WO2008069331A1 - 燃料電池を搭載した移動体 - Google Patents

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WO2008069331A1
WO2008069331A1 PCT/JP2007/073733 JP2007073733W WO2008069331A1 WO 2008069331 A1 WO2008069331 A1 WO 2008069331A1 JP 2007073733 W JP2007073733 W JP 2007073733W WO 2008069331 A1 WO2008069331 A1 WO 2008069331A1
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WO
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pipe
moving body
fuel cell
vehicle
discharge port
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PCT/JP2007/073733
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yasunobu Jufuku
Hiroshi Arisawa
Junji Nagasawa
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K13/00Arrangement in connection with combustion air intake or gas exhaust of propulsion units
    • B60K13/04Arrangement in connection with combustion air intake or gas exhaust of propulsion units concerning exhaust
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02E60/50Fuel cells
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a moving body equipped with a fuel cell, and more particularly to a technique for discharging discharged fluid discharged from a fuel cell to the outside of the moving body.
  • exhaust gas discharged from the fuel cell, or generated water, that is, generated water generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen hereinafter referred to as the above exhaust gas
  • the generated water can also be discharged directly onto the road surface (collectively referred to as “exhaust fluid”).
  • exhaust fluid as a gas discharge structure of an in-vehicle fuel cell, for example, the one described in Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 03-2 1 9 5 12 is known.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and in a mobile body equipped with a fuel cell, a discharge port for discharging the exhausted fluid discharged from the fuel cell to the outside of the mobile body is closed.
  • the purpose is to provide a technology that enables traveling under conditions in which various obstructions that cause the problem are present around a moving object.
  • the moving body of the present invention is a moving body equipped with a fuel cell, and includes a discharge pipe for flowing a discharged fluid discharged from the fuel cell, and the discharge pipe sends the discharged fluid to the outside of the moving body.
  • the gist is provided with a plurality of outlets for discharging, and at least two of the plurality of outlets are arranged at different heights.
  • the discharge pipe includes a plurality of discharge ports for discharging the discharge fluid discharged from the fuel cell to the outside of the moving body, and at least two of the plurality of discharge ports
  • the multiple outlets are arranged at the same height to determine the probability that they will be simultaneously occluded by the various obstructions described above. Can be lower than it is. That is, for example, when the mobile body of the present invention is traveling on a submerged channel, the discharge port arranged at a relatively low position, such as the lower floor behind the main body of the mobile body, is blocked by water or earth and sand.
  • the moving body of the present invention has a discharge port arranged at a relatively high position during normal traveling. 3 Even when blocked by fallen objects or flying objects as described above, the power generation by the fuel cell is continued, and the unoccluded outlet located at a relatively low position is used. The discharged fluid can be discharged to the outside of the moving body. Therefore, according to the present invention, it is possible to make it possible for a mobile body equipped with a fuel cell to travel in a situation where there are various obstructions that cause the exhaust port to be closed around the mobile body. .
  • the discharge pipe can take various configurations.
  • a first pipe having a first discharge port at a terminal end and a second discharge port at a terminal end
  • the second discharge port may be arranged at a position higher in the vertical direction than the first discharge port.
  • the exhaust fluid since the exhaust fluid may contain generated water in addition to the exhaust gas, it is preferable to discharge the exhaust fluid from the first discharge port arranged at a relatively low position.
  • the discharge efficiency of the discharged fluid is higher than that of the above-mentioned discharged fluid from the discharge port of 2. Therefore, in the moving body, in order to discharge the fluid discharged from the fuel cell to the outside of the moving body, the first discharge port is mainly used, and the second discharge port is used as an auxiliary. It may be.
  • the first pipe and the second pipe may be provided independently, but the second pipe is branched and connected from the first pipe. It may be.
  • the first pipe has a high-order part formed so that the exhaust fluid flowing in the first pipe flows in a position higher than the first discharge port.
  • the second pipe is connected by branching from the higher part in the first pipe, or from the upstream part in the flow direction of the exhaust fluid than the high part. You may be allowed to. By doing so, for example, when the mobile body of the present invention travels on a submerged channel, the water level on the road surface becomes higher than the height at which the first outlet is installed. However, until it reaches the height of the above-mentioned high portion, water, earth and sand, etc.
  • the second piping and second The discharge fluid can be discharged using the discharge port.
  • the inner diameter of the second pipe is made smaller than the inner diameter of the first pipe. OK. By doing so, it is possible to facilitate the handling of the second pipe in the moving body. In addition, the space required for installing the second pipe can be reduced. Therefore, an increase in the size of the moving body due to the provision of the second pipe can be suppressed.
  • the discharged fluid is supplied to the connection portion between the first pipe and the second pipe.
  • a switching section for switching between discharging from the discharge port or flowing through the second pipe and discharging from the second discharge port.
  • the switching unit causes the discharge to occur.
  • the fluid can flow from the first pipe to the second pipe and be discharged from the second outlet.
  • the switching unit includes a pressure control mechanism for allowing the discharged fluid to flow into the second pipe when the pressure in the first pipe becomes a predetermined value or more. You may do it.
  • the predetermined value related to the pressure in the first pipe is set to a value by which it can be determined that the first outlet is closed during power generation by the fuel cell. In this way, when the first discharge port is blocked, the discharged fluid can be automatically discharged from the second discharge port without controlling the switching unit by an external instruction. wear.
  • Examples of the pressure control mechanism include a relief valve and an orifice.
  • the detection unit that detects the presence of an obstruction that closes the first discharge port around the moving body, and the switching unit includes the discharge unit.
  • a valve control unit that controls the operation of the switching valve according to the presence state.
  • the operation of the switching valve is controlled according to the presence of the obstruction around the moving body, and the discharged fluid is discharged from the first outlet or flows through the second pipe, You can switch whether to discharge from the 2 outlets.
  • the detection unit for example, a water level sensor, which will be described later, may be used, or the presence state of an obstruction on the road surface may be determined based on inundation information acquired through communication with an information center.
  • the road surface condition during traveling may be captured by a camera, and the captured image may be analyzed by image processing or the like to determine the presence state of an obstruction on the road surface.
  • the obstruction may be water existing on the road surface
  • the detection unit may include a water level sensor that detects a water level of the water existing on the road surface.
  • the moving body of the present invention controls the operation of the switching valve according to the water level existing on the road surface on which the moving body travels while traveling on the submerged channel, and discharges the first fluid. It is possible to switch between discharging from the discharge port or flowing through the second pipe and discharging from the second discharge port.
  • the water level sensor for example, various sensors such as a float switch, an ultrasonic sensor, and a capacitance sensor can be applied.
  • the moving body further includes an attenuation member for attenuating a undulation phenomenon on a water surface to be detected by the water level sensor.
  • an attenuation member for attenuating a undulation phenomenon on a water surface to be detected by the water level sensor.
  • the valve control unit is When the water level detected by the water level sensor is equal to or higher than a predetermined value, the operation of the switching valve may be controlled so that the discharged fluid flows through the second pipe.
  • the predetermined value related to the water level is set to a value by which it is possible to determine whether or not water or earth / sand flows from the first outlet during the power generation by the fuel cell. In this way, even when the moving body of the present invention travels along a submerged channel, water, earth and sand, etc. may flow from the first outlet or may flow into the switching valve.
  • the fuel cell may be arranged at a lower floor of the mobile object. In this way, when the moving body is, for example, a vehicle, the space under the floor of the vehicle can be effectively used. In addition, by disposing a fuel battery in the lower part of the floor of the vehicle, the center of gravity of the vehicle can be lowered and stability during driving can be improved.
  • a vehicle equipped with a fuel cell is usually provided with a cooling device (a radiator) that cools the cooling water for cooling the fuel cell.
  • This radiator is installed in front of the vehicle in order to cool the cooling water by using the traveling wind when the vehicle is traveling. Therefore, by arranging the fuel cell in the lower part of the floor of the vehicle, the space around the radiator can be widened compared to the case where the fuel cell is arranged in the vicinity of the radiator. As a result, the heat dissipation efficiency of the radiator can be improved, and the air cooling efficiency of the cooling water can be improved.
  • the present invention can be configured as an invention of a method for controlling a moving body in addition to the above-described structure as a moving body.
  • the present invention can be realized in various modes such as a computer program that realizes these, a recording medium that records the program, and a data signal that includes the program and is embodied in a carrier wave.
  • the various additional elements shown above can be applied.
  • the present invention is a computer program or a recording medium on which the program is recorded.
  • Recording media include flexible discs, CD-ROMs, DVD-ROMs, magneto-optical discs, IC cards, ROM cartridges, punch cards, printed products with codes such as barcodes, computer internal storage devices (RAM and Various types of computer-readable media such as a memory such as a ROM and an external storage device can be used.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 mounted on a vehicle 1000 as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the switching unit 54 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the switching unit 54 A of the second embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of valve control processing for the valve 54 V.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the gas-liquid separator 25.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the switching unit 54 B of the third embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of valve control processing for the three-way valve 54 V a.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the arrangement of a water level sensor 84 as a modified example.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing the arrangement of the pipe 60 and the pipe 62 as a modification.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a flow of valve control in a modified example.
  • FIG. 1 shows a fuel cell system 1 mounted on a vehicle 1 000 as an embodiment of the present invention.
  • 10 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of 00.
  • the vehicle 100 is a so-called electric vehicle in which a motor is driven by electric power generated by the fuel cell system 100 and the axle and wheels are rotated by the power.
  • the driver operates the accelerator provided in the vehicle 100
  • power is generated according to the operation amount detected by the accelerator opening sensor 80.
  • the vehicle 1 0 0 0 corresponds to a moving body in the present invention.
  • the fuel cell (F C) stack 10 is a laminated body in which a plurality of cells that generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are laminated.
  • Each cell has a structure in which a hydrogen electrode (hereinafter referred to as an anode) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as a force sword) are arranged with an electrolyte membrane having proton conductivity interposed therebetween (not shown).
  • the electrolyte membrane is a solid polymer type cell that uses a solid polymer membrane such as Nafion (registered trademark).
  • the present invention is not limited to this, and various types can be used. .
  • Hydrogen as fuel gas is supplied to the anode of the fuel cell stack 10 from a hydrogen tank 20 storing high-pressure hydrogen via a pipe 23.
  • a hydrogen generator that generates hydrogen by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, aldehyde, or the like as a raw material may be used.
  • the high-pressure hydrogen stored in the hydrogen tank 20 is adjusted in pressure and supply amount by a shut valve 21, a regulator 22, etc. provided at the outlet of the hydrogen tank 20, so that the anode of the fuel cell stack 10 To be supplied.
  • Exhaust gas from the anode (hereinafter referred to as anode off gas) is introduced into the gas-liquid separator 25 via the pipe 24.
  • the gas-liquid separator 25 separates water contained in the anode off-gas from unconsumed hydrogen by power generation by the fuel cell stack 10. Hydrogen separated by the gas-liquid separator 25 can be recirculated to the pipe 23 via the circulation pipe 26.
  • the pipe 2 8 is branched and connected, and the purge valve 29 is provided in this pipe 2 8. Has been. This purge valve 29 is closed 2007/073733
  • the anode off-gas that is, hydrogen separated by the gas-liquid separator 25 is circulated again to the fuel cell stack 10 through the circulation pipe 26.
  • hydrogen can be used effectively.
  • the circulation pipe 26 is provided with the anode off-gas during recirculation of the anode off-gas.
  • a circulation pump 27 for pressurizing off-gas is provided.
