JP3977231B2 - 燃料電池車両の換気構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池が収容される燃料電池ボックスと水素タンクとをフロアパネル下に搭載する燃料電池車両の換気構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水素ガスと空気等の酸化剤ガスとを反応ガスとして使用し、これらを電気化学反応させることで発電する燃料電池を搭載した燃料電池自動車が実車化の方向で検討されている。このような燃料電池自動車は、その運転によって排出するものが純水のみとなるため、環境への影響が少なく、次世代の自動車として大いに注目されている。
上記のような燃料電池自動車では、燃料電池をボックスに収容した状態でフロアパネル下に搭載することが多いが、ボックスを密封すると燃料電池の周辺に水素ガスが滞留することがあるので、例えばボックスに排出経路を接続して水素ガスを大気に拡散させるという換気構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２５８５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フロアパネル下には、水素ガスを蓄える水素タンクが配置されていることが一般的である。水素タンクの周辺は通常は開放されているが、例えば水素タンクとフロアパネルとの間は換気性が悪く、このような部位を必要に応じて換気する換気系を設けることが検討されている。
しかしながら、上記のような水素タンク用の換気系を新たに設けることは部品点数及び車両重量を大幅に増加させることとなり、その使用頻度を考慮すると効率的ではないため、簡易な構成によって水素タンク周辺の換気を実現させることが要望されている。
そこで、この発明は、水素タンク周辺の換気を、簡易な構成で行うことができる燃料電池車両の換気構造を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段として、本発明は下記手段を提供する。
【０００７】
請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば実施の形態における燃料電池スタック５）が収容される燃料電池ボックス（例えば実施の形態における燃料電池システムボックス４）と、該燃料電池ボックスの後方に配置される水素タンク（例えば実施の形態における水素タンク７）とをフロアパネル（例えば実施の形態におけるフロアパネル３）下に搭載する燃料電池車両（例えば実施の形態における燃料電池自動車１）の換気構造であって、前記燃料電池ボックスの後部に該燃料電池ボックス内の換気流を送出する送出口（例えば実施の形態における送出口１５）を設け、前記燃料電池ボックスと前記水素タンクとの間には前記送出口と接続した排気ダクト（例えば実施の形態における排気ダクト１６）を設け、該排気ダクトの排出口（例えば実施の形態における排出口１７）を前記水素タンクの中心軸（例えば実施の形態における軸線Ｃ）よりも高い位置に設け、前記水素タンクの上面に沿って前記換気流を排出することを特徴とする燃料電池車両の換気構造を提供する。
【０００８】
この構成によれば、燃料電池ボックス内を換気した換気流を、燃料電池ボックスの後方に配置される水素タンクの上方を流通させるように排出する排気ダクトを設けることのみで、水素タンクとフロアパネルとの間であって換気性の悪い部位に水素ガスが滞留することを防止することができる。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、前記排気ダクトは、車幅方向に延設されるダクト本体（例えば実施の形態におけるダクト本体２２）を備え、該ダクト本体の一端側を前記送出口に接続し、他端側には前記送出口に対して車幅方向にずらした位置に配置される前記排出口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の換気構造を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、１は燃料電池自動車であって、その車体２の車室部分のフロアパネル３下には、燃料電池システムボックス（燃料電池ボックス）４が搭載されている。この燃料電池システムボックス４は、燃料電池スタック（燃料電池）５及びこれを覆う燃料電池スタックボックス６、並びに燃料電池スタック５に関連する補機類が収容されたものである。燃料電池システムボックス４の後方であってフロアパネル３下には、水素ガスを蓄える二つの水素タンク７，７が前後方向で隣接配置されており、燃料電池スタック５は、各水素タンク７から供給される水素ガスと、ボンネット８下に搭載された駆動系ユニット９内のスーパーチャージャーから供給される空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させることで発電し、その電力が駆動系ユニット９内のモータに供給されることで、燃料電池自動車１が走行可能となっている。
