JP5233304B2 - 燃料電池システムの吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムの吸気装置に関し、詳細には、エアクリーナ搭載位置の制約を無くし、エアクリーナ下の燃料電池部品のメンテナンスを容易なものとするための技術に関する。

特許文献１には、燃料電池システムにおいてラジエータの放熱によりエアーに含まれる硫黄化合物を吸着するケミカルフィルタの温度上昇を抑えることで、吸着効率の低下を抑えて燃料電池の出力低下を低減する技術が開示されている。

この特許文献１の技術は、エアクリーナへ外気を導く吸気配管の周りにケースを設け、このケースと吸気配管との間に形成した空気層を断熱層として、該断熱層によってラジエータからの熱を吸気配管に伝わり難くしたものである。
特開２００５−１５８５１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、吸気配管の周りに設けた大型ケース及びエアクリーナの下に燃料電池部品が配置されるため、該燃料電池部品のメンテナンス作業時にこれらケース及びエアクリーナの取り外し作業が面倒になる。

そこで、本発明は、エアクリーナ下に配置される燃料電池部品のメンテナンス作業を容易なものとすることができる燃料電池システムの吸気装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池システムの吸気装置では、エアクリーナをエアー吸入側ケースとエアー排出側ケースの２つに分割し、エアー排出側ケースに接続されるエアー供給管の一部に蛇腹部を設け、該エアー排出側ケースをエアー吸入側ケースから取り外したときに、前記エアー排出側ケースを起立可能に構成し、前記エアー吸入側ケースを、車体のサスペンション固定部の湾曲に沿った形状とし、外気を車幅方向よりケース内に導入させ、さらに、前記エアクリーナを、車両高さ方向の縦寸法に対して車幅方向の横寸法を大としている。

本発明の燃料電池システムの吸気装置によれば、エアー排出側ケースをエアー吸入側ケースから取り外したときに、エアー供給管の一部に設けた蛇腹部が屈曲部となり、前記エアー排出側ケースを起立可能にできる。その結果、エアクリーナの下に配置される燃料電池部品のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「吸気装置の構成説明」
図１は本実施形態の燃料電池システムの吸気装置をモータルーム内に配置した車体前部構造を示す斜視図、図２はエアクリーナとバッテリーとの位置関係を示す図１の要部拡大斜視図、図３はエアクリーナ及びこのエアクリーナに接続されるエアーダクトを示す図１の要部拡大平面図、図４はエアクリーナに流入する空気の流れを示す図、図５はエアクリーナとバッテリーの位置関係を示し、（Ａ）はエアクリーナ分解前の状態を示す図、（Ｂ）はエアー排出側ケースをエアー吸入側ケースから取り外して該エアー排出側ケースを起立させた状態を示す図である。

燃料電池システムでは、燃料電池１への空気供給は、エンジンへの空気供給と比較して、不純物（ダスト、NOx、SOxといったガス）を浄化することへの要求が高いことからガスの吸着性能はなるべく低下しないことが望まれる。そのため、燃料電池システムにおいては、ガソリン車に対してエアクリーナの体積が大きくなりがちであり、かつ、燃料電池車は燃料電池部品（補器部品）が多く、モータルーム内にこれら燃料電池部品を収めることが難しい。

そこで、本実施形態では、比較的軽量であるエアクリーナ２をモータルーム３の車両上方に配置し、モータルーム３の車両前後方向に延びた車体メンバー４には重量部品を配置することで、該モータルーム３内の車両高さ（上下）方向のスペースを有効利用可能にして部品搭載効率の向上を図る。図１では、矢印Ａを車両前後方向とし、矢印Ｂを車幅方向、矢印Ｃを車両高さ方向として表記してある。

モータルーム３内には、燃料電池１で得られた電気により駆動するモータと、燃料電池システムを制御するパワー制御ユニットと、燃料電池用の冷却系ラジエータと、燃料電池にエアーを供給する吸気装置と、が配置されている。図１では、燃料電池システムの吸気装置のみを図示しており、それ意外のモータ、パワー制御ユニット、冷却系ラジエータなどは図示を省略してある。

