JP6529418B2 - エアインテーク構造体及びこれを備えた燃料電池車 - Google Patents

Description

本発明は、エアインテーク構造体及びこれを備えた燃料電池車に関する。

従来、ＦＦ式の燃料電池車において、燃料電池を車両のモータルーム内に配置する構造が開示されている（特許文献１参照）。この燃料電池車は、燃料電池の他に、モータと電圧制御ユニットも同一のモータルーム内に配置している。このモータルームは、一般的なガソリンエンジン車のエンジンルームに相当し、駆動用モータが配置されている。燃料電池車のモータルーム内には、空気を取り込むためのエアインテーク構造体が設けられている。これは、燃料電池車の場合も、燃料電池での発電のために空気（酸素）が必要だからである。

燃料電池車のエアインテーク構造体は、あまり高温ではない空気を取り込むことが望ましい。なぜなら、吸気温度が高いと、燃料電池の内部の乾燥を促進してしまい、発電性能が低下するからである。ところが、モータルームの前方側にはラジエータが設置されており、モータルーム内の空気は高温（例えば、９０℃）となっている。このため、エアインテーク構造体の空気吸気口は、車両の前方部（フロントグリルの後方でラジエータの前方）に設けることが望ましい。但し、空気吸気口を車両の前方部に設けた場合、洪水時や降雨時などに、エアインテーク構造体内に水（雪を含む）が入り込む可能性が高まる。これに対し、エアインテーク構造体の下流には、大容量のエアクリーナケースが設けられ、これによって入り込んだ水を分離していた。

特開２００２−３７０５４４号公報

しかしながら、車両のモータルーム内に燃料電池を配置する場合、エアインテーク構造体から燃料電池までの距離が短く、水を分離するための機構を設けることが困難であった。また、モータルーム内には、電圧制御ユニットなどの様々な補機が収容されており、余分な空間が不足している。このため、大容量のエアクリーナケースを設置するのも困難であった。その結果、エアインテーク構造体に入り込んだ水を効果的に分離できない、という問題があった。

本発明は、これらの問題に鑑みて成されたものであり、車両のモータルーム内の前方部に空気吸気口を設けた場合でも、水の浸入を有効に防止することができるエアインテーク構造体及びこれを備える燃料電池車を提供することを課題とする。

第１手段において、車両の前部空間内に燃料電池が配置される燃料電池車に用いるエアインテーク構造体であって、前部空間の前方部に配置された空気吸気口と、空気吸気口から燃料電池に向かう空気が通流する空気流路と、空気流路の途中の分岐点から下方に分岐し、空気に同伴する水を分離し、下流側の下流開口が前部空間内に配置された水分離流路と、を備え、分岐点よりも下流の空気流路の最小流路断面積は、水分離流路の最小流路断面積よりも大きい。このような構成によれば、空気吸気口から空気流路内に空気の他に水が入り込んだ場合でも、空気との比重の相違により水は分岐点から下方に分岐した水分離流路に流れ込むと共に、空気は空気流路に流れる。このため、空気と水が効果的に分離される。また、空気流路の最小流路断面積が水分離流路の最小流路断面積よりも大きいので、空気流路へ必要十分な空気が通流すると共に、水分離流路の下流開口からの空気や水の逆流が防止される。

第２手段において、第１手段の構成に加え、水分離流路の下流開口は、ラジエータよりも後方である。このような構成によれば、水分離流路から排出された水は、ラジエータの後方に落ちる。一般的に、洪水時の前方への走行中に前部空間に水が入った場合、ラジエータが水を前方に押すことになるので、ラジエータの前方よりも後方の方が、水位が低いと考えられる。下流開口が水位の低い側に設けられていることにより、下流開口から水分離流路への水の逆流が抑えられる。

第３手段において、第１又は第２手段の構成に加え、水分離流路の下流開口に設けられ、水分離流路から前部空間への水分の通流を許容し、前部空間から前記水分離流路への水分の逆流を防止する逆止弁を備える。このような構成によれば、逆止弁が、前部空間から下流開口への空気や水の逆流を確実に阻止する。一方、上流側から水分離流路に水が入り込んだ場合、逆止弁が開いて水が適切に排出される。

