JP5640881B2 - 燃料電池車両 - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池車両に係り、特に吸気ダクトと排気ダクトとを備えた燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両に関する。
燃料電池車両においては、空気をコンプレッサで加圧して燃料電池スタックに供給する加圧式の空気供給装置と、冷却水によって燃料電池スタックを冷却する水冷式の冷却装置とを備えた燃料電池システムを搭載したものがある。
このような燃料電池システムでは、付属部品の数が多くなるため、車両へ搭載する際に大きな空間が必要になっていた。
このような燃料電池システムでは、付属部品の数が多くなるため、車両へ搭載する際に大きな空間が必要になっていた。
特許文献１に係る燃料電池搭載車は、加圧式の空気供給装置と水冷式の冷却装置とを備える燃料電池システムを、リアシートの後方の空間に搭載したものである。
上記の特許文献１では、その構造上、多数の付属部品と燃料電池スタックとによってリアシートの後方の空間が占有され、荷物室が減少するという問題があった。
ところで、燃料電池システムには、空気を反応ガス兼冷却媒体として使用する空冷式の燃料電池システムがあり、このような燃料電池システムの場合、送風ファンによって吸引した空気を吸気ダクトによって燃料電池スタックヘ取り入れて発電と同時に燃料電池スタックの冷却を行い、その後、排気ダクトによって空気を燃料電池スタックから外部へ排出している。
このような空冷式の燃料電池システムおいては、付属部品が少なく、車両のフロア下に搭載することが可能であるが、吸気ダクトや排気ダクトを最適な形状にしないと通気抵抗が増加して、燃料電池スタックに十分な空気を供給できなくなるという不都合があった。
ところで、燃料電池システムには、空気を反応ガス兼冷却媒体として使用する空冷式の燃料電池システムがあり、このような燃料電池システムの場合、送風ファンによって吸引した空気を吸気ダクトによって燃料電池スタックヘ取り入れて発電と同時に燃料電池スタックの冷却を行い、その後、排気ダクトによって空気を燃料電池スタックから外部へ排出している。
このような空冷式の燃料電池システムおいては、付属部品が少なく、車両のフロア下に搭載することが可能であるが、吸気ダクトや排気ダクトを最適な形状にしないと通気抵抗が増加して、燃料電池スタックに十分な空気を供給できなくなるという不都合があった。
そこで、この発明の目的は、吸気ダクトを通して空気を吸入するとともに排気ダクトを通して空気を外部へ排出する燃料電池スタックをフロア下へ搭載する場合に、燃料電池スタックヘ十分な空気を供給できる燃料電池車両を提供することにある。
この発明は、空気取入面と空気排出面とを互いに対向する位置に備える燃料電池スタックをフロアの下方に配置し、前記空気取入面の側に空気を吸入する吸気ダクトを配置し、前記空気排出面の側に空気を排出する排気ダクトを配置した燃料電池車両において、前記空気取入面を車両上下方向で上側又は下側に向けて配置し、前記吸気ダクトの吸気通路部を前記空気取入面と前記燃料電池スタックの左右両端部の縦壁とに沿わせるとともに前記吸気通路部の左右両端部に一対の空気取入口を開口し、前記排気ダクトの排気通路部を前記空気排出面と前記燃料電池スタックの前後両端部の縦壁とに沿わせるとともに前記排気通路部の前後両端部に一対の空気排出口を開口したことを特徴とする。
この発明の燃料電池車両は、燃料電池スタックをフロア下へ搭載する場合、燃料電池スタックヘ十分な空気を供給できる。
この発明は、吸気ダクトと排気ダクトとを備えた燃料電池スタックを搭載した燃料電池車両において、吸気ダクト及び排気ダクトの形状を最適化して前記課題を解決するものである。
図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１は四輪車である燃料電池車両（以下「車両」という）、２は後輪、３はリアアクスル、４はフロア、５はフロントフロア、６はリアフロア、７はリアシート、８はバックドア、９はリアバンパ、１０は荷物室である。
車両１には、燃料電池スタック１１を備える燃料電池システム１２が搭載される。
