JP6082602B2

JP6082602B2 - 燃料電池搭載車両

Info

Publication number: JP6082602B2
Application number: JP2013006978A
Authority: JP
Inventors: 宮島　一嘉; 一嘉宮島; 充功松本; 岩月　修一郎; 修一郎岩月; 佐藤　和男; 和男佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014136531A

Description

本発明は、複数の発電セルが積層された燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットを、ダッシュボード前方に形成されたフロントルームに配置する燃料電池搭載車両に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、アノード側電極とカソード側電極とが配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

この車載用燃料電池スタックでは、車両のフロントルーム（モータルーム）に配置する構成が知られている。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池自動車は、自動車の駆動源としての燃料電池システムを搭載する閉空間を乗員居室の前方に配置するとともに、前記閉空間の上部に設けられた第１開口部と、走行時に負圧が発生する位置に設けられた第２開口部との少なくとも一方を設け、前記閉空間内に燃料電池システムから漏洩した水素を排出することを特徴としている。

これによれば、閉空間の上部に開口部を設けた場合には、特に車両停止状態において、閉空間内で燃料電池システムから漏出した水素を確実に車外に換気できる、としている。また、開口部を負圧の発生位置に設けた場合には、走行時に燃料電池システムから漏洩した水素を閉空間から排出することができる、としている。

特開２００４−４０９５０号公報

上記のように、燃料電池スタックは、車両のフロントルームに配置されている。このため、フロントルーム内では、燃料電池スタックから水素が漏れた状態で、エアコンユニットが作動される場合がある。その際、エアコンユニットの外気導入口から水素が吸引されてしまい、キャビン内に前記水素が進入するおそれがある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、燃料電池スタックから漏洩する水素がエアコンユニットに吸引されてキャビン内に導入されることを、可及的に阻止することが可能な燃料電池搭載車両を提供することを目的とする。

本発明は、複数の発電セルが積層された燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットを、ダッシュボード前方に形成されたフロントルームに配置するとともに、前記フロントルームには、水抜き通路を有し、前記水抜き通路の上方にエアコンユニットの外気導入口が開口されたカウル部材が配置される燃料電池搭載車両に関するものである。

この燃料電池搭載車両では、燃料電池スタックは、カウル部材及びエアコンユニットよりも前方に配置されている。カウル部材は、水抜き通路の底部に水抜き孔を設け、前記水抜き孔にドレイン配管の入口端部が接続されるとともに、前記ドレイン配管の出口端部は、フロントルームの外部に開口している。外気導入口は、カウル部材の内部及びドレイン配管を介して、フロントルームの外部と連通している。

また、この燃料電池搭載車両では、水抜き通路は、フロントガラスの前端部下方に車幅方向に延在して配置され、前記フロントガラスからの雨水を受けることが好ましい。

さらに、この燃料電池搭載車両では、ドレイン配管の出口端部は、フロントタイヤ用ハウジングの上方から外部に開口することが好ましい。

本発明によれば、カウル部材は、水抜き孔にドレイン配管の入口端部を接続するとともに、前記ドレイン配管の出口端部が、フロントルームの外部に開口している。このため、水抜き孔は、フロントルームに、直接、開口することがない。従って、フロントルームに配置されている燃料電池ユニットから水素が漏れた際、この水素は、水抜き孔からカウル部材内に導入することを確実に阻止することができる。

これにより、カウル部材内で開口されるエアコンユニットの外気導入口から水素が吸引されることがない。このため、簡単な構成で、燃料電池スタックから漏洩する水素がエアコンユニットに吸引されてキャビン内に導入されることを、可及的に阻止することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池搭載車両の一部概略側面図である。前記燃料電池搭載車両の一部概略平面図である。前記燃料電池搭載車両の一部概略斜視説明図である。前記燃料電池搭載車両の概略正面視説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池搭載車両の概略正面視説明図である。

図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池電気自動車（燃料電池搭載車両）１０は、自動車車体１２を備える。

自動車車体１２は、ダッシュボード１４及びフロントガラス１６によりキャビン１５を形成するとともに、前記ダッシュボード１４の前方には、フロントルーム（モータールーム）１８が形成される。ダッシュボード１４の上方先端には、フロントガラス１６の前端部１６ａが配置される。フロントルーム１８は、フロントカバー２０により外部に開閉自在である。

