JP4736020B2

JP4736020B2 - 燃料電池車の補機搭載構造

Info

Publication number: JP4736020B2
Application number: JP2004358790A
Authority: JP
Inventors: 浩一田村
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP2006160209A

Description

この発明は燃料電池車の補機搭載構造に係り、特に補機を構成する冷却水ポンプの配設位置を改善し、冷却水ポンプの効率向上を図る燃料電池車の補機搭載構造に関するものである。

車両においては、使用する燃料によって、ガソリンを使用するガソリンエンジン車や重油等を使用するディーゼルエンジン車、圧縮した天然ガス（「ＣＮＧ」ともいう。）等の気体燃料、いわゆるガス燃料を使用するガスエンジン車、燃料電池を使用する燃料電池車等に大別される。

そして、例えば燃料電池車においては、走行用モータを駆動する電気エネルギを燃料電池車用燃料電池システムにより発生している。燃料電池車用燃料電池システムは、燃料電池セルを多数積層した燃料電池（「燃料電池用スタック」ともいう。）を設け、この燃料電池に水素ガスを供給して電気エネルギを発生し、走行用モータを駆動して燃料電池車を走行させている。

特開２００１−７１７５３号公報特開２００３−１８２６２４号公報特開２００３−２０５７５４号公報特開２００３−２５２２５２号公報特開２００４−１５８２７９号公報

ところで、従来の燃料電池車において、燃料電池用スタック及び補機を冷却する際に、水冷方式であれば冷却水ポンプが必要となる。

この冷却水ポンプの配置の自由度は高く、燃料電池用スタックの位置及びその他補機等のレイアウトにより左右される。

しかし、前記冷却水ポンプの特性上、必要な呼び水及びエア抜きを行う上で冷却水経路の低い位置に冷却水ポンプを配置することが望ましい。

追記すると、上記「呼び水」は、冷却水ポンプを回す際に、インペラを十分な水に浸すことをいう。そして、インペラが十分な水に浸っていなければ、空回りしてしまうものである。また、上記「エア抜き」は、冷却水ポンプ及び冷却水配管内の空気を抜くことをいう。

前記燃料電池車の車体においては、冷却水ポンプをフロア下に配置することが挙げられる。

しかし、前記冷却水ポンプをフロア下に配置すると、地上高に制限があるためレイアウトの自由度が少なく、また配管の取り回しを行うと、十分なポンプ性能が得られなくなってしまう等の不都合がある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、車両前方のエンジンルームに燃料電池用スタックを配設し、前記エンジンルーム後方のメインフロア２に燃料電池用スタックを冷却する冷却水ポンプ８を配設し、前記メインフロア２に車両の前後方向と一致させて上方へ突出するセンタトンネル２４を設け、該センタトンネル２４内に、前記冷却水ポンプ８の長手方向を車両の前後方向に一致させて前記冷却水ポンプ８を配設するとともに、該冷却水ポンプ８に接続するスタック冷却用供給通路４４および戻り通路４８を配設した燃料電池車の補機搭載構造において、前記センタトンネル２４内かつ前記冷却水ポンプ８の前側に熱交換器１２−１を配設し、該熱交換器１２−１を前記冷却水ポンプ８と前記スタック冷却用供給通路４４を介して接続したことを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、車体に干渉することなく、車体下に前記冷却水ポンプを配設することができ、冷却水ポンプの呼び水、エア抜きを効率良く行うことができる。

上述の如く発明したことにより、前記冷却水ポンプを配設する際には、メインフロアに車両の前後方向と一致させて上方へ突出するセンタトンネル内に、長手方向を車両の前後方向に一致させて冷却水ポンプを配設し、車体に干渉することなく、車体下に冷却水ポンプを配設し、冷却水ポンプの呼び水、エア抜きを効率良く行っている。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図５はこの発明の実施例を示すものである。図１において、２は燃料電池車（図示せず）のメインフロアである。