第４手段において、第１手段から第３手段のいずれかの構成に加え、空気吸気口の上流には凹部が形成され、当該凹部の一部は空気吸気口に向かうにつれて上り勾配である。このような構成によれば、例えば勾配の無い垂直面などと比較すると、空気の流れに対して抵抗が小さい。このため、凹部に入り込んだ空気が円滑に空気吸気口に流れ込む。

第５手段において、燃料電池車は、第１手段から第４手段のいずれかのエアインテーク構造体と、前部空間内に配置されて、エアインテーク構造体の空気流路を通流する空気が供給される燃料電池を備える。このような構成によれば、エアインテーク構造体の水分離流路で水が分離されて、水は燃料電池まで到達しない。このため、エアクリーナやその他の機構によって水を分離する必要がなくなる。

本発明によれば、空気吸気口を車両の前方部に設けても、水や雪などが燃料電池へ浸入するのを防止できる。

燃料電池車の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態のエアインテーク構造体を備えた車両の一部を示す斜視図である。 第１実施形態のエアインテーク構造体を備えた車両の一部を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線におけるエアインテーク構造体の断面図である。 図４の点線円で示す部分の拡大断面図である。 図２に開示したエアインテーク構造体の主要構成要素の分解斜視図である。 図２に開示したエアインテーク構造体の組立構造を示す分解斜視図である。 図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における空気流路の断面図である。 図３のＩＸ−ＩＸ線における空気流路の断面図である。 図３のＸ−Ｘ線における空気流路の断面図である。 図３のＸＩ−ＸＩ線における空気流路の断面図である。 第２実施形態のエアインテーク構造体の一部分を示す断面図である。 図１２に開示したエアインテーク構造体に装備される逆止弁の斜視図である。 図１２に開示した逆止弁が開いている状態を示す断面図である。 第３実施形態のエアインテーク構造体の断面図である。 第４実施形態のエアインテーク構造体の断面図である。

本発明の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、各実施形態を概略的に示したものである。このため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。さらに、各図において示す方向は、構成要素間の相対的な方向及び位置関係を示し、特別な場合を除き、絶対的な方向や位置を示すことを意図したものではない。

［燃料電池車の概要］
図１に基づいて、燃料電池車１の概要を説明する。この燃料電池車１は、以下に説明する実施形態のエアインテーク構造体３を具備するものである。燃料電池車１は、車両ＢのモータルームＭ（車両Ｂの前部空間：ボンネットの下の空間）内に、燃料電池１１と、燃料電池１１が発電した電力を制御する電圧制御ユニット（ＶＣＵ）１２と、この電圧制御ユニット１２からの電力により駆動力を発生するモータ１３とを備えている。また、燃料電池１１に燃料である水素を供給する燃料系の構成要素として、水素タンク１４と、この水素タンク１４からの水素の圧力を調整する圧力調整弁１５と、圧力調整弁１５から供給された水素を燃料電池１１に供給する水素循環装置（エゼクタ）１６とを備えている。なお、燃料電池１１から回収される未反応水素は、水素循環装置１６に戻されるようになっている。また、本実施形態では、車両Ｂのモータルームをモータルームとしているが、モータ１３を車両Ｂの後部空間（トランク付近の空間）に装備するような燃料電池車にも、本発明を適用できる。また、電圧制御ユニット１２は、実際には電流も制御している。

また、空気系の構成要素として、外部から空気を取り込むためのエアインテーク構造体３と、取り込んだ空気を清浄化する一般的サイズのエアクリーナ１７と、空気を加圧するためのエアポンプ１８と、空気を加湿するための加湿器２０とを備えている。更に、燃料電池を冷却する冷却系の構成要素として、モータルームＭの前方側に配置されるラジエータ２１と、このラジエータ２１と燃料電池１１との間で冷却水を循環させるための冷却水配管２２とを備えている。但し、以上は燃料電池車１の主要な構成要素に過ぎず、他にも様々なデバイスが装備されている。

