JP6272726B2 - Vehicle exhaust structure - Google Patents
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Description
本発明は、排気をするための排気管を搭載した車両の排気構造に関する。 The present invention relates to an exhaust structure for a vehicle equipped with an exhaust pipe for exhausting.
一般に、水素や石油系の燃料を使用して排気を排出するエンジンを搭載した車両や、排ガスを排出する燃料電池等の電源を搭載した車両では、動力源や燃料電池等の電源を車体前部に配置して、車体後部に排気を希釈する希釈器を配置している(例えば、特許文献1参照)。 In general, in vehicles equipped with an engine that exhausts exhaust using hydrogen or petroleum-based fuel, or vehicles equipped with a power source such as a fuel cell that exhausts exhaust gas, the power source such as a power source or fuel cell is connected to the front part of the vehicle body. And a diluter for diluting exhaust gas at the rear of the vehicle body (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載された燃料電池車両等の一般の車両では、車体前端部にファン付きのラジエータを配置し、その後方にラジエータで冷却される燃料電池やエンジンを配置し、車体後部に燃料電池やエンジンから排出された排気を希釈する希釈器が配置されている。燃料電池やエンジンから排出された排気は、車体の床下空間に配置された排気管によって車体後部に送られた後、車体後方へ排出される。その排気管内を流れる排気中には、燃料電池の発電の際に生成された生成水や、その他の不純物が含まれている。 In a general vehicle such as a fuel cell vehicle described in Patent Document 1, a radiator with a fan is disposed at the front end of the vehicle body, a fuel cell or an engine cooled by the radiator is disposed behind the radiator, and the fuel cell is disposed at the rear of the vehicle body. And a diluter for diluting the exhaust discharged from the engine. Exhaust gas discharged from the fuel cell or engine is sent to the rear part of the vehicle body by an exhaust pipe disposed in the under floor space of the vehicle body, and then discharged to the rear of the vehicle body. The exhaust gas flowing in the exhaust pipe contains generated water generated during the power generation of the fuel cell and other impurities.
図7は、燃料電池車両に搭載される排気管の比較例を示す概略図である。
図7に示すように、燃料電池車両100に搭載される比較例の排気管200は、前端部210が、車体前部に配置された燃料電池300に接続され、後端部220が、車体後部に配置された希釈器400を介して車両後方に向けて開口した状態に配置されている。
FIG. 7 is a schematic view showing a comparative example of an exhaust pipe mounted on a fuel cell vehicle.
As shown in FIG. 7, in the
排気管200の前端部210は、モータルームMRの下方から隔壁500の下側、及び、車幅方向に延びるクロスメンバやフロントサブフレームの下側を通って車体後方に向けて延びている。このため、排気管200の前端部210には、車両の床下前端部110付近で、後方向に向かって斜めに下降した駆け下がり部230が形成されている。
The
排気管200の後端部220は、車室の床下空間120の後端部から車幅方向に延びるクロスメンバやリヤサブフレームの下側を通って、荷室床下空間130に配置され希釈器400に向かって延びている。希釈器400は、燃料電池車両100が後退して縁石600に衝突した場合に、衝突荷重によって変形したり、損傷したりして機能が低下するのを抑制するために、縁石600の高さH100よりも高い高さH200の位置に配置されている。このため、排気管200の後端部220は、車両の荷室床下空間130の手前付近で、後方向に向かって斜めに上昇した駆け上がり部240が形成されている。
The
図7に示す燃料電池車両100に搭載された排気管200では、駆け下がり部230と、駆け上がり部240と、が形成されていることによって、駆け下がり部230及び駆け上がり部240の下端部が低くなっている。このため、排気管200を生成水が流れた場合は、駆け下がり部230及び駆け上がり部240の下端部に、生成水が滞留してしまい排水性が良好とは言えなかった。
In the
排気管200内に生成水が滞留している場合、厳冬期等で外気が低温状態のときには、その生成水が凍結し、状況によっては、排気管200内の流路が閉塞されて排気が排出されない虞があった。さらに、寒冷地においては、排気管200の後端部にある希釈器400に雪が付着した場合、雪と外気温とで排気管200内及び希釈器400内の水分が凍結して、排気管200内及び希釈器400内の容積が減少することによって、希釈器400の性能を悪化させる可能性があった。
When the generated water stays in the
そこで、本発明は、排気管内に滞留した水分を排出することができる車両の排気構造を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exhaust structure for a vehicle that can discharge water remaining in an exhaust pipe.
前記課題を解決するための手段として、本発明に係る車両の排気構造は、前方からの排気を通し、上方向に向けて形成された駆け上がり部、または、下方向に向けて形成された駆け下がり部を有する排気管と、前記排気管を搭載した車両で利用される送風手段と、前記排気管の上流から、前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置に接続されて、前記送風手段からの気体を導入する導入管と、を備え、前記送風手段は、コンプレッサであり、前記導入管は、前記コンプレッサで生成した圧縮空気を前記排気管の上流側に導入させる第1導入管と、前記コンプレッサで加圧されて高温化されてインタクーラーで冷却した圧縮空気を前記排気管の上流側に導入させる第2導入管と、から成り、前記駆け上がり部の下端部、または、前記駆け下がり部の下端部に滞留した水分を、前記コンプレッサから前記第1導入管、または、前記第2導入管を介して前記排気管に導入した圧縮空気によって、前記排気管外に排出することを特徴とする。 As a means for solving the above problem, an exhaust structure for a vehicle according to the present invention, through the exhaust from the previous person, up unit ran formed toward upward, or formed toward downward An exhaust pipe having a run-down portion, an air blowing means used in a vehicle equipped with the exhaust pipe, and any position between the upstream of the exhaust pipe and the run-up portion or the run-down portion And an introduction pipe for introducing gas from the blowing means , wherein the blowing means is a compressor, and the introduction pipe sends compressed air generated by the compressor to the upstream side of the exhaust pipe. A first introduction pipe that is introduced, and a second introduction pipe that introduces compressed air that has been pressurized by the compressor and heated to a high temperature and cooled by an intercooler, to the upstream side of the exhaust pipe. under Or the compressed air introduced from the compressor into the exhaust pipe through the first introduction pipe or the second introduction pipe, and It is characterized by being discharged .