  • Compressed air is supplied to the power sword of the fuel cell stack 10 as an oxidant gas containing oxygen. Air is sucked from the air cleaner 30, compressed by the air compressor 3 2, and supplied to the power sword of the fuel cell stack 10 from the pipe 3 4.
  • a humidifier for humidifying the air supplied to the fuel cell stack 10 may be provided on the pipe 3 4 in order to maintain the electrolyte membrane of the fuel cell stack 10 in a wet state. Good.
  • Exhaust gas from the power sword (hereinafter referred to as power sword off gas) flows out to the pipe 36.
  • an air pressure regulating valve 35 is provided in the pipe 36, and the air pressure in the fuel cell stack 10 can be controlled by controlling the air pressure regulating valve 35.
  • the anode off-gas that has flowed into the pipe 28 is introduced into the diluter 50.
  • the diluter 50 dilutes the concentration of hydrogen contained in the anode off gas by mixing the anode off gas and the power sword off gas.
  • Exhaust gas discharged from the diluter 50 is discharged to the outside of the vehicle 100 through the pipe 60 and the muffler 56 from the discharge port at the end of the pipe 60.
  • a switching unit 54 is provided between the diluter 50 and the muffler 56. Then, in a situation where it is not suitable to exhaust the exhaust gas from the exhaust outlet at the end of the pipe 60 to the outside of the vehicle 100 0 or in a situation where it cannot be discharged, the switching part 5 4 It is also possible to discharge to the outside of the vehicle 100 from the discharge port at the end of the pipe 62 connected to the 60. Details of the switching unit 54 will be described later.
  • cooling water is also supplied to the fuel cell stack 10.
  • the cooling water flows through the cooling water pipe 4 2 by the circulation pump 41, is cooled by the radiator 40, and is supplied to the fuel cell stack 10.
  • bypass pipe 4 3 for circulating cooling water is connected to pipe 4 2 without passing through radiator 40, and furthermore, between pipe 4 2 and bypass pipe 4 3
  • One connection part is provided with a three-way valve 4 4. Therefore, by switching the three-way valve 4 4, it is possible to circulate the cooling water through the pipe 4 2 and the bypass pipe 4 3 without passing through the radiator 40.
  • an ion exchanger 45 is connected to the pipe 42 via a pipe 46. The ion exchanger 45 removes various ions contained in the cooling water that cause an increase in the conductivity of the fuel cell stack 10.
  • the operation of the fuel cell system 100 is controlled by the control unit 70.
  • the control unit 70 is configured as a microcomputer having a CPU, a RAM, and a ROM therein, and controls the operation of the system such as various valves and pumps in accordance with a program stored in the ROM.
  • the fuel cell stack 10 is housed in a stack case and is installed in the lower floor of the vehicle 100.
  • a diluter 50, a gas-liquid separator 25, a switching unit 54, a muffler 56, and pipes connecting them are also installed in the lower floor of the vehicle 100.
  • the hydrogen tank 20 is installed in the lower part of the rear seat of the vehicle 100. By doing so, the space under the floor of the vehicle 100 can be used effectively. Further, by arranging the fuel cell stack 10 or the like under the floor of the vehicle 100, the center of gravity of the vehicle 100 can be lowered and the stability during travel can be improved.
  • the radiator 40, the circulation pump 41, the ion exchanger 45, the control unit 70, etc. are installed in the space in front of the vehicle 100. Therefore, the space around the radiator 40 can be widened as compared with the case where the fuel cell stack 10 or the like is disposed in the vicinity of the radiator 40. As a result, the heat dissipation efficiency of the radiator 40 can be improved and the cooling efficiency of the cooling water can be improved.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the switching unit 54 of the first embodiment.
  • the pipe 60 is provided with a U-shaped tube 60 u having a convex shape in the lead straight direction at a part thereof, and at the end portion thereof, the discharge port 6 0 ⁇ is provided.
  • the discharge port 6 0 ⁇ is arranged in the lower floor behind the vehicle 1 0 0 0.
  • the pipe 60 and the U-shaped pipe 60 u correspond to the first pipe in the present invention, and the U-shaped pipe 60 u corresponds to the high portion in the present invention. Further, the outlet 60 0 o corresponds to the first outlet in the present invention.
  • a pipe 62 is branched and connected to the top of the U-shaped tube 60 u. This pipe 6 2 extends to the upper part of the trunk room along the inner surface of the vehicle body.
  • outlet 6 2. Is located higher than the outlet 60 o.
  • the pipe 6 2 corresponds to the second pipe in the present invention, and the discharge port 6 2 o corresponds to the second discharge port in the present invention.
  • a relief valve 5 4 Vr is disposed in the pipe 6 2.
  • This relief valve 5 4 V r is closed at normal times, that is, when the pressure in the U-shaped tube 60 u is relatively low, and the pressure in the U-shaped tube 60 0 u exceeds a predetermined value. When it becomes, the valve opens automatically.
  • the predetermined value related to the pressure in the U-shaped tube 60 u is set to a value by which it can be determined that the discharge port 60 o is closed during power generation by the fuel cell stack 10.
  • the relief valve 5 4 V r corresponds to the pressure control mechanism in the present invention.
  • the inner diameter of the pipe 62 is set sufficiently smaller than the inner diameter of the pipe 60. Therefore, it is possible to facilitate the handling of the pipe 62 in the vehicle 100. In addition, the space required for installing the pipe 62 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the increase in size of the vehicle 100 and the reduction of the living space in the vehicle by providing the pipe 62.
  • the level of water existing on the road surface RS is the height from the road surface RS to the upper part of the outlet 60 o when traveling on a flooded road.
  • the pressure in the U-tube 60 u is relatively low, so the relief valve 5 4 V r is closed.
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is discharged to the outside of the vehicle 100 through the discharge port 60 o.
  • Patent Document 2 describes a technique in which a discharge port (gas discharge port) is arranged in a rectifying structure (air spoiler) installed at the rear end of a vehicle body in a vehicle equipped with a fuel cell. ing. According to this technology, since the discharge port is disposed at a position higher than the lower floor of the vehicle body, even when traveling on a flooded road where the water level existing on the road surface is relatively high, It is possible to travel without clogging the outlet with existing water or earth and sand.
  • a discharge port gas discharge port
  • a rectifying structure air spoiler
  • the obstruction that causes the discharge port to be blocked is not limited to water, earth and sand, etc. existing on the road surface. Examples of such obstructions include falling objects from the sky, flying objects, and floating objects.
  • the discharge port is arranged in the rectifying structure installed at a relatively high position of the vehicle body, the discharge port is formed in the lower floor behind the vehicle body. Compared to the case of placing the vent, there was a higher possibility that the outlet was blocked by the above-mentioned falling objects or flying objects. And when the discharge port arranged in this rectifying structure is blocked, the exhaust port becomes impossible to exhaust, as in the case where the discharge port is blocked by water or earth and sand, and the power generation by the fuel cell stops, It may become impossible to run.
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is used as two outlets for discharging the fuel 10 0 0 to the outside.
  • Excretion It is equipped with outlets 6 0 ⁇ , 6 2 ⁇ and is located at a position higher than the outlet 6 2 ⁇ force outlet 6 0 ⁇ so that the vehicle 1 0 0 0 Even if the outlet 60 0 ⁇ placed at a relatively low position in the lower floor at the back is blocked by water, earth or sand, etc., the power generation by the fuel cell stack 10 continues and the upper part of the trunk room Exhaust gas can be discharged outside the vehicle 1 0 0 0 by using an unoccluded discharge port 6 2 ⁇ arranged at a relatively high position.
  • the outlet 6 2 ⁇ placed at a relatively high position in the upper part of the trunk room may have fallen objects or flying from the sky as described above. Even when blocked by an object, etc., the fuel cell stack 10 continues to generate power, and the unoccluded exhaust gas disposed at a relatively low position below the floor behind the vehicle 100 Exhaust gas can be discharged outside the vehicle 1 0 0 0 using the outlet 6 0 ⁇ .
  • the vehicle 100 according to the second embodiment is the same as the vehicle 100 according to the first embodiment except for the switching unit in the fuel cell system 100.
  • the switching unit 5 4 ⁇ of the second embodiment will be described.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the switching unit 5 4 A of the second embodiment.
  • the pipe 60 is provided with a U-shaped tube 60 u having a convex shape upward in the vertical direction.
  • a discharge port 60 o is provided at the end.
  • the discharge port 60 0 ⁇ is arranged in the lower part of the floor behind the vehicle 100 (see Fig. 2).
  • the pipe 62 is branched and connected to the pipe 60 on the upstream side of the U-shaped pipe 60 u.
  • This pipe 62 extends to the rear end of the roof along the inner surface of the body (not shown) of the vehicle 100, and has a discharge port 6 2 ⁇ at the end. . In other words, outlet 6 2. Is higher than the outlet 6 0 ⁇ Is arranged.
  • the inner diameter of the pipe 62 is sufficiently smaller than the inner diameter of the pipe 60.
  • the pipe 62 is provided with an electrically driven valve 54 V instead of the relief valve 54 V r in the first embodiment. This valve 54 V is always closed during normal driving, that is, when driving on a road surface other than the submerged channel.
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is discharged from the exhaust port 60 ⁇ into the vehicle 1 000 is discharged to the outside.
  • the U-shaped tube 60 u is provided with a pressure sensor 82 for detecting the pressure in the U-shaped tube 60 u. Then, according to the output of the control unit 70 force pressure sensor 82, the opening / closing operation of the valve 54V is controlled.
  • the valve 54 V corresponds to the switching valve in the present invention. Further, the pressure sensor 82 corresponds to the detection unit in the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of valve control processing for the valve 54 V in this embodiment. This process is executed by the CPU of the control unit 70 while the vehicle 1000 is traveling.
  • the CP U detects the pressure Po in the U-shaped tube 60 u by the pressure sensor 82 (step S 1 00), and determines whether or not the pressure Po is equal to or higher than a predetermined threshold value P th. (Step S 1 1 0).
  • This threshold value P th is set to a value that allows the determination that the discharge port 60 o is closed during power generation by the fuel cell stack 10.
  • step S 1 1 0: NO If the pressure P o in the U-shaped tube 60 u is less than the threshold value P th (step S 1 1 0: NO), the CPU determines that the outlet 60 o is not blocked, and step S Return to 1 00.
  • step S 1 1 0: YES when the pressure P o in the U-shaped tube 60 u is equal to or higher than the threshold value P th (step S 1 1 0: YES), the CPU determines that the outlet 60 o is blocked by the plug. Then, the valve 54V is opened (step S 120), and the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 flows into the pipe 62 and is discharged outside the vehicle 1 000 through the discharge port 62 ⁇ . Then, the valve control process ends. After this valve control processing, the CPU further detects the pressure Po in the U-shaped tube 60 u by the pressure sensor 82, and the pressure Po in the U-shaped tube 60 u becomes the threshold value P th. When the pressure drops below, it may be determined that the blockage of the discharge port 60 o has been eliminated, and the valve 54 V may be closed.
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 can be used as two exhaust ports for discharging to the outside of the vehicle 100 0 0.
  • the outlets 6 0 ⁇ , 6 2 ⁇ are provided, and the outlet 6 2 ⁇ is located higher than the outlet 60 0 ⁇ , so it is relatively low while traveling in the submerged channel. Even when the outlet 6 ⁇ ⁇ placed at the position is blocked by water, earth or sand, etc., the fuel cell stack 10 continues to generate power and is placed at a relatively high position. Exhaust gas can be discharged outside the vehicle 1 0 0 0 using the unoccluded outlet 6 2 ⁇ .