【００１４】
ボンネット８と駆動系ユニット９との間には、外気導入用のファン１０ａを備えるファンケース１０が配置され、このファンケース１０の後部から延出される外気導入経路１１が燃料電池システムボックス４の前部に接続されて、燃料電池システムボックス４内に外気が導入可能となっている。燃料電池システムボックス４内に導入された外気は換気流となって燃料電池システムボックス４内を流通した後、燃料電池システムボックス４の後部から車体後方に向かって排出されるようになっている。
【００１５】
図２に示すように、燃料電池システムボックス４の前壁１２には、その車幅方向右側部に前記外気導入経路１１が接続される導入口１３が設けられている。また、燃料電池システムボックス４の後壁１４には、その車幅方向両側部に燃料電池システムボックス４内を流通した換気流の送出口１５，１５が設けられている。そして、燃料電池システムボックス４の後壁１４の外側には、送出口１５，１５と各々接続されて車幅方向内側に向かって延びる排気ダクト１６，１６が設けられている。各排気ダクト１６の車幅方向中央付近には、後方に向かって換気流を排出する排出口１７が各々設けられており、燃料電池システムボックス４から送出された換気流は、各排気ダクト１６を介して車幅方向中央付近の後方に向かって排出されるようになっている。
【００１６】
ここで、水素タンク７，７は各々略円筒状に形成されるもので、これらが車幅方向と平行に軸線Ｃを配置し、互いに車幅方向及び高さ方向の位置を合わせて前後方向に位置をずらした状態で車体２に固定されている。各水素タンク７には、これらを車体２に固定するための二つのバンド１８，１８が、軸線Ｃ方向、つまり車幅方向に位置をずらした状態で、各水素タンク７の外周部に巻回されている。各バンド１８には図示しない締結部等が設けられており、水素タンク７の径方向での厚さを有している都合上、各水素タンク７とフロアパネル３との間であって各バンド１８で挟まれた部位は、各バンド１８の外側の部位と比較して自然換気され難い構造となっている。
【００１７】
燃料電池システムボックス４内を流通する換気流は、前壁１２の導入口１３から後壁１４の各送出口１５に向かうため、燃料電池システムボックス４内を車幅方向に広がるように流通するようになっている。すなわち、図２の破線矢印Ａで示すように、燃料電池システムボックス４の前壁１２右側部に設けられた導入口１３から、燃料電池システムボックス４の後壁１４両側部に設けられた送出口１５，１５に向かって広がりながら、かつ燃料電池スタックボックス６の左右の間隙を縫うように流通することとなる。
【００１８】
また、燃料電池システムボックス４内を流通する換気流は、図３に示すように、前壁１２の導入口１３から後壁１４の各送出口１５に向かうため、燃料電池システムボックス４内をその上下に渡って流通するようになっている。すなわち、図３の破線矢印Ｂで示すように、燃料電池システムボックス４の前壁１２下部に設けられた導入口１３から、燃料電池システムボックス４の後壁１４上部に設けられた送出口１５に向かって、燃料電池スタックボックス６の上下の間隙を縫うように流通することとなる。
ここで、各排気ダクト１６の排出口１７は、水素タンク７の軸線Ｃよりも高い位置に設けられており、前側の水素タンク７における外周面１９の上部に向かって換気流を排出するようになっている。
【００１９】
図４に示すように、燃料電池システムボックス４の後部に設けられる各排気ダクト１６は、上下方向に蛇行する二つの蛇行部２０，２１を有し車幅方向に延設されるダクト本体２２と、燃料電池システムボックス４の送出口１５に接続される接続口２３と、車幅方向中央近傍で後方に向かって開口する排出口１７とを備えている。排気ダクト１６の接続口２３と排出口１７とは略同一高さに配設され、これらの間を略水平に延びる中空のダクト本体２２が繋いでいる。なお、各排気ダクト１６は、図示しないフランジ部を有し、ボルト等によって燃料電池システムボックス４の後部に取り付けられている。
【００２０】
そして、ダクト本体２２に設けられる蛇行部２０，２１は、ダクト本体２２の換気流経路の一部を下方へ突出するように変化させるＶ字型に形成されている。これら各蛇行部２０，２１を設けたことにより、ダクト本体２２の上部内壁には二箇所の山部２４，２５が突出成形され、これら山部２４，２５が排気ダクト１６内を流通する換気流と干渉することとなる。また、ダクト本体２２の下部内壁には、山部２４，２５に対応する谷部２６，２７が陥没成形され、これら谷部２６，２７の底部２８，２９には各々ドレンパイプ３０ａ，３１ａを有する排水孔３０，３１が設けられている。ここで、車幅方向外側に位置する蛇行部２１は、車幅方向内側に位置する蛇行部２０と比較して大型でかつ相似形状のＶ字型に形成されている。また、蛇行部２１の谷部２７に設けられるドレンパイプ３１ａは、その先端側が車幅方向外側に指向している。