前記燃料電池車のメインフロア２に、図１及び図３に示す如く、燃料電池車の両側で前後方向に延在し、かつメインフレームを形成する一対のサイドメンバ４を設ける。

そして、このサイドメンバ４の前方、つまり車両前方の図示しないエンジンルームに燃料電池用スタック（図示せず）を配設し、前記エンジンルーム後方のメインフロア２に、前記燃料電池用スタックを冷却する冷却水ポンプ８を配設する。

つまり、前記サイドメンバ４の下面にサブフレーム１０を固定し、図２に示す如く、このサブフレーム１０に前記冷却水ポンプ８を含む燃料電池車用の補機１２を支持させる。

このとき、前記サブフレーム１０は、前記サイドメンバ４の各下面にマウント、つまりマウント装置であるブラケット１４を介して取り付けられる前後方向に延在する一対の左側及び右側第１フレーム１６−１、１６−２と、該一対の左側及び右側第１フレーム１６−１、１６−２を結合させるとともに前記左側及び右側第１フレーム１６−１、１６−２の間で幅方向に延在する複数の第２フレーム１８と、複数の第２フレーム１８において、一対の第２フレーム１８の各下面に固定される車両前後方向に延在する第３フレーム２０とを備えている。

また、前記サブフレーム１０に支持される前記補機１２について説明すると、図１及び図２に示す如く、前記サブフレーム１０の中央に前記補機１２を集中させて取り付けて左右両側に左側・右側余剰スペース２２−１、２２−２を設ける。

つまり、前記補機１２は、熱交換機１２−１や第１ウォータポンプである補機冷却用冷却水ポンプ１２−２、第２ウォータポンプであるスタック冷却用冷却水ポンプ８、ウォータポンプ用インバータ１２−３、エアコンコンプレッサ１２−４、エアコンコンプレッサ用インバータ１２−５、マフラ１２−６等からなり、図１及び図２に示す如く、前記サブフレーム１０の中央に車体前方から車体後方に向かって、熱交換機１２−１、補機冷却用冷却水ポンプ１２−２、スタック冷却用冷却水ポンプ８、ウォータポンプ用インバータ１２−３、エアコンコンプレッサ１２−４及びマフラ１２−６、エアコンコンプレッサ用インバータ１２−５等の前記補機１２を集中させて取り付ける。

そして、前記熱交換機１２−１の左側余剰スペース２２−１側に第１バルブ１２−７を取り付けるとともに、熱交換機１２−１の右側余剰スペース２２−２側に第１、第２流量計１２−８、１２−９を取り付け、前記エアコンコンプレッサ１２−４及びマフラ１４−６の左側余剰スペース２２−１側に第２バルブ１２−１０や第３流量計１２−１１、差圧計１２−１２を取り付け、前記エアコンコンプレッサ用インバータ１２−５の左側余剰スペース２２−１側に第３バルブ１２−１３を取り付けるとともに、後述するスタック冷却用戻り通路４８途中には第４流量計１２−１４を取り付ける。

このとき、前記メインフロア２の車両幅方向における中央部位に車両の前後方向と一致させて上方へ突出するセンタトンネル２４を設け、該センタトンネル２４内に前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の長手方向を車両の前後方向に一致させて前記スタック冷却用冷却水ポンプ８を配設する構成とする。

詳述すれば、前記メインフロア２には、図３に示す如く、燃料電池車の両側で前後方向に延在するように一対のサイドメンバ４が設けられるとともに、車両の前後方向と一致させて上方へ突出するセンタトンネル２４が設けられており、前記メインフロア２の下面において、一対のサイドメンバ４よりも内側部位に前記補機１２である補機冷却用冷却水ポンプ１２−２を配設し、この補機冷却用冷却水ポンプ１２−２よりも中心側部位、かつ前記センタトンネル２４内に長手方向を車両の前後方向に一致させて前記スタック冷却用冷却水ポンプ８を配設するものである。