燃料電池システムの吸気装置は、冷たい外気を吸い込むエアーダクト５と、エアーダクト５から吸い込んだ外気（エアー）に含まれる異物を吸着するフィルタ６を内部に収容したエアクリーナ２と、エアクリーナ２で清浄したエアーを送るエアー供給管７と、エアー供給管７から供給されたエアーを圧縮して燃料電池１に送る圧縮機８と、を備えている。

エアクリーナ２は、エアーダクト５に接続されるエアー吸入側ケース９と、エアー供給管７に接続されるエアー排出側ケース１０とに分割された、２部品構造とされている。これらエアー吸入側ケース９とエアー排出側ケース１０は、何れか一方に形成された係止爪１１とこの係止爪１１を挿入係合させる係止片１２とを有した留め具により、スパナやネジ廻し等の工具無しでワンタッチにて結合されるようになっている。

そして、エアクリーナ２は、モータルーム３内の上方位置であって車体のサスペンション固定部１３の近傍部に配置されている。エアクリーナ２の下には、燃料電池部品（燃料電池の補機部品）であるバッテリー１４が配置されている。エアー吸入側ケース９は、サスペンション固定部１３の湾曲に沿った形状とされた湾曲部９ａを有しており、その湾曲部９ａをサスペンション固定部１３に沿わせた形で配置されている。このエアー吸入側ケース９には、サスペンション固定部１３にボルトなどで固定するための取付け片１５が数ヶ所に設けられている。

一方、エアー排出側ケース１０は、平面視矩形状とされており、その内部にフィルタ６を収容させている。このエアー排出側ケース１０には、図示を省略したラジコアサポート１６の前記車体メンバー４への取付けアーム部１７にボルトなどで固定するための取付け片１８が設けられている。また、エアー排出側ケース１０には、図示を省略した車体部分に同じくボルトなどで固定するための取付け片１９が設けられている。

前記エアクリーナ２は、車両高さ方向の縦寸法Ｈ１に対して車幅方向の横寸法Ｈ２を大とした偏平な横幅広な形状とされている。このように横幅広な形状に形成されたエアクリーナ２のエアー排出側ケース１０の内部に収容されるフィルタ６は、やはり同じく横長形状とされている。かかるフィルタ６は、例えば空気中に含まれるダストなどの他に硫黄化合物を吸着するケミカルフィルタとされている。

エアーダクト５は、車両前方から外気を取り入れるエアー取り入れ口（外気取り入れ口）２０を有したエアー導入ダクト部２１と、エアー取り入れ口２０から取り入れたエアーをエアー吸入側ケース９へと導くエアー供給ダクト部２２と、このエアーダクト５をラジコアサポート１６の上部であるアッパー部２３に固定するダクト固定部２４と、からなる。

エアー導入ダクト部２１は、横長矩形状に開口したエアー取り入れ口２０を先端に有し、前記エアー供給ダクト部２２に対する連結部からそのエアー取り入れ口２０が形成される先端へと内部流路面積を次第に広げるような平面視略台形状とされている。この形状により、エアー取り入れ口２０からより多くのエアーがエアー供給ダクト部２２へと導入される。

エアー供給ダクト部２２は、エアー導入ダクト部２１の後方に接続されてダクト全体を車両前方から車両後方へと直線的に延在させると共に、前記エアー吸入側ケース９に接続される。このエアー供給ダクト部２２の前記エアー吸入側ケース９に対する接続部は、外気（エアー）を車幅方向よりそのケース内に導入させるように、該エアー吸入側ケース９の側面９ｂに設けられている。

ダクト固定部２４は、エアー導入ダクト部２１の先端から車両前方へ延在して設けられ、ボルトなどの締結手段によって前記ラジコアサポート１６のアッパー部２３に固定される。

