JP2018069891A

JP2018069891A - 車両

Info

Publication number: JP2018069891A
Application number: JP2016210805A
Authority: JP
Inventors: 隆範大面; Takanori Otsura; 村田　成亮; Naruaki Murata; 成亮村田; 雅裕片山; Masahiro Katayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-10
Also published as: US20180119588A1

Abstract

【課題】車外に排出された水が周辺の車両や歩行者に飛散することを抑制すること。
【解決手段】車両は、燃料電池１０と、燃料電池から排出される水及び排気ガスを一時的に貯留する排気排水管２０と、を備える。排気排水管は、排気排水管の底面部に設けられ、排気排水管に貯留された水を車外に排出する排水口２０３と、排気排水管の底面部に設けられ、車両前後方向に対して略直交する方向に延在する仕切り板２０４と、を含み、排水口は、仕切り板よりも車両前方側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を搭載した車両に関する。

近年、燃料電池を搭載した車両が実用化されている。燃料電池は、燃料電池スタックのアノード側に供給された水素等の燃料ガスと、カソード側に供給された酸素を含む酸化ガス（例えば、空気）と、を電解質膜を介して反応させることによって必要な電力を発電している。反応後の使用済み燃料ガス及び酸化ガスは、反応生成物である水と共に、排気ガスとして燃料電池スタック外部に排出される。燃料電池スタック外部に排出された水は、排気ガスと共に一時的に貯留された後、車外に排出される。

例えば、特許文献１に開示された燃料電池システムは、燃料電池から排出された水を貯留する貯水部に排水口を設けると共に、排出口の下流に排出弁を配設する。そして、貯水部の加速度に基づいて、貯水部内の水が排出口から排出可能な位置にあるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、排出弁の開放を制御する。

特開２００８−２６２７３５号公報

上述の特許文献１に開示された燃料電池システムは、貯水部の加速度に基づいて、排出弁の開放を制御している。そのため、車両の加速走行時に、貯水部内の水を排水口から車外に排出する場合もあり得る。しかし、車両の加速走行時には、排水口から車外に排出された水が、走行方向と逆方向の慣性力の作用により、周辺の車両や歩行者に飛散する可能性があるという問題があった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、燃料電池を搭載した車両において、車外に排出された水が周辺の車両や歩行者に飛散することを抑制することができる技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る車両は、
燃料電池と、
前記燃料電池から排出される水及び排気ガスを一時的に貯留する排気排水管と、を備え、
前記排気排水管は、
前記排気排水管の底面部に設けられ、前記排気排水管に貯留された水を車外に排出する排水口と、
前記排気排水管の底面部に設けられ、車両前後方向に対して略直交する方向に延在する仕切り板と、を含み、
前記排水口は、前記仕切り板よりも車両前方側に配置されている。

上述した本発明の態様によれば、燃料電池を搭載した車両において、車外に排出された水が周辺の車両や歩行者に飛散することを抑制することができるという効果が得られる。

実施の形態１に係る車両の全体構成例を示す透過側面図である。実施の形態１に係る排気排水管の構成例を示す側面断面図である。実施の形態１に係る排気排水管の構成例を示す上面断面図である。図１の車両の排気排水管の内部における車両の加速走行時の水の状態の例を示す透過側面図である。図２Ａの排気排水管の内部における車両の加速走行時の水の状態の例を示す側面断面図である。図２Ｂの排気排水管の内部における車両の加速走行時の水の状態の例を示す上面断面図である。図１の車両の排気排水管の内部における車両の減速走行時の水の状態の例を示す透過側面図である。図２Ａの排気排水管の内部における車両の減速走行時の水の状態の例を示す側面断面図である。図２Ｂの排気排水管の内部における車両の減速走行時の水の状態の例を示す上面断面図である。図２Ａの排気排水管の内部における車両の定速走行時の水の状態の例を示す側面断面図である。図２Ａの排気排水管の内部における車両の停止時の水の状態の例を示す側面断面図である。実施の形態２に係る排気排水管の構成例を示す側面断面図である。実施の形態２に係る排気排水管の構成例を示す上面断面図である。図９Ａの排気排水管の内部における車両の加速走行時の水の状態の例を示す側面断面図である。図９Ｂの排気排水管の内部における車両の加速走行時の水の状態の例を示す上面断面図である。図９Ａの排気排水管の内部における車両の減速走行時の水の状態の例を示す側面断面図である。図９Ｂの排気排水管の内部における車両の減速走行時の水の状態の例を示す上面断面図である。図９Ａの排気排水管の内部における車両の定速走行時の水の状態の例を示す側面断面図である。図９Ａの排気排水管の内部における車両の停止時の水の状態の例を示す側面断面図である。実施の形態１に係る排気排水管の変形構成例を示す側面断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態１＞
本実施の形態１の構成について説明する。図１は、本実施の形態１に係る車両の全体構成例を示す透過側面図である。なお、図１は、本実施の形態１に関連する構成要素のみを図示し、その他の構成要素の図示を省略している。また、図１は、構成の理解を容易にするため、排気排水管２０の内部の水Ｗの図示を省略している。