この燃料電池システム１２は、図２に示すように、燃料電池スタック１１の供給側で、空気を供給する空気供給装置１３と、水素を供給する水素供給装置１４とを備える。
空気供給装置１３は、空気フィルタ１５で空気を浄化し、送風ファン１６によって後述する吸気ダクト２８内に吸引した空気を燃料電池スタック１１ヘ供給し、発電と燃料電池スタック１１の冷却とを行う。
水素供給装置１４は、水素タンク１７に貯蔵した高圧の圧縮水素ガスを減圧弁１８によって減圧して燃料電池スタック１１のアノード吸気部１９に導入する。
そして、燃料電池システム１２においては、発電と冷却とを終えた空気を、後述する排気ダクト２９により外部へ排出している。この場合、燃料電池スタック１１のアノード排気部２０から排出される余剰の水素ガスは、パージ弁２１を通して排気ダクト２９に送られ、空気によって可燃限界濃度以下に希釈した上で、外部へ放出される。
図１において、１は四輪車である燃料電池車両（以下「車両」という）、２は後輪、３はリアアクスル、４はフロア、５はフロントフロア、６はリアフロア、７はリアシート、８はバックドア、９はリアバンパ、１０は荷物室である。
車両１には、燃料電池スタック１１を備える燃料電池システム１２が搭載される。
この燃料電池システム１２は、図２に示すように、燃料電池スタック１１の供給側で、空気を供給する空気供給装置１３と、水素を供給する水素供給装置１４とを備える。
空気供給装置１３は、空気フィルタ１５で空気を浄化し、送風ファン１６によって後述する吸気ダクト２８内に吸引した空気を燃料電池スタック１１ヘ供給し、発電と燃料電池スタック１１の冷却とを行う。
水素供給装置１４は、水素タンク１７に貯蔵した高圧の圧縮水素ガスを減圧弁１８によって減圧して燃料電池スタック１１のアノード吸気部１９に導入する。
そして、燃料電池システム１２においては、発電と冷却とを終えた空気を、後述する排気ダクト２９により外部へ排出している。この場合、燃料電池スタック１１のアノード排気部２０から排出される余剰の水素ガスは、パージ弁２１を通して排気ダクト２９に送られ、空気によって可燃限界濃度以下に希釈した上で、外部へ放出される。
図１に示すように、車両１の後部において、フロア４はフロントフロア５とリアフロア６とがフロア縦壁部２２を介して段差状となり、そして、リアフロア６がフロントフロア５よりも上方に配置され、リアフロア６の下方に空間部２３を形成している。
リアフロア６の下方には、空間部２３において、荷物室１０の下方で燃料電池スタック１１が配置され、また、この燃料電池スタック１１の前方且つリアシート７の下方に水素タンク１７が配置されている。
リアフロア６の下方には、空間部２３において、荷物室１０の下方で燃料電池スタック１１が配置され、また、この燃料電池スタック１１の前方且つリアシート７の下方に水素タンク１７が配置されている。
燃料電池スタック１１は、図３、図７に示すように、２つの左側燃料電池ユニット２４と右側燃料電池ユニット２５とを備えるとともに、空気取入面２６と空気排出面２７とを互いに対向する位置に備えている。空気取入面２６は、車両上下方向で上側又は下側に向けて配置される。
また、燃料電池スタック１１においては、図３〜図６に示すように、空気取入面２６の側に空気を吸入する吸気ダクト２８を配置し、また、空気排出面２７の側に空気を排出する排気ダクト２９を配置している。
吸気ダクト２８は、図３に示すように、左側燃料電池ユニット２４及び右側燃料電池ユニット２５を下方から覆うような箱形状に形成されている。
吸気ダクト２８の吸気側通路部３０は、空気取入面２６と燃料電池スタック１１の左右両端部の縦壁としての左側縦壁３１・右側縦壁３２とに沿わせて配置される。この吸気側通路部３０の左右両端部には、図４、図５に示すように、一対の空気取入口としての左側空気取入口３３・右側空気取入口３４を開口する。
排気ダクト２９は、図３に示すように、フロント排気ダクト３５と、リア排気ダクト３６と、アッパー前側排気ダクト３７と、アッパー後側排気ダクト３８とからなる。
図６に示すように、排気ダクト２９の排気側通路部３９は、空気排出面２７と燃料電池スタック１１の前後両端部の前側縦壁４０・後側縦壁４１とに沿わせて配置される。この排気側通路部３９の前後両端部には、図４に示すように、一対の空気排出口としての前側空気排出口４２・後側空気排出口４３を開口する。