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell is used to discharge outside the vehicle 100 according to the pressure in the U-shaped tube 60 u.
  • the exhaust outlet to be switched is automatically or by valve control.
  • the discharge port used to discharge the exhaust gas discharged from the fuel cell to the outside of the vehicle 100 is switched according to the water level present on the road surface RS.
  • the gas-liquid separator 25 is provided with a water level sensor for detecting the water level present on the road surface RS.
  • the vehicle 100 according to the third embodiment is similar to the vehicle 100 according to the second embodiment except that the fuel cell system 100 includes a water level sensor and the switching unit in the fuel cell system 100. Is the same.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the gas-liquid separator 25.
  • the gas-liquid separator 25 is a device that separates and removes water contained in the exhaust gas discharged from the diluter 50. The separated water is drained at the bottom of the gas-liquid separator 25. Part 2 is discharged from 5d.
  • a water level sensor 84 is provided in the drain portion 25d.
  • the vehicle 1 0 0 0 causes the water level on the road surface RS to be higher than the lower part of the drain part 25 5 d. Even if the undulation phenomenon of the water surface WS 1 occurs outside 5d, the undulation phenomenon of the water surface WS 2 can be attenuated in the drain portion 25 d. Therefore, the water level sensor 84 can accurately detect the water level present on the road surface R S.
  • the drain portion 25 d corresponds to the damping member in the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the switching unit 5 4 B of the third embodiment.
  • the pipe 60 is different from the first embodiment and the second embodiment and does not include the U-shaped tube 60 u.
  • the discharge port 60 o is arranged in the lower floor behind the vehicle 100 (not shown).
  • the pipe 6 2 is branched and connected to the pipe 6 0, and this pipe 6 2 is roofed along the inner side surface of the body (not shown) of the vehicle 100 0 0 as in the second embodiment. It extends to the rear end, and a discharge port 6 2 ⁇ is provided at the end. That is, outlet 6 2. Is located higher than the outlet 60 o. Further, the inner diameter of the pipe 62 is sufficiently smaller than the inner diameter of the pipe 60.
  • a three-way valve 5 4 Va is disposed at the connection between the pipe 60 and the pipe 62. Then, by controlling the operation of this three-way valve 5 4 V a, exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is discharged from the exhaust port 60 o to the outside of the vehicle 100 It is possible to switch between discharging to 6 2 and discharging to the outside of the vehicle 1 0 0 0 through the discharge port 6 2 ⁇ .
  • the three-way valve 5 4 V a corresponds to the switching valve in the present invention.
  • the operation control of the three-way valve 5 4 V a is performed by the control unit 70 according to the output of the water level sensor 84 provided in the gas-liquid separator 25 described above.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the flow of the valve control process for the three-way valve 54 Va in this embodiment. This process is executed by the CPU of the control unit 70 while the vehicle 1 000 is traveling. At the start of this process, the three-way valve 54 V a is in a communicating state so that the exhaust gas discharged from the twisted battery stack 10 is discharged to the outside of the vehicle 1 000 through the outlet 60 ⁇ . It has been switched.
  • the CPU detects the water level Hw in the gas-liquid separator 25, that is, the water level existing on the road surface RS by the water level sensor 84 (step S200), and the water level Hw is determined by a predetermined threshold value. It is determined whether or not it is equal to or higher than H th (step S 210).
  • This threshold value H th is set to a value that can be determined that the outlet 60 o is closed during power generation by the fuel cell stack 10.
  • step S210 NO
  • the CPU determines that the outlet 60 o is not blocked and proceeds to step S200. Return.
  • step S210 YES
  • the CPU determines that the outlet 60 o is blocked by an obstruction. Then, the communication state of the three-way valve 54 V a is switched (step S 220), the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is allowed to flow into the pipe 62, and the vehicle 100 00 To discharge.
  • the valve control process ends.
  • the CPU further detects the water level Hw in the gas-liquid separator 25 by the water level sensor 84, and the water level Hw in the gas-liquid separator 25 falls below the threshold value Hth. Therefore, the three-way valve 54 V a is connected so that the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is discharged from the outlet 60 ⁇ . Do the process of switching May be.
  • the two exhaust ports 6 are used as exhaust ports for discharging exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside of the vehicle 10 00. Equipped with 0 ⁇ , 6 2 ⁇ , outlet 6 2 ⁇ force outlet 6 0 ⁇ is located at a higher position, so it is placed at a relatively low position while traveling on a submerged channel Even if the discharged outlet 6 ⁇ ⁇ is blocked by water, earth or sand, etc., it continues to generate power with the fuel cell stack 10 and is blocked by a relatively high position. With no exhaust 6 2 ⁇ , exhaust gas can be discharged outside the vehicle 1 0 0 0.
  • the relief valve 5 4 Vr is disposed in the pipe 62.
  • the present invention is not limited to this.
  • an orifice may be provided in the pipe 6 2 instead of the relief valve 5 4 V r.
  • the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is always discharged outside the vehicle 100 from the discharge port 62.
  • the pipe 6 2 is connected to the top of the U-shaped pipe 60 u.
  • the present invention is Not limited to this.
  • the road surface is located at any position of the vehicle 1 0 0 0.
  • a water level sensor capable of detecting the water level present on the RS may be provided, and the valve 54 V may be opened when the water level detected by the water level sensor exceeds a predetermined value. .
  • the water level sensor 84 is provided in the gas-liquid separator 25, but the present invention is not limited to this.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the arrangement of a water level sensor 84 as a modified example.
  • a sensor box 8 4 B having a plurality of through-holes is installed at the bottom of the side surface of the stack case 12 in which the fuel cell stack 10 is stored.
  • a water level sensor 84 is installed inside the 84B.
  • the sensor box 8 4 B corresponds to the damping member in the present invention.
  • the sensor box 8 4 B is provided, but the sensor box 8 4 B may not be provided.
  • a water level sensor that detects water level by contact with water is used, but an ultrasonic sensor or the like is not in contact with water.
  • a water level sensor that detects the distance to the water surface may be used.
  • the water level sensor 84 may be provided in another part of the vehicle 100.
  • the pipe 62 is connected to the pipe 60, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention uses an exhaust fluid (exhaust gas or generated water) discharged from a fuel cell (fuel cell stack 10) as a moving body (for example, a vehicle 100 0).
  • the discharge pipe for discharging to the outside has a plurality of discharge ports, and at least two of the plurality of discharge ports are arranged at positions where the height of the movable body is different from each other. It only has to be done.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing the arrangement of the pipe 60 and the pipe 62 as a modification.
  • the pipes 62 are not connected to the pipes 60 and are independently installed in the vehicle 1 000.
  • a valve 54V 1 and a valve 54V 2 are arranged, respectively. These knobs 54V 1 and 54V2 correspond to the switching section in the present invention.
  • the operation control of the valves 54 V 1 and 54 V2 is performed by the control unit 70 according to the output of the water level sensor 84 described in the third embodiment.
  • the discharge port 60 ⁇ is disposed at the lower floor behind the vehicle 1 000, and the discharge port 62 ⁇ is disposed at the rear end of the roof of the vehicle 1 000.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the flow of valve control in this modification. This process is executed by the CPU of the control unit 70 while the vehicle 1 000 is traveling. In this modification, at the start of this process, the valve 54V1 is opened, and the valve 54V2 is closed. Therefore, during normal driving, the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is discharged to the outside of the vehicle 1 000 through the discharge port 60 o.
  • the CPU detects the water level Hw in the gas-liquid separator 25, that is, the water level present on the road surface RS by the water level sensor 84 (step S300), and the water level Hw is set to a predetermined threshold value H. It is determined whether or not it is greater than or equal to tha (step S 31 0).
  • the threshold value H t h a is set to a value at which it can be determined that water, earth and sand, etc. may flow from the outlet 60 ⁇ during power generation by the fuel cell stack 10. Therefore, the threshold value H t h a is set to a value smaller than the threshold value H t h in the third embodiment.
  • Step S 3 1 0: NO If the water level Hw in the gas-liquid separator 25 is less than the threshold H tha (Step S 3 1 0: NO) The CPU determines that there is no risk of water, earth and sand flowing in from the outlet 60 o, and returns to step S 300.
  • step S 3100 YES
  • the valve 54 V 1 arranged in the pipe 60 is closed, and the valve 54 V2 arranged in the pipe 62 is opened (step S 320).
  • step S 320 From the fuel cell stack 10 Discharge the exhaust gas to the pipe 62 and discharge it from the outlet 62 o to the outside of the vehicle 1 000.
  • the valve control process ends.
  • the CPU further detects the water level Hw in the gas-liquid separator 25 by the water level sensor 84, and the water level Hw in the gas-liquid separator 25 falls below the threshold value H tha.
  • H tha it is determined that there is no risk of water, earth and sand flowing in from the outlet 60 ⁇ , and the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is exhausted from the outlet 60 ⁇ in three directions. Processing for switching the communication state of the valve 54 V a may be performed.
  • the two exhaust ports 60 ⁇ , 62 ⁇ are used as the exhaust ports for discharging the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside of the vehicle 1 000. Since the outlet 62 ⁇ is arranged at a position higher than the outlet 60 ⁇ , water and water are discharged from the outlet 60 ⁇ placed at a relatively low position while traveling in the submerged channel. When there is a risk of earth and sand flowing in, valve 54V 1 is closed to prevent inflow of water and earth and sand from the outlet 60 ⁇ , and power generation by the fuel cell stack 10 is continued. Exhaust gas can be discharged outside the vehicle 1 000 using an unoccluded outlet 62 ⁇ located at a relatively high position.
  • valve 54V2 is closed during normal traveling, but may be opened.
  • the valve 54 V 1 is arranged in the pipe 60.
  • the U-shaped tube 60 u described in the first embodiment may be provided in a part of the pipe 60. In this way, even if water, earth or sand, etc., flows from the outlet 60 0 ⁇ while traveling on a flooded channel by the vehicle 1 0 0 0, the water level present on the road surface RS is changed to the road surface RS. Until the height from the top to the top of the U-shaped tube 60 u is exceeded, water and earth and sand can be prevented from flowing into the upstream side of the U-shaped tube 60 u.
  • valve 5 4 V 2 is disposed in the pipe 62.
  • the valve 5 4 V 2 may not be disposed in the pipe 62.
  • the inner diameter of the pipe 62 is smaller than the inner diameter of the pipe 60, but the present invention is not limited to this.
  • the inner diameter of the pipe 60 and the inner diameter of the pipe 62 may be the same.
  • the discharge port 6 2 o is arranged at the rear end of the roof of the vehicle 100, but the present invention is not limited to this.
  • the outlet 6 2 ⁇ may be arranged at a position higher than the outlet 60 0 ⁇ , for example, a rear spoiler installed in the vehicle 1 0 0 0, the upper part of the trunk room behind the fuel cell system 1 0 0, It may be arranged on the side portion of the vehicle 100 or the like.
  • the present invention is not limited to this.
  • the above discharge pipe may be provided with three or more pipes.
  • any one of the plurality of outlets is not limited to obstructions, that is, water or earth and sand on the submerged channel, but is blocked by falling objects from the sky, flying objects, floating objects, etc. Even if it is, the exhaust fluid discharged from the fuel cell is discharged from the other discharge ports and the vehicle is traveling Three
  • the fuel cell stack 10 is installed at the lower floor of the vehicle 100, but the present invention is not limited to this. For example, it may be installed at other positions such as a space in front of the vehicle 100.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied to various moving bodies that are equipped with a fuel cell and move using the power generated by the fuel cell as a power source.