【００２１】
各ダクト本体２２は、その車幅方向外側端が側壁３２で閉塞されると共に、接続口２３の下方に向かって屈曲するように経路３３が形成され、この経路３３の下端には、ダクト本体２２の内径を拡張するように形成された水溜り室３４が接続されている。この水溜り室３４は、底部３５と側壁部３６、３６とを有する略箱型に形成されており、かつ、その底部３５には、各谷部２６，２７の底部２８．２９と同様、排水孔３７及びドレンパイプ３７ａが設けられている。
【００２２】
次に、作用について説明する。
まず、燃料電池自動車１のイグニッションをＯＮにする等の動作により、燃料電池スタック５が発電を開始すると、必要に応じてファンケース１０のファン１０ａが作動し、外気導入経路１１を介して燃料電池システムボックス４に外気が導入される。そして、この外気が換気流となって燃料電池システムボックス４内部の換気が行われる。
【００２３】
このとき、燃料電池システムボックス４内を流通する換気流は、燃料電池システムボックス４の前壁１２下部の右側部に設けられた導入口１３から、燃料電池システムボックス４の後壁１４上部の両側部に設けられた送出口１５，１５に向かって、車幅方向で広がりかつ上下に渡って流通するため、燃料電池スタックボックス６の周辺の間隙にも換気流が流通し、燃料電池システムボックス４内の換気性が向上している。
【００２４】
燃料電池システムボックス４から送出される換気流は、図２の破線矢印Ｄで示すように、排気ダクト１６，１６を介して車幅方向中央付近の後方に向かって排出される。このとき、各排気ダクト１６の排出口１７が水素タンク７における軸線Ｃよりも高い位置に設けられているため、排出された換気流は、図３の破線矢印Ｅで示すように、その後方に位置する前側の水素タンク７における外周面１９に沿うように上方に受け流され、その結果、換気流が水素タンク７の上方、つまり水素タンク７とフロアパネル３との間を流通することとなる。
【００２５】
水素タンク７とフロアパネル３との間であって、水素タンク７を車体２に固定する各バンド１８の外側の部位、つまり車幅方向外側の部位は換気性が良好である一方、各バンド１８の内側の部位、つまり車幅方向中央付近は比較的換気性が悪く、水素ガスが滞留し易くなっているが、この部位に燃料電池システムボックス４からの排気換気流を流通させることで、水素ガスが滞留することを防止することができる。
したがって、燃料電池システムボックス４から排出される換気流を導く排気ダクト１６を設けることのみで、水素タンク７周辺全域を良好に換気することができる。
【００２６】
また、排気ダクト１６の排出口１７がフロアパネル３下で開口しているため、雨水等の水が排出口１７から排気ダクト１６内に浸入することがあるが、このとき、排気ダクト１６内に浸入した水がダクト本体２２に形成される蛇行部２０の山部２４に衝突することで、浸入した水が滴下し、その水が谷部２６に受け止められ、排水孔３０より排気ダクト１６外部に排出される。また、蛇行部２０よりもさらに車幅方向外側、つまり燃料電池システムボックス４の送出口１５側に水が移行したとしても、比較的大型に形成される蛇行部２１により、前記蛇行部２０と同様にかつより確実に水が排気ダクト１６外部に排出される。ここで、蛇行部２１の谷部２７に設けられるドレンパイプ３１ａは、その先端側が車幅方向外側に指向しているため、排出口１７から浸入した水の進行方向にドレンパイプ３１ａが指向することとなり、水の排出性が高まっている。
【００２７】
そして、蛇行部２１よりもさらに車幅方向外側に水が移行した場合でも、ダクト本体２２の車幅方向外側端に形成される側壁３２に衝突して滴下し、接続口２３の下方に向かって形成される経路３３を通じて水溜り室３４に受け止められ、排水孔３７より排気ダクト１６外部に排出されることとなる。
したがって、車幅方向に延びる排気ダクト１６の形状を有効利用して、燃料電池システムボックス４内への水の浸入を確実に防止することができる。
【００２８】
上記実施の形態によれば、燃料電池システムボックス４から排出される換気流を、水素タンク７とフロアパネル３との間であって車幅方向中央付近に流通するように導く排気ダクト１６を設けることのみで、水素タンク７周辺の水素ガスの滞留を防止することができる。すなわち、部品点数及び車両重量の増加を抑えた上で、水素タンク７周辺の換気を良好に行うことができる。
【００２９】
