JP4348170B2

JP4348170B2 - 燃料電池システムの吸気装置

Info

Publication number: JP4348170B2
Application number: JP2003395931A
Authority: JP
Inventors: 和喜荒巻; 雅史品田; 善民横田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: JP2005158512A

Description

この発明は、車両用の燃料電池システムの吸気装置に関する。

燃料電池システムは、圧縮機を設け、吸気配管にて吸い込んだ空気を、エアクリーナにて塵を濾過して、燃料電池に送り込む吸気装置を備えている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−５０３８５

車両用の燃料電池システムにあって、吸気装置はエンジンルーム（動力室）内に設けられることが多く、また、圧縮機の脈動による吸気音を低減するためには、吸気配管はある程度以上の長さが必要であるため、多くの場合エンジンルーム内のラジエータの後方に設けられる。

そのため、エアクリーナ内に燃料電池の硫黄化合物からの被毒を抑え、長期間の被毒による出力低下を防止するために、硫黄化合物等を吸着する活性炭等の物理吸着型ケミカルフィルタを設けた場合、高負荷運転時においてはラジエータの放熱が非常に大きくなって、ラジエータの後方の吸気配管が過熱されることから、ケミカルフィルタを通る吸気の温度が高くなってしまい、ケミカルフィルタの吸着効率が低下することが避けられない。

したがって、高負荷運転時の燃料電池の被毒および長期間におよぶ被毒による出力低下を回避できないのである。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもので、吸気の温度の上昇を抑制して、ケミカルフィルタの吸着効率の低下を抑え、燃料電池の出力低下を回避することを目的としている。

本発明は、圧縮機と、少なくとも空気中の硫黄化合物を吸着するケミカルフィルタを内蔵したエアクリーナとを備え、エアクリーナを通った空気を圧縮機を介して燃料電池に送り込む車両用の燃料電池システムにおいて、エアクリーナへ外気を導く吸気配管の周りを覆うケースを設け、ケース内の吸気配管の周りに空気層を形成し、吸気配管の最下部位にドレイン孔を設け、ケースは、そのドレイン孔よりも上流からエアクリーナまでの吸気配管を連続的に覆い、ケースの底面に外部ドレイン孔を設ける。

本発明によれば、エアクリーナのケミカルフィルタを通る吸気の温度の上昇を抑制でき、硫黄化合物等の良好な吸着効率を保って、燃料電池の出力低下を回避でき、燃料電池の劣化を抑えることができ、さらに、吸気配管からの放射音を低減することができる。

以下、第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は燃料電池車１の燃料電池システムの吸気系の配置構成を表す。

図１のように、燃料電池車１のエンジンルーム（動力室）２内に圧縮機３、エアクリーナ４、吸気配管５を配置している。

エンジンルーム２内の前方部位には、図示しないモータ、パワー制御ユニット、燃料電池（燃料電池スタック）６等の冷却系のラジエータ７を配置している。

吸気配管５は、ラジエータ７の上方に入口部を開口している。吸気配管５の途中は、下方に折曲部８を形成して、後出口部をエアクリーナ４の入口部に接続する。

エアクリーナ４は、内部に硫黄化合物等を吸着する活性炭等の物理吸着型ケミカルフィルタ９を装着している。エアクリーナ４の出口部は、圧縮機上流配管１０を介して圧縮機３に接続している。

圧縮機３の上流を吸気モジュール（点線枠部分の構成）と称す。圧縮機３の下流は、アフタクーラ１１、マイクロフィルタ１２、加湿器１３を経由して、燃料電池６に接続している。

吸気配管５の所要部分に、吸気配管５の周りを覆うケース１４を設ける。この場合、ラジエータ７の放熱風を受けやすい吸気配管５の部位にケース１４を設ける。

ケース１４は、吸気配管５の周りを密閉するように形成する。すなわち、ケース１４内の吸気配管５の周りに密閉した空間（空気層）１５を形成する。

このようにケース１４と吸気配管５との間に形成した空間（空気層）１５は、断熱層となり、そのため燃料電池車１の高負荷運転時においても、断熱層によりラジエータ７等からの熱が吸気配管５の空気に伝わりにくくなり、吸気の温度が上昇することを防止する。