  • the exhaust pipe (exhaust gas or generated water) discharged from the fuel cell (fuel cell stack 10) is discharged to the outside of the mobile body (for example, the vehicle 100).
  • a plurality of outlets are provided, and at least two of the plurality of outlets only have to be arranged at different heights in the main body of the moving body.
  • “the two outlets are arranged at different positions in the main body of the moving body” means that, as in the above embodiment, one outlet (for example, The upper end of the outlet 60 0 ⁇ of the pipe 60 is not limited to be lower than the lower end of the other outlet (for example, the outlet 6 2 ⁇ of the pipe 62).
  • the lower end of one discharge port is lower than the lower end of the other discharge port in the direction of gravity. That is, when the lower end of one discharge port is compared with the lower end of the other discharge port in the direction of gravity, it is only necessary that the upper and lower positions of the lower ends are shifted.
  • the upper end of one outlet eg, outlet 60 0 ⁇ of pipe 60
  • the lower end of one outlet eg, outlet 60 0 ⁇ of pipe 60
  • the lower end of one outlet is lower than the lower end of the other outlet (eg outlet 6 2 ⁇ of pipe 6 2) It only has to be done.

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Abstract

 車両(1000)は、燃料電池スタック(10)から排出された排出ガスを、車両(1000)の外部に排出するために、2つの配管(60), (62)を備える。そして、配管(60)の終端部に設けられた排出口は、車両(1000)の後方の床下部に配置し、配管(62)の終端部に設けられた排出口は、車両(1000)のルーフ後端部に配置する。そして、配管(60)の終端部に設けられた排出口が閉塞された場合、あるいは、閉塞されるおそれがある場合には、配管(62)の終端部に設けられた排出口を用いて、燃料電池スタック(10)から排出された排出ガスを、車両(1000)の外部に排出する。このように構成することにより、排出口を閉塞する原因となる種々の閉塞物が、車両(1000)の周囲に存在する状況下において、車両(1000)の走行を可能とする。

Description

明 細 書 燃料電池を搭載した移動体 技術分野
本発明は、 燃料電池を搭載した移動体に関し、 詳しくは、 燃料電池から排出された 排出流体を、 移動体の外部に排出する技術に関するものである。 背景技術
従来、 燃料電池を搭載した車両が開発されている。 この車両は、 燃料電池によって 発電された電力によってモータを駆動して、 その動力によって、 車軸、 および、 車輪 を回転させて走行する。 このような車両は、 燃料電池から排出される排気ガス等を車 両の外部に排出するための排出管、 および、 排出口を備えており、 この排出口は、 通 常、 内燃機関 (エンジン) の駆動によって走行する車両と同様に、 車両本体の後方の 床下部に配置される (例えば、 特開 2 0 0 2— 2 8 9 2 3 7号公報参照) 。 このよう に排出口を配置することによって、 燃料電池から排出される排気ガスや、 発電、 すな わち、 水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水 (以下、 上記排気ガス や、 上記生成水を総称して、 「排出流体」 とも呼ぶ) を、 直接、 路面上に排出するこ とができる。 なお、 その他、 車載燃料電池のガス排出構造としては、 例えば、 特開 2 0 0 3 - 2 1 9 5 1 2号公報に記載のものが知られている。
しかし、 上記特開 2 0 0 2— 2 8 9 2 3 7号公報に記載された技術では、 燃料電池 を搭載した車両によって、 冠水路上を走行した場合には、 路面上に存在する水や土砂 等によって排出口が閉塞されて、 排気不能となり、 燃料電池による発電が停止して、 走行不能となる場合があった。 さらには、 排出口から流入した水や土砂等が、 配管等 を介して、 燃料電池の内部にまで到達し、 燃料電池の故障を招くおそれがあった。 このような課題は、 燃料電池を搭載した車両に限られず、 燃料電池を搭載し、 この 燃料電池によって発電された電力を動力源として、 路面上を走行する種々の移動体に おいて、 共通する課題である。 このような移動体としては、 上述した車両の他に、 例 えば、 航空機や、 船舶等が挙げられる。 発明の開示
本発明は、 上述の課題を解決するためになされたものであり、 燃料電池を搭載した 移動体において、 燃料電池から排出された排出流体を移動体の外部に排出するための 排出口を閉塞する原因となる種々の閉塞物が、 移動体の周囲に存在する状況下におけ る走行を可能とする技術を提供することを目的とする。
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、 本発明では、 以下の構成を採用した。 本発明の移動体は、 燃料電池を搭載した移動体であって、 前記燃料電池から排出され た排出流体を流す排出管を備え、 前記排出管は、 前記排出流体を、 前記移動体の外部 に排出するための複数の排出口を備えておリ、 前記複数の排出口のうちの少なくとも 2つは、 高さが互いに異なる位置に、 それぞれ配置されていることを要旨とする。
本発明では、 上記排出管が、 燃料電池から排出された排出流体を、 移動体の外部に 排出するための複数の排出口を備えており、 これら複数の排出口のうちの少なくとも 2つの排出口が、 高さが互いに異なる位置に、 それぞれ配置されているので、 これら が先に説明した種々の閉塞物によって同時に閉塞される確率を、 複数の排出口が、 そ れぞれ同じ高さに配置されている場合よりも低くすることができる。 すなわち、 例え ば、 本発明の移動体によって、 冠水路を走行中に、 移動体の本体後方の床下部等、 比 較的低い位置に配置された排出口が、 水や土砂等によって閉塞された場合であっても、 燃料電池による発電を継続して行い、 比較的高い位置に配置されている閉塞されてい ない排出口を用いて、 上記排出流体を、 移動体の外部に排出することができる。 また、 本発明の移動体によって、 通常走行中に、 比較的高い位置に配置された排出口が、 上 3 述した落下物や、 飛来物等によって閉塞された場合であっても、 燃料電池による発電 を継続して行い、 比較的低い位置に配置されている閉塞されていない排出口を用いて、 上記排出流体を、 移動体の外部に排出することができる。 したがって、 本発明によつ て、 燃料電池を搭載した移動体において、 移動体の周囲に上記排出口を閉塞する原因 となる種々の閉塞物が存在する状況下における走行を可能とすることができる。
上記移動体において、 前記排出管は、 種々の構成を採ることが可能であるが、 例え ば、 第 1の排出口を終端部に有する第 1の配管と、 第 2の排出口を終端部に有する第 2の配管と、 を備え、 前記第 2の排出口は、 前記第 1の排出口よりも鉛直方向の高い 位置に配置されているようにしてもよい。 こうすることによって、 例えば、 本発明の 移動体によって、 冠水路を走行中に、 比較的低い位置に配置された第 1の排出口が、 水や土砂等によって閉塞された場合であっても、 燃料電池による発電を継続して行い、 比較的高い位置に配置されている閉塞されていない第 2の排出口を用いて、 上記排出 流体を、 移動体の外部に排出することができる。
なお、 先述したように、 排出流体には、 排気ガスの他に、 生成水も含まれ得るため、 比較的低い位置に配置された第 1の排出口から上記排出流体を排出した方が、 第 2の 排出口から上記排出流体を排出するよりも、 排出流体の排出効率が高い。 したがって、 上記移動体において、 燃料電池から排出された排出流体を、 移動体の外部に排出する ために、 第 1の排出口を主として用いるようにし、 第 2の排出口を補助的に用いるよ うにしてもよい。
上記移動体において、 第 1の配管と、 第 2の配管とは、 独立して備えられるように してもよいが、 前記第 2の配管は、 前記第 1の配管から分岐して接続されているもの としてもよい。 そして、 前記第 1の配管は、 該第 1の配管内を流れる排出流体が、 前 記第 1の排出口よりも高い位置を流れるように形成された高位部を、 前記第 1の配管 の一部に有しており、 前記第 2の配管は、 前記第 1の配管における前記高位部、 また は、 該高位部よりも前記排出流体の流れ方向についての上流部から分岐して接続され ているようにしてもよい。 こうすることによって、 例えば、 本発明の移動体によって、 冠水路を走行中に、 路面上に存在する水の水位が、 第 1の排出口が設置されている高 さよりも高くなつた場合であっても、 上記高位部の高さになるまでは、 第 1の排出口 から流入した水や土砂等が、 燃料電池の内部に流入することを防止するとともに、 第 2の配管、 および、 第 2の排出口を用いて、 上記排出流体の排出を行うことができる。 なお、 上記排出配管が、 第 1の配管と第 2の配管とを備えるいずれかの移動体にお いて、 前記第 2の配管の内径は、 前記第 1の配管の内径よりも小さいようにしてもよ し、。 こうすることによって、 移動体における第 2の配管の取り回しを容易にすること ができる。 また、 第 2の配管を設置するために要する空間を小さくすることができる。 したがって、 第 2の配管を備えることによる移動体の大型化を抑制することができる。 上述した第 2の配管が、 第 1の配管から分岐して接続されている移動体において、 前記第 1の配管と、 前記第 2の配管との接続部に、 前記排出流体を、 前記第 1の排出 口から排出するか、 前記第 2の配管に流し、 前記第 2の排出口から排出するかを切り 換える切換部を備えるようにしてもよい。 こうすることによって、 例えば、 本発明の 移動体によって、 冠水路を走行中に、 第 1の排出口が閉塞されたとき、 あるいは、 閉 塞されるおそれがあるときに、 切換部によって、 上記排出流体を第 1の配管から第 2 の配管に流し、 第 2の排出口から排出させるようにすることができる。
