JP7028129B2 - Fuel cell freight car - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池貨物車に関する。 The present invention relates to a fuel cell freight vehicle.

特許文献１には、燃料電池乗用車が開示されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell passenger car.

特開２０１０－２７４６７５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-274675

ところで燃料電池貨物車では、駆動力を確保するために燃料電池乗用車よりも大型の燃料電池が採用される場合が多い。このような大型の燃料電池では、冷媒の冷却能力を確保するために、メインのラジエータとは別に大型のラジエータを追加することが望まれる。しかしながら、車体スペースの制約上、大型のラジエータを更に追加することは困難となる場合があり、また、このようなラジエータを車体に締結するための構造も新たに設ける必要があるなど、種々の制約を受ける場合がある。 By the way, in a fuel cell freight vehicle, a fuel cell larger than that of a fuel cell passenger vehicle is often adopted in order to secure a driving force. In such a large fuel cell, it is desired to add a large radiator in addition to the main radiator in order to secure the cooling capacity of the refrigerant. However, due to restrictions on the vehicle body space, it may be difficult to add a large radiator, and various restrictions such as the need to newly provide a structure for fastening such a radiator to the vehicle body. May receive.

本発明は、燃料電池の冷却能力が確保された燃料電池貨物車を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell freight vehicle in which the cooling capacity of the fuel cell is secured.

上記目的は、キャブと、前記キャブを支持するキャブブリッジと、走行用のモータと、前記モータに電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷媒と外気との間で熱交換をする複数のラジエータと、を備え、前記複数のラジエータの少なくとも一つは、前記キャブの外側で前記キャブブリッジに包囲されるように保持されている、燃料電池貨物車によって達成できる。 The above purpose is to exchange heat between the cab, the cab bridge that supports the cab, the traveling motor, the fuel cell that supplies electric power to the motor, the refrigerant that cools the fuel cell, and the outside air. A plurality of radiators, and at least one of the plurality of radiators, can be achieved by a fuel cell freight vehicle, which is held outside the cab so as to be surrounded by the cab bridge.

本発明によれば、燃料電池の冷却能力が確保された燃料電池貨物車を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell freight vehicle in which the cooling capacity of the fuel cell is secured.

図１Ａは、車両の前方側の内部構造の概略図であり、図１Ｂは、第２ラジエータを後方側から見た場合の燃料電池貨物車１の内部構造の概略図である。FIG. 1A is a schematic view of the internal structure of the front side of the vehicle, and FIG. 1B is a schematic view of the internal structure of the fuel cell freight vehicle 1 when the second radiator is viewed from the rear side. 図２Ａは、エンジン貨物車の説明図であり、図２Ｂは、燃料電池貨物車の全体を示した図であり、図２Ｃは、変形例である燃料電池貨物車の説明図であり、図２Ｄは、変形例である燃料電池貨物車の説明図である。2A is an explanatory diagram of the engine freight vehicle, FIG. 2B is a diagram showing the entire fuel cell freight vehicle, FIG. 2C is an explanatory diagram of the fuel cell freight vehicle as a modified example, and FIG. 2D. Is an explanatory diagram of a fuel cell freight vehicle which is a modified example. 図３は、変形例である燃料電池貨物車の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a fuel cell freight vehicle which is a modified example. 図４は、変形例である燃料電池貨物車の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a fuel cell freight vehicle which is a modified example.

本実施例の燃料電池貨物車１について説明する。図１Ａは、燃料電池貨物車１の前方側の内部構造を、側面から見た場合の概略図である。尚、本明細書で、「前方側」及び「後方側」は燃料電池貨物車１の車幅方向と直交する前後方向での前方側及び後方側を意味する。 The fuel cell freight vehicle 1 of this embodiment will be described. FIG. 1A is a schematic view of the internal structure of the fuel cell freight vehicle 1 on the front side when viewed from the side. In the present specification, the "front side" and the "rear side" mean the front side and the rear side in the front-rear direction orthogonal to the vehicle width direction of the fuel cell freight vehicle 1.

