JP2017077757A - エアインテーク構造体及びこれを備えた燃料電池車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両Bの前部空間M内に燃料電池11が配置される燃料電池車に用いるエアインテーク構造体3であって、前部空間M内の前方部に配置された空気吸気口31と、空気吸気口31から燃料電池11に向かう空気が通流する空気流路33aと、空気流路33aの途中の分岐点から下方に分岐し、空気に同伴する水を分離し、下流側の下流開口34が前部空間内に配置された水分離流路33bと、を備え、分岐点よりも下流の空気流路33aの最小流路断面積は、水分離流路の最小流路断面積よりも大きい。
【選択図】図4
Description
図1に基づいて、燃料電池車1の概要を説明する。この燃料電池車1は、以下に説明する実施形態のエアインテーク構造体3を具備するものである。燃料電池車1は、車両BのモータルームM(車両Bの前部空間:ボンネットの下の空間)内に、燃料電池11と、燃料電池11が発電した電力を制御する電圧制御ユニット(VCU)12と、この電圧制御ユニット12からの電力により駆動力を発生するモータ13とを備えている。また、燃料電池11に燃料である水素を供給する燃料系の構成要素として、水素タンク14と、この水素タンク14からの水素の圧力を調整する圧力調整弁15と、圧力調整弁15から供給された水素を燃料電池11に供給する水素循環装置(エゼクタ)16とを備えている。なお、燃料電池11から回収される未反応水素は、水素循環装置16に戻されるようになっている。また、本実施形態では、車両Bのモータルームをモータルームとしているが、モータ13を車両Bの後部空間(トランク付近の空間)に装備するような燃料電池車にも、本発明を適用できる。また、電圧制御ユニット12は、実際には電流も制御している。
[エアインテーク構造体の全体概要]
次に、図2から図11に基づいて、第1実施形態のエアインテーク構造体3について説明する。図2から図7に示すように、モータルームM内の前方部に配置された空気吸気口31と、空気吸気口31から燃料電池11に向かう空気が通流する空気流路33aと、空気流路33aの途中の分岐点32から下方に分岐し、空気に同伴する水を分離し、下流側の下流開口34がモータルーム内に配置された水分離流路33bと、を備え、分岐点32よりも下流の空気流路33aの最小流路断面積は、水分離流路33bの最小流路断面積よりも大きい。この空気流路33a及び水分離流路33bは、上部エアインテーク半体(上部構造体)35aと、カバープレート35bと、これら上部エアインテーク半体35a及びカバープレート35bの間に配置される下部エアインテーク半体(中間構造体)35cとによって形成されている。なお、以下の説明において「車両BのモータルームMの前方部」とは、車両のフロントグリルよりも後方で、ラジエータよりも前方の範囲を意味している。なお、分岐点32の位置を「空気流路33aの途中」としているが、空気流路33aの開始点と略同じ位置も含む趣旨である。以下、それぞれの構成要素について詳細に説明する。
カバープレート35bは、車両Bのフロントグリル37(図2参照)の後方で、モータルームMの前端上部に配置される、板状の樹脂製部材である。このカバープレート35bは、ラジエータ21(図4参照)などの構成要素をカバーするための、化粧板としての機能を有している。図3に示すように、カバープレート35bの前縁41aは、モータルームMの前縁形状に対応して曲線状となっている。一方、カバープレート35bの後縁41bは、図3及び図4に示すように、ラジエータ21の上端部近傍で車両Bの左右方向に沿って略直線状に終端している。なお、カバープレート35bの後縁41bの位置は、車両Bの前後方向に関して、ラジエータ21の前面より後方であればよいが、ラジエータ21の後面よりも後方であることが望ましい。これは、後記するように、水分離流路33bへの水の逆流を避けるためである。ラジエータ21は、所定の厚さを有して略長方形状となっており、長方形の一方の面が車両の前方を向き、長方形の他方の面が車両Bの後方を向くように配置されている。
上部エアインテーク半体35aは、カバープレート35bの上方に配置されている。この上部エアインテーク半体35aの上流部30a及び中流部30bは、凹部43と略同じ幅の逆U字状の断面形状を有している。逆U字状断面の開いた側がカバープレート凹部55に対向し、車両Bの左右方向が長手の略長方形断面の流路が形成される。図3に示すように、上部エアインテーク半体35aの幅は、上流部30aが最も広く、下流に行くに従って狭くなる。一方、図4に示すように、上部エアインテーク半体35aの高さは、上流部30aは略同じで、中流部30bでは下流に行くに従って高くなっている。そして、上部エアインテーク半体35aは下流部30cの高さが最も高くなっている。このように、上部エアインテーク半体35aの幅と高さとは、下流に行くに従って増減が反対の関係になっている。このため、上部エアインテーク半体35aによって形成される空気流路33aの断面積は、上流側から下流側に向かって大きく変わることはない。