また、燃料電池スタック１１においては、図３〜図６に示すように、空気取入面２６の側に空気を吸入する吸気ダクト２８を配置し、また、空気排出面２７の側に空気を排出する排気ダクト２９を配置している。
吸気ダクト２８は、図３に示すように、左側燃料電池ユニット２４及び右側燃料電池ユニット２５を下方から覆うような箱形状に形成されている。
吸気ダクト２８の吸気側通路部３０は、空気取入面２６と燃料電池スタック１１の左右両端部の縦壁としての左側縦壁３１・右側縦壁３２とに沿わせて配置される。この吸気側通路部３０の左右両端部には、図４、図５に示すように、一対の空気取入口としての左側空気取入口３３・右側空気取入口３４を開口する。
排気ダクト２９は、図３に示すように、フロント排気ダクト３５と、リア排気ダクト３６と、アッパー前側排気ダクト３７と、アッパー後側排気ダクト３８とからなる。
図６に示すように、排気ダクト２９の排気側通路部３９は、空気排出面２７と燃料電池スタック１１の前後両端部の前側縦壁４０・後側縦壁４１とに沿わせて配置される。この排気側通路部３９の前後両端部には、図４に示すように、一対の空気排出口としての前側空気排出口４２・後側空気排出口４３を開口する。
図３〜図５に示すように、左側空気取入口３３は、アッパー前側排気ダクト３７・アッパー後側排気ダクト３８の左端に形成したアッパー左側フロント凹部４４・アッパー左側リア凹部４５と隣接している。右側空気取入口３４は、アッパー前側排気ダクト３７・アッパー後側排気ダクト３８の右端に形成したアッパー右側フロント凹部４６・アッパー左側リア凹部４７と隣接している。
また、図５に示すように、前側空気排出口４２は、吸気ダクト２８よりも前側であり且つ吸気ダクト２８の底面よりも低い位置に開口している。後側空気排出口４３は、吸気ダクト２８の後側であり且つ且つ吸気ダクト２８の底面よりも高い位置に開口している。
また、図５に示すように、前側空気排出口４２は、吸気ダクト２８よりも前側であり且つ吸気ダクト２８の底面よりも低い位置に開口している。後側空気排出口４３は、吸気ダクト２８の後側であり且つ且つ吸気ダクト２８の底面よりも高い位置に開口している。
このような構造において、空気取入面２６を車両上下方向で上側又は下側に向けることによって、空気取入面２６と空気排出面２７とを車両前後方向及び車両左右方向に拡大でき、燃料電池スタック１１に多量の空気を取り入れることができる。
また、吸気ダクト２８の空気取入口３３、３４を燃料電池スタック１１の左右両側部に開口させたことで、空気取入口３３、３４の開口面積を増加させて燃料電池スタック１１に十分な空気を供給することができるとともに、燃料電池スタック１１の空気取入面２６が車両左右方向に長い形状であっても空気を空気取入面２６全体に均等に供給できる。
更に、排気ダクト２９の空気排出口４２、４３を燃料電池スタック１１の前後両側に開口させることによって、空気排出口４２、４３の開口面積を増加させることができるとともに、排気ダクト２９の通路長を短くして通気抵抗を低減できる。
よって、フロア４の下に燃料電池スタック１１を配置した場合であっても、吸気ダクト２８と排気ダクト２９の通気抵抗を低減でき、燃料電池スタック１１に十分な空気を供給することができる。
また、吸気ダクト２８吸気通路部３０が燃料電池スタック１１の左側縦壁３１・右側縦壁３２に沿い、且つ排気ダクト２９の排気通路部３９が燃料電池スタック１１の前側縦壁４０・後側縦壁４１に沿う構造であるため、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とを燃料電池スタック１１と一体で車両１のリアフロア６の下方へ搭載することができる。
また、吸気ダクト２８の空気取入口３３、３４を燃料電池スタック１１の左右両側部に開口させたことで、空気取入口３３、３４の開口面積を増加させて燃料電池スタック１１に十分な空気を供給することができるとともに、燃料電池スタック１１の空気取入面２６が車両左右方向に長い形状であっても空気を空気取入面２６全体に均等に供給できる。
更に、排気ダクト２９の空気排出口４２、４３を燃料電池スタック１１の前後両側に開口させることによって、空気排出口４２、４３の開口面積を増加させることができるとともに、排気ダクト２９の通路長を短くして通気抵抗を低減できる。