そして、このスタック冷却用冷却水ポンプ８前側には、図１及び図２に示す如く、前記熱交換機１２−１を配設し、該熱交換器１２−１を前記センタトンネル２４内に配設する。

また、前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２は、図１に示す如く、前記補機１２に冷却水を供給して冷却する補機冷却用供給通路２６と、補機１２からの冷却後の冷却水を補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の吸入口２８に戻す補機冷却用戻り通路３０とを有する。

このとき、前記補機冷却用供給通路２６は、前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の側部に設けられる吐出口３２に一端側が連結する延長通路３４と、この延長通路３４の他端側が連絡するチャンバ３６と、このチャンバ３６から前記第１流量計１２−８を介して図示しない水素循環用ポンプや駆動用モータ等の補機１２に冷却水を供給して冷却する第１供給通路３８と、チャンバ３６から前記第２流量計１２−９を介して図示しないエンジンルーム内に配設される補機１２に冷却水を供給して冷却する第２供給通路４０と、チャンバ３６から前記第３流量計１２−１１を介して前記エアコンコンプレッサ用インバータ１２−５に冷却水を供給して冷却する第３供給通路４２とからなる。

更に、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８は、図１に示す如く、前記燃料電池用スタックに冷却水を供給して冷却するスタック冷却用供給通路４４と、燃料電池用スタックからの冷却後の冷却水をスタック冷却用冷却水ポンプ８の吸入口４６に戻すスタック冷却用戻り通路４８とを有する。

このとき、前記スタック冷却用供給通路４４は、スタック冷却用冷却水ポンプ８の側部に設けられる吐出口５０に一端側が連結する延長通路５２と、この延長通路５２に連続し、前記燃料電池用スタックに冷却水を供給して冷却する出口通路５４とからなる。

そして、前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の側部に吐出口３２を設けた際に、図４に示す如く、この吐出口３２に連結する前記延長通路３４を前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の遠心方向に長さａだけ延長させるべく形成する。

同様に、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の側部に吐出口５０を設けた際に、図４に示す如く、この吐出口５０に連結する前記延長通路５２を前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の遠心方向に長さｂだけ延長させるべく形成する。

このとき、図１及び図５に示す如く、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の延長通路５２を前記熱交換機１２−１の後面に沿って延出させ、該延長通路５２に連続するとともに湾曲部５６を介して前方に延出する前記出口通路５４を設け、該出口通路５４を前記熱交換器１２−１の左側面に沿って配設する。

また、図１及び図５に示す如く、冷却水ポンプ８の車両幅方向の左側前方に熱交換器１２−１を配設して前記スタック冷却用冷却水ポンプ８と前記熱交換器１２−１とを幅方向にずらして配設し、前記熱交換器１２−１の左側方に前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の前部に設けた前記吸入口４６を連通する前記戻り通路４８を配設し、図１に示す如く、該吸入口４６と戻り通路４８とを略一直線上に配置する。

次に作用を説明する。

前記サブフレーム１０に前記補機１２を取り付ける際には、図１及び図２に示す如く、前記サブフレーム１０の中央に車体前方から車体後方に向かって、熱交換機１２−１、補機冷却用冷却水ポンプ１２−２、スタック冷却用冷却水ポンプ８、ウォータポンプ用インバータ１２−３、エアコンコンプレッサ１２−４及びマフラ１２−６、エアコンコンプレッサ用インバータ１２−５等の前記補機１２を集中させて取り付ける。

そして、前記サブフレーム１０を前記メインフロア２に取り付けた際には、図３に示す如く、前記メインフロア２の下面において、一対のサイドメンバ４よりも内側部位に前記補機１２である補機冷却用冷却水ポンプ１２−２を位置させるとともに、この補機冷却用冷却水ポンプ１２−２よりも中心側部位、かつ前記センタトンネル２４内に長手方向を車両の前後方向に一致させて前記スタック冷却用冷却水ポンプ８を位置させる。