このような構成によれば、車両の排気構造は、送風手段からの気体が導入管を介して排気管に導入されることにより、排気管の駆け上がり部、または、駆け下がり部に滞留した生成水等の水分を、導入した気体によって排気管外に噴き飛ばすことができる。
また、このような構成によれば、送風手段は、コンプレッサであることにより、コンプレッサで加圧されて高温化された空気を排気管内に導入させることによって、排気管内で凍結していた水分を解凍させて噴き飛ばすことができる。このため、排気管内で水分が凍結したとしても、コンプレッサからの温風で凍結した水分を解凍させて気化させることができるので、凍結によって排気管内が閉塞されるのを解消させることができる。
According to such a configuration, the exhaust structure of the vehicle is generated by the gas from the blower means being introduced into the exhaust pipe via the introduction pipe, and staying in the run-up portion or the run-down portion of the exhaust pipe. Water such as water can be blown out of the exhaust pipe by the introduced gas.
Further, according to such a configuration, since the air blowing means is a compressor, the air that has been pressurized by the compressor and heated to a high temperature is introduced into the exhaust pipe, so that the water that has been frozen in the exhaust pipe is thawed. Can be blown off. For this reason, even if water is frozen in the exhaust pipe, the water frozen by the hot air from the compressor can be thawed and vaporized, so that the exhaust pipe can be prevented from being blocked by freezing.
また、前記排気管は、車体前部のモータルームから床下空間を通って車体後方に向けて延びて配置され、前記駆け下がり部は、前記排気管の前端部から車両の床下前端部まで間の位置に配置され、前記駆け上がり部は、車体後部に配置されていることが好ましい。 During addition, the exhaust pipe is arranged to extend toward the rear of the vehicle body from the vehicle body front portion of the motor room through the underfloor space, said came under rising portion until underfloor front end of the vehicle from the front end portion of the exhaust pipe disposed position, the bet on rising portion is preferably disposed in the rear portion of the vehicle body.
このような構成によれば、排気管は、送風手段(コンプレッサ)からの圧縮空気(気体)を導入管を介して排気管の駆け下がり部の上流側に導入させることにより、駆け上がり部、または、駆け下がり部に滞留した生成水等の水分を、導入した気体によって排気管外に排出させことができる。 According to such a configuration, the exhaust pipe introduces the compressed air (gas) from the blowing means (compressor) to the upstream side of the down part of the exhaust pipe via the introduction pipe, or In addition, moisture such as generated water staying in the run-down portion can be discharged out of the exhaust pipe by the introduced gas.
また、前記排気管の後端部側には、前記排気管によって送られた前記排気が送り込まれる希釈器を備えていることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide the diluter into which the said exhaust_gas | exhaustion sent by the said exhaust pipe is sent in the rear-end part side of the said exhaust pipe .
このような構成によれば、排気管は、後端部側に希釈器を備えていることにより、送風手段からの気体を希釈器に送り込んで、希釈器内に滞留した水分を噴き飛ばすことができる。According to such a configuration, the exhaust pipe is provided with the diluter on the rear end side, so that the gas from the blowing means can be sent to the diluter and the water remaining in the diluter can be blown off. it can.
また、前記送風手段は、燃料電池に対して酸素含有ガスを供給することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said ventilation means supplies oxygen containing gas with respect to a fuel cell.
このような構成によれば、送風手段は、燃料電池に酸素含有ガスを供給することにより、酸素含有ガス中の酸素が燃料電池で水素と電気化学反応することによって発電させることができるとともに、余剰に供給される酸素含有ガスの流れを利用して、滞留した水分を排気管外に排出することができる。 According to such a configuration, the air blowing means can generate power by supplying oxygen-containing gas to the fuel cell so that oxygen in the oxygen-containing gas undergoes an electrochemical reaction with hydrogen in the fuel cell, and surplus. The remaining water can be discharged out of the exhaust pipe by using the flow of the oxygen-containing gas supplied to.
また、前記送風手段は、蓄電装置に対して冷却用ガスを供給することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said ventilation means supplies the gas for cooling with respect to an electrical storage apparatus.
このような構成によれば、送風手段は、蓄電装置に冷却用ガスを供給することにより、冷却用ガスで蓄電装置を冷却することができるとともに、昇温した冷却済みのガスを利用して、凍結した水分の解凍を早めたり、滞留した水分を排気管外に排出することができる。 According to such a configuration, the air blowing unit can cool the power storage device with the cooling gas by supplying the cooling gas to the power storage device, and can use the cooled gas that has been heated, It is possible to accelerate the thawing of frozen water or to discharge the accumulated water out of the exhaust pipe.
また、送風手段は、前記車両のモータルームに配置されて車体前方から吸引して取り入れた外気を供給することが好ましい。 Moreover, it is preferable that a ventilation means is arrange | positioned at the motor room of the said vehicle, and supplies the external air attracted | sucked and taken in from the vehicle body front.
このような構成によれば、モータルームに配置された送風手段は、車体前方から吸引して取り入れた外気を排気管内に導入させることにより、その外気によって、排気管内に貯留した生成水等を気化させて排出させることができる。 According to such a configuration, the blowing means arranged in the motor room introduces the outside air sucked and taken in from the front of the vehicle body into the exhaust pipe, and thereby vaporizes the generated water stored in the exhaust pipe by the outside air. Can be discharged.
また、前記排気管の上流から前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置は、前記車両が走行可能な地形で最も前傾した場合に、前記排気管のうちで最も低くなる部分に設定されていることが好ましい。 Further, any position between the upstream side of the exhaust pipe and the run-up part or the run-down part is, among the exhaust pipes, when the vehicle is most inclined in the terrain where the vehicle can travel. It is preferable to set it to the lowest part.
このような構成によれば、排気管は、駆け上がり部、または、駆け下がり部までの間の最も低く設定された部分に水が溜まり易くなっている。その最も低く設定された部分に水が溜まったとしても、送風手段から送られた気体を排気管の上流から最も低く設定され部分に送ることによって、水や凍結した水を気化させて排出させることができる。 According to such a configuration, in the exhaust pipe, water tends to accumulate in the lowest set portion between the run-up portion or the run-down portion. Even if water accumulates in the lowest set part, the gas sent from the blower means is sent to the lowest set part from the upstream of the exhaust pipe to vaporize and discharge water or frozen water Can do.