燃料電池貨物車１は、一対のサイドフレーム１１、キャブブリッジ１３、キャブ１５、前輪１７、モータ２０、燃料電池スタック３１及び３２、第１ラジエータ４１、第２ラジエータ４２等を含む。一対のサイドフレーム１１は、車体を構成する部材の一部であり、互いに平行に前方側から後方側に延びるように配置されている。キャブ１５は、車体にチルト可能に支持されている。キャブブリッジ１３は、金属製のアーチ状であって、一対のサイドフレーム１１を跨ぐように固定されており、キャブ１５の後方側を支持している。モータ２０は、燃料電池スタック３１及び３２から供給される電力により駆動する走行用のモータである。モータ２０の動力は、プロペラシャフト２２を介して不図示の後輪に伝達される。燃料電池スタック３１及び３２は互いに並列接続されており、これらの発電電力がモータ２０やその他の補機に供給される。燃料電池スタック３１及び３２は、反応ガスである水素及び酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック３２は、燃料電池スタック３１よりも後方側に配置されている。尚、図１Ａには示していないが、燃料電池スタック３１及び３２に供給される燃料ガスを貯蔵した燃料タンクや、燃料電池スタック３１及び３２から供給された電力を直流から交流に変換してモータ２０や補機に供給するパワーコントロールユニット、燃料電池スタック３１及び３２に酸化剤ガスとしての空気を供給するエアコンプレッサ等も、キャブ１５下に配置されているがこれに限定されない。 The fuel cell freight vehicle 1 includes a pair of side frames 11, a cab bridge 13, a cab 15, front wheels 17, a motor 20, fuel cell stacks 31 and 32, a first radiator 41, a second radiator 42, and the like. The pair of side frames 11 are a part of the members constituting the vehicle body, and are arranged so as to extend from the front side to the rear side in parallel with each other. The cab 15 is supported by the vehicle body so as to be tiltable. The cab bridge 13 has a metal arch shape and is fixed so as to straddle the pair of side frames 11 and supports the rear side of the cab 15. The motor 20 is a traveling motor driven by electric power supplied from the fuel cell stacks 31 and 32. The power of the motor 20 is transmitted to the rear wheels (not shown) via the propeller shaft 22. The fuel cell stacks 31 and 32 are connected in parallel to each other, and the generated power thereof is supplied to the motor 20 and other auxiliary equipment. The fuel cell stacks 31 and 32 are solid polymer fuel cells that generate electricity by being supplied with hydrogen and oxygen as reaction gases. The fuel cell stack 32 is arranged behind the fuel cell stack 31. Although not shown in FIG. 1A, the fuel tank storing the fuel gas supplied to the fuel cell stacks 31 and 32 and the electric power supplied from the fuel cell stacks 31 and 32 are converted from DC to AC to form a motor. A power control unit for supplying 20 and auxiliary equipment, an air compressor for supplying air as an oxidizing agent gas to the fuel cell stacks 31 and 32, and the like are also arranged under the cab 15, but the present invention is not limited thereto.

第１ラジエータ４１及び第２ラジエータ４２は、燃料電池スタック３１及び３２を冷却するための冷媒である冷却水と外気との間で熱交換する。第１ラジエータ４１は、キャブ１５の前方側に配置されている。第２ラジエータ４２は、キャブ１５の後方側であってキャブブリッジ１３で包囲された位置に配置されてキャブブリッジ１３に固定されている。このように、第１ラジエータ４１のみならず第２ラジエータ４２も設けられているため、冷媒を十分に冷却することができ、燃料電池スタック３１及び３２の冷却能力が確保されている。 The first radiator 41 and the second radiator 42 exchange heat between the cooling water, which is a refrigerant for cooling the fuel cell stacks 31 and 32, and the outside air. The first radiator 41 is arranged on the front side of the cab 15. The second radiator 42 is arranged at a position on the rear side of the cab 15 and surrounded by the cab bridge 13 and fixed to the cab bridge 13. As described above, since not only the first radiator 41 but also the second radiator 42 is provided, the refrigerant can be sufficiently cooled, and the cooling capacity of the fuel cell stacks 31 and 32 is secured.