また、図１及び図２に示す如く、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の前側に配設される前記熱交換器１２−１をも前記センタトンネル２４内に位置させる。

更に、前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の側部に設けた吐出口３２に前記延長通路３４を連結する際に、図４に示す如く、この延長通路３４を前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の遠心方向に形成して連結する。

同様に、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の側部に設けた吐出口５０に前記延長通路５２を連結する際に、図４に示す如く、この延長通路５２を前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の遠心方向に形成して連結する。

更にまた、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の延長通路５２は、図１及び図５に示す如く、前記熱交換機１２−１の後面に沿って延出させ、前記延長通路５２に連続し、かつ湾曲部５６を介して前方に延出する前記出口通路５４を前記熱交換器１２−１の側面に沿って配設する。

また、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８と前記熱交換器１２−１との配設の際には、図１及び図５に示す如く、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８と前記熱交換器１２−１とを幅方向にずらして配設するとともに、前記熱交換器１２−１の側方に前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の前部に設けた前記吸入口４６を連通する前記戻り通路４８を配設し、図１に示す如く、該吸入口４６と戻り通路４８とを略一直線上に配置する。

これにより、前記メインフロア２に車両の前後方向と一致させて上方へ突出するセンタトンネル２４を設け、該センタトンネル２４内に前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の長手方向を車両の前後方向に一致させて前記スタック冷却用冷却水ポンプ８を配設することによって、車体に干渉することなく、車体下に前記スタック冷却用冷却水ポンプ８を配設することができ、スタック冷却用冷却水ポンプ８の呼び水、エア抜きを効率良く行うことができる。

また、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の前側に前記熱交換器１２−１を配設し、該熱交換器１２−１を前記センタトンネル２４内に配設したことにより、スタック冷却用冷却水ポンプ８から吐出された冷却水は燃料電池用スタックに入る前に熱交換器１２−１に入るため、車両前の燃料電池用スタックより後方の車両中央のスタック冷却用冷却水ポンプ８の前に熱交換器１２−１を配設する、即ち燃料電池用スタックとスタック用冷却水ポンプ８との間に燃料電池による発電を効率よく行わせるべく入口ガスを最適な温度に冷却する熱交換器１２−１を配設することによって、効率良く冷却水を流すことができ、また前記センタトンネル２４内のスペースを利用すべくセンタトンネル２４内に熱交換器１２−１を置くことで、熱交換器１２−１を車体に干渉させることなく、更にセンタトンネル２４内に配設したスタック冷却用冷却水ポンプ８の前に配設してスタック冷却水通路を短くすることができる。

更に、前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の側部に吐出口３２を設け、この吐出口３２に連結する前記延長通路３４を前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２の遠心方向に形成するとともに、同様に、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の側部に吐出口５０を設け、この吐出口５０に連結する前記延長通路５２を前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の遠心方向に形成したことにより、遠心方向の延長通路３４、５２により吐出口３２、５０から流出した冷却水の流れを十分に発達させることができ、前記補機冷却用冷却水ポンプ１２−２及び前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の効率を向上させることができるものである。

更にまた、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の延長通路５２を前記熱交換器１２−１の後面に沿って延出させ、該延長通路５２に連続するとともに湾曲部５６を介して前方に延出する前記出口通路５４を設け、該出口通路５４を前記熱交換器１２−１の側面に沿って配設したことにより、熱交換器１２−１の後面を利用して前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の延長通路５２を配設することができ、熱交換器の側面を利用して出口通路５４をの長さを短くすることができる。

また、前記スタック冷却用冷却水ポンプ８と前記熱交換器１２−１とを幅方向にずらして配設し、前記熱交換器１２−１の側方に前記スタック冷却用冷却水ポンプ８の前部に設けた前記吸入口４６を連通する前記戻り通路４８を配設し、該吸入口４６と戻り通路４８とを略一直線上に配置したことにより、熱交換器１２−１とスタック冷却用冷却水ポンプ８とを幅方向にずらすことによって、熱交換器１２−１との側方にスタック冷却用冷却水ポンプ８の戻り通路４８を配置するスペースを形成でき、これにより戻り通路４８の冷却水を効率良く戻すことができる。