上記移動体において、 前記切換部として、 前記第 1の配管内の圧力が所定値以上に なったときに、 前記排出流体が前記第 2の配管に流れるようにするための圧力制御機 構を備えるようにしてもよい。 なお、 第 1の配管内の圧力に関する所定値は、 燃料電 池による発電中に、 第 1の排出口が閉塞されたと判断可能な値が設定される。 こうす ることによって、 第 1の排出口が閉塞されたときに、 外部からの指示によって切換部 の制御を行うことなく、 排出流体を、 自動的に第 2の排出口から排出させることがで きる。 なお、 圧力制御機構としては、 例えば、 リリーフバルブや、 オリフィス等が挙 げられる。 また、 上記切換部を備える移動体において、 さらに、 前記移動体の周囲における、 前記第 1の排出口を閉塞させる閉塞物の存在状況を検出する検出部と、 前記切換部と して、 前記排出流体を、 前記第 1の排出口から排出するか、 前記第 2の配管に流し、 前記第 2の排出口から排出するかを切り換える切換バルブと、 前記検出部によって検 出された前記閉塞物の存在状況に応じて、 前記切換バルブの動作を制御するバルブ制 御部と、 を備えるようにしてもよい。 こうすることによって、 移動体の周囲における 上記閉塞物の存在状況に応じて、 切換バルブの動作を制御し、 排出流体を、 第 1の排 出口から排出するか、 第 2の配管に流し、 第 2の排出口から排出するかを切り換える ことができる。 なお、 検出部としては、 例えば、 後述する水位センサを用いるように してもよいし、 情報センタとの通信によって取得した冠水情報等によって路面上にお ける閉塞物の存在状況を判断するようにしてもよいし、 走行中の路面状況をカメラに よって撮像し、 撮像された画像を画像処理等によって解析することによって路面上に おける閉塞物の存在状況を判断するようにしてもよい。
上記移動体において、 前記閉塞物は、 前記路面上に存在する水であり、 前記検出部 は、 前記路面上に存在する水の水位を検出する水位センサを備えるようにしてもよい。 こうすることによって、 本発明の移動体によって、 冠水路を走行中に、 移動体が走行 する路面上に存在する水の水位に応じて、 切換バルブの動作を制御し、 排出流体を、 第 1の排出口から排出するか、 第 2の配管に流し、 第 2の排出口から排出するかを切 リ換えることができる。 なお、 水位センサとしては、 例えば、 フロートスィッチや、 超音波センサや、 静電容量センサ等、 種々のセンサを適用可能である。
上記移動体において、 さらに、 前記水位センサによる前記水位の検出対象となる水 面における波打ち現象を減衰させるための減衰部材を備えるようにすることが好まし し、。 こうすることによって、 移動体が走行する路面上に存在する水の水位を、 精度よ く検出することができる。
上記検出部として水位センサを備える移動体において、 前記バルブ制御部は、 前記 水位センサによって検出された水位が所定値以上であるときに、 前記排出流体が、 前 記第 2の配管に流れるように、 前記切換バルブの動作を制御するようにしてもよい。 なお、 上記水位に関する所定値は、 燃料電池による発電中に、 第 1の排出口から水や 土砂等が流入する、 あるいは、 流入するおそれがあることを判断可能な値が設定され る。 こうすることによって、 本発明の移動体によって、 冠水路を走行中に、 第 1の排 出口から水や土砂等が流入する、 あるいは、 流入するおそれがある状況下であっても、 切換バルブの動作を制御することによって、 第 1の排出口から流入した水や土砂が燃 料電池の内部にまで流入することを防止し、 燃料電池の故障を防止することができる。 上述したいずれかの移動体において、 前記燃料電池は、 前記移動体の床下部に配置 されているようにしてもよい。 こうすることによって、 移動体を、 例えば、 車両とす る場合に、 車両の床下の空間を有効利用することができる。 また、 車両の床下部に燃 料電池を配置することによって、 車両の重心を低くし、 走行時の安定性を向上させる ことができる。 また、 通常、 燃料電池を搭載した車両には、 燃料電池を冷却するため の冷却水を冷却する冷却装置 (ラジェ一タ) が併設される。 そして、 このラジェータ は、 車両の走行時の走行風を利用して冷却水の冷却を行うために、 車両の前方に設置 される。 したがって、 燃料電池を車両の床下部に配置することによって、 燃料電池を ラジェータの近傍に配置する場合と比較して、 ラジェータの周囲の空間を広くするこ とができる。 この結果、 ラジェータの放熱効率を向上させ、 冷却水の空冷効率を向上 させることができる。
本発明は、 上述の移動体としての構成の他、 移動体の制御方法の発明として構成す ることもできる。 また、 これらを実現するコンピュータプログラム、 およびそのプロ グラムを記録した記録媒体、 そのプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信 号など種々の態様で実現することが可能である。 なお、 それぞれの態様において、 先 に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等とし P T/JP2007/073733
7 て構成する場合には、 移動体の動作を制御するプログラム全体として構成するものと してもよいし、 本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。 また、 記録媒体としては、 フレキシブルディスクや CD— ROM、 DVD-ROM, 光磁気 ディスク、 I Cカード、 ROMカートリッジ、 パンチカード、 バーコードなどの符号 が印刷された印刷物、 コンピュータの内部記憶装置 (RAMや ROMなどのメモリ) および外部記憶装置などコンピュータが読み取り可能な種々の媒体を利用できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施例としての車両 1 000に搭載された燃料電池システム 1 00の概略構成を示す説明図である。
図 2は、 第 1実施例の切換部 54の概略構成を示す説明図である。
図 3は、 第 2実施例の切換部 54 Aの概略構成を示す説明図である。
図 4は、 バルブ 54 Vのバルブ制御処理の流れを示すフローチヤ一トである。
図 5は、 気液分離器 25の概略構成を示す説明図である。
図 6は、 第 3実施例の切換部 54 Bの概略構成を示す説明図である。
図 7は、 三方弁 54 V aのバルブ制御処理の流れを示すフローチヤ一トである。 図 8は、 変形例としての水位センサ 84の配置を示す説明図である。
図 9は、 変形例としての配管 60および配管 62の配置を示す説明図である。
図 1 0は、 変形例におけるバルブ制御の流れを示す説明図である。 発明の実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 実施例に基づき説明する。
に 第 1実施例:
A 1. 車両に搭載される燃料電池システムの構成:
図 1は、 本発明の一実施例としての車両 1 000に搭載された燃料電池システム 1 0 0の概略構成を示す説明図である。 この車両 1 0 0 0は、 燃料電池システム 1 0 0 によって発電される電力によって、 モータを駆動して、 その動力によって、 車軸、 お よび、 車輪を回転させて走行する、 いわゆる電気自動車である。 そして、 燃料電池シ ステム 1 0 0では、 運転者が車両 1 0 0 0に備えられたアクセルを操作すると、 ァク セル開度センサ 8 0によって検出された操作量に応じて発電が行われる。 車両 1 0 0 0は、 本発明における移動体に相当する。
燃料電池 (F C ) スタック 1 0は、 水素と酸素との電気化学反応によって発電する セルを複数積層させた積層体である。 各セルは、 プロトン伝導性を有する電解質膜を 挟んで、 水素極 (以下、 アノードと呼ぶ) と、 酸素極 (以下、 力ソードと呼ぶ) とを 配置した構成となっている (図示省略) 。 本実施例では、 電解質膜として、 ナフィォ ン (登録商標) 等の固体高分子膜を利用する固体高分子型のセルを用いるものとした が、 これに限らず、 種々のタイプを利用可能である。
燃料電池スタック 1 0のアノードには、 配管 2 3を介して、 高圧水素を貯蔵した水 素タンク 2 0から、 燃料ガスとしての水素が供給される。 水素タンク 2 0の代わりに、 例えば、 アルコール、 炭化水素、 アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素 を生成する水素生成装置を用いるものとしてもよい。
水素タンク 2 0に貯蔵された高圧水素は、 水素タンク 2 0の出口に設けられたシャ ットバルブ 2 1、 レギユレータ 2 2等によって圧力、 および、 供給量が調整されて、 燃料電池スタック 1 0のアノードに供給される。 そして、 アノードからの排気ガス (以下、 アノードオフガスと呼ぶ) は、 配管 2 4を介して、 気液分離器 2 5に導入さ れる。 気液分離器 2 5は、 アノードオフガスに含まれる水と、 燃料電池スタック 1 0 による発電で未消費の水素とを分離する。 気液分離器 2 5によって分離された水素は、 循環配管 2 6を介して、 配管 2 3に再循環させることができる。 循環配管 2 6におけ る気液分離器 2 5と循環ポンプ 2 7との間には、 配管 2 8が分岐して接続されており、 この配管 2 8には、 パージ弁 2 9が配設されている。 このパージ弁 2 9が閉じられて 2007/073733
9 いる間は、 アノードオフガス、 すなわち、 気液分離器 2 5によって分離された水素は、 循環配管 2 6を介して、 再び燃料電池スタック 1 0に循環される。 こうすることによ つて、 水素を有効利用することができる。 なお、 アノードオフガスの圧力は、 燃料電 池スタック 1 0での発電によって水素が消費された結果、 比較的低い状態となってい るため、 循環配管 2 6には、 アノードオフガスの再循環時に、 アノードオフガスを加 圧するための循環ポンプ 2 7が配設されている。
アノードオフガスの再循環中、 水素は発電で消費される一方、 水素以外の不純物、 例えば、 力ソード側からアノード側に電解質膜を介して透過した窒素などは、 消費さ れずに残留するため、 アノードオフガス中の不純物の濃度は、 徐々に増大する。 この とき、 パージ弁 2 9が開弁されると、 後述するように、 アノードオフガスは、 配管 2 8を介して、 希釈器 5 0に導入され、 希釈器 5 0において、 力ソードオフガスによつ て希釈された後、 燃料電池システム 1 0 0の外部に排出される。 こうすることによつ て、 アノードオフガス中の不純物の濃度を低減することができる。 ただし、 この際、 水素も同時に排出されるため、 燃費向上の観点から、 パージ弁 2 9の開弁頻度は、 極 力抑えることが好ましい。
燃料電池スタック 1 0の力ソードには、 酸素を含有した酸化剤ガスとして、 圧縮空 気が供給される。 空気は、 エアクリーナ 3 0から吸入され、 エアコンプレッサ 3 2に よって圧縮され、 配管 3 4から燃料電池スタック 1 0の力ソードに供給される。 なお、 配管 3 4上に、 燃料電池スタック 1 0の電解質膜を湿潤状態に維持するために、 燃料 電池スタック 1 0に供給される空気を加湿するための加湿器を配設するようにしても よい。 力ソードからの排気ガス (以下、 力ソードオフガスと呼ぶ) は、 配管 3 6に流 出する。 なお、 配管 3 6には、 エア調圧弁 3 5が配設されており、 このエア調圧弁 3 5を制御することによって、 燃料電池スタック 1 0内の空気の圧力を制御することが できる。
配管 3 6に流出した力ソードオフガス、 および、 パージ弁 2 9を開弁したときに配 管 2 8に流出したアノードオフガスは、 希釈器 5 0に導入される。 希釈器 5 0は、 ァ ノードオフガスと、 力ソードオフガスとを混合することによって、 アノードオフガス に含まれる水素の濃度を希釈する。 希釈器 5 0から排出された排出ガスは、 配管 6 0、 および、 マフラ 5 6を介して、 配管 6 0の端部の排出口から車両 1 0 0 0の外部に排 出される。
なお、 本実施例では、 希釈器 5 0と、 マフラ 5 6との間には、 切換部 5 4が備えら れている。 そして、 排出ガスを、 配管 6 0の端部の排出口から車両 1 0 0 0の外部に 排出するのに適さない状況下、 あるいは、 排出できない状況下では、 切換部 5 4によ つて、 配管 6 0に接続された配管 6 2の端部の排出口から車両 1 0 0 0の外部に排出 することも可能である。 切換部 5 4の詳細については、 後に詳述する。
