JP3932175B2

JP3932175B2 - Fuel cell vehicle

Info

Publication number: JP3932175B2
Application number: JP2002090155A
Authority: JP
Inventors: 卓磨金沢; 成裕高木; 剛司片野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003285647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車に関し、更に詳しくは、燃料電池システムの一部を構成する空気供給系の圧縮機周りの騒音・振動を低減することができる機器の配置構造を備えた燃料電池自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源等として固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）が注目されている。固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
一般に、燃料電池システムは、図３（ａ）に示すように、プロトン導電性の高分子電解質膜（ＰＥＭ膜）を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電する。燃料電池で発電した電力は、図３（ｂ）に示すように、燃料電池自動車を走行させるための駆動モータＭ₁や補機類である空気圧縮機、冷却水循環ポンプ等の駆動モータＭ₂，Ｍ₃等を駆動させるために使用される。
【０００４】
このような燃料電池システムの空気供給系は、発電効率の観点から最大２００〜３００ｋＰａＧの空気圧で運転することが望ましい。空気圧縮機で圧縮された空気は、圧縮熱により高温（１００℃以上）となって圧縮機から排出される。圧縮機から排出された空気は、燃料電池の運転温度がそれよりも低い温度で運転されるため、燃料電池の冷却系に組み込まれたインタークーラを介して冷却された後に燃料電池へと供給される。
【０００５】
一方、燃料電池システムの水素供給系は、炭化水素系の燃料を改質する改質器、液体水素、高圧水素タンク等の水素を供給できるものであれば何でも良く、例えば高圧水素タンクを利用している。また、燃料電池から排出される未利用の水素を再利用する観点から図示しない循環手段（例えば水素ポンプまたはエゼクタ）によって水素を循環させて使用している。また、循環経路内には生成水、窒素などの燃料以外のものが溜まるのでこれらを適宜パージして系外へ排出するパージラインが設けられている。
【０００６】
このような燃料電池システムを搭載する車両における機器（補機類を含む）の配置構造として例えば、特開２０００−３１３２３９号公報に開示されているものがある。このマウント構造は、図４（ａ）に示すように、３つのブラケット１０３Ａ，１０４Ａ，１０５Ａと３つのラバーマウント１０３Ｂ，１０４Ｂ，１０５Ｂとから形成される３つのマウント部材１０３，１０４，１０５を介して、車体フレーム１０６（右フレーム１０６Ａ：左フレーム１０６Ｃ：クロスメンバ１０６Ｂ）に対して車両を走行させるための主モータ１０１が取り付けられており、この主モータ１０１に対して圧縮機１１０及び圧縮機駆動モータ１１１が取り付けられている構造をしている。尚、図４（ｂ）は、図４（ａ）を左フレーム１０６ｃ側からみた側面図である。
このような配置構造とすることにより、３つのマウント部材１０３，１０４，１０５が主モータ１０１並びに圧縮機１１０及び圧縮機駆動モータ１１１の振動を吸収する共用マウントとして機能し、圧縮機専用のマウント部材を用いることなく振動を抑制することができるようにしたものである。
また、上述した補機類Ｆをベルトやアイドラー等を介して主モータ１０１に取り付けることにより、補機類Ｆを動かすのに多数のモータを設けることなく（各補機毎にモータを設けることなく）駆動できるようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような機器の配置構造にしても以下の理由により圧縮機１１０から発生する騒音・振動をさらに低減することが望まれていた。
（１）図２（ａ）に示すように、圧縮機１１０の吸入側に設けられるエアクリーナ１１３と圧縮機１１０とがゴム配管１１４を介して連結されていたためゴム配管１１４から発生する放射音（低周波数の騒音）を低減するのが難しかった。
（２）また、図２（ｂ）に示すように、騒音・振動が一番発生しやすい圧縮機１１０の吐出口と消音器１１５とが配管１１６で連結されていたため圧縮機１１０の吐出口−消音器１１５間の騒音を周囲に放射する放射面積が大きくなり、放射音を低減するのが難しかった。
（３）一方、圧縮機１１０を駆動する圧縮機駆動モータ１１１が、車両を走行させるための主モータ１０１の反対側（変速機１０２側）に設けられている場合には、
変速機１０２よりも車両を走行させるための主モータ１０１の方が径が大きいので圧縮機１１０の吐出側に設ける消音部材を設置するための空間スペースが制約を受け、消音部材の容積を大きくすることができず、充分な消音効果が得られないため乗員室内の騒音・振動が悪化してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車において、燃料電池システムの一部を構成する空気供給系の圧縮機周りの騒音・振動を低減することができる機器の配置構造を備えた燃料電池自動車を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた本発明に係る燃料電池自動車は、燃料と酸化剤との電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池へ圧縮した空気を酸化剤として供給する圧縮機とを備えた燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車において、前記圧縮機を前記燃料電池自動車の前方部に配置し、前記燃料電池を前記圧縮機よりも車両後方側に配置し、前記圧縮機から吐出される圧縮空気を車両の前方方向に吐出し、Ｕターン部を介して前記燃料電池へ供給することを特徴とするものである。
【００１０】
このような燃料電池自動車によると、
（１）圧縮機を燃料電池自動車の前方部に配置し、前記圧縮機から吐出される圧縮空気を車両の前方方向（乗員室と反対方向）に吐出する、すなわち前記圧縮機の吐出口を乗員室から遠ざかる方向に向けることにより、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
（２）また、圧縮機から排出された圧縮空気をＵターン部を介して燃料電池へ供給することで、圧縮機よりも車両後方側に設けられた燃料電池へ空気を供給することができる。
【００１１】
また、燃料電池自動車は、前記Ｕターン部に消音部材を配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
