JP5971555B2

JP5971555B2 - 燃料電池車両

Info

Publication number: JP5971555B2
Application number: JP2012129648A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎 ▲高▼田; 史郎松本; 謙吾池谷
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: JP2013252797A

Description

この発明は燃料電池車両に係り、特に燃料電池スタック及びその付属装置の車両への搭載性向上を図る一方、水素ガスが漏れた場合の安全性の確保を図る燃料電池車両に関するものである。

燃料電池システムには、ファンによって空気を燃料電池のカソード極に供給し、この空気を発電反応と燃料電池の冷却とに使用しする空冷式燃料電池システムがある。空冷式燃料電池システムは、その出力性能より小型車に搭載することが望ましい。
小型車の場合、フロア下の空間がモータや水素タンク、バッテリなどによって占有される。このため、燃料電池スタックに関しては、フロントのモータルーム内への搭載が考えられる。

特開２０１２−２５２９４号公報

ところで、従来の燃料電池車両において、より出力を大きくする際には、燃料電池スタックの数を多くする方策とすればよいが、多くの燃料電池スタックを冷却する冷却機能を確保するために、空気通路を大きくしなければならないという不都合がある。
しかし、空気通路を拡大するには限界があったため、燃料電池スタックやその付属部品を効率良く車両に搭載する必要があった。
また、燃料電池システムにおいては、水素ガスが漏れた場合に、水素がモータルーム内に滞留しないように配慮して安全性を確保する必要があった。

この発明は、燃料電池スタックとその付属装置の車両への搭載性を向上させ、かつ、水素ガスが漏れた場合の安全性を向上させることを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、空気取入面と空気排出面とを互いに対向する側面に備え、反応ガス兼冷媒として使用する空気を、前記空気取入面から取り入れて前記空気排出面から排出する燃料電池スタックを車両の前部に設けられるモータルーム内に配置した燃料電池車両において、前記モータルームに車両前方から後方向に空気を流す単一の吸気ダクトを配置し、少なくとも２つの前記燃料電池スタックの、少なくとも１つの空気取入面が車両上方向に連なり、少なくとも１つの空気取入面が車両下方向に連なり、かつ、前記吸気ダクトの中心側を向くように傾斜させて前記吸気ダクトの後端部に配置したことを特徴とする。

この発明によれば、燃料電池スタック及び吸気ダクトを上記のように配置したため、モータルーム内に燃料電池スタックを２つ配置する際に、単一の吸気ダクトを２つの燃料電池スタックによって共用でき、吸気ダクトがモータルーム内で占有する空間を減少させることができる。
よって、燃料電池スタックとその付属装置である吸気ダクトのモータルーム内への搭載性を向上させることができる。
また、燃料電池スタックが水平方向に対して傾斜するため、燃料電池スタックの内部またはその周辺で水素ガスが漏れた場合、空気より比重の軽い水素ガスを円滑に車両後側上方へ逃がせる。
このため、水素ガスが漏れた場合の安全性を向上させることができる。

図１は燃料電池車両に空冷式燃料電池スタックをＶ字型に配置した際の吸気・排気の関係を示す概略説明図である。（実施例）図２は燃料電池車両前部の概略平面図である。（実施例）図３は空冷式燃料電池のシステム図である。（実施例）図４は空冷式燃料電池スタックの後方から見た斜視図である。（実施例）図５は車両走行時・ファン作動中の空気と水素ガスの流れを示すモータルームの側面図である。（実施例）図６は車両停止時・ファン停止中の空気と水素ガスの流れを示すモータルームの側面図である。（実施例）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図１及び図２において、１は燃料電池車両、２は車体パネル（「フロントフード」ともいう。）、３はフロントガラス、４はダッシュパネル、５Ｌは左側前輪、５Ｒは右側前輪である。
つまり、前記燃料電池車両１においては、図１及び図２に示す如く、前記ダッシュパネル４によって車室６を区画する一方、前記車体パネル２と前記ダッシュパネル４とで囲まれるモータルーム７を形成している。

前記燃料電池車両１は、空冷式燃料電池システム８を搭載している。
この空冷式燃料電池システム８においては、図３に示す如く、水素タンク９に圧縮して貯蔵された高圧の水素ガスを減圧弁１０により降圧した後に空冷式燃料電池スタック１１のアノード吸気部１２に導入する一方、一般的な燃料電池装置のようにカソードへの吸気装置には高圧のコンプレッサを有さず、フィルタ１３を通して吸気した外気を低圧のブロアファン１４によって前記空冷式燃料電池スタック１１に供給する。
つまり、図３に示す如く、このブロアファン１４によって前記空冷式燃料電池スタック１１のカソード吸気部１５に低圧の外気を導入する。
この空冷式燃料電池スタック１１に供給された空気は、空冷式燃料電池スタック１１における発電反応に使用する（反応ガス）のみでなく、空冷式燃料電池スタック１１における廃熱を奪い、空冷式燃料電池スタック１１を冷却する役割を有する。
前記空冷式燃料電池スタック１１のアノード排気部１６は、パージ弁１７を介して空冷式燃料電池スタック１１からのカソード排気部１８側に連結され、アノード排気部１６側から排出される排気水素ガスのパージを行う際には、排気水素ガスをカソード排気部１８側からの排気により可燃下限濃度以下に希釈して外部に放出する。
この空冷式燃料電池システム８では、電気化学反応の際、水を生成する。
前記空冷式燃料電池スタック１１は、通常、セルと呼ばれる最小構成単位を多数積層して構成されている。
なお、この空冷式燃料電池システム８は水冷式燃料電池装置のような冷却水ループを有しないため、冷却水による暖房を実施することはできない。