図4、図6に示すように、下部エアインテーク半体35cは、上部エアインテーク半体35aとカバープレート35bの間に配置される部材である。そして、空気流路33aの中流部30bから下流部30cにおいて、上部エアインテーク半体35aと下部エアインテーク半体35cが相互に結合されている。これにより、上下に分離した2つの閉断面が形成され、これら各閉断面が空気流路33aと水分離流路33bとを形成する。図4に示すように、下部エアインテーク半体35cの前縁は、上部エアインテーク半体35aの中流部30bで且つカバープレート35bの後縁41bより前方に位置している。また、下部エアインテーク半体35cの前縁35c1(図7参照)は、カバープレート35bの第2段部53bの近傍に位置している。そして、下部エアインテーク半体35cの前縁の断面形状は、カバープレート35bの第2段部53bの断面形状に沿うようなものとなっている。下部エアインテーク半体35cの前縁が、空気流路33aと水分離流路33bの分岐点32となる。カバープレート35bの材料は樹脂であり、ナイロン6(PA6)、ナイロン66(PA66)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレン(PE)などが用いられる。本実施形態では、ポリプロピレン(PP)樹脂を用いている。
次に、図3及び図8から図11に基づいて、空気流路33a及び水分離流路33bの断面形状について説明する。図8から図11は、図3のそれぞれVIII−VIII線、IX−IX線、X−X線及びXI−XI線における鉛直断面形状を示している。ここで、VIII−VIII線が上流側の断面位置を示し、XI−XI線が下流側の断面位置を示している。図8に示すように、VIII−VIII線の位置において、空気流路33aは高さが低く幅広の長方形断面である。また、図9に示すように、IX−IX線の位置における断面形状は、図8の断面形状と比較して、高さが高く幅が狭い長方形断面となっている。
[通常走行時]
次に、第1実施形態のエアインテーク構造体3の作用について説明する。先ず、通常走行時の場合について説明する。通常走行時とは、雨や雪が降っていない場合や、洪水などで道路が冠水していない場合である。フロントグリル37からの空気は、カバープレート35bの下面に入る。そして、その空気は、カバープレート35bの空気用開口45やストライカ開口47を通してカバープレート35bの上面に流入する。空気は、エアポンプ18が生成する負圧により、空気吸気口31から取り込まれ、空気流路33a内を流れる。空気流路33aに導かれた空気は、燃料電池11に供給される。このとき、水分離流路33bは機能していない。
次に、降雨時、降雪時あるいは洪水時などの場合について説明する。このような場合、フロントグリル37からカバープレート35bの下面には、空気の他に水が入り込む。特に、高速走行時や冠水した道路に飛び込んだ場合などは、水が顕著に入り込む。この場合、水はカバープレート35bの空気用開口45やストライカ開口47を通って、カバープレート35bの上面に流入してしまう。すると、水が凹部43まで到達する。殆どの水は凹部43によって堰き止められる。凹部43には、上記した排水口51が形成されており、水を排出することができる。なお、排水口51はできる限り車両の前方側(フロントグリル37に近い側)に形成することが望ましい。なぜなら、排水口51とラジエータ21との距離を十分にとることができるからである。これにより、排水口51から水が排出されたとしても、その水がラジエータ21の前面で跳ね上がるのを確実に防止できる。
[逆止弁]
次に、図12から図14に基づいて、第2実施形態のエアインテーク構造体3Bについて説明する。図12は、下流開口34の近傍を拡大した断面図である。本実施形態では、下流開口34に逆止弁(逆止手段)67が設けられている点が特徴である。逆止弁67は、水分離流路33bの下流開口34に設けられ、水分離流路33bからモータルームMへの水分の通流を許容し、モータルームMから水分離流路33bへの水分の逆流を防止するものである。水分離流路33b内は負圧となっており、下流開口34が開放されていると、モータルームM内の空気が逆流することも考えられる。しかしながら、逆止弁67によって、下流開口34からの空気の逆流は阻止しつつ、下流開口34から水は排出される。特に、本実施形態の下流開口34は、ラジエータ21よりも後方に位置している。このため、逆止弁67を設けない場合には、ラジエータ21の後方の高温の空気を吸引してしまうことも考えられる。しかしながら、逆止弁67を設けることで、このような高温空気の逆流も確実に防ぐことができる。