本発明に係る車両の排気構造は、排気管内に滞留した水分や凍結した水分を気化させて排出させることができる。 The exhaust structure of a vehicle according to the present invention can vaporize and drain moisture remaining in the exhaust pipe or frozen moisture.
図1〜図5を参照して、本発明の実施形態に係る車両の排気構造を説明する。
なお、車両の前進方向を「前」、後退方向を「後」、鉛直上方側を「上」、鉛直下方側を「下」、車幅方向を「左」、「右」として説明する。
With reference to FIGS. 1-5, the exhaust structure of the vehicle which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
It is assumed that the forward direction of the vehicle is “front”, the backward direction is “rear”, the vertical upper side is “up”, the vertical lower side is “lower”, and the vehicle width direction is “left” and “right”.
≪車両≫
まず、本発明の実施形態に係る車両の排気構造を説明する前に、本発明の車両の排気構造が適用される車両Cについて説明する。図1に示すように、車両Cは、燃料を用いる装置から排出される排気を車体後部8bに向けて送る排気管6と、排気管6内に気体を導入させる送風手段3と、を搭載した自動車であれば、その形式及び種類は特に限定されない。つまり、車両Cは、排気管6と送風手段3とを有していればよい。
また、車両Cは、水素や石油系の燃料や代替燃料を使用して排ガスを排出するエンジンや、排ガスを排出する電源からの電力で駆動させるパワーユニット等を搭載して走行するものであれば、その形式・種類は特に限定されない。つまり、車両Cは、乗用車、バス、トラック、作業車等であってもよい。
以下、車両Cの一例として、水素オフガスを排出する燃料電池10を搭載した乗用車タイプの燃料電池車両Vを例に挙げて本発明の実施形態を説明する。
≪Vehicle≫
First, before describing a vehicle exhaust structure according to an embodiment of the present invention, a vehicle C to which the vehicle exhaust structure of the present invention is applied will be described. As shown in FIG. 1, the vehicle C is equipped with an
Further, if the vehicle C travels with an engine that discharges exhaust gas using hydrogen or petroleum-based fuel or alternative fuel, a power unit that is driven by power from a power source that discharges exhaust gas, etc., The format and type are not particularly limited. That is, the vehicle C may be a passenger car, a bus, a truck, a work vehicle, or the like.
Hereinafter, as an example of the vehicle C, an embodiment of the present invention will be described by taking a passenger car type fuel cell vehicle V equipped with a
≪燃料電池車両の構成≫
図1に示すように、燃料電池車両Vは、燃料電池10の発電電力によって走行用の走行モータ(図示省略)を回転させて走行する電気自動車であり、燃料電池システム1を搭載している。燃料電池車両V(車両C)は、車体後部8bよりも前方に、水素を利用して発電を行う燃料電池10を設置している。燃料電池車両Vの車体前部8aには、ラジエータ2、燃料電池10、走行モータ(図示省略)、コンプレッサ31(送風手段3)等が収納されるモータルームMRが設置されている。燃料電池車両Vの車体後部8bには、水素タンク4と、希釈器5と、が設けられている。車体前部8aから車体後部8bに亘って、排気管6が設置されている。また、車室の床下空間85には、排気管6と、排気用サイレンサ11と、が配置されている。
≪Configuration of fuel cell vehicle≫
As shown in FIG. 1, the fuel cell vehicle V is an electric vehicle that travels by rotating a traveling motor (not shown) for traveling by the generated power of the
図1に示すように、モータルームMRの車体後方側には、モータルームMRの後側内壁を形成する隔壁8dが設置されている。
ラジエータ2は、燃料電池車両Vの走行によって発生する走行風を車体前方から吸引して取り入れて、熱媒である冷却水を冷却する。ラジエータ2は、例えば、燃料電池10や走行モータ(図示省略)を冷却する冷却水を空気によって冷却するファン付きのラジエータから成る。
As shown in FIG. 1, a
The
走行モータ(図示省略)は、燃料電池10で発電された電力を使用して回転して車輪を駆動させるための電動モータである。また、走行モータ(図示省略)は、不図示のインバータまたはパワードライブユニット(PDU)等によって、供給される電流が調整される。
The travel motor (not shown) is an electric motor that rotates using the electric power generated by the
排気用サイレンサ11は、拡径された所定の内部空間を有し、排気管6で送られてきた燃料電池10の排気により生ずる音を抑制する装置である。
The
≪燃料電池システム≫
図2に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池10と、燃料電池10のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池10のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、燃料電池10の発電を制御する電力制御系と、それらを電子制御する電子制御装置(図示省略)と、を備えている。
≪Fuel cell system≫
As shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 includes a
≪燃料電池≫
燃料電池10は、アノード極に水素が供給され、カソード極に酸化剤ガスとしての空気(酸素)が供給されることで、水素と酸素との電気化学反応によって発電するように構成されている。燃料電池10では、発電する際に、水素ガスと酸化剤ガスとが電気化学反応して水が生成される。生成された生成水は、水素オフガス循環路43内に滞留する。
≪Fuel cell≫
The
<アノード系>
アノード系は、水素タンク4(燃料ガス供給源)と、熱交換器41と、圧力センサP1と、遮断弁V1と、エゼクタ42と、キャッチタンク44と、循環ポンプ45と、逆止弁46と、オリフィス47,49と、パージ弁V2と、水位センサ48と、ドレン弁V3と、を主に備えている。
<Anode system>