このような燃料電池自動車によると、Ｕターン部に消音部材を配置するようにしたことにより、
（１）消音部材内で空気の流れをＵターンさせて空気流路の長さを長くした分、吸音材をより多く充填することができるので、消音部材の吸音効果を向上させることができる。
（２）さらに消音部材を圧縮機の吐出側に直接設ける（直付けする）ことによって、圧縮機の吐出口と消音部材とを連結していた配管が不要となるばかりか放射音が一番発生し易い圧縮機の吐出口−消音部材間の表面積を最小化することができる。従って、消音部材全体を小型化することができる。
【００１３】
また、燃料電池自動車は、燃料と酸化剤との電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池へ圧縮した空気を酸化剤として供給する圧縮機とを備えた燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車において、車両駆動用の主モータ及び変速機を一体化した駆動モジュールを車体にマウントさせる主マウント部材と、前記圧縮機と該圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置を一体化した圧縮機モジュールを前記駆動モジュールの上部にマウントさせる副マウント部材とを備え、前記圧縮機モジュールを前記駆動モジュールの上部で且つ後方部に配置し、前記圧縮機で圧縮された空気を車両の前方に吐出することを特徴とするものである。
【００１４】
このような燃料電池自動車によると、
（１）圧縮機モジュールの振動を副マウント部材で、圧縮機モジュール及び駆動モジュールの振動を主マウント部材で好適に吸収できる。従って、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
（２）圧縮機モジュールを駆動モジュールの上部で且つ後方部に配置し、圧縮空気を車両の前方に吐出することにより、圧縮機の吐出口が乗員室から遠ざかる方向に向くことになるので、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
これらの相乗効果によりさらに乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
【００１５】
また、燃料電池自動車は、前記駆動モジュールの上部且つ前方部に前記圧縮機から吐出される圧縮空気の騒音・振動を低減する消音部材を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
このような燃料電池自動車によると、圧縮機から車両の前方部に吐出される空気によって一番騒音が発生し易い場所に消音部材を設けることになるので消音効果を大きくでき、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。また、駆動モジュールの上部のスペースを有効に利用することもできる。
【００１７】
また、燃料電池自動車は、前記駆動モジュールの変速機側に前記圧縮機を配置したことを特徴とするものである。
【００１８】
このような燃料電池自動車によると、変速機よりも車両を走行させるための主モータの方が径が大きくても消音部材を配置する空間スペースの制約を受けないので、消音部材の容積をより大きくすることができる。そのため乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明に係る燃料電池自動車の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。尚、本実施形態では、燃料電池自動車に搭載する燃料電池システムの一部を構成する空気供給系の圧縮機周りの騒音・振動を低減できる機器の配置構造について説明する。
尚、図１は、本発明に係る燃料電池自動車における空気供給系の機器配置を示す平面図、図２は、本発明に係る燃料電池自動車の圧縮機周りの配管・機器が従来と比較してどのように違うかを説明するための図である。
【００２０】
本発明に係る燃料電池自動車における駆動部分は、図１に示すように、
車両の前方部に設けられる駆動モジュール１と、
その後方上部に設けられる圧縮機モジュール２と、
前記圧縮機モジュール２の空気吐出側に設けられる消音部材３である２つの消音器、すなわち第１の消音器３ａ及び第２の消音器３ｂと、
前記第２の消音器３ｂから排出される空気を冷却するインタークーラ４と、
前記インタークーラ４からカソード極に供給される空気中の酸素とアノード極に供給される燃料である水素とを反応させて発電し、前記駆動モジュール１及び前記圧縮機モジュール２等を駆動させる電力を供給する燃料電池５と、
から主要部が構成される。
【００２１】
駆動モジュール１は、車両を走行させるための主モータ１ａと変速機１ｂとから構成される。駆動モジュール１は、車両の前方部に設けられ、主モータ１ａの軸が車両の車幅方向と同じ方向になるように設けられる。
尚、駆動モジュール１は、従来と同様に、左右の車体フレーム及びクロスメンバに主マウント部材を介して３点でマウントされている。
主モータ１ａは三相の電動機であり、燃料電池５から駆動用の電力が供給される。
変速機１ｂは、ギア比を変えることで変速して主モータ１ａの動力を車両の車軸に伝達するためのものである。尚、変速機１ｂは、主モータ１ａの動力を車両の車軸に伝達できるものであれば良い。
【００２２】
圧縮機モジュール２は、圧縮機２ｂを駆動させる圧縮機駆動装置である圧縮機駆動モータ２ａと前記圧縮機２ｂとから主要部が構成される。
圧縮機２ｂの空気吸入側には、箱状の空間を形成するチャンバ２ｂ１（プレナムチャンバ）が直接取り付けられている。尚、チャンバ２ｂ１内には吸音材が設けられている。
このようにチャンバ２ｂ１（プレナムチャンバ）を圧縮機２ｂの吸入側に取り付けることで、従来、エアクリーナと圧縮機２ｂとは、図２（ａ）に示すようにゴム配管で連結されていたため剛性の低いゴム部からの放射音（特に低周波数の騒音）を低減するのは難しかったが、ゴム配管と圧縮機２ｂの間にチャンバ２ｂ１を設けたことにより、ゴム部からの放射音（特に低周波数の騒音）を好適に低減することができる。
また、圧縮機モジュール２は、駆動モジュール１の後方上部に副マウント部材を介して４点でマウントされている。４点のうち２点は主モータ１ａ側、２点は変速機１ｂ側で支持されている。
尚、本実施形態では圧縮機駆動装置として圧縮機駆動モータ２ａを使用しているが動力回収用のエクスパンダ（膨張タービン）を使用しても良い。
【００２３】
駆動モジュール１及び圧縮モジュール２をこのようにマウントすることにより、
（１）圧縮機モジュール２の振動を副マウント部材で、圧縮機モジュール２及び駆動モジュール１の振動を主マウント部材で好適に吸収できる。従って、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