この発明の実施例を示すメインフロアと補機の配設状態の概略平面図である。サブフレームに配設した補機の概略斜視図である。メインフロア下に配設される冷却水ポンプの概略説明図である。補機冷却用冷却水ポンプとスタック冷却用冷却水ポンプとを示す概略拡大正面図である。熱交換器とスタック冷却用冷却水ポンプとの配設状態を示す概略拡大背面図である。

符号の説明

２燃料電池車（図示せず）のメインフロア
４サイドメンバ
８冷却水ポンプ（「スタック冷却用冷却水ポンプ」）
１０サブフレーム
１２補機
１２−１熱交換器
１２−２第１ウォータポンプである補機冷却用冷却水ポンプ
１２−３ウォータポンプ用インバータ
１２−４エアコンコンプレッサ
１２−５エアコンコンプレッサ用インバータ
１２−６マフラ
１２−７第１バルブ
１２−８第１流量計
１２−９第２流量計
１２−１０第２バルブ
１２−１１第３流量計
１２−１２差圧計
１２−１３第３バルブ
１２−１４第４流量計
１４ブラケット
１６−１左側第１フレーム
１６−２右側第１フレーム
１８複数の第２フレーム
２０第３フレーム
２２−１左側余剰スペース
２２−２右側余剰スペース
２４センタトンネル
２６補機冷却用供給通路
２８吸入口
３０補機冷却用戻り通路
３２吐出口
３４延長通路
３６チャンバ
３８第１供給通路
４０第２供給通路
４２第３供給通路
４４スタック冷却用供給通路
４６吸入口
４８スタック冷却用戻り通路
５０吐出口
５２延長通路
５４出口通路
５６湾曲部

Claims

車両前方のエンジンルームに燃料電池用スタックを配設し、前記エンジンルーム後方のメインフロア２に燃料電池用スタックを冷却する冷却水ポンプ８を配設し、前記メインフロア２に車両の前後方向と一致させて上方へ突出するセンタトンネル２４を設け、該センタトンネル２４内に、前記冷却水ポンプ８の長手方向を車両の前後方向に一致させて前記冷却水ポンプ８を配設するとともに、該冷却水ポンプ８に接続するスタック冷却用供給通路４４および戻り通路４８を配設した燃料電池車の補機搭載構造において、前記センタトンネル２４内かつ前記冷却水ポンプ８の前側に熱交換器１２−１を配設し、該熱交換器１２−１を前記冷却水ポンプ８と前記スタック冷却用供給通路４４を介して接続したことを特徴とする燃料電池車の補機搭載構造。
前記冷却水ポンプ８の側部に吐出口３２、５０を設け、該冷却水ポンプ８の吐出口３２、５０に連結するスタック冷却用供給通路４４としての延長通路３４、５２を、前記冷却水ポンプ８の遠心方向に形成するとともに、前記熱交換器１２−１の後面に沿って延出させ、該延長通路５２に連続するとともに湾曲部５６を介して前方に延出するスタック冷却用供給通路４４としての出口通路５４を設け、該出口通路５４を前記熱交換器１２−１の側面に沿って配設したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車の補機搭載構造。
前記冷却水ポンプ８の側部に吐出口３２、５０を設け、該冷却水ポンプ８の吐出口３２、５０に連結するスタック冷却用供給通路４４としての延長通路３４、５２を前記冷却水ポンプ８の遠心方向に形成し、前記冷却水ポンプ８と前記熱交換器１２−１とを幅方向にずらして配設し、前記熱交換器１２−１の側方に前記冷却水ポンプ８の前部に設けた吸入口４６を連通する前記戻り通路４８を配設し、該吸入口４６と戻り通路４８とを一直線上に配置したことを特徴とする請求項１に燃料電池車の補機搭載構造。