燃料電池スタック 1 0は、 上述した電気化学反応によって発熱するため、 燃料電池 スタック 1 0には、 冷却水も供給される。 この冷却水は、 循環ポンプ 4 1によって、 冷却水用の配管 4 2を流れ、 ラジェータ 4 0によって冷却されて、 燃料電池スタック 1 0に供給される。 なお、 配管 4 2には、 図示するように、 ラジェータ 4 0を通さず に、 冷却水を循環させるためのバイパス配管 4 3が接続されており、 さらに、 配管 4 2とバイパス配管 4 3との一方の接続部には、 三方弁 4 4が配設されている。 したが つて、 三方弁 4 4を切り換えることによって、 ラジェータ 4 0を通さずに、 配管 4 2、 および、 バイパス配管 4 3を介して、 冷却水を循環させることも可能である。 また、 配管 4 2には、 図示するように、 配管 4 6を介してイオン交換器 4 5が接続されてい る。 このイオン交換器 4 5は、 燃料電池スタック 1 0の導電率の上昇の原因となる、 冷却水に含まれる各種イオンを除去する。
燃料電池システム 1 0 0の運転は、 制御ュニット 7 0によって制御される。 制御ュ ニット 7 0は、 内部に C P U、 R A M , R O Mを備えるマイクロコンピュータとして 構成されており、 R O Mに記憶されたプログラムに従って、 例えば、 各種バルブや、 ポンプの駆動等、 システムの運転を制御する。 制御ユニット 7 0は、 本発明における 3733
11 バルブ制御部に相当する。
なお、 図示は省略しているが、 本実施例の車両 1 0 0 0において、 燃料電池スタツ ク 1 0は、 スタックケースに収納され、 車両 1 0 0 0の床下部に設置されている。 ま た、 希釈器 5 0や、 気液分離器 2 5や、 切換部 5 4や、 マフラ 5 6や、 これらを接続 する配管も、 車両 1 0 0 0の床下部に設置されている。 また、 水素タンク 2 0は、 車 両 1 0 0 0の後部座席の下部に設置されている。 こうすることによって、 車両 1 0 0 0の床下の空間を有効利用することができる。 また、 車両 1 0 0 0の床下部に燃料電 池スタック 1 0等を配置することによって、 車両 1 0 0 0の重心を低くし、 走行時の 安定性を向上させることができる。
また、 ラジェータ 4 0や、 循環ポンプ 4 1や、 イオン交換器 4 5や、 制御ュニット 7 0等は、 車両 1 0 0 0の前方の空間に設置されている。 したがって、 燃料電池スタ ック 1 0等をラジェータ 4 0の近傍に配置する場合と比較して、 ラジェータ 4 0の周 囲の空間を広くすることができる。 この結果、 ラジェータ 4 0の放熱効率を向上させ、 冷却水の空冷効率を向上させることができる。
A 2 . 切換部の構成:
図 2は、 第 1実施例の切換部 5 4の概略構成を示す説明図である。 ここでは、 図示 の簡略化のため、 車両 1 0 0 0に搭載された燃料電池システム 1 0 0 (図 1参照) の 一部のみを図示した。 図示するように、 本実施例では、 配管 6 0は、 その一部に、 鉛 直方向上方に凸の形状を有する U字管 6 0 uを備えており、 その終端部には、 排出口 6 0 οが設けられている。 そして、 排出口 6 0 οは、 車両 1 0 0 0の後方の床下部に 配置されている。 配管 6 0、 および、 U字管 6 0 uは、 本発明における第 1の配管に 相当し、 U字管 6 0 uは、 本発明における高所部に相当する。 また、 排出口 6 0 οは、 本発明における第 1の排出口に相当する。
そして、 U字管 6 0 uの頂部には、 配管 6 2が分岐して接続されている。 この配管 6 2は、 車両 1 0 0 0のボディの内側面に沿ってトランクルームの上部まで延設され 3
12 ており、 その終端部には、 排出口 6 2 oが設けられている。 つまり、 排出口 6 2。は、 排出口 6 0 oよりも高い位置に配置されている。 配管 6 2は、 本発明における第 2の 配管に相当し、 排出口 6 2 οは、 本発明における第 2の排出口に相当する。
また、 配管 6 2には、 リリーフバルブ 5 4 V rが配設されている。 このリリーフバ ルブ 5 4 V rは、 通常時、 すなわち、 U字管 6 0 u内の圧力が比較的低い場合には、 閉弁されており、 U字管 6 0 u内の圧力が所定値以上になったときに、 自動的に開弁 する。 この U字管 6 0 u内の圧力に関する所定値は、 燃料電池スタック 1 0による発 電中に、 排出口 6 0 oが閉塞されたと判断可能な値が設定されている。 リリーフバル ブ 5 4 V rは、 本発明における圧力制御機構に相当する。
なお、 本実施例では、 図示は省略しているが、 配管 6 2の内径は、 配管 6 0の内径 よりも十分に小さく設定されている。 したがって、 車両 1 0 0 0における配管 6 2の 取り回しを容易にすることができる。 また、 配管 6 2を設置するために要する空間を 小さくすることができる。 したがって、 配管 6 2を備えることによる車両 1 0 0 0の 大型化や、 車内の居住空間が狭くなることを抑制することができる。
上述した切換部 5 4を有する車両 1 0 0 0では、 冠水路を走行する場合であって、 路面 R S上に存在する水の水位が、 路面 R Sから排出口 6 0 oの上部までの高さ h 1 よりも低い場合、 あるいは、 通常の乾いた路面 R S上を走行する場合には、 U字管 6 0 u内の圧力が比較的低いため、 リリーフバルブ 5 4 V rは閉弁されており、 燃料電 池スタック 1 0から排出される排出ガスは、 排出口 6 0 oから車両 1 0 0 0の外部に 排出される。
—方、 車両 1 0 0 0が、 冠水路を走行する場合であって、 路面 R S上に存在する水 の水位が、 路面 R Sから排出口 6 0 οの上部までの高さ h 1よりも高い場合には、 排 出口 6 0 οは、 水や土砂等によって閉塞され、 U字管 6 0 u内の圧力が高くなるため、 リリーフバルブ 5 4 V rが自動的に開弁し、 燃料電池スタック 1 0から排出される排 出ガスは、 配管 6 2を流れて、 その終端に設けられた排出口 6 2 oから車両 1 0 0 0 2007/073733
13 の外部に排出される。 また、 路面 R S上に存在する水の水位が、 路面 R Sから U字管 6 0 uの頂部までの高さ h 2を超えるまでは、 水や土砂等が U字管 6 0 uの上流側へ 流入することを防止することができる。
なお、 車両 1 0 0 0が、 冠水路を通過した後、 排出ガスの背圧等によって、 排出口 6 0 oを閉塞していた水や土砂等が除去された場合には、 U字管 6 0 u内の圧力が低 下し、 リリーフバルブ 5 4 V rは、 自動的に閉弁する。
A 3 . 比較例、 および、 第 1実施例による効果:
第 1実施例の比較例として、 先に示した特許文献 2に記載された技術を挙げる。 こ の特許文献 2には、 燃料電池を搭載した車両において、 車両本体の後端部に設置され た整流用構造物 (エアスポイラ) に、 排出口 (ガス放出口) を配置する技術が記載さ れている。 この技術によれば、 排出口が車両本体の床下部よりも高い位置に配置され るので、 路面上に存在する水の水位が比較的高い冠水路上を走行する場合であっても、 路面上に存在する水や土砂等によって排出口が閉塞されることなく走行することがで さる。
しかし、 排出口を閉塞する原因となる閉塞物は、 路面上に存在する水や土砂等に限 られない。 このような閉塞物としては、 例えば、 上空からの落下物や、 飛来物や、 浮 遊物等が挙げられる。 そして、 上述した特許文献 2に記載された技術では、 排出口が 車両本体の比較的高い位置に設置された整流用構造物に配置されているので、 車両本 体の後方の床下部に排出口を配置した場合と比較して、 上述した落下物や、 飛来物等 によって、 排出口が閉塞される可能性が高かった。 そして、 この整流用構造物に配置 された排出口が閉塞された場合には、 排出口が水や土砂等によって閉塞された場合と 同様に、 排気不能となり、 燃料電池による発電が停止して、 走行不能となる場合があ つた。
これに対して、 第 1実施例の車両 1 0 0 0によれば、 燃料電池スタック 1 0から排 出される排出ガスを、 車両 1 0 0 0の外部に排出するための排出口として、 2つの排 出口 6 0 ο , 6 2 οが備えられており、 排出口 6 2 ο力 排出口 6 0 οよりも高い位 置に配置されているので、 冠水路を走行中に、 車両 1 0 0 0の後方の床下部の比較的 低い位置に配置された排出口 6 0 οが、 水や土砂等によって閉塞された場合であって も、 燃料電池スタック 1 0による発電を継続して行い、 トランクルームの上部の比較 的高い位置に配置されている閉塞されていない排出口 6 2 οを用いて、 排出ガスを車 両 1 0 0 0の外部に排出することができる。 また、 例えば、 冠水路ではない通常の路 面上を走行中に、 トランクルームの上部の比較的高い位置に配置された排出口 6 2 ο が、 上述したように、 上空からの落下物や、 飛来物等によって閉塞された場合であつ ても、 燃料電池スタック 1 0による発電を継続して行い、 車両 1 0 0 0の後方の床下 部の比較的低い位置に配置されている閉塞されていない排出口 6 0 οを用いて、 排出 ガスを車両 1 0 0 0の外部に排出することができる。
Β . 第 2実施例:
第 2実施例の車両 1 0 0 0は、 燃料電池システム 1 0 0における切換部以外は、 第 1実施例の車両 1 0 0 0と同じである。 以下、 第 2実施例の切換部 5 4 Αについて説 明する。
B 1 . 切換部の構成:
図 3は、 第 2実施例の切換部 5 4 Aの概略構成を示す説明図である。 図示するよう に、 本実施例においても、 先に説明した第 1実施例と同様に、 配管 6 0は、 その一部 に、 鉛直方向上方に凸の形状を有する U字管 6 0 uを備えており、 その終端部には、 排出口 6 0 oが設けられている。 また、 排出口 6 0 οは、 車両 1 0 0 0の後方の床下 部に配置されている (図 2参照) 。
そして、 本実施例では、 第 1実施例とは異なり、 U字管 6 0 uの上流側の配管 6 0 に、 配管 6 2が分岐して接続されている。 この配管 6 2は、 車両 1 0 0 0の図示しな いボディの内側面に沿ってルーフ後端部まで延設されており、 その終端部には、 排出 口 6 2 οが設けられている。 つまり、 排出口 6 2。は、 排出口 6 0 οよりも高い位置 に配置されている。 また、 配管 62の内径は、 配管 60の内径よりも十分に小さい。 また、 本実施例では、 配管 62には、 第 1実施例におけるリリーフバルブ 54 V r の代わりに、 電気的に駆動するバルブ 54 Vが配設されている。 このバルブ 54 Vは、 通常走行時、 すなわち、 冠水路以外の路面上の走行時は、 常に閉弁されており、 燃料 電池スタック 1 0から排出された排出ガスは、 排出口 60 οから車両 1 000の外部 に排出される。 また、 U字管 60 uには、 U字管 60 u内の圧力を検出するための圧 力センサ 82が設置されている。 そして、 制御ユニット 70力 圧力センサ 82の出 力に応じて、 バルブ 54 Vの開閉動作を制御する。 バルブ 54 Vは、 本発明における 切換バルブに相当する。 また、 圧力センサ 82は、 本発明における検出部に相当する。
Β 2. バルブ制御処理:
図 4は、 本実施例におけるバルブ 54 Vのバルブ制御処理の流れを示すフローチヤ —卜である。 この処理は、 車両 1 000が走行中に、 制御ユニット 70の C P Uが実 行する処理である。
まず、 CP Uは、 圧力センサ 82によって、 U字管 60 u内の圧力 P oを検出し (ステップ S 1 00) 、 この圧力 P oが、 所定の閾値 P t h以上であるか否かを判断 する (ステップ S 1 1 0) 。 この閾値 P t hは、 燃料電池スタック 1 0による発電中 に、 排出口 60 oが閉塞されたと判断可能な値が設定されている。