（２）圧縮機モジュール２を駆動モジュール１の上部で且つ後方部に配置し、圧縮空気を車両の前方に吐出することにより、圧縮機２ｂの吐出口が乗員室から遠ざかる方向に向くことになるので、放射音が大きくても乗員室内の騒音・振動を低減することができる。また、これらの相乗効果によりさらに乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
【００２４】
消音部材３は、２つの消音器３ａ，３ｂから構成され、圧縮機２ｂの吐出口には、第１の消音器３ａが取り付けられ、その下流には、第２の消音器３ｂが設けられている。
第１の消音器３ａは、低周波数の騒音・振動を低減するためのものであり、第２の消音器３ｂは、高周波数の騒音・振動を低減させるためのものである。
尚、第２の消音器３ｂは高周波数用の消音器なので、第１の消音器３ａよりも径（容積）を小さくすることができる（高周波数の騒音は流れでの減衰が容易なため）。
また、第１の消音器３ａ及び／又は第２の消音器３ｂの内部にはそれぞれ吸音材が充填されている。吸音材を充填することでより騒音・振動を低減することができる。
特に圧縮機２ｂから車両の前方部に吐出される空気によって一番騒音が発生し易い圧縮機２ｂの吐出側に第１の消音器３ａを設けることで消音効果を大きくでき、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
【００２５】
最初に、２つの消音器３ａ，３ｂのうち第１の消音器３ａについて説明する。
第１の消音器３ａは、図２（ｂ）に示すように、一番騒音を発生し易い圧縮機２ｂの吐出口に配管を介さずに直接取り付けられる。
このように配置することで、従来、必要であった圧縮機の吐出口−消音器間を連結していた配管が削減できる。その結果、配管を削減するとともに、放射音の発生量が一番多い圧縮機２ｂの吐出口−第１の消音器３ａ間の騒音の放射面積（表面積）を最小化することができる。
第１の消音器３ａは、車両の前方部であって乗員室と逆になる方向に圧縮機２ｂから吐出される空気が排出されるように取り付けられる。
このように第１の消音器３ａを設けることにより、圧縮機２ｂの吐出口が乗員室から遠ざかることになるので乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
また、第１の消音器３ａ内の空気の流路は、図１に示すように、内部でＵターンができるように形成されている。
このように圧縮機２ｂの吐出側に設けた第１の消音器３ａ内で、空気の流れの向きをＵターンさせることにより、狭いスペースに消音部材３の長さを長く設けることができるので（音のエネルギーをより減衰させることができる結果）消音効果を向上させることができる。
また、圧縮機２ｂから排出された圧縮空気をＵターン部を介して燃料電池５へ供給することで、圧縮機２ｂよりも車両後方側に設けられた燃料電池５へ空気を供給することができる。
【００２６】
次に、第２の消音器３ｂについて図１を参照して説明する。
第２の消音器３ｂは、第１の消音器３ａの下流に連設された配管であり、圧縮機２ｂの側方であって且つチャンバ２ｂ１の下側に配置される。
第２の消音器３ｂは、車両前方から後方に向かって図１の紙面の鉛直方向に下降する部分と、下降してから車両後方に向って延びる部分とから形成されている。
第２の消音器３ｂは、高周波数用の消音器なので、第１の消音器３ａよりも径（容積）を小さくすることができる（高周波数の騒音は流れでの減衰が容易なため）。そのため設置スペースが第1の消音器３ａより小さくて済み、狭いスペースでも設置できる。従って、第1の消音器３ａと第２の消音器３ｂとを組み合わせることにより消音部材３全体として設置スペースを小型化することができる。
【００２７】
インタークーラ４は、熱交換器であり、第２の消音器３ｂから排出された空気の温度を燃料電池５の運転に適した温度、例えば８０℃に冷却するための冷却器である。
インタークーラ４としては、本実施形態では水冷式の多管式熱交換器が使用されている。
インタークーラ４として使用できる熱交換器としては、燃料電池５の運転に適した温度に冷却できるものであれば、水冷式の多管式熱交換器でなくとも良い。例えば、空冷式のフィン付き熱交換器や水冷式のコルゲート管熱交換器等を使用しても良い。
【００２８】
燃料電池５は、固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）であり、高圧水素タンクから燃料電池５に供給される水素と、車両前方から供給される空気中の酸素とを反応させて発電する。燃料電池５で発電した電力は、インバータを介して直流から交流に変換された後、車両を走行させる主モータ１ａに駆動電力として供給される他、補機類の駆動電力やその他燃料電池自動車の備品、例えばバッテリを充電させるための電力として供給される。
【００２９】
このような構成を有する燃料電池自動車の作用について図１及び図２を参照して説明する。
（１）エアクリーナを通って、車両の左側から圧縮機２ｂへ空気が吸引される。
（２）このとき圧縮機２ｂの入口には、大きなチャンバ２ｂ１が設けられており、チャンバ２ｂ１内には、吸音材が設けられているのでゴム配管から発生する放射音を低減することができる（図２（ａ）参照）。
（３）圧縮機２ｂに吸入された空気は、圧縮機２ｂ内で圧縮された後、車両前方方向に吐出される。
車両前方に空気を吐出するようにしたことにより、乗員室から遠ざかる方向に空気を吐出することになるので乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
（４）車両の前方方向に吐出された空気は、第１の消音器３ａに導入される。
圧縮機２ｂの吐出部に第１の消音器３ａを直付けして設けてあるため、圧縮機の吐出口−第１の消音器とを連結していた配管が不要となり、騒音の放射面積を小さくできる。
（５）第１の消音器３ａに導入された空気は、第１の消音器３ａ内でＵターンして流れの方向を車両の後方へと変える。
Ｕターン部を設けたことにより、狭い設置スペースであっても第１の消音器３ａ内の空気の流路を長くできるので消音効果が向上する。また、圧縮機２ｂから排出された圧縮空気をＵターン部を介して燃料電池５へ供給することで、圧縮機２ｂよりも車両後方側に設けられた燃料電池５へ空気を供給することができる。
（６）第１の消音器３ａから第２の消音器３ｂに導入された空気は、第１の消音器３ａよりも管径の小さい第２の消音器３ｂにより高周波数の騒音を低減されてインタークーラ４へと導入される。インタークーラ４で冷却され、燃料電池５ヘ供給するガス温度として適温（例えば８０℃）になった空気は燃料電池５ヘと供給される。
インタークーラ４で第２の消音器３ｂから排出される空気を冷却することにより、空気自身の保持するエネルギーをさらに低減して騒音の発生を抑えることができる。