本実施の形態１に係る車両は、燃料電池システム１０を搭載し、燃料電池システム１０内の燃料電池スタック１０１にて発電した電力を動力源として走行する車両である。本実施の形態１に係る車両は、燃料電池システム１０及び排気排水管２０を備えている。

燃料電池システム１０は、車両前方側に設けられ、燃料電池スタック１０１を備えている。燃料電池スタック１０１は、燃料電池の一例である。燃料電池スタック１０１は、アノード側に供給された水素等の燃料ガスと、カソード側に供給された酸素を含む酸化ガス（例えば、空気）と、を電解質膜を介して反応させることによって必要な電力を発電する。なお、燃料電池スタック１０１にて発電した電力は、車両の駆動輪を駆動するモータ（不図示）に供給される。

燃料電池スタック１０１内の反応後の使用済み燃料ガス及び酸化ガスは、反応生成物である水Ｗと共に、排気ガスとして燃料電池スタック１０１の外部へ車両後方側から排出される。

排気排水管２０は、燃料電池システム１０よりも車両後方側に設けられ、燃料電池スタック１０１から外部へ排出された排気ガス及び水Ｗを、一時的に貯留した後、車外に排出するもので、略直方体の形状になっている。

ここで、本実施の形態１に係る排気排水管２０の構成について詳細に説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、本実施の形態１に係る排気排水管２０の構成例を示しており、図２Ａは側面断面図、図２Ｂは上面断面図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂは、構成の理解を容易にするため、排気排水管２０の内部の水Ｗの図示を省略している。本実施の形態１に係る排気排水管２０は、排気管２０１、排気口２０２、排水口２０３、及び仕切り板２０４を備えている。

排気管２０１は、排気排水管２０の車両前方側の側面部にて、燃料電池スタック１０１と接続されており、燃料電池スタック１０１から外部へ排出された排気ガス及び水Ｗを排気排水管２０の内部に導入する。この排気ガス及び水Ｗは、排気排水管２０の内部に一時的に貯留される。

排気口２０２は、排気排水管２０の車両後方側の側面部に設けられ、排気排水管２０に貯留された排気ガスを車両後方側から車外に排出する。
排水口２０３は、排気排水管２０の底面部に設けられ、排気排水管２０に貯留された水Ｗを底面から車外に排出する。排水口２０３は穴状であり、２つ設けられている。

仕切り板２０４は、排気排水管２０の底面部に設けられ、車両前後方向に対して略直交する方向（車両左右方向。以下同じ）に延在している。仕切り板２０４は、２つ設けられている。２つの仕切り板２０４は、車両前後方向に対して略直交する方向に沿って、所定の間隙Ｄを空けて、配列されている。また、２つの仕切り板２０４の一方は、車両前後方向に対して略直交する方向の一端まで延び、他方は、車両前後方向に対して略直交する方向の他端まで延びている。

排水口２０３は、排気排水管２０の底面部のうち仕切り板２０４により仕切られた車両前方側の底面部に配置されている。すなわち、排水口２０３は、仕切り板２０４よりも車両前方側に配置されている。また、２つの排水口２０３は、車両前後方向に対して略直交する方向の両端付近にそれぞれ配置されている。