このように構成されたエアーダクト５は、ラジコアサポート１６に取付けられるラジエータ（図示は省略する）の上方位置に設けられたエアー取り入れ口２０から車両後方へと直線的に延在し、その後方で車幅方向に屈曲してエアー吸入側ケース９の側面９ｂに接続されており、ダクト全体で見ると一箇所のみを曲げ点とした構造とされている。

エアー供給管７は、エアー排出側ケース１０に収容されたフィルタ６で清浄したエアーを圧縮機８へと送給させる配管であり、一端をエアー排出側ケース１０に接続し、他端を圧縮機８に接続させている。そして、このエアー供給管７には、一端に接続したエアー排出側ケース１０を前記エアー吸入側ケース９から取り外したときに該エアー排出側ケース１０を起立可能に曲げることができるようにその一部に蛇腹部２５が形成されている。本実施形態では、エアー供給管７は、エアー排出側ケース１０に接続された後、蛇腹部２５を屈曲部として車両下方へほぼ垂直に折り曲げられ、その車両下方に配置される圧縮機８に接続されるように配索されている。

以上のように構成された吸気装置においては、先ず、車両前方に設けられたエアー取り入れ口２０から外気（空気）がエアーダクト５内に導入される。エアー取り入れ口２０は、車両前方に設けられたラジコアサポート１６の上方位置に設けられており、モータルーム３内の発熱する駆動モータや空気コンプレッサーの影響を受けた暖かい空気が入り込むことがなく、外気の冷たい空気のみを吸い込む。そのため、高温の空気がエアクリーナ２内に入り込んで吸着効率が低下するフィルタ６の性能低下を抑えることができる。

エアー取り入れ口２０から吸入された空気は、車両前方に設けられるラジコアサポート１６からモータルーム５の後方に設けられたサスペンション固定部１３の近傍部まで配置された流路長が長いエアーダクト５内を流れる。流路長が長いエアーダクト５内を空気が流れることにより、空気の脈動が抑制され、音振性能が向上する。また、このエアーダクト５は、モータルーム３の前方から後方まで一直線となるように配置されており、ダクトの曲げ箇所が一箇所であることから、ダクト内に導入された空気の圧力損失が抑えられる。

そして、エアーダクト５内に導入された空気は、２分割されたエアー吸入側ケース９の側面９ｂよりその内部に導入される。エアー吸入側ケース９内に導入された空気は、図４の矢印で示すように、サスペンション固定部１３の湾曲に沿った形状とされた湾曲部９ａに衝突した後、該エアー吸入側ケース９内に広がる。そして、このエアー吸入側ケース９内に広がった空気は、エアー排出側ケース１０内に配置されたフィルタ６へと流れ込んで行く。このように、エアー排出側ケース１０内に導入された空気が湾曲部９ａに衝突して拡散するため、車幅方向に広い横幅のフィルタ６でもそのフィルタ全体に不純物が付着し、吸着効率低下を抑えることができ、フィルタ６の交換頻度を削減することができる。また、モータルーム３のデッドスペースとなるサスペンション固定部１３の湾曲部を活用でき、モータルーム３内の燃料電池部品の搭載効率を上げることが可能となる。

前記フィルタ６を通過して外気に含まれる不純物が除去された清浄な空気は、フィルタ６を通過した後、エアー排出側ケース１０に接続されるエアー供給管７を通して車両下部に配置された圧縮機８へと送られる。圧縮機８では、エアー供給管７より供給された清浄化された空気を圧縮し、その圧縮した空気を燃料電池１へと送る。燃料電池１では、供給された空気と水素とを反応させて発電し、駆動モータを駆動させる。