図１Ｂは、第２ラジエータ４２を後方側から見た場合の燃料電池貨物車１の内部構造の概略図である。図１Ｂに示すように、一対のサイドフレーム１１には、支持板１４ａが跨って固定されている。第２ラジエータ４２は、この支持板１４ａとキャブブリッジ１３とにより上下方向に挟まれて保持されている。また、第２ラジエータ４２の左右の側面とキャブブリッジ１３とは、一対のマウント部材１４ｂにより保持されている。このように、キャブブリッジ１３を有効利用して、第２ラジエータ４２を簡易な構造で保持することができる。また、キャブブリッジ１３は、上述したようにキャブ１５を支持することができるだけの強度を有しているため、第２ラジエータ４２が安定して支持されている。 FIG. 1B is a schematic view of the internal structure of the fuel cell freight vehicle 1 when the second radiator 42 is viewed from the rear side. As shown in FIG. 1B, a support plate 14a is straddled and fixed to the pair of side frames 11. The second radiator 42 is sandwiched and held in the vertical direction by the support plate 14a and the cab bridge 13. Further, the left and right side surfaces of the second radiator 42 and the cab bridge 13 are held by a pair of mount members 14b. In this way, the cab bridge 13 can be effectively used to hold the second radiator 42 in a simple structure. Further, since the cab bridge 13 has sufficient strength to support the cab 15 as described above, the second radiator 42 is stably supported.

上述したように、燃料電池スタック３２は燃料電池スタック３１よりも後方側に配置されているため、例えば燃料電池スタック３２と第２ラジエータ４２とを接続する冷媒用の配管は短くてよい。このため、燃料電池スタック３２から第２ラジエータ４２に搬送される冷媒の圧損の増大を抑制できる。また、燃料電池スタック３１は燃料電池スタック３２よりも前方側に配置されているため、例えば燃料電池スタック３１と第１ラジエータ４１とを接続する冷媒用の配管は短くてよい。このため、燃料電池スタック３２から第２ラジエータ４２に搬送される冷媒の圧損の増大を抑制できる。このように、冷媒の圧損の増大が抑制されているため、冷媒を燃料電池スタック３１及び３２と第１ラジエータ４１及び第２ラジエータ４２との間で循環させる電動ポンプは、小型であっても対応できる。 As described above, since the fuel cell stack 32 is arranged behind the fuel cell stack 31, for example, the pipe for the refrigerant connecting the fuel cell stack 32 and the second radiator 42 may be short. Therefore, it is possible to suppress an increase in pressure loss of the refrigerant transported from the fuel cell stack 32 to the second radiator 42. Further, since the fuel cell stack 31 is arranged on the front side of the fuel cell stack 32, for example, the pipe for the refrigerant connecting the fuel cell stack 31 and the first radiator 41 may be short. Therefore, it is possible to suppress an increase in pressure loss of the refrigerant transported from the fuel cell stack 32 to the second radiator 42. In this way, since the increase in the pressure loss of the refrigerant is suppressed, the electric pump that circulates the refrigerant between the fuel cell stacks 31 and 32 and the first radiator 41 and the second radiator 42 can be small. can.

但し、上記の２つの燃料電池スタックは必ずしも前方側及び後方側に配置されている必要はなく、例えば左右や上下に配置してもよい。また、２つの燃料電池スタックと２つのラジエータとをそれぞれ接続する冷媒配管が最短となるように、２つの燃料電池スタックを配置することが望ましい。つまり、２つの燃料電池スタックの向きが、互いに反対方向を向くようにすることで、冷媒配管を短くすることができる。 However, the above two fuel cell stacks do not necessarily have to be arranged on the front side and the rear side, and may be arranged, for example, on the left and right or vertically. Further, it is desirable to arrange the two fuel cell stacks so that the refrigerant pipe connecting the two fuel cell stacks and the two radiators is the shortest. That is, the refrigerant pipe can be shortened by making the directions of the two fuel cell stacks facing opposite to each other.