自動車車体１２は、メインフレーム２２を備え、このメインフレーム２２は、車長方向（矢印Ａ方向）に延在してフロントルーム１８内の先端まで配置されるとともに、車幅方向（図２中、矢印Ｂ方向）に連結される。図１に示すように、メインフレーム２２には、サブフレーム２３が接合される。メインフレーム２２には、エアコンユニット２４及び燃料電池ユニット２６が取り付けられる。

サブフレーム２３には、駆動モータ２８及びステアリングギアボックス３０が取り付けられる。図１及び図４に示すように、駆動モータ２８は、左右両側の車軸３２Ｌ、３２Ｒに連結されるとともに、各車軸３２Ｌ、３２Ｒには、ホイール３４Ｌ、３４Ｒが装着される。各ホイール３４Ｌ、３４Ｒは、ホイールハウス（フロントタイヤ用ハウジング）３６Ｌ、３６Ｒに配置されるとともに、各車軸３２Ｌ、３２Ｒには、ステアリングギアボックス３０が連結される。

図１及び図３に示すように、ダッシュボード１４の上方先端には、フロントガラス１６から流れ落ちる雨水を通過させるための通気孔４０が形成される。フロントガラス１６の前端部１６ａの下方には、排水用のカウル部材４２が配置される。カウル部材４２は、車幅方向に延在するとともに、その車幅方向両端は、自動車車体１２に固定される。

図３及び図４に示すように、カウル部材４２は、内部に水抜き通路４４を有し、前記水抜き通路４４は、フロントガラス１６の下方に沿って車幅方向に延在する。カウル部材４２の車幅方向両端側には、それぞれ水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒが形成される。水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒには、ドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒの入口端部が接続される。ドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒの出口端部は、フロントルーム１８の外部に、例えば、ホイールハウス３６Ｌ、３６Ｒの上方から下方に向かって開口する。

カウル部材４２内には、例えば、水抜き孔４６Ｒに近接してエアコンユニット２４の外気導入口５０が開口される。外気導入口５０は、水抜き孔４６Ｒよりも上方位置に開口される。なお、外気導入口５０は、カウル部材４２の水抜き通路４４内であればよく、設置位置は限定されない。また、２個以上の外気導入口５０を設けてもよい。エアコンユニット２４は、カウル部材４２の下方に配置されるとともに、送風口５２がダッシュボード１４に接続され、キャビン１５に開口される（図１参照）。

図２に示すように、燃料電池ユニット２６は、複数の発電セル５４が車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される燃料電池スタック５５を備える。なお、燃料電池ユニット２６では、発電セル５４の積層方向が逆方向でもよく、また、前記積層方向が重力方向でもよい。発電セル５４の積層方向両端には、ターミナルプレート５６ａ、５６ｂ、絶縁プレート５８ａ、５８ｂ及びエンドプレート６０ａ、６０ｂが配置される。

発電セル５４は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）６２が、第１セパレータ６４及び第２セパレータ６６に挟持される。第１セパレータ６４及び第２セパレータ６６は、金属セパレータ又はカーボンセパレータで構成される。

電解質膜・電極構造体６２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜（又は炭化水素系膜）に水が含浸された固体高分子電解質膜６８と、前記固体高分子電解質膜６８を挟持するカソード側電極７０及びアノード側電極７２とを備える。

カソード側電極７０及びアノード側電極７２は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜６８の両面に形成される。

第１セパレータ６４の電解質膜・電極構造体６２に向かう面には、酸化剤ガス流路７４が設けられるとともに、第２セパレータ６６の前記電解質膜・電極構造体６２に向かう面には、燃料ガス流路７６が設けられる。各発電セル５４を構成する第１セパレータ６４と第２セパレータ６６との間には、冷却媒体流路７８が設けられる。

エンドプレート６０ａ、６０ｂには、断面Ｌ字状のアングル部材８０ａ、８０ｂの一端が固定される。アングル部材８０ａ、８０ｂの他端は、メインフレーム２２に固定されることにより、燃料電池ユニット２６は、前記メインフレーム２２に取り付けられる。

このように構成される燃料電池搭載車両１０の動作について、以下に説明する。

燃料電池ユニット２６では、図２に示すように、燃料ガス流路７６に燃料ガスとして水素ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス流路７４に酸化剤ガスとして空気が供給される。これにより、各発電セル５４で発電が行われ、燃料電池ユニット２６からの出力電力は、例えば、駆動モータ２８に送られる。このため、燃料電池搭載車両１０は、駆動モータ２８の回転作用下に走行可能となる。