ところで、エアクリーナ２の真下に配置されたバッテリー１４は、バッテリー液の補充やバッテリーの脱着作業が必要となる。通常、バッテリー１４の上方に部品が配置されていた場合、上記作業が行えない。しかしながら、本実施形態では、フィルタ６を収容したエアクリーナ２をエアー吸入側ケース９とエアー排出側ケース１０の２分割構造とし、それらをスパナやねじ廻し等の工具なしで留め具を外して分解可能とし、且つエアー排出側ケース１０に接続されたエアー供給管７の一部に設けた蛇腹部２５を支点として該エアー排出側ケース１０をエアー吸入側ケース９に対して起立可能にしている。そのため、図５（Ａ）の結合状態から図５（Ｂ）に示すように、エアー排出側ケース１０を起立させる。

エアー排出側ケース１０を起立させることで、バッテリー１４の上方空間が空き、作業スペースとなる。これにより、バッテリー液の補充作業やバッテリーの着脱作業が行える。また、蛇腹部２５の傾き方向を変えれば、エアクリーナ２前方に配置されたヘッドランプ２６のバルブ交換作業も容易に行うことが可能となる。したがって、本実施形態によれば、工具無しでバッテリー１４の交換作業性及びヘッドランプ２６のバルブ交換作業性を高めることができる。

エアクリーナ２の周辺部品の整備作業をしている間は、フィルタ６はエアー排出側ケース１０の内部に収容された状態となっているため、作業中にこのエアー排出側ケース１０から当該エアクリーナ２の下流部品である圧縮機８や燃料電池１などに不純物が入り込まないようになっている。

「作用効果説明」
以上のように構成された本実施形態の燃料電池システムの吸気装置によれば、エアクリーナ２をエアー吸入側ケース９とエアー排出側ケース１０とに分割し、そのエアー排出側ケース１０に接続されるエアー供給管７の一部に蛇腹部２５を設け、エアー排出側ケース１０をエアー吸入側ケース９から外したときに該エアー排出側ケース１０を起立可能としたので、エアクリーナ周辺部品の整備が必要になった場合は、前記エアクリーナ２のケースを２分割し蛇腹部２５を支点としてエアー排出側ケース１０を起立させる。これにより、エアクリーナ２の下方に配置した燃料電池部品に対する保守点検作業を行うことができる。また、本実施形態によれば、エアー供給管７に設けられた蛇腹部２５がエアクリーナ２の出口側に配置された圧縮器８の揺動を吸収することになる。

また、本実施形態の燃料電池システムの吸気装置によれば、エアクリーナ２をモータルーム３内の上方位置に配置し、そのエアクリーナ２の下方にバッテリー１４などの燃料電池部品を配置したので、モータルーム３内の上下方向のスペースを有効利用することが可能となり、部品搭載効率を高めることができる。

また、本実施形態の燃料電池システムの吸気装置によれば、フィルタ６をエアー排出側ケース１０に配置しているので、エアクリーナ２の下方に配置した燃料電池部品の保守点検作業でエアー排出側ケース１０をエアー吸入側ケース９から外した場合でも、該エアー排出側ケース１０にフィルタ６が配置されたままになるので、エアクリーナ２の出口側に配置された圧縮機８などに不純物が流入するのを防止できる。

また、本実施形態の燃料電池システムの吸気装置によれば、エアー吸入側ケース９を車体のサスペンション固定部１３の湾曲に沿った形状とし、外気を車幅方向よりケース内に導入させているので、エアー吸入側ケース９内に流入した空気が湾曲部に衝突してケース内で拡散し、フィルタ６全体に空気が流れ込む。これにより、本実施形態によれば、フィルタ６全体に流れた空気に含まれる不純物の吸着効率を高めることができる。

また、本実施形態の燃料電池システムの吸気装置によれば、エアー吸入側ケース９の湾曲部９ａに空気が当たることによりフィルタ６全体に空気が当たるので、エアクリーナ２を車両高さ方向の縦寸法に対して車幅方向の横寸法を大とした横幅形状とすることができ、これにより高さ寸法が抑えられ、エアクリーナ２の下に重ねて燃料電池部品を配置することが可能となる。