［第１実施形態］
［エアインテーク構造体の全体概要］
次に、図２から図１１に基づいて、第１実施形態のエアインテーク構造体３について説明する。図２から図７に示すように、モータルームＭ内の前方部に配置された空気吸気口３１と、空気吸気口３１から燃料電池１１に向かう空気が通流する空気流路３３ａと、空気流路３３ａの途中の分岐点３２から下方に分岐し、空気に同伴する水を分離し、下流側の下流開口３４がモータルーム内に配置された水分離流路３３ｂと、を備え、分岐点３２よりも下流の空気流路３３ａの最小流路断面積は、水分離流路３３ｂの最小流路断面積よりも大きい。この空気流路３３ａ及び水分離流路３３ｂは、上部エアインテーク半体（上部構造体）３５ａと、カバープレート３５ｂと、これら上部エアインテーク半体３５ａ及びカバープレート３５ｂの間に配置される下部エアインテーク半体（中間構造体）３５ｃとによって形成されている。なお、以下の説明において「車両ＢのモータルームＭの前方部」とは、車両のフロントグリルよりも後方で、ラジエータよりも前方の範囲を意味している。なお、分岐点３２の位置を「空気流路３３ａの途中」としているが、空気流路３３ａの開始点と略同じ位置も含む趣旨である。以下、それぞれの構成要素について詳細に説明する。

［カバープレート］
カバープレート３５ｂは、車両Ｂのフロントグリル３７（図２参照）の後方で、モータルームＭの前端上部に配置される、板状の樹脂製部材である。このカバープレート３５ｂは、ラジエータ２１（図４参照）などの構成要素をカバーするための、化粧板としての機能を有している。図３に示すように、カバープレート３５ｂの前縁４１ａは、モータルームＭの前縁形状に対応して曲線状となっている。一方、カバープレート３５ｂの後縁４１ｂは、図３及び図４に示すように、ラジエータ２１の上端部近傍で車両Ｂの左右方向に沿って略直線状に終端している。なお、カバープレート３５ｂの後縁４１ｂの位置は、車両Ｂの前後方向に関して、ラジエータ２１の前面より後方であればよいが、ラジエータ２１の後面よりも後方であることが望ましい。これは、後記するように、水分離流路３３ｂへの水の逆流を避けるためである。ラジエータ２１は、所定の厚さを有して略長方形状となっており、長方形の一方の面が車両の前方を向き、長方形の他方の面が車両Ｂの後方を向くように配置されている。

図４に示すように、空気吸気口３１の上流には凹部４３が形成され、凹部４３の一部は空気吸気口３１に向かうにつれて上り勾配となっている。凹部４３は、カバープレート３５ｂの他の部分よりも下方に落ち込んだ構造を有している。具体的に凹部４３は、モータルームＭの前縁４１ａから後方に向かって下り勾配の前方傾斜面部４３ａと、この前方傾斜面部４３ａに連なる最下端位置である底面部４３ｂと、この底面部４３ｂに連なって後方に向かって上り勾配の後方傾斜面部４３ｃとを備えている。なお、前方傾斜面部４３ａと底面部４３ｂとの間及び底面部４３ｂと後方傾斜面部４３ｃとの間には明確な境界がある訳ではなく、連続した曲面で接続されている。また、前方傾斜面部４３ａと後方傾斜面部４３ｃとは、底面部４３ｂに仮想的に配置した垂直面に対して、略面対称となるような形状を有している。但し、後方傾斜面部４３ｃは上に凸の湾曲形状となっている。