（７）燃料電池５では、圧縮機２ｂによりカソード極に供給された空気中の酸素と、アノード極に供給される水素とが反応して発電する。発電した電力は、主モータ１ａや圧縮機駆動モータ２ａ等を駆動するための電力として利用される。
【００３０】
このような構成と作用を有する本発明に係る燃料電池自動車によれば、燃料電池システムの圧縮機２ｂ周りの機器の配置構造として、
（１）圧縮機２ｂの吸入側にチャンバ（プレナムチャンバ）を設け、
（２）圧縮機２ｂの吐出側（車両の前方方向）に第１の消音器３ａを設け、
（３）圧縮機２ｂの側方に第２の消音器３ｂを配置し、
さらに主マウント部材を使って駆動モジュール１を車体に３点で支持し、副マウント部材を使って駆動モジュール１の後方上部に圧縮機モジュール２を４点で支持することで、乗員室内の騒音・振動を低減できる機器の配置構造を備えた燃料電池自動車を提供することができる。
【００３１】
また、駆動モジュール１の変速機１ｂ側に圧縮機２ｂを配置したことにより、変速機１ｂよりも車両を走行させるための主モータ１ａの方が径が大きくても消音部材３を配置する空間スペースの制約を受けないので、消音部材３の容積をより大きくすることができる。そのため乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
【００３２】
最後に、本発明は、上述した実施形態の燃料電池自動車に限定されるものではなく、発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。
例えば、本実施形態では燃料として水素を燃料電池に供給したが、燃料は圧縮空気中の酸素と反応するものでれあれば何でも良く、例えば有機系の含水素化合物を改質器で改質することにより生成した改質水素なども供給することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
１．
（１）圧縮機を燃料電池自動車の前方部に配置し、前記圧縮機から吐出される圧縮空気を車両の前方方向（乗員室と反対方向）に吐出する、すなわち前記圧縮機の吐出口を乗員室から遠ざかる方向に向けることにより、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
（２）また、圧縮機から排出された圧縮空気をＵターン部を介して燃料電池へ供給することで、圧縮機よりも車両後方側に設けられた燃料電池へ空気を供給することができる。
２．そして、Ｕターン部に消音部材を配置するようにしたことにより、
（１）消音部材内で空気の流れをＵターンさせて空気流路の長さを長くした分、吸音材をより多く充填することができるので、消音部材の吸音効果を向上させることができる。
（２）さらに消音部材を圧縮機の吐出側に直接設ける（直付けする）ことによって、圧縮機の吐出口と消音部材とを連結していた配管が不要となるばかりか放射音が一番発生し易い圧縮機の吐出口−消音部材間の表面積を最小化することができる。従って、消音部材全体を小型化することができる。
３．また、
（１）圧縮機モジュールの振動を副マウント部材で、圧縮機モジュール及び駆動モジュールの振動を主マウント部材で好適に吸収できる。従って、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
（２）圧縮機モジュールを駆動モジュールの上部で且つ後方部に配置し、圧縮空気を車両の前方に吐出することにより、圧縮機の吐出口が乗員室から遠ざかる方向に向くことになるので、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。これらの相乗効果によりさらに乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
４．さらに、圧縮機から車両の前方部に吐出される空気によって一番騒音が発生し易い場所に消音部材を設けることになるので消音効果を大きくでき、乗員室内の騒音・振動を低減することができる。また、駆動モジュールの上部のスペースを有効に利用することもできる。
５．さらにまた、変速機よりも車両を走行させるための主モータの方が径が大きくても消音部材を配置する空間スペースの制約を受けないので、消音部材の容積をより大きくすることができる。そのため乗員室内の騒音・振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池自動車における空気供給系の機器配置を示す平面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池自動車の圧縮機周りの配管・機器が従来と比較してどのように違うかを説明するための図である。
（ａ）本発明に係る燃料電池自動車の圧縮機の吸入部に設けたチャンバの設置方法の従来との違いを説明するための図である。
（ｂ）本発明に係る燃料電池自動車の圧縮機の吐出部に設けた消音部材の設置方法の従来との違いを説明するための図である。
【図３】（ａ）従来の燃料電池システムを説明するための図である。
（ｂ）従来の燃料電池で発電した電力を供給する電力供給先を説明するための図である。
【図４】（ａ）従来の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車における空気供給系の機器配置を示す平面図である。
（ｂ）図４（ａ）の側面図である。
【符号の説明】
１駆動モジュール
１ａ主モータ
１ｂ変速機
２圧縮機モジュール
２ａ圧縮機駆動モータ（圧縮機駆動装置）
２ｂ圧縮機
２ｂ１チャンバ
３消音部材
３ａ第１の消音器
３ｂ第２の消音器
４インタークーラ
５燃料電池[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system. More specifically, the present invention relates to a device arrangement structure that can reduce noise and vibration around a compressor of an air supply system that constitutes a part of the fuel cell system. The present invention relates to a provided fuel cell vehicle.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has attracted attention as a power source for electric vehicles. A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can generate electric power even at room temperature, and is being put into practical use for various applications.