また、第２ラジエータ４２がキャブブリッジ１３内に配置されているため、キャブブリッジ１３を介して外部から車両内部に塵や動物などが浸入することを抑制できる。また、燃料電池スタック３２によりキャブブリッジ１３内を塞ぐことができるため、車両内部に配置された補機の駆動音等の漏れを抑制できる。 Further, since the second radiator 42 is arranged in the cab bridge 13, it is possible to prevent dust, animals, and the like from entering the vehicle from the outside through the cab bridge 13. Further, since the inside of the cab bridge 13 can be closed by the fuel cell stack 32, it is possible to suppress leakage of driving sounds and the like of auxiliary machines arranged inside the vehicle.

更に、トレーラを接続せずに走行する場合には、第１ラジエータ４１及び第２ラジエータ４２がそれぞれ前方及び後方に配置されていることにより、重量のバランスが安定する。 Further, when traveling without connecting the trailer, the first radiator 41 and the second radiator 42 are arranged in the front and the rear, respectively, so that the weight balance is stabilized.

尚、キャブ１５の後方側と第２ラジエータ４２との間の隙間は、遮蔽板などにより塞いでもよい。これにより、第２ラジエータ４２を通過する空気の流量を確保でき、より冷却能力が向上する。 The gap between the rear side of the cab 15 and the second radiator 42 may be closed by a shielding plate or the like. As a result, the flow rate of the air passing through the second radiator 42 can be secured, and the cooling capacity is further improved.

次に、エンジン貨物車１ｘについて説明する。図２Ａは、エンジン貨物車１ｘの説明図である。エンジン貨物車１ｘでは、エンジン５０、トランスミッション５１、プロペラシャフト５２、及びディファレンシャルギア５５を備えている。エンジン５０は、クランク軸が前方側から後方側に延びるように縦置きされており、エンジン５０の一部分がキャブブリッジ１３に包囲されるように配置されている。また、エンジン５０よりも後方側にトランスミッション５１が配置され、エンジン５０の動力はトランスミッション５１、プロペラシャフト５２、及びディファレンシャルギア５５を介して後輪１８に伝達される。 Next, the engine freight vehicle 1x will be described. FIG. 2A is an explanatory diagram of the engine freight vehicle 1x. The engine freight vehicle 1x includes an engine 50, a transmission 51, a propeller shaft 52, and a differential gear 55. The engine 50 is vertically arranged so that the crank shaft extends from the front side to the rear side, and a part of the engine 50 is arranged so as to be surrounded by the cab bridge 13. Further, the transmission 51 is arranged on the rear side of the engine 50, and the power of the engine 50 is transmitted to the rear wheels 18 via the transmission 51, the propeller shaft 52, and the differential gear 55.

このようにエンジン貨物車１ｘから、エンジン５０やトランスミッション５１、エンジン用のプロペラシャフト５２を取り外して、これらの代わりに上述した燃料電池スタック３１及び３２、キャブブリッジ１３、モータ２０、モータ用のプロペラシャフト２２を取り付けることにより、上述した燃料電池貨物車１を容易に製造することができる。即ち、エンジン貨物車１ｘ用に製造された、サイドフレーム１１やキャブ１５、及びキャブブリッジ１３等を流用して、上述した燃料電池貨物車１を容易に製造することができる。図２Ｂは、上述した燃料電池貨物車１の全体を示した図である。 In this way, the engine 50, the transmission 51, and the propeller shaft 52 for the engine are removed from the engine freight vehicle 1x, and instead of these, the above-mentioned fuel cell stacks 31 and 32, the cab bridge 13, the motor 20, and the propeller shaft for the motor are removed. By attaching the 22, the above-mentioned fuel cell freight vehicle 1 can be easily manufactured. That is, the fuel cell freight vehicle 1 described above can be easily manufactured by diverting the side frame 11, the cab 15, the cab bridge 13, and the like manufactured for the engine freight vehicle 1x. FIG. 2B is a diagram showing the entire fuel cell freight vehicle 1 described above.