前方傾斜面部４３ａは、フロントグリル３７（図２参照）に臨んでおり、フロントグリル３７からの空気が当たるようになっている。そして、前方傾斜面部４３ａには、図３から図５に示すように、略水平方向に沿って車両Ｂの幅方向に複数の空気用開口４５が設けられている。このため、燃料電池車１が走行しているときには、フロントグリル３７から入った空気が空気用開口４５に入り込む。空気用開口４５は、車両Ｂの前方に向かって斜め下方を向いており、空気は容易に通過することができるが、水や雪（以下「水」という）の浸入はある程度抑制される。図５に示すように、空気用開口４５は、斜め後方に向かって拡径する円錐台形状を有している。本実施形態では、空気用開口４５は１列設けられているが、２列、３列と複数列設けるようにしてもよい。なお、図２及び図３における矢印線は、空気の流れを示している。

また、図２に示すように、カバープレート３５ｂには所定のストライカ開口４７が形成されており、このストライカ開口４７からボンネットをロックするためのストライカ４９が露出している。このストライカ開口４７とボンネットストライカ４９の間には隙間が形成されており、この隙間からも空気がカバープレート３５ｂの上面側に入り込む。また、図３に示すように、凹部４３の底面部４３ｂには、所定の排水口５１が設けられている。本実施形態では、底面部４３ｂにおける車両Ｂの左右方向の両端部に計２個の排水口５１が設けられている。これは、凹部４３に水が滞留した場合に、これらを排出するためのものである。

図４に示すように、カバープレート３５ｂ、後方傾斜面部４３ｃの後方側において、車両Ｂの前方側から後方側に向かって、全体的に緩やかな上り勾配となっている。また、中流部３０ｂにおけるカバープレート３５ｂには第１段部５３ａ及び第２段部５３ｂが形成されている。特に、第２段部５３ｂについては、カバープレート３５ｂとラジエータ２１との上下方向の隙間を確保するために形成されている。仮に、カバープレート３５ｂとラジエータ２１との間の隙間が僅かであると、ラジエータ２１が揺れた際にカバープレート３５ｂに接触してしまう。また、ラジエータ２１の前面で水位がラジエータ２１の上端部付近まで上昇すると、カバープレート３５ｂが直接水圧を受けてしまう。これにより、カバープレート３５ｂが変形するおそれがある。このような不都合を回避するために、第２段部５３ｂから後方におけるカバープレート３５ｂを上方に配置している。

図６に示すように、カバープレート３５ｂの上面であって、上部エアインテーク半体３５ａ及び中間造体３５ｃが設置される部分は、カバープレート３５ｂの他の部分よりも下方に凹んだカバープレート凹部５５となっている。このカバープレート凹部５５は、上部エアインテーク半体３５ａ又は下部エアインテーク半体３５ｃと共に閉断面を形成して、空気流路３３ａ及び水分離流路３３ｂを形成するためのものである。本実施形態のカバープレート３５ｂでは、凹部４３の最下流部から後縁４１ｂまでの全長にわたって、カバープレート凹部５５が形成されている。しかし、凹部４３の近傍だけにカバープレート凹部５５を形成するような構成であってもよい。但し、カバープレート凹部５５は必須ではなく、カバープレート３５ｂを全く凹ませずに、平面状に形成してもよい。この場合は、上部エアインテーク半体３５ａ及び下部エアインテーク半体３５ｃによって、吸気のために必要な流路断面積を確保すればよい。カバープレート凹部５５の幅は、上部エアインテーク半体３５ａや下部エアインテーク半体３５ｃの幅に対応している。

［上部エアインテーク半体］
上部エアインテーク半体３５ａは、カバープレート３５ｂの上方に配置されている。この上部エアインテーク半体３５ａの上流部３０ａ及び中流部３０ｂは、凹部４３と略同じ幅の逆Ｕ字状の断面形状を有している。逆Ｕ字状断面の開いた側がカバープレート凹部５５に対向し、車両Ｂの左右方向が長手の略長方形断面の流路が形成される。図３に示すように、上部エアインテーク半体３５ａの幅は、上流部３０ａが最も広く、下流に行くに従って狭くなる。一方、図４に示すように、上部エアインテーク半体３５ａの高さは、上流部３０ａは略同じで、中流部３０ｂでは下流に行くに従って高くなっている。そして、上部エアインテーク半体３５ａは下流部３０ｃの高さが最も高くなっている。このように、上部エアインテーク半体３５ａの幅と高さとは、下流に行くに従って増減が反対の関係になっている。このため、上部エアインテーク半体３５ａによって形成される空気流路３３ａの断面積は、上流側から下流側に向かって大きく変わることはない。