The anode system includes a hydrogen tank 4 (fuel gas supply source), a
水素タンク4は、燃料電池10に供給する燃料である高純度の水素ガスが高圧で充填された容器である。水素タンク4には、水素ガスを燃料電池10に送る水素ガス供給路40が接続されている。水素タンク4は、燃料電池車両Vの後輪付近の荷室84の下前方に横置きに配置されている(図1参照)。
The hydrogen tank 4 is a container filled with high-purity hydrogen gas, which is fuel supplied to the
水素ガス供給路40は、水素タンク4内の高圧水素を燃料電池10に送るための流路である。水素ガス供給路40は、上流側が水素タンク4に接続され、下流側が熱交換器41、圧力センサP1、遮断弁V1、及びエゼクタ42を介して燃料電池10に接続されている。水素ガス供給路40の遮断弁V1とエゼクタ42との間には、水素オフガスを循環させる循環ポンプ45が配置された水素オフガス循環路43が接続されている。
The hydrogen
熱交換器41は、水素タンク4からの水素ガスの放出時に膨張して温度が低下した水素ガスに対して外部と熱交換を行って、外部の熱を吸熱させて昇温させることにより、水素ガスの露点温度の低下を防止して加湿し易い温度に調整する装置である。
遮断弁V1は、電子制御装置(図示省略)の指令で開弁して、水素ガスを燃料電池10に供給させるためのバルブである。
圧力センサP1は、水素ガス供給路40を流れて燃料電池10に供給される水素ガスの圧力を計測する計測器である。圧力センサP1は、熱交換器41と遮断弁V1との間に介在されている。
エゼクタ42は、遮断弁V1からの水素ガスを噴射することで負圧を発生させるノズル(図示省略)と、その負圧で吸引されたオリフィス47(水素オフガス循環路43)からの水素オフガスとノズルから噴射された水素ガスとを混合させて燃料電池10に向けて供給するディフューザ(図示省略)と、を備えている。
The
The shutoff valve V <b> 1 is a valve that is opened by a command from an electronic control device (not shown) and supplies hydrogen gas to the
The pressure sensor P <b> 1 is a measuring instrument that measures the pressure of hydrogen gas that flows through the hydrogen
The
水素オフガス循環路43は、燃料電池10から排出された水素オフガスを再度、水素ガス供給路40に戻して循環させる流路である。水素オフガス循環路43には、キャッチタンク44と、循環ポンプ45と、逆止弁46と、オリフィス47と、が設けられている。また、水素オフガス循環路43には、キャッチタンク44、オリフィス49及びドレン弁V3が設けられた排水路71と、水素オフガス循環路43から分岐されてパージ弁V2が設けられた水素オフガス排出路72と、が接続されている。
The hydrogen off
キャッチタンク44は、燃料電池10の発電によって生じた生成水等を貯留するタンクである。キャッチタンク44には、貯留された生成水の水量を検出する水位センサ48が設けられている。
オリフィス49は、キャッチタンク44から排出される生成水を含む水素オフガスの流量を調整するものである。
ドレン弁V3は、開弁することによって、キャッチタンク44に貯留した水(結露水)を排水路71から排水させるための電磁弁である。
The
The
The drain valve V3 is an electromagnetic valve for draining water (condensation water) stored in the
循環ポンプ45は、水素ガス供給路40の途中に接続された水素オフガス循環路43に水素オフガスを循環させるためのポンプである。循環ポンプ45は、上流側がキャッチタンク44に接続され、下流側が逆止弁46を介してエゼクタ42に接続されている。
The
逆止弁46は、水素オフガス循環路43を流れる水素オフガスの流れを一方向(下流方向)に規制して、逆方向に流れるのを阻止する弁である。
オリフィス47は、水素オフガス循環路43からエゼクタ42に流れる水素オフガスの流量を規制して調整するためのものであり、逆止弁46に対して並列に接続されている。オリフィス47は、上流側が循環ポンプ45に接続され、下流側がエゼクタ42に接続されている。
The
The
パージ弁V2は、燃料電池10の発電時に、電子制御装置(図示省略)の指令で作動して開弁すると、水素オフガス循環路43を循環する水素オフガスに含まれている不純物(水蒸気、窒素等)を水素オフガス排出路72に排出するための電磁弁である。
When the purge valve V2 is operated by a command from an electronic control unit (not shown) during power generation of the
排水路71は、キャッチタンク44に貯留された生成水を排気管6に送るための配管である。排水路71は、上流側がドレン弁V3、オリフィス49を介してキャッチタンク44に接続され、下流側が排気管6(酸素オフガス排出路)との分岐点dに接続されている。
The
水素オフガス排出路72は、水素オフガスを排気管6に送るための配管である。水素オフガス排出路72は、上流側がパージ弁V2を介して水素オフガス循環路43のキャッチタンク44と循環ポンプ45との間に接続され、下流側が排気管6との分岐点e(図1参照)に接続されている。
The hydrogen off
<カソード系>
カソード系は、エアクリーナAcと、流量計Q1と、第1温度センサT1と、コンプレッサ31(送風手段3)と、サイレンサ32と、インタクーラー33と、圧力センサP2と、第1封止弁V4と、加湿器34と、を主に備えている。
<Cathode system>
The cathode system includes an air cleaner Ac, a flow meter Q1, a first temperature sensor T1, a compressor 31 (air blowing means 3), a
図2に示すように、エアクリーナAcは、空気供給流路30に大気を吸入する際に、塵埃を除去するフィルタであり、空気供給流路30の上流端に設けられている。エアクリーナAcの下流側は、流量計Q1及び第1温度センサT1を介してコンプレッサ31に接続されている。
流量計Q1は、空気供給流路30に取り入れる大気の流量を計測する計測器であり、検出した流量を電子制御装置(図示省略)に出力するようになっている。
第1温度センサT1は、空気供給流路30に取り入れる大気の温度を計測する計測器であり、検出した温度を電子制御装置(図示省略)に出力するようになっている。
As shown in FIG. 2, the air cleaner Ac is a filter that removes dust when the air is sucked into the
The flow meter Q1 is a measuring instrument that measures the flow rate of the air taken into the air
The first temperature sensor T1 is a measuring instrument that measures the temperature of the atmosphere introduced into the air
<送風手段>
送風手段3は、後記する導入管60を介して排気管6に圧縮空気(気体)を導入させるための送風源である。また、送風手段3は、空気を空気供給流路30を介して燃料電池10に供給する送風源でもある。つまり、送風手段3は、排気管6を搭載した車両Cで利用されるものである。送風手段3の下流側には、導入管60が接続されている。送風手段3は、例えば、コンプレッサ31から成る。