[0003]
In general, as shown in FIG. 3A, a fuel cell system has a cathode electrode on one side and a anode electrode on the other side with a proton conductive polymer electrolyte membrane (PEM membrane) interposed therebetween. The electric power is generated by an electrochemical reaction between oxygen in the air supplied to the cathode electrode and hydrogen supplied to the anode electrode. As shown in FIG. 3B, the electric power generated by the fuel cell is driven by a drive motor M ₁ for driving a fuel cell vehicle, an air compressor as an auxiliary machine, a drive motor M ₂ such as a cooling water circulation pump, It is used to drive the M _3, and the like.
[0004]
Such an air supply system of the fuel cell system is desirably operated at a maximum air pressure of 200 to 300 kPaG from the viewpoint of power generation efficiency. The air compressed by the air compressor becomes a high temperature (100 ° C. or higher) by the compression heat and is discharged from the compressor. Since the air discharged from the compressor is operated at a temperature lower than that of the fuel cell, the air is supplied to the fuel cell after being cooled through an intercooler incorporated in the cooling system of the fuel cell. The
[0005]
On the other hand, the hydrogen supply system of the fuel cell system may be anything as long as it can supply hydrogen, such as a reformer for reforming hydrocarbon fuel, liquid hydrogen, high-pressure hydrogen tank, etc. For example, a high-pressure hydrogen tank is used. ing. Further, from the viewpoint of reusing unused hydrogen discharged from the fuel cell, hydrogen is circulated by a circulation means (not shown) (for example, a hydrogen pump or an ejector). In addition, since water other than fuel, such as produced water and nitrogen, accumulates in the circulation path, a purge line is provided for appropriately purging these and discharging them outside the system.
[0006]
As an arrangement structure of equipment (including auxiliary machines) in a vehicle equipped with such a fuel cell system, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-313239. As shown in FIG. 4A, this mount structure is formed through three mount members 103, 104, and 105 formed by three brackets 103A, 104A, and 105A and three rubber mounts 103B, 104B, and 105B. A main motor 101 for driving the vehicle is attached to the vehicle body frame 106 (right frame 106A: left frame 106C: cross member 106B). A compressor 110 and a compressor driving motor are attached to the main motor 101. 111 is attached. 4B is a side view of FIG. 4A viewed from the left frame 106c side.
With such an arrangement structure, the three mount members 103, 104, and 105 function as a common mount that absorbs vibrations of the main motor 101, the compressor 110, and the compressor drive motor 111, and are dedicated to the compressor. The vibrations can be suppressed without using the.
Further, by attaching the above-mentioned auxiliary machinery F to the main motor 101 via a belt, idler or the like, it is possible to move the auxiliary machinery F without providing a large number of motors (without providing a motor for each auxiliary machinery). ) It can be driven.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even with such a device arrangement structure, it has been desired to further reduce noise and vibration generated from the compressor 110 for the following reasons.
(1) As shown in FIG. 2A, since the air cleaner 113 provided on the suction side of the compressor 110 and the compressor 110 are connected via the rubber pipe 114, the radiated sound generated from the rubber pipe 114 (low It was difficult to reduce frequency noise).
(2) Further, as shown in FIG. 2 (b), the discharge port of the compressor 110 and the silencer 115, which are most likely to generate noise and vibration, are connected by a pipe 116. The radiation area for radiating the noise between the silencers 115 to the surrounding area is large, and it is difficult to reduce the radiated sound.
(3) On the other hand, when the compressor drive motor 111 that drives the compressor 110 is provided on the opposite side (transmission 102 side) of the main motor 101 for running the vehicle,
Since the main motor 101 for running the vehicle is larger in diameter than the transmission 102, the space for installing the silencer member provided on the discharge side of the compressor 110 is restricted, and the volume of the silencer member is increased. As a result, there is a problem that the noise and vibration in the passenger compartment are deteriorated because a sufficient silencing effect cannot be obtained.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system, noise and vibration around a compressor of an air supply system constituting a part of the fuel cell system are reduced. It is an object of the present invention to provide a fuel cell vehicle having a device arrangement structure that can be reduced.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A fuel cell vehicle according to the present invention made to solve the above problems includes a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant, and a compressor that supplies compressed air to the fuel cell as an oxidant. In the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system, the compressor is disposed in a front portion of the fuel cell vehicle, the fuel cell is disposed on the vehicle rear side of the compressor, and is discharged from the compressor. The compressed air is discharged in the forward direction of the vehicle and supplied to the fuel cell through a U-turn portion.
[0010]
According to such a fuel cell vehicle ,
(1) The compressor is disposed in the front part of the fuel cell vehicle, and the compressed air discharged from the compressor is discharged in the forward direction of the vehicle (opposite to the passenger compartment), that is, the discharge port of the compressor is occupant. Noise and vibration in the passenger compartment can be reduced by turning away from the passenger compartment.
(2) Further, by supplying the compressed air discharged from the compressor to the fuel cell via the U-turn portion, air can be supplied to the fuel cell provided on the vehicle rear side from the compressor.
[0011]
The fuel cell vehicle is characterized in that the previous SL arranged a silencing member to the U-turn portion.
[0012]
According to such a fuel cell vehicle , by arranging the muffling member in the U-turn part,
(1) Since the amount of the sound absorbing material can be filled more by making the length of the air flow path longer by making the air flow U-turn in the noise suppressing member, the sound absorbing effect of the noise reducing member can be improved.