U字管 60 u内の圧力 P oが、 閾値 P t h未満である場合には (ステップ S 1 1 0 : NO) 、 CPUは、 排出口 60 oが閉塞されていないものと判断し、 ステップ S 1 00に戻る。
一方、 U字管 60 u内の圧力 P oが、 閾値 P t h以上である場合には (ステップ S 1 1 0 : YES) 、 CPUは、 排出口 60 oが閉塞物によって閉塞されたものと判断 し、 バルブ 54Vを開弁して (ステップ S 1 20) 、 燃料電池スタック 1 0から排出 される排出ガスを、 配管 62に流し、 排出口 62 οから車両 1 000の外部に排出す る。 そして、 バルブ制御処理を終了する。 なお、 C P Uは、 このバルブ制御処理の後に、 さらに、 圧力センサ 8 2によって、 U字管 6 0 u内の圧力 P oを検出し、 U字管 6 0 u内の圧力 P oが閾値 P t h未満に低下した場合に、 排出口 6 0 oの閉塞が解消され たものと判断し、 バルブ 5 4 Vを閉弁する処理を行うようにしてもよい。
以上説明した第 2実施例の車両 1 0 0 0によっても、 燃料電池スタック 1 0力、ら排 出される排出ガスを、 車両 1 0 0 0の外部に排出するための排出口として、 2つの排 出口 6 0 ο , 6 2 οが備えられておリ、 排出口 6 2 οが、 排出口 6 0 οよリも高い位 置に配置されているので、 冠水路を走行中に、 比較的低い位置に配置された排出口 6 Ο οが、 水や土砂等によって閉塞された場合であっても、 燃料電池スタック 1 0によ る発電を継続して行い、 比較的高い位置に配置されている閉塞されていない排出口 6 2 οを用いて、 排出ガスを、 車両 1 0 0 0の外部に排出することができる。
C . 第 3実施例:
上述した第 1実施例、 および、 第 2実施例では、 U字管 6 0 u内の圧力に応じて、 燃料電池から排出された排出ガスを車両 1 0 0 0の外部に排出するために用いられる 排出口を、 自動的に、 あるいは、 バルブ制御によって、 切り換えるものとした。 本実 施例では、 路面 R S上に存在する水の水位に応じて、 燃料電池から排出された排出ガ スを車両 1 0 0 0の外部に排出するために用いられる排出口を切り換える。 そして、 本実施例では、 一例として、 気液分離器 2 5内に、 路面 R S上に存在する水の水位を 検出するための水位センサを備えるものとした。 第 3実施例の車両 1 0 0 0は、 燃料 電池システム 1 0 0が水位センサを備えること、 および、 燃料電池システム 1 0 0に おける切換部以外は、 第 2実施例の車両 1 0 0 0と同じである。
C 1 . 気液分離器 (水位センサ) :
図 5は、 気液分離器 2 5の概略構成を示す説明図である。 気液分離器 2 5は、 先に 説明したように、 希釈器 5 0から排出された排出ガスに含まれる水を、 分離除去する 装置である。 そして、 分離された水は、 気液分離器 2 5の下部に設けられたドレーン 部 2 5 dから排出される。 そして、 本実施例では、 図示するように、 ドレーン部 2 5 d内に水位センサ 8 4が設けられている。
こうすることによって、 車両 1 0 0 0によって、 路面 R S上に存在する水の水位が、 ドレーン部 2 5 dの下部よりも高い冠水路を走行中に、 気液分離器 2 5のドレーン部 2 5 dの外部において、 水面 W S 1の波打ち現象が生じている場合であっても、 ドレ ーン部 2 5 d内においては、 水面 WS 2の波打ち現象を減衰させることができる。 し たがって、 水位センサ 8 4によって、 路面 R S上に存在する水の水位を精度よく検出 することができる。 ドレーン部 2 5 dは、 本発明における減衰部材に相当する。
C 2 . 切換部の構成:
図 6は、 第 3実施例の切換部 5 4 Bの概略構成を示す説明図である。 図示するよう に、 本実施例では、 配管 6 0は、 第 1実施例、 および、 第 2実施例とは異なり、 U字 管 6 0 uを備えていない。 ただし、 排出口 6 0 οは、 第 1実施例、 および、 第 2実施 例と同様に、 車両 1 0 0 0の後方の床下部に配置されている (図示省略) 。
そして、 配管 6 0には、 配管 6 2が分岐して接続されており、 この配管 6 2は、 第 2実施例と同様に、 車両 1 0 0 0の図示しないボディの内側面に沿ってルーフ後端部 まで延設されており、 その終端部には、 排出口 6 2 οが設けられている。 つまり、 排 出口 6 2。は、 排出口 6 0 οよりも高い位置に配置されている。 また、 配管 6 2の内 径は、 配管 6 0の内径よりも十分に小さい。
また、 本実施例では、 配管 6 0と配管 6 2との接続部に、 三方弁 5 4 V aが配設さ れている。 そして、 この三方弁 5 4 V aの動作を制御することによって、 燃料電池ス タック 1 0から排出された排出ガスを、 排出口 6 0 οから車両 1 0 0 0の外部に排出 するか、 配管 6 2に流して排出口 6 2 οから車両 1 0 0 0の外部に排出するかを切り 換えることができる。 三方弁 5 4 V aは、 本発明における切換バルブに相当する。 三 方弁 5 4 V aの動作制御は、 先に説明した気液分離器 2 5内に備えられた水位センサ 8 4の出力に応じて、 制御ユニット 7 0によって行われる。 C3. バルブ制御処理:
図つは、 本実施例における三方弁 54 V aのバルブ制御処理の流れを示すフローチ ヤートである。 この処理は、 車両 1 000が走行中に、 制御ユニット 70の CP Uが 実行する処理である。 なお、 この処理の開始時には、 三方弁 54 V aは、 撚料電池ス タック 1 0から排出された排出ガスが、 排出口 60 οから車両 1 000の外部に排出 されるように、 連通状態が切り換えられている。
まず、 CPUは、 水位センサ 84によって、 気液分離器 25内の水位 Hw、 すなわ ち、 路面 RS上に存在する水の水位を検出し (ステップ S 200) 、 この水位 Hwが、 所定の閾値 H t h以上であるか否かを判断する (ステップ S 21 0) 。 この閾値 H t hは、 燃料電池スタック 1 0による発電中に、 排出口 60 oが閉塞されたと判断可能 な値が設定されている。
気液分離器 25内の水位 Hwが、 閾値 H t h未満である場合には (ステップ S 21 0 : NO) 、 CPUは、 排出口 60 oが閉塞されていないものと判断し、 ステップ S 200に戻る。
—方、 気液分離器 25内の水位 Hwが、 閾値 H t h以上である場合には (ステップ S 21 0 : YES) 、 CPUは、 排出口 60 oが閉塞物によって閉塞されたものと判 断し、 三方弁 54 V aの連通状態を切り換えて (ステップ S 220) 、 燃料電池スタ ック 1 0から排出される排出ガスを、 配管 62に流し、 排出口 62 oから車両 1 00 0の外部に排出する。
そして、 バルブ制御処理を終了する。 なお、 CPUは、 このバルブ制御処理の後に、 さらに、 水位センサ 84によって、 気液分離器 25内の水位 Hwを検出し、 気液分離 器 25内の水位 Hwが閾値 H t h未満に低下した場合に、 排出口 60 οの閉塞が解消 されたものと判断し、 燃料電池スタック 1 0から排出される排出ガスが、 排出口 60 οはら排出されるように、 三方弁 54 V aの連通状態を切リ換える処理を行うように してもよい。
以上説明した第 3実施例の車両 1 0 0 0によっても、 燃料電池スタック 1 0から排 出される排出ガスを、 車両 1 0 0 0の外部に排出するための排出口として、 2つの排 出口 6 0 ο, 6 2 οが備えられておリ、 排出口 6 2 ο力 排出口 6 0 οよリも高い位 置に配置されているので、 冠水路を走行中に、 比較的低い位置に配置された排出口 6 Ο οが、 水や土砂等によって閉塞された場合であっても、 燃料電池スタック 1 0によ る発電を継続して行い、 比較的高い位置に配置されている閉塞されていない排出口 6 2 οを用いて、 排出ガスを、 車両 1 0 0 0の外部に排出することができる。
D . 変形例:
以上、 本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、 本発明はこのような実 施の形態になんら限定されるものではなく、 その要旨を逸脱しない範囲内において 種々なる態様での実施が可能である。 例えば、 以下のような変形が可能である。
D 1 . 変形例 1 :
上記第 1実施例では、 配管 6 2にリリーフバルブ 5 4 V rを配設するものとしたが、 本発明は、 これに限られない。 配管 6 2に、 リリーフバルブ 5 4 V rの代わりに、 例 えば、 オリフィスを配設するようにしてもよい。 ただし、 配管 6 2にオリフィスを配 設した場合には、 燃料電池スタック 1 0から排出される排出ガスは、 常時、 排出口 6 2 oからも、 車両 1 0 0 0の外部に排出される。
また、 上記第 1実施例では、 U字管 6 0 uの頂部に配管 6 2を接続するものとした が、 第 2実施例と同様に、 U字管 6 0 uの上流側の配管 6 0に接続するようにしても よい。
D 2. 変形例 2 :
上記第 2実施例では、 圧力センサ 8 2によって検出された U字管 6 0 U内の圧力が 所定値以上になったときに、 バルブ 5 4 Vを開弁するものとしたが、 本発明は、 これ に限られない。 例えば、 第 3実施例と同様に、 車両 1 0 0 0の何れかの位置に、 路面 R S上に存在する水の水位を検出可能な水位センサを設けて、 この水位センサによつ て検出された水位が所定値以上のときに、 バルブ 5 4 Vを開弁するようにしてもよい。
D 3 . 変形例 3 :
上記第 3実施例では、 気液分離器 2 5内に、 水位センサ 8 4を設けるものとしたが、 本発明は、 これに限られない。
図 8は、 変形例としての水位センサ 8 4の配置を示す説明図である。 本変形例では、 燃料電池スタック 1 0が収納されたスタックケース 1 2の側面の最下部に、 周囲に複 数の貫通孔が形成されたセンサボックス 8 4 Bが設置されており、 このセンサボック ス 8 4 Bの内部に水位センサ 8 4が設置されている。
こうすることによつても、 車両 1 0 0 0によって、 路面 R S上に存在する水の水位 が、 スタックケース 1 2の最下部よりも高い冠水路を走行中に、 センサボックス 8 4 Bの外部において、 水面 WS 1の波打ち現象が生じている場合であっても、 センサポ ックス 8 4 B内においては、 水面 WS 2の波打ち現象を減衰させることができるので、 水位センサ 8 4によって、 路面 R S上に存在する水の水位を精度よく検出することが できる。 センサボックス 8 4 Bは、 本発明における減衰部材に相当する。
なお、 本変形例では、 センサボックス 8 4 Bを備えるものとしたが、 センサボック ス 8 4 Bを備えないようにしてもよい。 また、 上記第 3実施例、 および、 第 3実施例 の変形例では、 水と接触して水位を検出するタイプの水位センサを用いるものとした が、 超音波センサ等、 水と非接触で、 水面との距離を検出する水位センサを用いるよ うにしてもよい。 また、 水位センサ 8 4を、 車両 1 0 0 0の他の部位に設けるものと してもよい。
D 4 . 変形例 4 :
上記第 1ないし第 3実施例では、 配管 6 0に配管 6 2を接続するものとしたが、 本 発明は、 これに限られない。 本発明は、 一般に、 燃料電池 (燃料電池スタック 1 0 ) から排出された排出流体 (排出ガスや生成水) を、 移動体 (例えば、 車両 1 0 0 0 ) の外部に排出するための排出管が、 複数の排出口を備えており、 これら複数の排出口 のうちの少なくとも 2つの排出口が、 移動体の本体における高さが互いに異なる位置 に、 それぞれ配置されていればよい。