図２及び図３に示すように、上部エアインテーク半体３５ａの上流部３０ａの左右両側には、水平方向に沿って上部ステイ５７が形成されている。この上部ステイ５７は、上部エアインテーク半体３５ａをカバープレート３５ｂに固定するためのものである。このため、上部ステイ５７には貫通穴５７ａが形成されており（図７参照）、この貫通穴５７ａに固定用のボルトが挿通される。また、上部エアインテーク半体３５ａの最上流部の内面には、逆Ｕ字状断面の支持金具５９が設けられている。この支持金具５９は、上部ステイ５７と共にカバープレート３５ｂに固定されている。そして、上部エアインテーク半体３５ａの最上流部の上面と支持金具５９が相互に固定されている。なお、支持金具５９の上面には、鋭角に折れ曲がった曲折部材６１が取り付けられている。この曲折部材６１は、ボンネットが閉じられた場合に、ボンネット内面と接触するようになっている。このため、曲折部材６１によって空気吸気口３１とボンネット内面との間の隙間が塞がれて、この隙間から空気が逃げてしまうのを防止できる。すなわち、曲折部材６１は、空気を確実に空気吸気口３１に取り込むための部材である。

図７に示すように、上部エアインテーク半体３５ａの最下流部は、部分円断面形状を有している。これは、下部エアインテーク半体３５ｃの最下流部も部分円断面形状を有しており、両者を結合して略円形断面の流路を形成するためである。また、上部エアインテーク半体３５ａは、弾性変形可能なゴム材料によって形成されている。これは、エアインテーク構造体３がモータルームＭ内の最上部に配置されるものであり、ボンネットが下方に凹んだ場合に上部エアインテーク半体３５ａも容易に変形できるようにするためである。ゴム材料としては、動的架橋型熱可塑性エラストマー（Thermoplastic Vulcanizates; ＴＰＶ）や、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）が用いられる。本実施形態では、ＴＰＶを用いている。

［下部エアインテーク半体］
図４、図６に示すように、下部エアインテーク半体３５ｃは、上部エアインテーク半体３５ａとカバープレート３５ｂの間に配置される部材である。そして、空気流路３３ａの中流部３０ｂから下流部３０ｃにおいて、上部エアインテーク半体３５ａと下部エアインテーク半体３５ｃが相互に結合されている。これにより、上下に分離した２つの閉断面が形成され、これら各閉断面が空気流路３３ａと水分離流路３３ｂとを形成する。図４に示すように、下部エアインテーク半体３５ｃの前縁は、上部エアインテーク半体３５ａの中流部３０ｂで且つカバープレート３５ｂの後縁４１ｂより前方に位置している。また、下部エアインテーク半体３５ｃの前縁３５ｃ１（図７参照）は、カバープレート３５ｂの第２段部５３ｂの近傍に位置している。そして、下部エアインテーク半体３５ｃの前縁の断面形状は、カバープレート３５ｂの第２段部５３ｂの断面形状に沿うようなものとなっている。下部エアインテーク半体３５ｃの前縁が、空気流路３３ａと水分離流路３３ｂの分岐点３２となる。カバープレート３５ｂの材料は樹脂であり、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）などが用いられる。本実施形態では、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を用いている。

図７に示すように、下部エアインテーク半体３５ｃは、上部エアインテーク半体３５ａに対してスナップフィット構造６５ａ，６５ｃで結合される。この結合は、ゴム材料と樹脂材料との当接によるものであるので、必要なシール性は確保される。図６及び図７に示すように、下部エアインテーク半体３５ｃの最下流部は円環部３５ｃ２となっており、この円環部３５ｃ２の外周面に吸気配管６３が固定されるようになっている。これにより、空気流路３３ａと吸気配管６３とが連通される。