(2) Further, by providing (directly attaching) a silencer member directly on the discharge side of the compressor, piping that connects the compressor discharge port and the silencer member becomes unnecessary, and the most radiated sound is generated. It is possible to minimize the surface area between the discharge port and the sound deadening member of the compressor that is easy to do. Therefore, the entire silencing member can be reduced in size.
[0013]
The fuel cell vehicle also includes a fuel cell equipped with a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between fuel and an oxidant, and a compressor that supplies compressed air to the fuel cell as an oxidant. In an automobile, there is provided a compressor module in which a main mount member for mounting a drive module in which a main motor for driving a vehicle and a transmission are integrated on a vehicle body, and the compressor and a compressor driving device for driving the compressor are integrated. A submount member mounted on the upper part of the drive module, the compressor module being disposed at an upper part and a rear part of the drive module, and discharging air compressed by the compressor to the front of the vehicle. It is a feature.
[0014]
According to such a fuel cell vehicle ,
(1) The vibration of the compressor module can be suitably absorbed by the sub-mount member, and the vibration of the compressor module and the drive module can be suitably absorbed by the main mount member. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
(2) Since the compressor module is disposed in the upper part and rear part of the drive module and the compressed air is discharged to the front of the vehicle, the discharge port of the compressor is directed away from the passenger compartment. Noise and vibration in the room can be reduced.
These synergistic effects can further reduce noise and vibration in the passenger compartment.
[0015]
The fuel cell vehicle, is characterized in that it comprises a silencing member to reduce the upper and noise and vibration of the compressed air discharged from the compressor to the front portion of the front SL drive module.
[0016]
According to such a fuel cell vehicle , since the sound deadening member is provided in a place where the noise is most easily generated by the air discharged from the compressor to the front part of the vehicle, the sound deadening effect can be increased, and the noise in the passenger compartment can be increased. Vibration can be reduced. Also, the space above the drive module can be used effectively.
[0017]
The fuel cell vehicle, is characterized in that it has placed the compressor to the transmission side of the front SL drive module.
[0018]
According to such a fuel cell vehicle , even if the diameter of the main motor for running the vehicle is larger than that of the transmission, the volume of the silencer member is increased because the space space for disposing the silencer member is not limited. can do. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an embodiment of a fuel cell vehicle according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In this embodiment, an arrangement structure of devices that can reduce noise and vibration around a compressor of an air supply system constituting a part of a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle will be described.
FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of air supply system devices in a fuel cell vehicle according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram of piping and devices around the compressor of the fuel cell vehicle according to the present invention. It is a figure for demonstrating how it differs.
[0020]
As shown in FIG. 1, the drive part in the fuel cell vehicle according to the present invention is
A drive module 1 provided in the front part of the vehicle;
A compressor module 2 provided at the upper part thereof,
Two silencers that are silencers 3 provided on the air discharge side of the compressor module 2, that is, a first silencer 3a and a second silencer 3b;
An intercooler 4 for cooling the air discharged from the second silencer 3b;
Electric power is generated by reacting oxygen in the air supplied from the intercooler 4 to the cathode electrode and hydrogen, which is a fuel supplied to the anode electrode, to drive the drive module 1 and the compressor module 2. A fuel cell 5 to be supplied;
The main part consists of
[0021]
The drive module 1 includes a main motor 1a and a transmission 1b for driving the vehicle. The drive module 1 is provided in the front part of the vehicle, and is provided so that the shaft of the main motor 1a is in the same direction as the vehicle width direction of the vehicle.
The drive module 1 is mounted at three points on the left and right body frames and cross members via main mount members, as in the conventional case.
The main motor 1 a is a three-phase electric motor, and driving power is supplied from the fuel cell 5.
The transmission 1b is for changing the gear ratio and transmitting the power of the main motor 1a to the axle of the vehicle. The transmission 1b may be any transmission that can transmit the power of the main motor 1a to the vehicle axle.
[0022]
The compressor module 2 includes a compressor driving motor 2a that is a compressor driving device for driving the compressor 2b and the compressor 2b.
A chamber 2b1 (plenum chamber) that forms a box-like space is directly attached to the air suction side of the compressor 2b. A sound absorbing material is provided in the chamber 2b1.
By attaching the chamber 2b1 (plenum chamber) to the suction side of the compressor 2b as described above, the air cleaner and the compressor 2b are conventionally connected by rubber piping as shown in FIG. Although it was difficult to reduce the radiated sound (particularly low frequency noise) from the rubber part, by providing the chamber 2b1 between the rubber pipe and the compressor 2b, the radiated sound (particularly low frequency noise) is provided. Noise) can be suitably reduced.
The compressor module 2 is mounted at four points on the rear upper part of the drive module 1 via a submount member. Of the four points, two points are supported on the main motor 1a side, and two points are supported on the transmission 1b side.
In the present embodiment, the compressor drive motor 2a is used as the compressor drive device, but an expander for recovering power may be used.
[0023]
By mounting the drive module 1 and the compression module 2 in this way,
(1) The vibration of the compressor module 2 can be suitably absorbed by the sub-mount member, and the vibration of the compressor module 2 and the drive module 1 can be suitably absorbed by the main mount member. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
(2) By disposing the compressor module 2 at the upper part and the rear part of the drive module 1 and discharging the compressed air to the front of the vehicle, the discharge port of the compressor 2b is directed away from the passenger compartment. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced even if the radiated sound is loud. Moreover, noise and vibration in the passenger compartment can be further reduced by these synergistic effects.
[0024]
The silencer member 3 is composed of two silencers 3a and 3b. A first silencer 3a is attached to the discharge port of the compressor 2b, and a second silencer 3b is provided downstream thereof. Yes.
The first silencer 3a is for reducing low frequency noise / vibration, and the second silencer 3b is for reducing high frequency noise / vibration.