ところで、雨天時には、図４に示すように、フロントガラス１６から流れ落ちる雨水は、通気孔４０を通過してカウル部材４２の内部に導入される。雨水は、水抜き通路４４に沿って車幅方向両側に移動した後、水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒからドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒに排出される。ドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒでは、ホイールハウス３６Ｌ、３６Ｒの上方から外部に雨水が排出される。

この場合、第１の実施形態では、カウル部材４２は、水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒにドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒの入口端部を接続するとともに、前記ドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒの出口端部が、フロントルーム１８の外部に開口している。例えば、ドレイン配管４８Ｌ、４８Ｒの出口端部は、ホイールハウス３６Ｌ、３６Ｒの上方から下方に開口している。

このため、水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒは、フロントルーム１８に、直接、開口することがない。従って、フロントルーム１８に配置されている燃料電池ユニット２６から水素が漏れた際、この水素は、水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒからカウル部材４２内に導入することを確実に抑制することができる。

これにより、カウル部材４２内で開口されるエアコンユニット２４の外気導入口５０から水素が吸引されることがない。このため、簡単な構成で、燃料電池ユニット２６（燃料電池スタック５５）から漏洩する水素が、エアコンユニット２４に吸引されることを、可及的に阻止することが可能になる。従って、キャビン１５内に水素が導入されることを確実に阻止することができるという効果が得られる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池電気自動車（燃料電池搭載車両）９０の概略正面視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池電気自動車１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料電池電気自動車９０を構成する自動車車体９２は、カウル部材４２に接続されるドレイン配管９４Ｌ、９４Ｒを備える。ドレイン配管９４Ｌ、９４Ｒは、入口端部が水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒに連通するとともに、出口端部は、フロントルーム１８の外部に、例えば、ホイールハウス３６Ｌ、３６Ｒの内方から水平方向外方に、すなわち、横向きに開口する。

このように構成される第２の実施形態では、カウル部材４２は、水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒにドレイン配管９４Ｌ、９４Ｒの入口端部を接続するとともに、前記ドレイン配管９４Ｌ、９４Ｒの出口端部が、フロントルーム１８の外部に開口している。例えば、ドレイン配管９４Ｌ、９４Ｒの出口端部は、ホイールハウス３６Ｌ、３６Ｒの上方に横向きに開口している。

このため、フロントルーム１８に配置されている燃料電池ユニット２６から水素が漏れた際、この水素は、水抜き孔４６Ｌ、４６Ｒからカウル部材４２内に導入することを確実に抑制することができる。従って、キャビン１５内に水素が導入されることを確実に阻止することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、９０…燃料電池電気自動車１２、９２…自動車車体
１４…ダッシュボード１５…キャビン
１６…フロントガラス１８…フロントルーム
２２…メインフレーム２３…サブフレーム
２８…駆動モータ３０…ステアリングギアボックス
３２Ｌ、３２Ｒ…車軸３４Ｌ、３４Ｒ…ホイール
３６Ｌ、３６Ｒ…ホイールハウス４２…カウル部材
４４…水抜き通路４６Ｌ、４６Ｒ…水抜き孔
４８Ｌ、４８Ｒ、９４Ｌ、９４Ｒ…ドレイン配管
５０…外気導入口５４…発電セル
５５…燃料電池スタック６２…電解質膜・電極構造体
６４、６６…セパレータ

Claims

複数の発電セルが積層された燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットを、ダッシュボード前方に形成されたフロントルームに配置するとともに、前記フロントルームには、水抜き通路を有し、前記水抜き通路の上方にエアコンユニットの外気導入口が開口されたカウル部材が配置される燃料電池搭載車両であって、
前記燃料電池スタックは、前記カウル部材及び前記エアコンユニットよりも前方に配置されており、
前記カウル部材は、前記水抜き通路の底部に水抜き孔を設け、前記水抜き孔にドレイン配管の入口端部が接続されるとともに、前記ドレイン配管の出口端部は、前記フロントルームの外部に開口しており、
前記外気導入口は、前記カウル部材の内部及び前記ドレイン配管を介して、前記フロントルームの外部と連通していることを特徴とする燃料電池搭載車両。
請求項１記載の燃料電池搭載車両において、前記水抜き通路は、フロントガラスの前端部下方に車幅方向に延在して配置され、前記フロントガラスからの雨水を受けることを特徴とする燃料電池搭載車両。
請求項１又は２記載の燃料電池搭載車両において、前記ドレイン配管の出口端部は、フロントタイヤ用ハウジングの上方から外部に開口することを特徴とする燃料電池搭載車両。