また、排気排水管２０の底面部のうち仕切り板２０４により仕切られた車両前方側の底面部には、仕切り板２０４から排水口２０３に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成されている。すなわち、排水口２０３は、この傾斜部の傾斜先端部分に配置されている。

以下、本実施の形態１に係る排気排水管２０の内部の水Ｗの状態について説明する。
（１）加速走行時
まず、車両の加速走行時の排気排水管２０の内部の水Ｗの状態について説明する。図３、図４Ａ及び図４Ｂは、図１、図２Ａ及び図２Ｂと同様の排気排水管２０の内部における車両の加速走行時の水Ｗの状態の例を示している。

車両の加速走行時は、排気排水管２０の内部では、走行方向とは逆方向の慣性力の作用により排気ガスが車両後方に向かう流速が大きくなり、この排気ガスの流れにより、水Ｗが車両後方に押し付けられる。また、２つの仕切り板２０４により、車両後方に押し付けられた水Ｗが車両前方に移動することが妨げられる。これにより、車両の加速走行時には、排水口２０３から水Ｗが排出されることが抑制される。

（２）減速走行時
続いて、車両の減速走行時の排気排水管２０の内部の水Ｗの状態について説明する。図５、図６Ａ及び図６Ｂは、図１、図２Ａ及び図２Ｂと同様の排気排水管２０の内部における車両の減速走行時の水Ｗの状態の例を示している。

車両の減速走行時は、排気排水管２０の内部では、走行方向と同方向の慣性力の作用により排気ガスが車両後方に向かう流速が大きく下がり、水Ｗに対する排気ガスの作用が弱まる。そのため、車両後方にある水Ｗは、走行方向と同方向の慣性力の作用により、２つの仕切り板２０４の間に設けられた間隙Ｄを通り抜けたり、２つの仕切り板２０４の上を飛び越えたりすることで、車両前方に移動し、その後、排水口２０３から車両前方に排出される。このように、車両の減速走行時には、排水口２０３から車両前方に水Ｗが排出されるため、周辺の車両や歩行者に水Ｗが飛散することが抑制される。

上述のように本実施の形態１によれば、排気排水管２０は、排気排水管２０に貯留された水Ｗを車外に排出する排水口２０３と、車両前後方向に対して略直交する方向に延在する２つの仕切り板２０４と、を底面部に備え、仕切り板２０４よりも車両前方側に排水口２０３を配置している。また、２つの仕切り板２０４を、所定の間隙Ｄを空けて配列している。

従って、車両の加速走行時には、排気排水管２０の内部の水Ｗは、走行方向とは逆方向の慣性力の作用により車両後方に押し付けられ、２つの仕切り板２０４により車両前方に移動することが妨げられる。そのため、排水口２０３から水Ｗが排出されることが抑制される。

また、車両の減速走行時には、排気排水管２０の内部の水Ｗは、走行方向と同方向の慣性力の作用により、２つの仕切り板２０４の間に設けられた間隙Ｄを通り抜けたり、２つの仕切り板２０４の上を飛び越えたりすることで、車両後方から車両前方に移動し、その後、排水口２０３から車両前方に排出される。

このように、車両の加速走行時には、排水口２０３から水Ｗが排出されることが抑制され、車両の減速走行時には、排水口２０３から水Ｗが車両前方に排出されるため、車外に排出された水Ｗが周辺の車両や歩行者に飛散することを抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、車両は、加速走行に続いて、減速走行を行うことを前提としているが、その途中で定速走行を行う場合もある。しかし、車両の定速走行時は、図７に示されるように、排気排水管２０の内部の水Ｗは、慣性力の作用を受けないため、排水口２０３からやや車両後方に排出される程度であり、周辺の車両や歩行者に飛散する可能性は十分に低いと考えられる。また、車両の停止時は、図８に示されるように、排気排水管２０の内部の水Ｗは、排水口２０３から略鉛直下方に排出される。従って、車両の定速走行時及び停止時のいずれの場合も、車外に排出された水Ｗが周辺の車両や歩行者に飛散することが抑制される。

＜実施の形態２＞
本実施の形態２の構成について説明する。本実施の形態２に係る車両は、図１を参照して説明した実施の形態１に係る車両と比較して、排気排水管２０を排気排水管２１に置き換えている。そのため、以下では、本実施の形態２に係る排気排水管２１の構成のみを説明する。