<Blower unit>
The blower means 3 is a blower source for introducing compressed air (gas) into the
コンプレッサ31(送風手段3)は、モータ31bの回転によってエアポンプ31aを駆動させて圧縮機31cで高温の圧縮空気を生成する装置である。コンプレッサ31は、燃料電池10に酸化剤として供給される空気を送り出すのに用いられる。コンプレッサ31は、電子制御装置(図示省略)の指令で作動すると、酸素(酸化剤ガス)を含む空気を燃料電池10、または、後記する導入管60を介して排気管6に供給するようになっている。
The compressor 31 (air blowing means 3) is a device that drives the
空気供給流路30は、燃料電池10のカソードに空気を供給する供給路である。空気供給流路30は、上流側がコンプレッサ31を介して前記流量計Q1、第1温度センサT1及びエアクリーナAcに接続され、下流側がサイレンサ32、インタクーラー33、圧力センサP2、第1封止弁V4及び加湿器34を介して燃料電池10に接続されている。この空気供給流路30の途中には、第1制御弁V5が設けられた第1導入管61(導入管60)と、第2制御弁V6が設けられた第2導入管62(導入管60)と、排気再循環ポンプ36及び逆止弁37が設けられた酸素オフガス循環路35と、が接続されている。
The
サイレンサ32は、空気供給流路30に流れる高圧の空気によって発生する騒音を低減させる装置である。サイレンサ32は、上流側が圧縮機31cに接続され、下流側がインタクーラー33に接続されている。
The
インタクーラー33は、コンプレッサ31で圧縮されることで高温となった空気を冷却する装置である。インタクーラー33は、例えば、空冷式と、水冷式とがあるが、どちらであってもよい。インタクーラー33は、上流側が第1導入管61に接続され、下流側が圧力センサP2及び第1封止弁V4を介して加湿器34に接続されている。
The
圧力センサP2は、インタクーラー33と第1封止弁V4との間の空気供給流路30の圧力を検出し、電子制御装置(図示省略)に出力するようになっている。
第1封止弁V4は、例えば、電磁作動式の開閉弁であり、下流側が加湿器34を介して燃料電池10のカソード流路に接続されている。この第1封止弁V4は、空気供給流路30の圧力センサP2と加湿器34との間に設けられて、閉状態において燃料電池10の空気供給側を締め切る機能を果たす。
The pressure sensor P2 detects the pressure of the air
The first sealing valve V4 is, for example, an electromagnetically operated on-off valve, and the downstream side is connected to the cathode flow path of the
加湿器34は、水分が透過可能な中空糸膜を内蔵し、この中空糸膜によって、燃料電池10のカソード流路に向かう空気と、燃料電池10から排出された多湿の酸素オフガスとの間で水分交換させて、燃料電池10に向かう新規空気を加湿する。
第2温度センサT2は、燃料電池10から排気管6に排出された酸素オフガスの温度を計測する計測器であり、燃料電池10と加湿器34との間の排気管6に設けられている。第2温度センサT2は、検出した温度を電子制御装置(図示省略)に出力するようになっている。
The
The second temperature sensor T <b> 2 is a measuring instrument that measures the temperature of the oxygen off gas discharged from the
<導入管>
導入管60は、コンプレッサ31(送風手段3)からの気体を排気管6に導入するための配管である。導入管60は、上流側がコンプレッサ31に連通する空気供給流路30に接続され、下流側が排気管6の駆け下がり部6cの上流側に接続されている。導入管60は、第1導入管61と、第2導入管62と、から成り、モータルームMR内に配置されている(図1参照)。
<Introduction pipe>
The
第1導入管61は、コンプレッサ31で生成した圧縮空気を排気管6の駆け下がり部6cの上流側に導入させる流路であり、燃料電池10に対して迂回する第1バイパス流路を構成している。第1導入管61は、上流側がサイレンサ32とインタクーラー33との間の空気供給流路30に接続され、下流側が排気管6と水素オフガス排出路72との分岐点dよりも上流にある分岐点cに接続されている。第1導入管61の第1制御弁V5は、電子制御装置(図示省略)の指令で開弁されると、コンプレッサ31で加圧されて高温化された空気を、空気供給流路30から第1導入管61を介して排気管6の駆け下がり部6cの上流に送るようにするための電磁弁である。
The
図2に示すように、第2導入管62は、コンプレッサ31の圧縮空気を排気管6の駆け下がり部6cの上流に導入させる流路であり、燃料電池10に対して迂回する第2バイパス流路を構成している。第2導入管62の第2制御弁V6は、第1制御弁V5と同様に、電子制御装置(図示省略)の指令で開弁されると、コンプレッサ31で高温化されてインタクーラー33で冷却された空気を、空気供給流路30から第2導入管62を介して排気管6の駆け下がり部6cの上流に送るようにするための電磁弁である。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、コンプレッサ31で加圧されて高温になった新規の圧縮空気は、空気供給流路30から第1導入管61、または、第2導入管62を介して排気管6の駆け下がり部6c、駆け上がり部6d(図3参照)を通って希釈器5に送られるようになっている。
As shown in FIG. 1, the new compressed air that has been pressurized by the
酸素オフガス循環路35は、燃料電池10から排気管6に排出された酸素オフガスを、第2温度センサT2、及び加湿器34を介して空気供給流路30に戻して循環させる流路である。酸素オフガス循環路35には、排気再循環ポンプ36と、逆止弁37と、が設けられている。
The oxygen off-
排気再循環ポンプ36は、酸素オフガスを流動させるためのポンプであり、上流側が排気管6側の加湿器34に接続され、下流側が逆止弁37を介して空気供給流路30側の加湿器34に接続されている。
逆止弁37は、酸素オフガス循環路35を流れる酸素オフガスの方向を、排気管6側から空気供給流路30側に一方向に流れるように規制するバルブである。
The exhaust
The check valve 37 is a valve that regulates the direction of oxygen off gas flowing through the oxygen off
<排気管>
排気管6は、燃料電池10から排出された酸素オフガスを希釈器5に送るための酸素オフガス排出路である。排気管6は、上流側の前端部6aがモータルームMRに配置された燃料電池10に接続され、下流側の後端部6bが車体後部8bに配置された希釈器5に接続されている。排気管6の途中には、前記第2温度センサT2、加湿器34、第2封止弁V7、背圧弁V8が設けられている。
<Exhaust pipe>
The
図1に示すように、排気管6の前側は、モータルームMRの分岐点eから隔壁8dの下側、及び、車幅方向の延びるクロスメンバやフロントサブフレームの下側、床下空間85を通って車体後方に向けて延びている。このため、排気管6には、前端部6aから車両Cの床下前端部8c付近まで間の位置に、後方向に向かって斜めに下降した駆け下がり部6cが形成されている。
As shown in FIG. 1, the front side of the