Since the second silencer 3b is a high-frequency silencer, the diameter (volume) can be made smaller than that of the first silencer 3a (since high-frequency noise can be easily attenuated in the flow). .
The first silencer 3a and / or the second silencer 3b is filled with a sound absorbing material, respectively. Noise and vibration can be further reduced by filling the sound absorbing material.
In particular, the noise reduction effect can be increased by providing the first silencer 3a on the discharge side of the compressor 2b where the noise is most easily generated by the air discharged from the compressor 2b to the front part of the vehicle. Vibration can be reduced.
[0025]
First, the first silencer 3a of the two silencers 3a and 3b will be described.
As shown in FIG. 2B, the first silencer 3a is directly attached to the discharge port of the compressor 2b that is most likely to generate noise, without a pipe.
By arranging in this way, it is possible to reduce piping that has been conventionally connected between the discharge port of the compressor and the silencer. As a result, the number of pipes can be reduced, and the radiation area (surface area) of noise between the discharge port of the compressor 2b and the first silencer 3a that generates the largest amount of radiation sound can be minimized.
The 1st silencer 3a is attached so that the air discharged from the compressor 2b may be discharged in the direction opposite to the passenger compartment at the front part of the vehicle.
By providing the first silencer 3a in this way, the discharge port of the compressor 2b moves away from the passenger compartment, so that noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
Further, the air flow path in the first silencer 3a is formed so that a U-turn can be formed inside as shown in FIG.
In this way, by making the air flow direction U-turn in the first silencer 3a provided on the discharge side of the compressor 2b, the length of the silencer 3 can be increased in a narrow space ( As a result of the sound energy being further attenuated, the silencing effect can be improved.
Further, by supplying the compressed air discharged from the compressor 2b to the fuel cell 5 via the U-turn portion, air can be supplied to the fuel cell 5 provided on the vehicle rear side of the compressor 2b. .
[0026]
Next, the second silencer 3b will be described with reference to FIG.
The second silencer 3b is a pipe provided downstream from the first silencer 3a, and is disposed on the side of the compressor 2b and below the chamber 2b1.
The second silencer 3b is formed of a portion that descends in the vertical direction of the paper surface of FIG. 1 from the front to the rear of the vehicle and a portion that extends toward the rear of the vehicle after being lowered.
Since the second silencer 3b is a high-frequency silencer, the diameter (volume) can be made smaller than that of the first silencer 3a (because high-frequency noise can be easily attenuated in the flow). Therefore, the installation space is smaller than that of the first silencer 3a, and it can be installed even in a narrow space. Therefore, the installation space of the silencing member 3 as a whole can be reduced by combining the first silencer 3a and the second silencer 3b.
[0027]
The intercooler 4 is a heat exchanger and is a cooler for cooling the temperature of the air discharged from the second silencer 3 b to a temperature suitable for the operation of the fuel cell 5, for example, 80 ° C.
As the intercooler 4, a water-cooled multitubular heat exchanger is used in the present embodiment.
The heat exchanger that can be used as the intercooler 4 may not be a water-cooled multi-tubular heat exchanger as long as it can be cooled to a temperature suitable for the operation of the fuel cell 5. For example, an air-cooled finned heat exchanger or a water-cooled corrugated tube heat exchanger may be used.
[0028]
The fuel cell 5 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and generates electricity by reacting hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank to the fuel cell 5 and oxygen in the air supplied from the front of the vehicle. The electric power generated by the fuel cell 5 is converted from direct current to alternating current through an inverter and then supplied as drive power to the main motor 1a for running the vehicle, as well as drive power for auxiliary equipment and other fuel cell vehicles. It is supplied as electric power for charging equipment such as a battery.
[0029]
The operation of the fuel cell vehicle having such a configuration will be described with reference to FIGS.
(1) Air is sucked into the compressor 2b from the left side of the vehicle through the air cleaner.
(2) At this time, a large chamber 2b1 is provided at the inlet of the compressor 2b, and since a sound absorbing material is provided in the chamber 2b1, radiated sound generated from the rubber piping can be reduced ( (See FIG. 2 (a)).
(3) The air sucked into the compressor 2b is compressed in the compressor 2b and then discharged in the vehicle front direction.
By discharging air in front of the vehicle, air is discharged in a direction away from the passenger compartment, so noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
(4) The air discharged in the forward direction of the vehicle is introduced into the first silencer 3a.
Since the first silencer 3a is directly attached to the discharge part of the compressor 2b, the pipe connecting the discharge port of the compressor and the first silencer is not necessary, and the radiation area of noise is reduced. Can be small.
(5) The air introduced into the first silencer 3a makes a U-turn in the first silencer 3a and changes the flow direction to the rear of the vehicle.
By providing the U-turn part, the air flow path in the first silencer 3a can be lengthened even in a narrow installation space, so that the silencing effect is improved. Further, by supplying the compressed air discharged from the compressor 2b to the fuel cell 5 via the U-turn portion, air can be supplied to the fuel cell 5 provided on the vehicle rear side of the compressor 2b. .
(6) The air introduced into the second silencer 3b from the first silencer 3a is reduced in high-frequency noise by the second silencer 3b having a smaller tube diameter than the first silencer 3a. It is introduced into the intercooler 4. The air cooled by the intercooler 4 and having an appropriate temperature (for example, 80 ° C.) as the gas temperature supplied to the fuel cell 5 is supplied to the fuel cell 5.
By cooling the air discharged from the second silencer 3b by the intercooler 4, the energy held by the air itself can be further reduced to suppress the generation of noise.
(7) In the fuel cell 5, oxygen in the air supplied to the cathode electrode by the compressor 2b reacts with hydrogen supplied to the anode electrode to generate power. The generated electric power is used as electric power for driving the main motor 1a, the compressor drive motor 2a, and the like.