また、本実施形態の燃料電池システムの吸気装置によれば、エアーダクト５のエアー取り入れ口２０を車両前方に設置し、エアーダクト５を車両前方から車両後方へと直線的に延在させると共にエアー吸入側ケース９と接続されるまでの曲げ点を一箇所としたので、エアクリーナ２に入る空気がモータルーム３内の発熱する燃料電池部品からの影響を受けず、大気の冷えた空気を絶えず導入することができる。これにより、本実施形態によれば、温度が高くなると吸着効率が低下するケミカルフィルタの性能低下を抑えることができる。また、本実施形態によれば、エアーダクト５をモータルームの前方から後方まで直線的に延ばしたことで、脈動を抑えることができる。さらに、本実施形態によれば、エアーダクト５の曲げ点を一箇所としたので、空気の圧損を抑えることができ、圧縮機８の負荷を低減できる。

以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、上述の実施形態は、本発明の一例に過ぎず、前記した実施形態に制限されることはない。

図１は本実施形態の燃料電池システムの吸気装置をモータルーム内に配置した車体前部構造を示す斜視図である。 図２はエアクリーナとバッテリーとの位置関係を示す図１の要部拡大斜視図である。 図３はエアクリーナ及びこのエアクリーナに接続されるエアーダクトを示す図１の要部拡大平面図である。 図４はエアクリーナに流入する空気の流れを示す図である。 図５はエアクリーナとバッテリーの位置関係を示し、（Ａ）はエアクリーナ分解前の状態を示す図、（Ｂ）はエアー排出側ケースをエアー吸入側ケースから取り外して該エアー排出側ケースを起立させた状態を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池
２…エアクリーナ
３…モータルーム
４…車体メンバー
５…エアーダクト
６…フィルタ
７…エアー供給管
８…圧縮機
９…エアー吸入側ケース
１０…エアー排出側ケース
１４…バッテリー（燃料電池部品）
１６…ラジコアサポート
２０…エアー取り入れ口（外気取り入れ口）
２１…エアー導入ダクト部
２２…エアー供給ダクト部
２５…蛇腹部

Claims (4)

1. 外気を吸い込むエアーダクトと、
   前記エアーダクトから吸い込んだ外気に含まれる異物を吸着するフィルタを内部に収容したエアクリーナと、
   前記エアクリーナで清浄したエアーを送るエアー供給管と、
   前記エアー供給管から供給されたエアーを圧縮して燃料電池に送る圧縮機と、を備えており、
   前記エアクリーナは、前記エアーダクトに接続されるエアー吸入側ケースと、前記エアー供給管に接続されるエアー排出側ケースとに分割されており、
   前記エアー供給管の一部に蛇腹部を設け、前記エアー排出側ケースを前記エアー吸入側ケースから取り外したときに、前記エアー排出側ケースを起立可能とし、
   前記エアー吸入側ケースは、車体のサスペンション固定部の湾曲に沿った形状であり、且つ、外気を車幅方向よりケース内に導入させ、
   前記エアクリーナを、車両高さ方向の縦寸法に対して車幅方向の横寸法を大とした
   ことを特徴とする燃料電池システムの吸気装置。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムの吸気装置であって、
   前記エアクリーナをモータールーム内の上方位置に配置し、そのエアクリーナの下に燃料電池部品を配置した
   ことを特徴とする燃料電池システムの吸気装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムの吸気装置であって、
   前記フィルタを、前記エアー排出側ケースに配置した
   ことを特徴とする燃料電池システムの吸気装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の燃料電池システムの吸気装置であって、
   前記エアーダクトの外気取り入れ口を車両前方に設置し、ダクトを車両前方から車両後方へと直線的に延在させると共に前記エアー吸入側ケースと接続されるまでの曲げ点を一箇所とした
   ことを特徴とする燃料電池システムの吸気装置。

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