次に、図15に基づいて、第3実施形態のエアインテーク構造体3Cについて説明する。主要な構成要素は、第1実施形態と同様であるが、下部エアインテーク半体36cの前縁36dが、空気吸気口31の近傍まで延設されている点が特徴である。このような構成により、第1実施形態に比べて、水分離流路33bの長さが延長される。このため、圧損の増大によって水分離流路33bの上流側の負圧が下流開口34まで及ばなくなる。下流開口34において負圧が無ければ、水分離流路33bへの空気の逆流は生じない。このため、第2実施形態の逆止弁67などの構成要素も不要となる。
次に、図16に基づいて、第4実施形態のエアインテーク構造体3Dについて説明する。本実施形態のエアインテーク構造体3Dでは、上記した凹部43を無くしたことを特徴としている。すなわち、空気吸気口31の上流側におけるカバープレート36bは、大きく落ち込んでいない。但し、カバープレート36bには空気用開口45が開口しており、これは第1及び第2実施形態と同様である。凹部43を無くすことで、水を堰き止めることはできなくなる。しかし、水分離流路33bの断面積が十分大きければ、水分離流路33bから水を排出することは可能である。
上記したいずれの実施形態も、カバープレート35b、36bとしてカバープレートを用いている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、カバープレートとは別部材のカバープレートを用いるようにしてもよい。また、空気流路33a及び水分離流路33bは、上部エアインテーク半体35aとカバープレート35bと下部エアインテーク半体35cの3つの構造体によって形成されている。しかしながら、これらの構造体を一体として形成するようにしてもよい。また、第2実施形態では、下部エアインテーク半体35cと逆止弁67が別個の部材である。しかしながら、これら下部エアインテーク半体35cと逆止弁67とを一体的に形成してもよい。
3,3B,3C,3D エアインテーク構造体
11 燃料電池
21 ラジエータ
31 空気吸気口
32 分岐点
33a 空気流路
33b 水分離流路
34 下流開口
35a 上部エアインテーク半体(上部構造体)
35b、36b カバープレート(下部構造体)
35c、36c 下部エアインテーク半体(中間構造体)
43 凹部
67 逆止弁(逆止手段)
B 車両
M モータルーム(前部空間)
W 水(雪を含む)
Claims (5)
- 車両の前部空間内に燃料電池が配置される燃料電池車に用いるエアインテーク構造体であって、
前記前部空間内の前方部に配置された空気吸気口と、
前記空気吸気口から前記燃料電池に向かう空気が通流する空気流路と、
前記空気流路の途中の分岐点から下方に分岐し、前記空気に同伴する水を分離し、下流側の下流開口が前記前部空間内に配置された水分離流路と、
を備え、
前記分岐点よりも下流の前記空気流路の最小流路断面積は、前記水分離流路の最小流路断面積よりも大きい、
ことを特徴とするエアインテーク構造体。 - 前記水分離流路の前記下流開口は、ラジエータよりも後方である、
ことを特徴とする請求項1に記載のエアインテーク構造体。 - 前記水分離流路の前記下流開口に設けられ、前記水分離流路から前記前部空間への水分の通流を許容し、前記前部空間から前記水分離流路への水の逆流を防止する逆止手段を備える、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエアインテーク構造体。 - 前記空気吸気口の上流には凹部が形成され、当該凹部の一部は前記空気吸気口に向かうにつれて上り勾配である、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエアインテーク構造体。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のエアインテーク構造体と、
前記前部空間内に配置されて、前記エアインテーク構造体の前記空気流路を通流する空気が供給される燃料電池を備えている、
ことを特徴とする燃料電池車。
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