[0030]
According to the fuel cell automobile according to the present invention having such a configuration and operation, as an arrangement structure of devices around the compressor 2b of the fuel cell system,
(1) A chamber (plenum chamber) is provided on the suction side of the compressor 2b,
(2) The first silencer 3a is provided on the discharge side (front direction of the vehicle) of the compressor 2b,
(3) The second silencer 3b is arranged on the side of the compressor 2b,
Further, the drive module 1 is supported on the vehicle body at three points using the main mount member, and the compressor module 2 is supported on the rear upper part of the drive module 1 at four points using the sub-mount member. It is possible to provide a fuel cell vehicle provided with a device arrangement structure that can reduce vibration.
[0031]
In addition, since the compressor 2b is disposed on the transmission 1b side of the drive module 1, a space space in which the muffling member 3 is disposed even if the main motor 1a for running the vehicle has a larger diameter than the transmission 1b. Therefore, the volume of the sound deadening member 3 can be further increased. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
[0032]
Finally, the present invention is not limited to the fuel cell vehicle according to the above-described embodiment, and can be implemented with appropriate modifications within a scope that does not depart from the technical scope of the invention.
For example, in this embodiment, hydrogen is supplied to the fuel cell as the fuel. However, the fuel may be anything as long as it reacts with oxygen in the compressed air. For example, an organic hydrogen-containing compound is reformed by a reformer. The reformed hydrogen produced by this can also be supplied.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention having the above configuration and operation, the following effects can be obtained.
1.
(1) The compressor is disposed in the front part of the fuel cell vehicle, and the compressed air discharged from the compressor is discharged in the forward direction of the vehicle (opposite to the passenger compartment), that is, the discharge port of the compressor is occupant. Noise and vibration in the passenger compartment can be reduced by turning away from the passenger compartment.
(2) Further, by supplying the compressed air discharged from the compressor to the fuel cell via the U-turn portion, air can be supplied to the fuel cell provided on the vehicle rear side from the compressor.
2. And by arranging a muffling member in the U-turn part,
(1) Since the amount of the sound absorbing material can be filled more by making the length of the air flow path longer by making the air flow U-turn in the noise suppressing member, the sound absorbing effect of the noise reducing member can be improved.
(2) Further, by providing (directly attaching) a silencer member directly on the discharge side of the compressor, piping that connects the compressor discharge port and the silencer member becomes unnecessary, and the most radiated sound is generated. It is possible to minimize the surface area between the discharge port and the sound deadening member of the compressor that is easy to do. Therefore, the entire silencing member can be reduced in size.
3. Also,
(1) The vibration of the compressor module can be suitably absorbed by the sub-mount member, and the vibration of the compressor module and the drive module can be suitably absorbed by the main mount member. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
(2) Since the compressor module is disposed in the upper part and rear part of the drive module and the compressed air is discharged to the front of the vehicle, the discharge port of the compressor is directed away from the passenger compartment. Noise and vibration in the room can be reduced. These synergistic effects can further reduce noise and vibration in the passenger compartment.
4). Furthermore, since the silencing member is provided in a place where noise is most likely to be generated by the air discharged from the compressor to the front part of the vehicle, the silencing effect can be increased, and noise and vibration in the passenger compartment can be reduced. . Also, the space above the drive module can be used effectively.
5). Furthermore, even if the diameter of the main motor for driving the vehicle is larger than that of the transmission, the volume of the silencer can be increased because the space for arranging the silencer is not limited. Therefore, noise and vibration in the passenger compartment can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a device arrangement of an air supply system in a fuel cell vehicle according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining how pipes and devices around a compressor of a fuel cell vehicle according to the present invention are different from conventional ones.
(A) It is a figure for demonstrating the difference with the conventional method of the installation of the chamber provided in the suction part of the compressor of the fuel cell vehicle which concerns on this invention.
(B) It is a figure for demonstrating the difference with the past of the installation method of the muffling member provided in the discharge part of the compressor of the fuel cell vehicle which concerns on this invention.
FIG. 3A is a diagram for explaining a conventional fuel cell system;
(B) It is a figure for demonstrating the electric power supply destination which supplies the electric power generated with the conventional fuel cell.
FIG. 4A is a plan view showing a device arrangement of an air supply system in a fuel cell vehicle equipped with a conventional fuel cell system.
(B) It is a side view of Fig.4 (a).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive module 1a Main motor 1b Transmission 2 Compressor module 2a Compressor drive motor (compressor drive device)
2b Compressor 2b1 Chamber 3 Silencer 3a First silencer 3b Second silencer 4 Intercooler 5 Fuel cell

Claims

In a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant, and a compressor that supplies compressed air to the fuel cell as an oxidant,
Placing the compressor in the front part of the fuel cell vehicle;
The fuel cell is arranged on the vehicle rear side of the compressor,
Discharging compressed air discharged from the compressor in the forward direction of the vehicle;
Configured to supply to the fuel cell via a U-turn section ;
A silencer having a first silencer for low frequency and a second silencer for high frequency,
The first silencer is disposed in the U-turn part,
Compressed air from the compressor flows in the order of the first silencer and the second silencer .

2. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the first silencer is directly connected to a discharge port of compressed air in the compressor.

A main mount member for mounting a drive module in which a main motor and a transmission for driving a vehicle are integrated on a vehicle body;
A sub-mount member that mounts a compressor module that integrates the compressor and a compressor driving device that drives the compressor on the top of the drive module;
Further comprising
The compressor module is disposed at the upper part and the rear part of the drive module.
The fuel cell vehicle according to claim 1 or claim 2, wherein

The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein the compressor is disposed on a transmission side of the drive module.