図２Ｃは、変形例である燃料電池貨物車１ａの説明図である。尚、上述した実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。燃料電池貨物車１ａでは、モータ２０は後輪１８側に配置されており、高電圧ハーネス２３により燃料電池スタック３１及び３２とモータ２０とを電気的に接続している。例えば、燃料電池スタック３１及び３２が大型であって前方側にモータ２０を配置することが困難な場合に、本変形例のようにモータ２０を後方側に配置することが適している。 FIG. 2C is an explanatory diagram of a fuel cell freight vehicle 1a, which is a modified example. The same configurations as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. In the fuel cell freight vehicle 1a, the motor 20 is arranged on the rear wheel 18 side, and the fuel cell stacks 31 and 32 and the motor 20 are electrically connected by the high voltage harness 23. For example, when the fuel cell stacks 31 and 32 are large and it is difficult to arrange the motor 20 on the front side, it is suitable to arrange the motor 20 on the rear side as in this modification.

本変形例では、車両の中央を通す必要があるプロペラシャフト２２の代わりに、高電圧ハーネス２３を介して燃料電池スタック３１及び３２とモータ２０を接続するが、高電圧ハーネス２３は車両中央を通す必要がない。更に、高電圧ハーネス２３は、高電圧安全を確保する観点から、高強度なサイドフレーム１１等の車両フレームに沿わせて配置することが有効である。このような構造を採用することで、燃料電池スタック３１及び３２とモータ２０との間で空間を確保することができ、この空間に水素タンクや補機やその他の部品を搭載することができる。 In this modification, the fuel cell stacks 31 and 32 and the motor 20 are connected via the high voltage harness 23 instead of the propeller shaft 22 that needs to pass through the center of the vehicle, but the high voltage harness 23 passes through the center of the vehicle. There is no need. Further, from the viewpoint of ensuring high voltage safety, it is effective to arrange the high voltage harness 23 along the vehicle frame such as the high strength side frame 11. By adopting such a structure, a space can be secured between the fuel cell stacks 31 and 32 and the motor 20, and a hydrogen tank, auxiliary equipment, and other parts can be mounted in this space.

図２Ｄは、変形例である燃料電池貨物車１ｂの説明図である。燃料電池貨物車１ｂにはトレーラ１００が接続されている。ここで、キャブ１５とトレーラ１００との間隔をとることにより、第１ラジエータ４１から第２ラジエータ４２に流れる風の背圧を低下させることができ、第１ラジエータ４１及び第２ラジエータ４２を通過する空気の流量を確保することができる。これにより、冷却能力が向上している。 FIG. 2D is an explanatory diagram of a fuel cell freight vehicle 1b, which is a modified example. A trailer 100 is connected to the fuel cell freight vehicle 1b. Here, by taking a distance between the cab 15 and the trailer 100, the back pressure of the wind flowing from the first radiator 41 to the second radiator 42 can be reduced, and the air passes through the first radiator 41 and the second radiator 42. The flow rate of air can be secured. This improves the cooling capacity.

図３Ａ及び図３Ｂは、変形例である燃料電池貨物車１ｃの説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、図１Ａ及び図１Ｂに対応している。キャブ１５の上部には導風板１６が配置されている。導風板１６は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）製又は金属製であり、その内部形状は、前方側から後方側にかけて容積が徐々に増大するダクト状である。導風板１６内の後方側に、複数の第３ラジエータ４３が配置されている。導風板１６の前方側の導風板１６ａから導風板１６内に導入された空気は、第３ラジエータ４３を通過して導風板１６の後方側へと流れる。これにより、より冷却能力が向上する。 3A and 3B are explanatory views of a fuel cell freight vehicle 1c which is a modified example. 3A and 3B correspond to FIGS. 1A and 1B, respectively. A baffle plate 16 is arranged on the upper part of the cab 15. The baffle plate 16 is made of FRP (fiber reinforced plastic) or metal, and its internal shape is a duct shape in which the volume gradually increases from the front side to the rear side. A plurality of third radiators 43 are arranged on the rear side in the baffle plate 16. The air introduced into the baffle plate 16 from the baffle plate 16a on the front side of the baffle plate 16 passes through the third radiator 43 and flows to the rear side of the baffle plate 16. This further improves the cooling capacity.