よって、フロア４の下に燃料電池スタック１１を配置した場合であっても、吸気ダクト２８と排気ダクト２９の通気抵抗を低減でき、燃料電池スタック１１に十分な空気を供給することができる。
また、吸気ダクト２８吸気通路部３０が燃料電池スタック１１の左側縦壁３１・右側縦壁３２に沿い、且つ排気ダクト２９の排気通路部３９が燃料電池スタック１１の前側縦壁４０・後側縦壁４１に沿う構造であるため、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とを燃料電池スタック１１と一体で車両１のリアフロア６の下方へ搭載することができる。
図７に示すように、空気取入面２６は、車両上下方向で下側に向いて配置されている。
このような構造により、吸気ダクト２８の左側空気取入口３３・右側空気取入口３４をリアフロア６の近くで地上から離れた位置に開口できるため、吸気ダクト２８内への水や埃の侵入を防止できる。
このような構造により、吸気ダクト２８の左側空気取入口３３・右側空気取入口３４をリアフロア６の近くで地上から離れた位置に開口できるため、吸気ダクト２８内への水や埃の侵入を防止できる。
燃料電池スタック１１は、図３に示すように、複数個の燃料電池ユニットとして、２つの左側燃料電池ユニット２４と右側燃料電池ユニット２５とを、所定の隙間を隔てて車両左右方向に配置した構造である。左側燃料電池ユニット２４・右側燃料電池ユニット２５の空気排出面２７には、複数個の前側空気吸出ファン４８及び後側空気吸出ファン４９が所定に配置されている。前側空気吸出ファン４８は、アッパー前側排気ダクト３７で上方から覆われる。後側空気吸出ファン４９は、アッパー後側排気ダクト３８で上方から覆われる。
また、吸気ダクト２８は、左側燃料電池ユニット２４と右側燃料電池ユニット２５との間に、他の空気取入口としての中央側空気取入口５０を備える。この中央側空気取入口５０は、図３に示すように、アッパー前側排気ダクト３７・アッパー後側排気ダクト３８の中央部位に形成したアッパー中央側フロント凹部５１・アッパー中央側リア凹部５２によって形成される。
このような構造によって、燃料電池ユニット数の増加にあわせて、空気取入口の数を増加させ、燃料電池スクック１１に十分な空気量を供給することができる。
また、吸気ダクト２８は、左側燃料電池ユニット２４と右側燃料電池ユニット２５との間に、他の空気取入口としての中央側空気取入口５０を備える。この中央側空気取入口５０は、図３に示すように、アッパー前側排気ダクト３７・アッパー後側排気ダクト３８の中央部位に形成したアッパー中央側フロント凹部５１・アッパー中央側リア凹部５２によって形成される。
このような構造によって、燃料電池ユニット数の増加にあわせて、空気取入口の数を増加させ、燃料電池スクック１１に十分な空気量を供給することができる。
図１に示すように、燃料電池スタック１１は、リアバンパ９の前側に配置されている。また、排気ダクト２９の空気排出口のうちリアバンパ９の前側に配置される後側空気排出口４３は、車両上下方向でリアバンパ９の下端よりも下方に開口している。
このよう構造により、排気ダクト２９の後側空気排出口４３から車外に排出された余剰の水素ガスがリアバンパ９内に滞留することを防止できる。
このよう構造により、排気ダクト２９の後側空気排出口４３から車外に排出された余剰の水素ガスがリアバンパ９内に滞留することを防止できる。
図３、図４に示すように、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とによって燃料電池スタック１１の外側面全面を覆った。
このような構造では、吸気ダクト２８及び排気ダクト２９によって燃料電池スタック１１を泥や飛び石から保護できる。
このような構造では、吸気ダクト２８及び排気ダクト２９によって燃料電池スタック１１を泥や飛び石から保護できる。
図３、図６に示すように、燃料電池スタック１１は、該燃料電池スタック１１の前後両側と左右両側を囲む枠伏のフレーム５３に固定されている。このフレーム５３は、前側フレーム部５４と後側フレーム部５５と左側フレーム部５６と右側フレーム部５７とで、四角形状に形成されている。
また、このフレーム５３の外側部には、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とを取り付けている。