図 9は、 変形例としての配管 60、 および、 配管 62の配置を示す説明図である。 図示するように、 本変形例では、 配管 62は、 配管 60に接続されておらず、 それぞ れ独立して車両 1 000に設置されている。 そして、 配管 60、 および、 配管 62に は、 バルブ 54V 1、 および、 バルブ 54 V 2が、 それぞれ配設されている。 これら ノ ルブ 54V 1 , 54V2は、 本発明における切換部に相当する。 そして、 バルブ 5 4 V 1 , 54 V2の動作制御は、 先に第 3実施例で説明した水位センサ 84の出力に 応じて、 制御ユニット 70によって行われる。
なお、 本変形例においても、 排出口 60 οは、 車両 1 000の後方の床下部に配置 されており、 排出口 62 οは、 車両 1 000のルーフ後端部に配置されている。
図 1 0は、 本変形例におけるバルブ制御の流れを示す説明図である。 この処理は、 車両 1 000が走行中に、 制御ユニット 70の CPUが実行する処理である。 なお、 本変形例では、 この処理の開始時には、 バルブ 54V 1は、 開弁されており、 バルブ 54V2は、 閉弁されているものとした。 したがって、 通常走行時には、 燃料電池ス タック 1 0から排出された排出ガスは、 排出口 60 οから車両 1 000の外部に排出 される。
まず、 CPUは、 水位センサ 84によって、 気液分離器 25内の水位 Hw、 すなわ ち、 路面 RS上に存在する水の水位を検出し (ステップ S300) 、 この水位 Hwが、 所定の閾値 H t h a以上であるか否かを判断する (ステップ S 31 0) 。 閾値 H t h aは、 燃料電池スタック 1 0による発電中に、 排出口 60 οから、 水や土砂等が流入 するおそれがあると判断可能な値が設定されている。 したがって、 閾値 H t h aは、 第 3実施例における閾値 H t hよりも小さい値が設定されている。
気液分離器 25内の水位 Hwが、 閾値 H t h a未満である場合には (ステップ S 3 1 0 : NO) 、 CPUは、 排出口 60 oから、 水や土砂等が流入するおそれがないも のと判断し、 ステップ S 300に戻る。
一方、 気液分離器 25内の水位 Η が、 閾値 H t h a以上である場合には (ステツ プ S 31 0 : YES) 、 CPUは、 排出口 60 oから、 水や土砂等が流入するおそれ があるものと判断し、 配管 60に配設されたバルブ 54 V 1を閉弁するとともに、 配 管 62に配設されたバルブ 54V2を開弁し (ステップ S 320) 、 燃料電池スタツ ク 1 0から排出される排出ガスを、 配管 62に流し、 排出口 62 oから車両 1 000 の外部に排出する。
そして、 バルブ制御処理を終了する。 なお、 CPUは、 このバルブ制御処理の後に、 さらに、 水位センサ 84によって、 気液分離器 25内の水位 Hwを検出し、 気液分離 器 25内の水位 Hwが閾値 H t h a未満に低下した場合に、 排出口 60 οから、 水や 土砂等が流入するおそれがなくなつたものと判断し、 燃料電池スタック 1 0から排出 される排出ガスが、 排出口 60 οはら排出されるように、 三方弁 54 V aの連通状態 を切リ換える処理を行うようにしてもよい。
以上説明した本変形例の車両 1 000によれば、 燃料電池スタック 1 0から排出さ れる排出ガスを、 車両 1 000の外部に排出するための排出口として、 2つの排出口 60 ο, 62 οが備えられており、 排出口 62 οが、 排出口 60 οよりも高い位置に 配置されているので、 冠水路を走行中に、 比較的低い位置に配置された排出口 60 ο から、 水や土砂等が流入するおそれがある場合に、 バルブ 54V 1を閉弁して、 排出 口 60 οからの水や土砂等の流入を防止するとともに、 燃料電池スタック 1 0による 発電を継続して行い、 比較的高い位置に配置されている閉塞されていない排出口 62 οを用いて、 排出ガスを、 車両 1 000の外部に排出することができる。
なお、 上記変形例におけるバルブ制御処理では、 通常走行時には、 バルブ 54V2 は、 閉弁されているものとしたが、 開弁されているものとしてもよい。
また、 上記変形例では、 配管 60にバルブ 54 V 1を配設するものとしたが、 この 代わりに、 先に第 1実施例で説明した U字管 6 0 uを、 配管 6 0の一部に備えるよう にしてもよい。 こうすることによって、 車両 1 0 0 0によって、 冠水路を走行中に、 排出口 6 0 οから、 水や土砂等が流入しても、 路面 R S上に存在する水の水位が、 路 面 R Sから U字管 6 0 uの頂部までの高さを超えるまでは、 水や土砂等が U字管 6 0 uの上流側へ流入することを防止することができる。
また、 上記変形例では、 配管 6 2にバルブ 5 4 V 2を配設するものとしたが、 配管 6 2にバルブ 5 4 V 2を配設しないようにしてもよい。
D 5 . 変形例 5 :
上記実施例、 および、 変形例では、 配管 6 2の内径は、 配管 6 0の内径よりも小さ いものとしたが、 本発明は、 これに限られない。 例えば、 配管 6 0の内径と、 配管 6 2の内径とを同一としてもよい。
D 6 . 変形例 6 :
上記第 2 , 3実施例、 および、 変形例では、 排出口 6 2 οは、 車両 1 0 0 0のルー フ後端部に配置するものとしたが、 本発明は、 これに限られない。 排出口 6 2 οは、 排出口 6 0 οよりも高い位置に配置されればよく、 例えば、 車両 1 0 0 0の設置され たリヤスポイラや、 燃料電池システム 1 0 0の後方のトランクルームの上部や、 車両 1 0 0 0のサイド部等に配置するものとしてもよい。
D 7 . 変形例 7 :
上記実施例、 および、 変形例では、 燃料電池スタック 1 0から排出される排出ガス を、 車両 1 0 0 0の外部に排出するための排出管として、 2つの配管、 すなわち、 配 管 6 0、 および、 配管 6 2を備えるものとしたが、 本発明は、 これに限られない。 上 記排出管として、 3つ以上の配管を備えるものとしてもよい。 こうすることによって、 複数の排出口のうちのいずれかの排出口が、 閉塞物、 すなわち、 冠水路上の水や土砂 に限られず、 上空からの落下物や、 飛来物や、 浮遊物等によって閉塞された場合であ つても、 他の排出口から、 燃料電池から排出される排出流体を排出し、 走行すること 3
24 ができる。
D 8 . 変形例 8 :
上記実施例では、 燃料電池スタック 1 0を、 車両 1 0 0 0の床下部に設置するもの としたが、 本発明は、 これに限られない。 例えば、 車両 1 0 0 0の前方の空間等、 他 の位置に設置するものとしてもよい。
D 9 . 変形例 9 :
上記実施例では、 本発明を車両 1 0 0 0に適用した場合について説明したが、 本発 明は、 これに限られない。 本発明は、 燃料電池を搭載し、 この燃料電池によって発電 された電力を動力源として、 移動する種々の移動体に適用可能である。
D 1 0. 変形例 1 0 :
上記変形例では、 燃料電池 (燃料電池スタック 1 0 ) から排出された排出流体 (排 出ガスや生成水) を、 移動体 (例えば、 車両 1 0 0 0 ) の外部に排出するための排出 管が、 複数の排出口を備えており、 これら複数の排出口のうちの少なくとも 2つの排 出口が、 移動体の本体における高さが互いに異なる位置に、 それぞれ配置されていれ ばよいものとした。 ここで、 「2つの排出口が、 移動体の本体における高さが互いに 異なる位置に、 それぞれ配置されている」 とは、 上記実施例のごとく、 重力方向にお いて、 一方の排出口 (例えば、 配管 6 0の排出口 6 0 ο ) の上端が、 他方の排出口 (例えば、 配管 6 2の排出口 6 2 ο ) の下端よりも低い場合に限るものではない。 本 発明においては、 重力方向において、 少なくとも、 一方の排出口の下端が、 他方の排 出口の下端よりも低くなつていればよい。 すなわち、 重力方向において、 一方の排出 口の下端と他方の排出口の下端とを比較した場合に、 それら下端の上下の位置がずれ ていればよい。 従って、 例えば、 重力方向において、 一方の排出口 (例えば、 配管 6 0の排出口 6 0 ο ) の上端が、 他方の排出口 (例えば、 配管 6 2の排出口 6 2 ο ) の 下端よりも高い場合であっても、 一方の排出口 (例えば、 配管 6 0の排出口 6 0 ο ) の下端が、 他方の排出口 (例えば、 配管 6 2の排出口 6 2 ο ) の下端よりも低くなつ ていればよい。

Claims

25
1 . 燃料電池を搭載した移動体であって、
前記燃料電池から排出された排出流体を流す排出管を備え、
前記排出管は、 前記排出流体を、 前記移動体の外部に排出するための複数の排出口 請
を備えており、
前記複数の排出口のうちの少なくとも 2つは、 高さが互いに異なる位置に、 それぞ の
れ配置されている、 移動体。 囲
2 . 請求の範囲第 1項に記載の移動体であって、 前記排出管は、 第 1の排出口を 終端部に有する第 1の配管と、 第 2の排出口を終端部に有する第 2の配管と、 を備え、 前記第 2の排出口は、 前記第 1の排出口よりも鉛直方向の高い位置に配置されてい る、 移動体。
3 . 請求の範囲第 2項に記載の移動体であって、 前記第 1の配管は、 該第 1の配 管内を流れる排出流体が、 前記第 1の排出口よりも高い位置を流れるように形成され た高位部を、 前記第 1の配管の一部に有しており、
前記第 2の配管は、 前記第 1の配管における前記高位部、 または、 該高位部よりも 前記排出流体の流れ方向についての上流部から分岐して接続されている、 移動体。
4. 請求の範囲第 2項または第 3項に記載の移動体であって、 前記第 2の配管の 内径は、 前記第 1の配管の内径よりも小さい、 移動体。
5 . 請求の範囲第 3項または第 4項に記載の移動体であって、
前記第 1の配管と、 前記第 2の配管との接続部に、 前記排出流体を、 前記第 1の排 出口から排出するか、 前記第 2の配管に流し、 前記第 2の排出口から排出するかを切 リ換える切換部を備える、 移動体。
6 . 請求の範囲第 5項に記載の移動体であって、
前記切換部として、 前記第 1の配管内の圧力が所定値以上になったときに、 前記排 出流体が前記第 2の配管に流れるようにするための圧力制御機構を備える、 移動体。
7 . 請求の範囲第 5項に記載の移動体であって、 さらに、
前記移動体の周 Hにおける、 前記第 1の排出口を閉塞させる閉塞物の存在状況を検 出する検出部と、
前記切換部として、 前記排出流体を、 前記第 1の排出口から排出するか、 前記第 2 の配管に流し、 前記第 2の排出口から排出するかを切り換える切換バルブと、
前記検出部によって検出された前記閉塞物の存在状況に応じて、 前記切換バルブの 動作を制御する / ルブ制御部と、
を備える移動体。
8 . 請求の範囲第 7項に記載の移動体であって、 前記閉塞物は、 前記路面上に存 在する水であり、 前記検出部は、 前記路面上に存在する水の水位を検出する水位セン サを備える、 移動体。 '
9 . 請求の範囲第 8項に記載の移動体であって、 さらに、
前記水位センサによる前記水位の検出対象となる水面における波打ち現象を減衰さ せるための減衰部材を備える、 移動体。
1 0 . 請求の範囲第 9項または第 1 0項に記載の移動体であって、 前記/くルブ制御部は、 前記水位センサによって検出された水位が所定値以上である ときに、 前記排出流体が、 前記第 2の配管に流れるように、 前記切換バルブの動作を 制御する、 移動体。
1 1 . 請求の範囲第 1項ないし第 1 0項のいずれかに記載の移動体であって、 前 記燃料電池は、 前記移動体の床下部に配置されている、 移動体。
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