図3に示すように、排気管6の後側は、車体前方の床下からフロアパネル81、車体フレーム82、及び、リヤサブフレーム83の下側を通って荷室84(図1参照)の荷室床下空間86に配置された希釈器5まで延設されている。排気管6の下流側の後端部6bには、希釈器5が設けられている。
As shown in FIG. 3, the rear side of the
図1に示すように、希釈器5は、燃料電池車両Vが後退して縁石9に衝突した場合に、衝突荷重によって変形したり、損傷したりして機能が低下するのを抑制するために、縁石9よりも高い位置に配置されている。このため、排気管6の後端部6bの前側には、後側に向かって斜め上方向に上昇した駆け上がり部6dが形成されている。
As shown in FIG. 1, when the fuel cell vehicle V moves backward and collides with the curbstone 9, the diluter 5 is used to prevent the function from being deteriorated due to deformation or damage due to the collision load. It is arranged at a position higher than the curb 9. For this reason, on the front side of the
このように排気管6は、下方向に向けて形成された駆け下がり部6cと、上方向に向けて形成された駆け上がり部6dと、を有している。また、排気管6は、駆け下がり部6cの位置よりも上流の位置で導入管60(第1導入管61及び第2導入管62)が接続されている。このため、排気管6は、駆け下がり部6cよりも上流側からコンプレッサ31(送風手段3)からの圧縮熱で高温化された気体(圧縮空気)が導入されるように第1導入管61が接続されている。また、排気管6は、駆け下がり部6cよりも上流側からインタクーラー33で冷却された気体(圧縮空気)が導入されるように第2導入管62が接続されている。
As described above, the
図2に示すように、第2封止弁V7は、例えば、電磁作動式の開閉弁であり、加湿器34を介して燃料電池10のカソード流路に接続されている。この第2封止弁V7と後記する背圧弁V8は、例えば、排気管6と酸素オフガス循環路35との分岐点aと、排気管6と第2導入管62との分岐点bとの間に接続されている。第2封止弁V7は、閉状態において、排気管6の分岐点aの下流側を締め切る機能を果たす。第2封止弁V7は、閉弁しているときに、排気管6側の加湿器34を通過した酸素オフガスが、排気再循環ポンプ36、逆止弁37を介して空気供給流路30側の加湿器34へ流れるようになっている。
As shown in FIG. 2, the second sealing valve V <b> 7 is an electromagnetically operated on / off valve, for example, and is connected to the cathode flow path of the
背圧弁V8は、例えば、バタフライ弁で構成されている。背圧弁V8の開度が電子制御装置(図示省略)の指令に従って制御されることで、その背圧(排気管6)が制御されるようになっている。 The back pressure valve V8 is constituted by, for example, a butterfly valve. The back pressure (exhaust pipe 6) is controlled by controlling the opening degree of the back pressure valve V8 in accordance with a command from an electronic control unit (not shown).
<希釈器>
図2に示すように、希釈器5は、パージ弁V2及びドレン弁V3を通って排出された水素オフガス(水素)を、燃料電池10から排気管6を介して排出された酸素オフガスと合流させた排気の流れに、大気を吸引して混合することでさらに希釈して排出する装置である。希釈器5は、排気管6で送られてきた水素オフガスと酸素オフガスとの混合流を噴出させる排気管6の後端部6bと、後端部6bよりも外径が大きく形成されて後端部6bとの間に隙間(吸込口)が形成され、後端部6bからの排気の流れによる負圧を利用して周囲の大気を吸込口から吸引することが可能な筐体51と、を備えている。この筐体51内で排気と吸引した大気とが混合されることで、希釈器5では、混合された排気が所定の水素濃度以下とされ、その後、筐体51の後端の排出口から大気中へと排出される。筐体51の排出口は、車両後方へ向けて斜め下向きに形成されて、後方下向きに排気が排出されるようになっている。
<Diluter>
As shown in FIG. 2, the diluter 5 joins the hydrogen off-gas (hydrogen) discharged through the purge valve V2 and the drain valve V3 with the oxygen off-gas discharged from the
なお、希釈器5の形状及び形式は特に限定されるものではない。図2にて破線で示す位置に、大気の吸引によらず、水素オフガスと酸素オフガスとを確実に混合し、予め所定の水素濃度以下とする希釈ボックス50を設置して希釈器としてもよい。
In addition, the shape and form of the diluter 5 are not particularly limited. A diluter may be provided by installing a
≪車両の排気構造の作用≫
次に、図1〜図5を参照して本実施形態に係る車両の排気構造の作用について説明する。
まず、運転者が燃料電池車両Vのイグニッションスイッチ(図示省略)をONにすると、図2に示すコンプレッサ31が駆動される。また、水素タンク4内の水素は、水素ガス供給路40を介して燃料電池10のアノード極に供給され、コンプレッサ31から空気供給流路30を介して、加湿器34で加湿された空気が燃料電池10のカソード極に供給される。これにより、燃料電池10内において水素と加湿空気中の酸素とが電気化学反応によって発電が行われ、走行モータ(図示省略)等の負荷に電力(発電電流)が供給されて、走行モータの回転動力によって燃料電池車両Vの駆動輪が駆動される。
≪Operation of vehicle exhaust structure≫
Next, the operation of the exhaust structure for a vehicle according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, when the driver turns on an ignition switch (not shown) of the fuel cell vehicle V, the
また、水素の利用効率を高めるために、燃料電池10のアノード極から排出された水素を、水素オフガス循環路43を介して燃料電池10のアノード極に導入して再循環させている。また、水素パージ処理時に、パージ弁V2を介して排出された水素オフガスは、水素オフガス排出路72、排気管6を介して希釈器5に導入される。
Further, in order to increase the utilization efficiency of hydrogen, hydrogen discharged from the anode electrode of the
コンプレッサ31(送風手段3)で加圧された圧縮空気(酸素含有ガス)は、燃料電池10に送られた後、酸素オフガスとなって排気管6の上流側で水素オフガスと合流し、その後、下流の希釈器5に導入される。希釈器5では、この排気の流れに大気が吸引されて混合され、排気の流れの中の水素がさらに希釈される。希釈器5の筐体51から吐出される排気は、水素濃度が所定値未満となった状態で大気中に排出される。