［空気流路と水分離流路の断面形状］
次に、図３及び図８から図１１に基づいて、空気流路３３ａ及び水分離流路３３ｂの断面形状について説明する。図８から図１１は、図３のそれぞれＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線、ＩＸ−ＩＸ線、Ｘ−Ｘ線及びＸＩ−ＸＩ線における鉛直断面形状を示している。ここで、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線が上流側の断面位置を示し、ＸＩ−ＸＩ線が下流側の断面位置を示している。図８に示すように、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の位置において、空気流路３３ａは高さが低く幅広の長方形断面である。また、図９に示すように、ＩＸ−ＩＸ線の位置における断面形状は、図８の断面形状と比較して、高さが高く幅が狭い長方形断面となっている。

また、図１０に示すように、Ｘ−Ｘ線の位置においては、上部エアインテーク半体３５ａ及びカバープレート３５ｂに加え、下部エアインテーク半体３５ｃが存在している。そして、この下部エアインテーク半体３５ｃによって、空気流路３３ａ及び水分離流路３３ｂに分岐している。ここで、空気流路３３ａの最小流路断面積が大きく、水分離流路３３ｂの最小流路断面積が小さく形成されている。これは、燃料電池へ供給する空気の量を十分に確保する一方、水分離流路３３ｂの下流開口３４からの空気や水の逆流を防止するためである。但し、空気流路３３ａの断面積が十分大きければ、水分離流路３３ｂの断面積との大小関係は必須要件ではない。更に、図１１に示すように、ＸＩ−ＸＩ線の位置においては、上部エアインテーク半体３５ａと下部エアインテーク半体３５ｃによって、略円形断面の空気流路３３ａとなっている。

［作用］
［通常走行時］
次に、第１実施形態のエアインテーク構造体３の作用について説明する。先ず、通常走行時の場合について説明する。通常走行時とは、雨や雪が降っていない場合や、洪水などで道路が冠水していない場合である。フロントグリル３７からの空気は、カバープレート３５ｂの下面に入る。そして、その空気は、カバープレート３５ｂの空気用開口４５やストライカ開口４７を通してカバープレート３５ｂの上面に流入する。空気は、エアポンプ１８が生成する負圧により、空気吸気口３１から取り込まれ、空気流路３３ａ内を流れる。空気流路３３ａに導かれた空気は、燃料電池１１に供給される。このとき、水分離流路３３ｂは機能していない。

［非常走行時］
次に、降雨時、降雪時あるいは洪水時などの場合について説明する。このような場合、フロントグリル３７からカバープレート３５ｂの下面には、空気の他に水が入り込む。特に、高速走行時や冠水した道路に飛び込んだ場合などは、水が顕著に入り込む。この場合、水はカバープレート３５ｂの空気用開口４５やストライカ開口４７を通って、カバープレート３５ｂの上面に流入してしまう。すると、水が凹部４３まで到達する。殆どの水は凹部４３によって堰き止められる。凹部４３には、上記した排水口５１が形成されており、水を排出することができる。なお、排水口５１はできる限り車両の前方側（フロントグリル３７に近い側）に形成することが望ましい。なぜなら、排水口５１とラジエータ２１との距離を十分にとることができるからである。これにより、排水口５１から水が排出されたとしても、その水がラジエータ２１の前面で跳ね上がるのを確実に防止できる。

しかしながら、洪水時などの場合に、短時間で大量の水が流入した場合には、排水口５１による排水が間に合わず、凹部４３で収容しきれない場合もある。この場合、水の一部が凹部４３の後方傾斜面部４３ｃ（上り勾配）を駆け上がり、空気吸気口３１に入ってしまうことも考えられる。しかしながら、図４及び図６の矢印線で示すように、空気との比重の違いによって、水は水分離流路３３ｂに流入する。このため、水が空気流路３３ａに流入するのを有効に防止することができる。