また、導風板１６の第３ラジエータ４３の背面側の通気出口の高さは、導風板１６の後方側に位置したトレーラ１００の高さ位置よりも高く形成されている。これにより、導風板１６の後方側とトレーラ１００の上部との周辺で負圧が発生し、第３ラジエータ４３を通過する空気の流量が確保されている。 Further, the height of the ventilation outlet on the back surface side of the third radiator 43 of the baffle plate 16 is formed higher than the height position of the trailer 100 located on the rear side of the baffle plate 16. As a result, a negative pressure is generated around the rear side of the baffle plate 16 and the upper part of the trailer 100, and the flow rate of air passing through the third radiator 43 is secured.

また、図３Ｂに示すように、第３ラジエータ４３は車幅方向に複数並んで配置されている。このように導風板１６内のスペースを有効利用している。また、隣接する第３ラジエータ４３同士の隙間をできるだけ小さくして配置することにより、導風板１６内のスペースを有効利用しつつ、複数の第３ラジエータ４３を通過する空気の流量が確保されている。 Further, as shown in FIG. 3B, a plurality of third radiators 43 are arranged side by side in the vehicle width direction. In this way, the space inside the baffle plate 16 is effectively used. Further, by arranging the adjacent third radiators 43 with the gaps as small as possible, the flow rate of the air passing through the plurality of third radiators 43 is secured while effectively utilizing the space in the baffle plate 16. There is.

図４は、変形例である燃料電池貨物車１ｄの説明図である。第３ラジエータ４３ａは、導風板１６内で、上部が下部よりも前方側に位置するように傾いた姿勢で配置されている。これにより、導風板１６内を流れる空気の方向に対して、第３ラジエータ４３ａが略直角に交差する。従って、空気と第３ラジエータ４３ａとの接触面積を確保することができ、冷却能力が向上する。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the fuel cell freight vehicle 1d, which is a modified example. The third radiator 43a is arranged in the baffle plate 16 in an inclined posture so that the upper portion is located on the front side of the lower portion. As a result, the third radiator 43a intersects with respect to the direction of the air flowing in the baffle plate 16 at a substantially right angle. Therefore, the contact area between the air and the third radiator 43a can be secured, and the cooling capacity is improved.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and variations are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

上述した実施例及び変形例では、２つの燃料電池スタック３１及び３２が設けられていたがこれに限定されず、単一のスタックが搭載されていてもよいし、３つ以上のスタックを搭載していてもよい。 In the above-described embodiment and modification, two fuel cell stacks 31 and 32 are provided, but the present invention is not limited to this, and a single stack may be mounted, or three or more stacks may be mounted. May be.

１ 燃料電池貨物車
１３ キャブブリッジ
１５ キャブ
２０ モータ
３１、３２ 燃料電池スタック
４２ 第２ラジエータ
1 Fuel cell freight car 13 Cab bridge 15 Cab 20 Motor 31, 32 Fuel cell stack 42 2nd radiator

Claims (1)

キャブと、
前記キャブを支持するキャブブリッジと、
走行用のモータと、
前記モータに電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷媒と外気との間で熱交換をする複数のラジエータと、を備え、
前記複数のラジエータの少なくとも一つは、前記キャブの外側で前記キャブブリッジに包囲されるように保持されている、燃料電池貨物車。
With the cab
The cab bridge that supports the cab and
With a driving motor
A fuel cell that supplies electric power to the motor,
A plurality of radiators that exchange heat between the refrigerant that cools the fuel cell and the outside air are provided.
A fuel cell freight vehicle in which at least one of the plurality of radiators is held outside the cab so as to be surrounded by the cab bridge.
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