Compressed air (oxygen-containing gas) pressurized by the compressor 31 (air blowing means 3) is sent to the
図2に示す第1導入管61の第1制御弁V5を開弁させた場合は、コンプレッサ31で加圧されて高温化された圧縮空気が、空気供給流路30から第1導入管61を介して排気管6の駆け下がり部6cの上流に導入される。このため、コンプレッサ31(送風手段3)で生成された高温で酸素濃度の高い圧縮空気の一部は、燃料電池10を通らずに、第1導入管61を介して排気管6の駆け下がり部6c及び駆け上がり部6dを流れる。圧縮空気は、排気管6内の駆け下がり部6c及び駆け上がり部6dに貯留している生成水や、凍結している生成水を解凍して気化させて排気管6から排出させることができる。
When the first control valve V5 of the
さらに、高温で酸素濃度の高い圧縮空気は、希釈器5に入り込んで、希釈器5内に貯留している生成水や、凍結している生成水を解凍して気化させて希釈器5から大気中に排出させることができる。
このため、排気管6は、厳冬期や寒冷地で、排気管6内の生成水が凍結して閉塞状態になったり、希釈器5内の生成水が凍結して希釈器5の容積が減少したりすることによって、水素オフガスが流れに難くなったり、希釈性能が悪化したりするのを解消させることができる。
Further, the compressed air having a high oxygen concentration at a high temperature enters the diluter 5 and thaws and vaporizes the generated water stored in the diluter 5 or the frozen generated water from the diluter 5 to the atmosphere. Can be discharged inside.
For this reason, the
また、第2導入管62の第2制御弁V6を開弁させた場合は、排気管6には、コンプレッサ31で高温化されて、インタクーラー33で冷却された圧縮空気が、空気供給流路30から第2導入管62を介して排気管6の駆け下がり部6cの上流に導入される。このため、インタクーラー33で冷却された圧縮空気は、第1導入管61を介して排気管6の駆け下がり部6c及び駆け上がり部6dを流れるので、排気管6内に貯留している生成水を圧縮空気で下流側に吹き飛ばして、希釈器5を介して大気中に排出させることができる。
In addition, when the second control valve V6 of the
図4に示すように、車両Cが坂道を登るなどして、車両Cが走行可能な地形で最も後傾した状態になった場合に、車両Cの車体前部8a側が高くなり、車体後部8b側が低い状態になる。このため、このような車両Cが後傾の状態の場合、排気管6では、車体後部8b側にある駆け上がり部6dの下端部6fが、最も低い位置となり、生成水が駆け上がり部6dの下端部6fに貯留され易くなるように設定されている。
As shown in FIG. 4, when the vehicle C climbs up a hill and the vehicle C is in the most inclined state on the terrain where the vehicle C can travel, the vehicle
図5に示すように、車両Cが坂道を下るなどして、車両Cが走行可能な地形で最も前傾した状態になった場合に、車両Cの車体前部8a側が低くなり、車体後部8b側が高い状態になる。このため、このような車両Cが前傾の状態の場合、排気管6では、車体前部8a側にある駆け下がり部6cの下端部6eが、最も低い位置となり、生成水が駆け下がり部6dの下端部6eに貯留され易くなるように設定されている。
As shown in FIG. 5, when the vehicle C goes down a hill and the vehicle C is in the most inclined state on the terrain where the vehicle C can travel, the vehicle
前記したように、コンプレッサ31からの圧縮空気は、第1制御弁V5が開弁すると、第1導入管61からコンプレッサ31で高温化された圧縮空気となって排気管6に導入され、また、第2制御弁V6が開弁すると、第2導入管62からインタクーラー33で冷却された圧縮空気が、それぞれ排気管6内に導入される。
As described above, when the first control valve V5 is opened, the compressed air from the
このため、図4及び図5に示すように、車両Cが後傾状態及び後前傾状態の場合、駆け下がり部6c、及び駆け上がり部6dの下端部6e,6fに生成水が貯留したり、凍結したりしたとしても、高温化された圧縮空気、または、加湿される前の乾燥状態の圧縮空気によって、生成水を気化させて排出させることができる。
For this reason, as shown in FIGS. 4 and 5, when the vehicle C is in the rearward tilted state and the rearwardly forward tilted state, the generated water is stored in the
なお、第1制御弁V5及び第2制御弁V6の開弁は、車両Cの駐車時や運転時等に自動的に開閉するようにしてもよいし、また、スイッチで手動的に開閉できるようにしてもよい。また、第1制御弁V5及び第2制御弁V6は、排気管6及び希釈器5内に生成水が溜まっていない場合、使用する必要はない。
The opening of the first control valve V5 and the second control valve V6 may be automatically opened and closed when the vehicle C is parked or driven, or may be manually opened and closed with a switch. It may be. Further, the first control valve V5 and the second control valve V6 do not need to be used when the generated water is not accumulated in the
このように本発明に係る車両の排気構造は、送風手段3(コンプレッサ31)からの圧縮空気(気体)を導入管60を介して排気管6の駆け下がり部6cの上流側に導入させることにより、駆け上がり部6d、または、駆け下がり部6cに滞留した生成水等の水分を、導入した気体によって排気管6外に排出させことができる。このため、燃料電池10から排気管6に吐出される酸素オフガス等が、常に、排気管6内を希釈器5に向かって流れ易い状態に維持することができる。
Thus, the vehicle exhaust structure according to the present invention introduces compressed air (gas) from the blowing means 3 (compressor 31) to the upstream side of the run-down
≪変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。
≪Modification≫
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea. The present invention extends to these modifications and changes. Of course.