図９Ａ及び図９Ｂは、本実施の形態２に係る排気排水管２１の構成例を示しており、図９Ａは側面断面図、図９Ｂは上面断面図である。なお、図９Ａ及び図９Ｂは、構成の理解を容易にするため、排気排水管２１の内部の水Ｗの図示を省略している。本実施の形態２に係る排気排水管２１は、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明した実施の形態１に係る排気排水管２０と比較して、仕切り板２０４を仕切り板２０５に置き換えている。以下、本実施の形態２に係る排気排水管２１の構成として、実施の形態１に係る排気排水管２０とは異なる点を説明する。

仕切り板２０５は、排気排水管２１の底面部に設けられ、車両前後方向に対して略直交する方向（車両左右方向。以下同じ）に延在している。仕切り板２０５は、１つのみ設けられ、車両前後方向に対して略直交する方向の両端まで延びている。また、仕切り板２０５は、車両前後方向で切断した場合の断面形状が上部近傍に曲面を有する形状である。

排気排水管２１の底面部は、仕切り板２０５により仕切られた車両前方側の底面部には、仕切り板２０５から排水口２０３に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成されている。さらに、車両後方側の底面部にも、車両前方に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成されている。なお、車両前方側と車両後方側の傾斜部は、図９Ａ及び図９Ｂの例では、連続した傾斜面となっているが、これには限らない。車両前方側と車両後方側の傾斜部は、仕切り板２０５の部分を境に、不連続な傾斜面となっていても良い。

以下、本実施の形態２に係る排気排水管２１の内部の水Ｗの状態について説明する。
（１）加速走行時
まず、車両の加速走行時の排気排水管２１の内部の水Ｗの状態について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、図９Ａ及び図９Ｂと同様の排気排水管２１の内部における車両の加速走行時の水Ｗの状態の例を示している。

車両の加速走行時は、排気排水管２１の内部では、走行方向とは逆方向の慣性力の作用により排気ガスが車両後方に向かう流速が大きくなり、この排気ガスの流れにより、水Ｗが車両後方に押し付けられる。また、仕切り板２０５により、車両後方に押し付けられた水Ｗが車両前方に移動することが妨げられる。これにより、車両の加速走行時には、排水口２０３から水Ｗが排出されることが抑制される。

（２）減速走行時
続いて、車両の減速走行時の排気排水管２１の内部の水Ｗの状態について説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂは、図９Ａ及び図９Ｂと同様の排気排水管２１の内部における車両の減速走行時の水Ｗの状態の例を示している。

車両の減速走行時は、排気排水管２１の内部では、走行方向と同方向の慣性力の作用により排気ガスが車両後方に向かう流速が大きく下がり、水Ｗに対する排気ガスの作用が弱まる。そのため、車両後方にある水Ｗは、走行方向と同方向の慣性力の作用により、仕切り板２０５の上を飛び越えることで、車両前方に移動し、その後、排水口２０３から車両前方に排出される。このとき、排気排水管２１の仕切り板２０５により仕切られた車両後方側の底面部に傾斜部が形成され、また、仕切り板２０５の上部近傍に曲面を有しているため、車両後方にある水Ｗは車両前方に移動しやすくなる。このように、車両の減速走行時には、排水口２０３から車両前方に水Ｗが排出されるため、周辺の車両や歩行者に水Ｗが飛散することが抑制される。

上述のように本実施の形態２によれば、排気排水管２１は、排気排水管２１に貯留された水Ｗを車外に排出する排水口２０３と、車両前後方向に対して略直交する方向に延在する仕切り板２０５と、を底面部に備え、仕切り板２０５よりも車両前方側に排水口２０３を配置している。また、仕切り板２０５は、車両前後方向で切断した場合の断面形状が上部近傍に曲面を有する形状である。また、排気排水管２１の仕切り板２０５により仕切られた車両後方側の底面部には、車両前方に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成されている。

従って、車両の加速走行時には、排気排水管２１の内部の水Ｗは、走行方向とは逆方向の慣性力の作用により車両後方に押し付けられ、仕切り板２０５により車両前方に移動することが妨げられる。そのため、排水口２０３から水Ｗが排出されることが抑制される。