このような構造により、燃料電池スタック１１の形状によらず、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とを燃料電池スタック１１と一体で車両へ搭載でき、これらの部品の車両１への搭載性を向上できる。
また、このフレーム５３の外側部には、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とを取り付けている。
このような構造により、燃料電池スタック１１の形状によらず、吸気ダクト２８と排気ダクト２９とを燃料電池スタック１１と一体で車両へ搭載でき、これらの部品の車両１への搭載性を向上できる。
なお、この発明において、吸気ダクト、排気ダクト、空気取入口、空気排出口の各形状は、適宜変更可能である。
この発明に係る吸気ダクト及び排気ダクトの構造を、各種車両に適用可能である。
１ 車両
４ フロア
６ リアフロア
１１ 燃料電池スタック
１２ 燃料電池システム
１３ 空気供給装置
１４ 水素供給装置
２４ 左側燃料電池ユニット
２５ 右側燃料電池ユニット
２６ 空気取入面
２７ 空気排出面
２８ 吸気ダクト
２９ 排気ダクト
３０ 吸気側通路部
３１ 左側縦壁
３２ 右側縦壁
３３ 左側空気取入口
３４ 右側空気取入口
３９ 排気側通路部
４０ 前側縦壁
４１ 後側縦壁
４２ 前側空気排出口
４３ 後側空気排出口
５０ 中央側空気取入口
５３ フレーム
４ フロア
６ リアフロア
１１ 燃料電池スタック
１２ 燃料電池システム
１３ 空気供給装置
１４ 水素供給装置
２４ 左側燃料電池ユニット
２５ 右側燃料電池ユニット
２６ 空気取入面
２７ 空気排出面
２８ 吸気ダクト
２９ 排気ダクト
３０ 吸気側通路部
３１ 左側縦壁
３２ 右側縦壁
３３ 左側空気取入口
３４ 右側空気取入口
３９ 排気側通路部
４０ 前側縦壁
４１ 後側縦壁
４２ 前側空気排出口
４３ 後側空気排出口
５０ 中央側空気取入口
５３ フレーム
Claims (6)
- 空気取入面と空気排出面とを互いに対向する位置に備える燃料電池スタックをフロアの下方に配置し、前記空気取入面の側に空気を吸入する吸気ダクトを配置し、前記空気排出面の側に空気を排出する排気ダクトを配置した燃料電池車両において、前記空気取入面を車両上下方向で上側又は下側に向けて配置し、前記吸気ダクトの吸気通路部を前記空気取入面と前記燃料電池スタックの左右両端部の縦壁とに沿わせるとともに前記吸気通路部の左右両端部に一対の空気取入口を開口し、前記排気ダクトの排気通路部を前記空気排出面と前記燃料電池スタックの前後両端部の縦壁とに沿わせるとともに前記排気通路部の前後両端部に一対の空気排出口を開口したことを特徴とする燃料電池車両。
- 前記空気取入面を、車両上下方向で下側に向けて配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
- 前記燃料電池スタックは複数個の燃料電池ユニットを所定の隙間を隔てて車両左右方向に配置した構造であり、
前記吸気ダクトは前記燃料電池ユニットの間に他の空気取入口を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。 - 前記燃料電池スタックを車両のリアバンパの前側に配置し、前記排気ダクトの空気排出口のうち前記リアバンパの前側に配置される空気排出口を車両上下方向で前記リアバンパの下端よりも下方に開口させたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
- 前記吸気ダクトと前記排気ダクトとによって前記燃料電池スタックの外側面全面を覆ったことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
- 前記燃料電池スタックを該燃料電池スタックの前後両側と左右両側を囲む枠伏のフレームに固定し、このフレームの外側部に前記吸気ダクトと前記排気ダクトとを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
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