例えば、図1及び図3に示す前記第1導入管61及び第2導入管62は、排気管6の上流の駆け上がり部6dから駆け下がり部6cまでの間の位置に接続して、コンプレッサ31(送風手段3)からの圧縮熱で高温化された気体(圧縮空気)を、駆け上がり部6dの上流から導入するようにしてもよい。
つまり、第1導入管61及び第2導入管62は、排気管6の駆け下がり部6c、または、駆け上がり部6dの上流側に接続して、少なくとも、後側の駆け上がり部6dに貯留する生成水を圧縮空気によって排出するようにすればよい。
For example, the
That is, the
また、送風手段3は、図6に示すように、車室の床下空間85に設定された蓄電装置91に対して冷却用ガスを供給する送風源(ファン)であってもよい。蓄電装置91は、燃料電池10が発電した電気を蓄積する装置であり、例えば、バッテリあるいはキャパシタなどで構成されている。バッテリとしては、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などであり、キャパシタとしては、電気二重層キャパシタや電解コンデンサなどである。
Further, as shown in FIG. 6, the
この場合、送風手段3から蓄電装置91に冷却用ガスが送られる配管3aが設定される。そして、配管3aには、蓄電装置91を冷却する冷却部3bと、蓄電装置91の熱を奪ったガスが吐出される吐出口3cと、吐出口3cから車体後方に向けて延びる吐出管3dと、が設けられている。そして、この吐出管3dには、排気管6の駆け下がり部6c(または、駆け上がり部6d)の上流側に接続され、開閉弁(図示省略)が設けられた配管3e(導入管60)が、さらに接続されている。
このようにすれば、排気管6は、送風手段3からの冷却用ガスによって蓄電装置91を冷却することで熱交換で温風となった冷却用ガスが、開閉弁(図示省略)を開くことにより、吐出管3d及び配管3eを介して排気管6内に送り込まれるので、駆け上がり部6d等に貯留した生成水を確実に排出させることができ、また、凍結した水分の解凍を早めることもできる。
また、配管3eは、上流側を配管3aに接続して、下流側を排気管6の駆け上がり部6dと排気用サイレンサ11との間に接続してもよい。
In this case, the
In this way, in the
Further, the pipe 3e may be connected on the upstream side to the
また、送風手段3は、車両CのモータルームMRに配置されて、車体前方から吸引して取り入れた外気を供給する送風源であってもよい。
この場合、送風手段3は、例えば、車両CのモータルームMRに配置されたファン付きのラジエータ2のファン(送風手段3)から成る。送風手段3には、車体前方から吸引して取り入れた外気が排気管6の駆け下がり部6c、または、駆け上がり部6dの上流側に導入されるように、吸引した外気を排気管6に流すための外気導入配管(導入管60)を設ける。外気導入配管(導入管60)の下流側端部には、排気管6を接続する。
このように、ファン(送風手段3)によって生成した風を排気管6内の上流部に送り込んでも、排気管6内に貯留する生成水を排出させることができる。
Further, the
In this case, the air blowing means 3 includes, for example, a fan (the air blowing means 3) of the
Thus, even if the wind generated by the fan (air blowing means 3) is sent to the upstream portion in the
3 送風手段
5 希釈器
6 排気管
6d 駆け上がり部
6c 駆け下がり部
8a 車体前部
8b 車体後部
11 排気用サイレンサ
31 コンプレッサ
60 導入管
61 第1導入管61(導入管)
62 第2導入管62(導入管)
91 蓄電装置
C 車両
FC 燃料電池
MR モータルーム
V 燃料電池車両
DESCRIPTION OF
62 Second introduction pipe 62 (introduction pipe)
91 Power storage device C Vehicle FC Fuel cell MR Motor room V Fuel cell vehicle
Claims (7)
前記排気管を搭載した車両で利用される送風手段と、
前記排気管の上流から、前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置に接続されて、前記送風手段からの気体を導入する導入管と、を備え、
前記送風手段は、コンプレッサであり、
前記導入管は、前記コンプレッサで生成した圧縮空気を前記排気管の上流側に導入させる第1導入管と、
前記コンプレッサで加圧されて高温化されてインタクーラーで冷却した圧縮空気を前記排気管の上流側に導入させる第2導入管と、から成り、
前記駆け上がり部の下端部、または、前記駆け下がり部の下端部に滞留した水分を、前記コンプレッサから前記第1導入管、または、前記第2導入管を介して前記排気管に導入した圧縮空気によって、前記排気管外に排出することを特徴とする車両の排気構造。 Through an exhaust from the previous person, up unit ran formed toward upward, or, an exhaust pipe having a ran down portion formed toward downward,
Air blowing means used in a vehicle equipped with the exhaust pipe;
From the upstream of the exhaust pipe, connected to any position between the run-up part or the run-down part, and an introduction pipe for introducing the gas from the blowing means ,
The air blowing means is a compressor,
The introduction pipe includes a first introduction pipe that introduces compressed air generated by the compressor to an upstream side of the exhaust pipe;
A second introduction pipe that introduces compressed air that has been pressurized by the compressor and heated to an intercooler to the upstream side of the exhaust pipe,
Compressed air in which moisture accumulated at the lower end of the run-up portion or the lower end of the run-down portion is introduced from the compressor into the exhaust pipe through the first introduction pipe or the second introduction pipe An exhaust structure for a vehicle, wherein the exhaust structure is discharged outside the exhaust pipe .
前記駆け下がり部は、前記排気管の前端部から車両の床下前端部まで間の位置に配置され、
前記駆け上がり部は、車体後部に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車両の排気構造。 The exhaust pipe extends from the motor room at the front of the vehicle body through the space under the floor toward the rear of the vehicle body,
Wherein ran under rising portion is disposed at a position between the front end portion of the exhaust pipe to the floor front portion of the vehicle,
Exhaust structure for a vehicle according to claim 1 wherein ran on rising portion, characterized in that disposed in the rear portion of the vehicle body.
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