これにより、エアクリーナ４のケミカルフィルタ９に流入する吸気の温度が低く保たれ、したがって、ケミカルフィルタ９の硫黄化合物等の吸着効率が低下するようなことはなく、燃料電池６の出力低下が回避されると共に、燃料電池６の劣化を抑えられる。

また、吸気の温度の上昇を抑制するので、圧縮機３の効率も高くなる。また、吸気配管５の周りを覆うので、吸気配管５からの放射音が低減できる。

図２は、第２の実施形態を示す。

これは、前記形態の吸気配管５の最下部位にドレイン孔２０を設け、ケース１４は、そのドレイン孔２０よりも上流からエアクリーナ４までの吸気配管５を連続的に覆い、底面にドレイン孔２１を設けたものである。

ドレイン孔２０は、吸気配管５の途中の折曲部８の最下部位に小径に、ドレイン孔２１は、ケース１４の底面に小径に形成している。ケース１４の後端は、エアクリーナ４に連結して良い。

このように構成することで、吸気配管５内に溜まった水を抜くことができ、吸気配管５の水抜きに必要なドレイン孔２０までケース１４内に収めれば、そのドレイン孔２０から漏れる吸気音を低減できる。また、エアクリーナ４までケース１４を設けることで、断熱層（空気層１５）を大きくでき、遮熱に効果的である。

図３は、第３の実施形態を示す。

これは、前記形態のケース１４内の吸気配管５に分岐管３０を設け、分岐管３０の先端をケース１４内で開口させたものである。

このように構成することで、ケース１４内の空間１５をレゾネータ（共鳴器）として活用して、消音効果が得られ、吸気音を低減できる。

また、ケース１４内を吸気によって換気できるため、断熱層（空間１５）の空気は長時間の高負荷運転においても外気温度並に低く抑えられ、そのため、ケミカルフィルタ９の高い吸着効率を保てる。

図４は、第４の実施形態を示す。

これは、前記形態のケース１４内の吸気配管５にヘルムホルツ型のレゾネータ４０を取り付けたものである。

このようにレゾネータ４０を設ければ、特定の周波数の音を低減することができ、レゾネータ４０からの放射音がケース１４によって遮音され、良好な消音効果を確保できる。

車両用ならびに車両用以外の燃料電池システムに適用できる。

第１の実施形態の配置構成図である。第２の実施形態の配置構成図である。第３の実施形態の配置構成図である。第４の実施形態の配置構成図である。

符号の説明

１燃料電池車
２エンジンルーム
３圧縮機
４エアクリーナ
５吸気配管
６燃料電池
７ラジエータ
９ケミカルフィルタ
１４ケース
１５空間（空気層）
２０、２１ドレイン孔
３０分岐管
４０レゾネータ

Claims

圧縮機と、少なくとも空気中の硫黄化合物を吸着するケミカルフィルタを内蔵したエアクリーナとを備え、エアクリーナを通った空気を圧縮機を介して燃料電池に送り込む車両用の燃料電池システムにおいて、
エアクリーナへ外気を導く吸気配管の周りを覆うケースを設け、
ケース内の吸気配管の周りに空気層を形成し、
前記吸気配管の最下部位にドレイン孔を設け、
前記ケースは、そのドレイン孔よりも上流からエアクリーナまでの吸気配管を連続的に覆い、ケースの底面に外部ドレイン孔を設けたことを特徴とする燃料電池システムの吸気装置。
前記ケース内にて、前記吸気配管に分岐管を設け、分岐管はケース内で開口していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの吸気装置。
前記ケース内にて、前記吸気配管にヘルムホルツ型のレゾネータを設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システムの吸気装置。