また、車両の減速走行時には、排気排水管２１の内部の水Ｗは、走行方向と同方向の慣性力の作用により、仕切り板２０５の上を飛び越えることで、車両後方から車両前方に移動し、その後、排水口２０３から車両前方に排出される。このとき、排気排水管２１の仕切り板２０５により仕切られた車両後方側の底面部に傾斜部が形成され、また、仕切り板２０５の上部近傍に曲面を有しているため、水Ｗは車両前方に移動しやすくなる。

なお、本実施の形態２では、車両は、加速走行に続いて、減速走行を行うことを前提としているが、その途中で定速走行を行う場合もある。しかし、車両の定速走行時は、図１２に示されるように、排気排水管２１の内部の水Ｗは、慣性力の作用を受けないため、排水口２０３からやや車両後方に排出される程度であり、周辺の車両や歩行者に飛散する可能性は十分に低いと考えられる。また、車両の停止時は、図１３に示されるように、排気排水管２１の内部の水Ｗは、排水口２０３から略鉛直下方に排出される。従って、車両の定速走行時及び停止時のいずれの場合も、車外に排出された水Ｗが周辺の車両や歩行者に飛散することが抑制される。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態１，２は、一部又は全部を相互に組み合わせて用いても良い。

また、実施の形態１では、排気排水管２０が備える仕切り板２０４は、車両前後方向で切断した場合の断面形状が四角形となっているが、これには限定されず、その他の断面形状でも良い。例えば、図１４に示される排気排水管２０’のように、車両前後方向で切断した場合の断面形状が五角形となる仕切り板２０４’を備えても良い。仕切り板２０４’は、断面形状が五角形であるため、水Ｗが仕切り板２０４’を通過する際の圧力損失を小さくすることができる。

また、実施の形態１では、排気排水管２０は、２つの仕切り板２０４を備えているが、仕切り板２０４の数は、複数であれば良く、２つには限定されない。複数の仕切り板２０４は、車両前後方向に対して略直交する方向に沿って、所定の間隙を空けて、配列されていれば良い。

また、実施の形態２では、排気排水管２１が備える仕切り板２０５は、車両前後方向で切断した場合の断面形状が、車両前方側及び後方側の双方の上部近傍に曲面を有しているが、これには限定されない。例えば、仕切り板２０５は、車両後方側の上部近傍にのみ曲面を有する断面形状であっても、車両後方にある水Ｗは仕切り板２０５の上を飛び越えやすいと考えられるため、そのような断面形状でも良い。また、仕切り板２０５の断面形状は、これらに限らず、車両後方にある水Ｗが仕切り板２０５の上を飛び越えやすい断面形状であれば、その他の断面形状でも良い。

１０燃料電池システム
１０１燃料電池スタック
２０，２０’，２１排気排水管
２０１排気管
２０２排気口
２０３排水口
２０４，２０４’，２０５仕切り板
Ｗ水

Claims

燃料電池と、
前記燃料電池から排出される水及び排気ガスを一時的に貯留する排気排水管と、を備え、
前記排気排水管は、
前記排気排水管の底面部に設けられ、前記排気排水管に貯留された水を車外に排出する排水口と、
前記排気排水管の底面部に設けられ、車両前後方向に対して略直交する方向に延在する仕切り板と、を含み、
前記排水口は、前記仕切り板よりも車両前方側に配置されている、車両。
前記排気排水管は、複数の前記仕切り板を含み、
複数の前記仕切り板は、車両前後方向に対して略直交する方向に沿って、所定の間隙を空けて配列されている、請求項１に記載の車両。
前記排気排水管の底面部のうち前記仕切り板により仕切られた車両前方側の底面部には、前記仕切り板から前記排水口に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成されている、請求項２に記載の車両。
前記仕切り板は、車両前後方向で切断した場合の断面形状が、上部近傍に曲面を有する形状である、請求項１に記載の車両。
前記排気排水管の底面部のうち前記仕切り板により仕切られた車両前方側の底面部には、前記仕切り板から前記排水口に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成され、前記仕切り板により仕切られた車両後方側の底面部には、車両前方に向かって下方に傾斜する傾斜部が形成されている、請求項４に記載の車両。