水分離流路３３ｂに流入した水は、水分離流路３３ｂ内を下流側に進む。水分離流路３３ｂの最下流部には下流開口３４が設けられ、この下流開口３４はモータルームＭに開口している。このため、水は下流開口３４からモータルームＭ内に排出される。ここで、下流開口３４は、ラジエータ２１よりも、車両の前後方向に関して後方側に設けられている。換言すると、カバープレート３５ｂの後縁４１ｂは、ラジエータ２１よりも後方まで延びている。このため、排出された水がラジエータ２１の後方に排出される。洪水の中を走行する場合などには、ラジエータ２１の前方に水が入り込み、ラジエータ２１の前面で水位が上昇することも考えられる。あるいは、ラジエータ２１の前面に水が押し寄せることで、水が上方に跳ね上がることも考えられる。仮に、下流開口３４をラジエータ２１の前方に設けた場合、水位の上昇や水の跳ね上がりによって、下流開口３４から水が水分離流路３３ｂに逆流してしまうことも考えられる。しかしながら、本実施形態の場合、相対的に水位が低いと考えられるラジエータ２１の後方に下流開口３４を設けたため、水などの逆流を効果的に防止することができる。

［第２実施形態］
［逆止弁］
次に、図１２から図１４に基づいて、第２実施形態のエアインテーク構造体３Ｂについて説明する。図１２は、下流開口３４の近傍を拡大した断面図である。本実施形態では、下流開口３４に逆止弁（逆止手段）６７が設けられている点が特徴である。逆止弁６７は、水分離流路３３ｂの下流開口３４に設けられ、水分離流路３３ｂからモータルームＭへの水分の通流を許容し、モータルームＭから水分離流路３３ｂへの水分の逆流を防止するものである。水分離流路３３ｂ内は負圧となっており、下流開口３４が開放されていると、モータルームＭ内の空気が逆流することも考えられる。しかしながら、逆止弁６７によって、下流開口３４からの空気の逆流は阻止しつつ、下流開口３４から水は排出される。特に、本実施形態の下流開口３４は、ラジエータ２１よりも後方に位置している。このため、逆止弁６７を設けない場合には、ラジエータ２１の後方の高温の空気を吸引してしまうことも考えられる。しかしながら、逆止弁６７を設けることで、このような高温空気の逆流も確実に防ぐことができる。

図１３に示すように、本実施形態の逆止弁６７は、弾性を有するゴム材料で形成されたフラップ式の弁である。すなわち、逆止弁６７は、断面半円状の弁基部６７ａと、この弁基部６７ａから下方に延びるフラップ部６７ｂとを備えている。弁基部６７ａに対してフラップ部６７ｂは曲折するようになっている。水分離流路３３ｃに水が入り込んでいない場合には、図１２に示すように、水分離流路３３ｂ内の負圧によって、逆止弁６７のフラップ部６７ｂは下流開口３４を塞いでいる。一方、図１４に示すように、水が水分離流路３３ｂに入り込んだ場合には、その動圧によって逆止弁６７のフラップ部６７ｂが押され、水が下流開口３４から排出される。そして、水が排出された後に、フラップ部６７ｂが元の形状に戻って下流開口３４に当接し、空気の逆流が回避される。なお、水分離流路３３ｂ内に水が残留した場合でも、車両の制動によって水は水分離流路３３ｃ内で前方に戻され、第２段部５３ｂ及び第１段部５３ａを駆け下りて凹部４３に戻される。このため、水分離流路３３ｂに水が長時間にわたって滞留することはない。なお、逆止弁６７は、負圧が無くても下流開口３４を閉じられるように、フラップ部６７ｂの弾性及び位置を設定するようにしてもよい。

