されている。結果、燃料電池システム２１は、排気口３７より排出される水素をケース２２内で滞留させることなく、放熱風と共に放出口４３から排出することができる。

（４）排気口３７がラジエータ３２の設置位置より上方に配置されていることで、ラジエータ３２内の熱媒体と熱交換した後の放熱風を、ケース２２の上部に滞留している水素に上手く流通させることができる。結果、ケース２２内の水素をより効率的に排出させることができる。

（５）排気管３９に水素を透過しつつ液体を透過させない水素透過膜４０を備えることで、排気口３７を車両の側方に設けたとしても、水素透過膜４０の防水機能及び防塵機能により、燃料電池システム２１内への水及び塵の侵入を防止することができる。

（６）排気管３９に水素透過膜４０の保護部材４１を備えることで、車両外部から排気口３７に侵入する泥などの固形の異物は、保護部材４１によって侵入が防止される。したがって、水素透過膜４０を保護することができる。なお、排気口３７から侵入する異物としては、例えば作業道具や作業者の着用具なども考えられ、このような異物に対しても保護部材４１によって水素透過膜４０を保護することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
○ 排気管３９は、水素透過膜４０と排気口３７のみで構成されていても良い。
○ 排気管３９は、排気口３７のみで構成されていても良い。

○ 排気口３７は、ラジエータ３２の設置位置と同じ高さ、もしくは下に配置されていても良い。この場合、放熱風口３８の一部が排気口３７を兼用することになる。
○ 流路Ｙ２及び混合流路Ｙ４の進行方向に開口していれば、機台フレーム１１に有する放出口４３は、１つであっても良い。

○ 流路Ｙ２及び混合流路Ｙ４を形成すれば、放熱風口３８は１つであっても良い。
○ 排気口３７の個数は、単数又は複数の何れも良い。例えば、排気口３７は、長孔状に形成した単数の口としても良い。

○ 燃料電池システム２１は、排気管３９を備えていなくても良い。例えば、排気口３７は、ケース２２に穿設されていても良い。この場合、保護部材４１及び水素透過膜４０は、例えば排気口３７をシールするように配置されていても良い。

○ ケース２２において排気口３７及び放熱風口３８を開口したケース壁を、車両外部に直接露出させても良い。つまり、この場合は、前記ケース壁と対向する部分に機台フレーム１１が配置されていない。

○ 実施形態の産業車両はフォークリフト１０であったが、別の産業車両であっても良い。例えば、産業車両は、トーイングであっても良い。

１０…フォークリフト、１１…機台フレーム、１９…運転席、２１…燃料電池システム、２２…ケース、２４…燃料電池、３２…ラジエータ、３３…熱交換器用ファン、３４…熱媒体通路、３７…排気口、３８…放熱風口、３９…排気管、４０…水素透過膜、４１…保護部材。

Claims

燃料電池と、前記燃料電池に循環する熱媒体が流通する熱媒体通路と、前記熱媒体通路に設けられ熱交換を行うラジエータと、前記ラジエータに対して空気流を発生させる熱交換器用ファンと、を有する燃料電池システムを収容したケースが運転席の下方に搭載された産業車両において、
前記ケースは、
前記ケース内の水素を含む気体を車外に排出する排気口と、熱交換後の前記ラジエータの放熱風を排出する放熱風口と、を備え、
前記排気口は前記放熱風口より上方に配置されているとともに、
前記排気口と前記放熱風口は、車両の側方に配置されていることを特徴とする産業車両。
前記排気口は、少なくとも前記ラジエータより上方に配置されている請求項１に記載の産業車両。
前記排気口には、当該排気口に前記ケース内の前記気体を導く排気管が接続されており、
前記排気管には、気体を透過しつつ液体の侵入を抑制可能な透過部材が配置されている請求項１又は請求項２に記載の産業車両。
前記排気管には、前記排気口と前記透過部材との間に、気体及び液体を透過しつつ固体の侵入を抑制可能な保護部材が配置されている請求項３に記載の産業車両。