また、燃料電池システムボックス４内を流通する換気流が、前壁１２下部の右側部に設けられた導入口１３から後壁１４上部の両側部に設けられた送出口１５，１５に向かって、車幅方向で広がりかつ上下に渡って流通するため、燃料電池システムボックス４内の換気を良好に行うことができる。
【００３０】
さらに、車幅方向に延びる排気ダクト１６を有効利用し、ダクト本体２２に蛇行部２０，２１及び水溜り室３４を設けることで、排出口１７から排気ダクト１６内に浸入した水が確実に外部に排出され、燃料電池システムボックス４内への水の浸入を確実に防止することができる。
【００３１】
なお、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、燃料電池システムボックス４の換気流の導入口１３を両側部に設け、送出口１５を一箇所として、排気ダクト１６の数を削減することもできる。また、左右の排気ダクト１６，１６を一体化した構成としてもよい。
さらに、排気ダクト１６の接続口２３と排出口１７とを異なる高さとなるように設けてもよい。また、排出口１７を水素タンク７の軸線Ｃよりも高い位置に設けなくとも、換気流の排出方向を斜め上後方とすることで、水素タンク７の上方を流通させるようにしてもよい。
そして、排気ダクト１６の蛇行部２０，２１及び水溜り室３４等の構成は一例であり、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、燃料電池ボックスから排出される換気流を、水素タンクの上方を流通させるように排出することのみで、水素タンクとフロアパネルとの間に水素ガスが滞留することを防止することができるため、部品点数及び車両重量の増加を抑えて、水素タンク周辺の換気を良好に行うことができる。
【００３３】
本発明によれば、燃料電池ボックス内を換気した換気流を、燃料電池ボックスの後方に配置される水素タンクの上方を流通させるように排出する排気ダクトを設けることのみで、水素タンクとフロアパネルとの間であって換気性の悪い部位に水素ガスが滞留することを防止することができるため、簡易な構成により水素タンク周辺の換気を良好に行うことができる。
【００３４】
本発明によれば、燃料電池ボックス内を流通する換気流を、燃料電池ボックスの前部に設けられた導入口から後部両側に設けられた送出口に向かって広がるように流通させることで、燃料電池ボックス内の換気を良好に行うことができる。そして、燃料電池ボックス内を換気した換気流を、排気ダクトを介して、所望の部位に排出することができる。
【００３５】
本発明によれば、燃料電池ボックスの後部両側に設けられた送出口から送出される換気流を、排気ダクトを介して、車幅方向中央近傍の排出口より排出することができる。そして、排出口から排気ダクト内に水が浸入しても、車幅方向に延びる排気ダクトを有効利用して、水をダクト本体の蛇行部の谷部に溜めると共に排水孔より排気ダクトの外部に排出できるため、排気ダクトの接続口側への水の移行を阻止して、燃料電池ボックス内への水の浸入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態における燃料電池自動車の側面説明図である。
【図２】 燃料電池システムボックス及び水素タンクの上面図である。
【図３】 図２の側面図である。
【図４】 燃料電池システムボックスの後面図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池自動車（燃料電池車両）
４ 燃料電池システムボックス（燃料電池ボックス）
３ フロアパネル
５ 燃料電池スタック（燃料電池）
７ 水素タンク
１３ 導入口
１５ 送出口
１６ 排気ダクト
１７ 排出口
２０，２１ 蛇行部
２２ ダクト本体
２３ 接続口
２６，２７ 谷部
３０，３１ 排水孔

Claims (2)

1. 燃料電池が収容される燃料電池ボックスと、該燃料電池ボックスの後方に配置される水素タンクとをフロアパネル下に搭載する燃料電池車両の換気構造であって、
   前記燃料電池ボックスの後部に該燃料電池ボックス内の換気流を送出する送出口を設け、前記燃料電池ボックスと前記水素タンクとの間には前記送出口と接続した排気ダクトを設け、該排気ダクトの排出口を前記水素タンクの中心軸よりも高い位置に設け、前記水素タンクの上面に沿って前記換気流を排出することを特徴とする燃料電池車両の換気構造。
2. 前記排気ダクトは、車幅方向に延設されるダクト本体を備え、該ダクト本体の一端側を前記送出口に接続し、他端側には前記送出口に対して車幅方向にずらした位置に配置される前記排出口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の換気構造。

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