［第３実施形態］
次に、図１５に基づいて、第３実施形態のエアインテーク構造体３Ｃについて説明する。主要な構成要素は、第１実施形態と同様であるが、下部エアインテーク半体３６ｃの前縁３６ｄが、空気吸気口３１の近傍まで延設されている点が特徴である。このような構成により、第１実施形態に比べて、水分離流路３３ｂの長さが延長される。このため、圧損の増大によって水分離流路３３ｂの上流側の負圧が下流開口３４まで及ばなくなる。下流開口３４において負圧が無ければ、水分離流路３３ｂへの空気の逆流は生じない。このため、第２実施形態の逆止弁６７などの構成要素も不要となる。

［第４実施形態］
次に、図１６に基づいて、第４実施形態のエアインテーク構造体３Ｄについて説明する。本実施形態のエアインテーク構造体３Ｄでは、上記した凹部４３を無くしたことを特徴としている。すなわち、空気吸気口３１の上流側におけるカバープレート３６ｂは、大きく落ち込んでいない。但し、カバープレート３６ｂには空気用開口４５が開口しており、これは第１及び第２実施形態と同様である。凹部４３を無くすことで、水を堰き止めることはできなくなる。しかし、水分離流路３３ｂの断面積が十分大きければ、水分離流路３３ｂから水を排出することは可能である。

［変形例］
上記したいずれの実施形態も、カバープレート３５ｂ、３６ｂとしてカバープレートを用いている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、カバープレートとは別部材のカバープレートを用いるようにしてもよい。また、空気流路３３ａ及び水分離流路３３ｂは、上部エアインテーク半体３５ａとカバープレート３５ｂと下部エアインテーク半体３５ｃの３つの構造体によって形成されている。しかしながら、これらの構造体を一体として形成するようにしてもよい。また、第２実施形態では、下部エアインテーク半体３５ｃと逆止弁６７が別個の部材である。しかしながら、これら下部エアインテーク半体３５ｃと逆止弁６７とを一体的に形成してもよい。

以上の説明において、各実施形態についてはそれぞれ個別に記載した。しかしながら、それぞれの実施形態の各構成要素は、他の実施形態にも適用可能である。このため、例えば、第２実施形態にのみ記載されている構成要素を第１実施形態に組み合わせることができる。すなわち、発明として成立する範囲において、各構成要素を任意に組み合わせることは、出願人が本来的に想定していることである。

１ 燃料電池車
３，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ エアインテーク構造体
１１ 燃料電池
２１ ラジエータ
３１ 空気吸気口
３２ 分岐点
３３ａ 空気流路
３３ｂ 水分離流路
３４ 下流開口
３５ａ 上部エアインテーク半体（上部構造体）
３５ｂ、３６ｂ カバープレート（下部構造体）
３５ｃ、３６ｃ 下部エアインテーク半体（中間構造体）
４３ 凹部
６７ 逆止弁（逆止手段）
Ｂ 車両
Ｍ モータルーム（前部空間）
Ｗ 水（雪を含む）

Claims (4)

1. 車両の前部空間内に燃料電池が配置される燃料電池車に用いるエアインテーク構造体であって、
   前記前部空間内の前方部に配置された空気吸気口と、
   前記空気吸気口から前記燃料電池に向かう空気が通流する空気流路と、
   前記空気流路の途中の分岐点から下方に分岐し、前記空気に同伴する水を分離し、下流側の下流開口が前記前部空間内に配置された水分離流路と、
   を備え、
   前記分岐点よりも下流の前記空気流路の最小流路断面積は、前記水分離流路の最小流路断面積よりも大きく、
   前記水分離流路の前記下流開口は、ラジエータよりも後方である、
   ことを特徴とするエアインテーク構造体。
2. 前記水分離流路の前記下流開口に設けられ、前記水分離流路から前記前部空間への水分の通流を許容し、前記前部空間から前記水分離流路への水の逆流を防止する逆止手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエアインテーク構造体。
3. 前記空気吸気口の上流には凹部が形成され、当該凹部の一部は前記空気吸気口に向かうにつれて上り勾配である、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアインテーク構造体。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエアインテーク構造体と、
   前記前部空間内に配置されて、前記エアインテーク構造体の前記空気流路を通流する空気が供給される燃料電池を備えている、
   ことを特徴とする燃料電池車。

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