前記空冷式燃料電池スタック１１は、図４に示す如く、一側に空気取入面１９を形成するとともに、他側に空気排出面２０を形成し、空気取入面１９と空気排出面２０とを互いに対向する側面に備えている。
そして、前記空冷式燃料電池スタック１１の空気排出面２０には、２個の第１、第２排気ダクト２１ａ、２１ｂ及び前記ブロアファン１４である第１、第２ブロアファン１４ａ、１４ｂを配置する。
このとき、前記空冷式燃料電池スタック１１は、反応ガス兼冷媒として使用する空気を、前記空気取入面１９から取り入れて前記空気排出面２０から排出している。
また、前記空冷式燃料電池スタック１１を前記燃料電池車両１の前部に設けられる前記モータルーム７内に配置する。
そして、このモータルーム７に車両前方から後方向に空気を流す単一の吸気ダクト２２を配置し、前記空冷式燃料電池スタック１１を２つ夫々の前記空気取入面１９が車両上下方向に連なり、かつ、前記吸気ダクト２２の中心側を向くように傾斜させて前記吸気ダクト２２の後端部に配置する構成とする。
詳述すれば、前記空冷式燃料電池スタック１１を２つの燃料電池スタック、つまり上部側の第１燃料電池スタック１１Ａと下部側の第２燃料電池スタック１１Ｂとにより形成する。
そして、前記燃料電池車両１の前記モータルーム７内において、図１及び図２、図５、図６に示す如く、車両前側にその後端部が上下に分岐する前記吸気ダクト２２を配置し、この吸気ダクト２２の後端部かつ上部に、上部側の第１空気取入面１９Ａ側を接続して前記第１燃料電池スタック１１Ａを配置するとともに、前記吸気ダクト２２の後端部かつ下部には、下部側の第２空気取入面１９Ｂ側を接続して前記第２燃料電池スタック１１Ｂを配置する。
つまり、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを配置する際に、図１に示す如く、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの第１及び第２空気取入面１９Ａ、１９Ｂが前記吸気ダクト２２の中心線２２Ｌに夫々指向するように配置するものである。
追記すれば、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂ及び前記吸気ダクト２２を前記燃料電池車両１の前記モータルーム７内に配置した際に、第１燃料電池スタック１１Ａと第２燃料電池スタック１１Ｂとを側面視において車両前方に指向するＶ字形状を成すように傾斜させて配置している。さすれば、このＶ字形状の配置によって、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂと吸気ダクト２２の車両への搭載性を向上させている。このとき、このＶ字の角度は、モータルーム内容積および形状、あるいは、フロントバンパ開口部の形状によって、変更することが可能である。
なお、この吸気ダクト２２は、図１に示す如く、前記燃料電池車両１のモータルーム７内の前部に位置して空気を取り入れる空気取入ダクト部２３と、この空気取入ダクト部２３を通過した空気を上下に分岐させ、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂに案内する空気案内部２４とを備えている。

これにより、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂ及び前記吸気ダクト２２を上記のように配置したため、前記モータルーム７内に第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを２つ配置する際に、単一の吸気ダクト２２を２つの第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂによって共用でき、吸気ダクト２２がモータルーム７内で占有する空間を減少させることができる。よって、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂとその付属装置である吸気ダクト２２のモータルーム７内への搭載性を向上させることができる。
また、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂが水平方向に対して傾斜するため、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの内部またはその周辺で水素ガスが漏れた場合、空気より比重の軽い水素ガスを円滑に車両後側上方へ逃がせる。このため、水素ガスが漏れた場合の安全性を向上させることができる。

また、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの後方に走行用モータ２５が配置され、前記空気排出面２０を前記走行用モータ２５の側方の空間２６に向けるように前記各燃料電池スタックである第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを傾斜させる構成とする。
つまり、前記燃料電池車両１のモータルーム７内において、前記吸気ダクト２２の後側に前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを配置した際に、図５に示す如く、この吸気ダクト２２における分岐部の後方に前記走行用モータ２５を配置している。
このとき、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの第１及び第２空気排出面２０Ａ、２０Ｂが前記走行用モータ２５の側方（上方及び下方）の空間２６に指向するように第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを傾斜させるものである。
これにより、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの第１及び第２空気排出面２０Ａ、２０Ｂから排出される空気を前記走行用モータ２５に当てずに車両後方へ流すことができる。
このため、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを通過する空気量を増加させ、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの冷却性を向上させることができる。

更に、２つの第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂのうち前記空気排出面２０が前記モータルーム７の天井壁、つまり前記車体パネル２側に向いた第１燃料電池スタック１１Ａから排出される空気を前記モータルーム７内に流出させ、このモータルーム２５の天井壁である車体パネル２と前記第１燃料電池スタック１１Ａの前記空気排出面２０Ａとによって挟まれる空間２７に水素ガスを検出する水素ガス検出センサ２８を配置する。
つまり、前記燃料電池車両１のモータルーム７内において、前記吸気ダクト２２後側に前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂを配置した際に、図２に示す如く、上部側の第１燃料電池スタック１１Ａの車両左側に位置する第１排気ダクト２１ａの後方、かつ、モータルーム７の車両後方のカウル２９部の下方の前記空間２７に前記水素ガス検出センサ２８を配置するものである。
これにより、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂの内部またはその周辺で水素ガスが漏れた場合、第１空気排出面２０Ａが車両後側斜め上方に向いた第１燃料電池スタック１１Ａから流出する空気によって水素ガスを前記水素ガス検出センサ２８の近傍に導き、水素ガスの漏れを直ちに検出することができる。
このため、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂとその付属装置を水素ガス漏れに対応した状態に制御でき、水素ガス漏れに対する安全性を向上させることができる。

次に作用を説明する。

前記燃料電池車両１の走行時、または、前記ブロアファン１４である第１、第２ブロアファン１４ａ、１４ｂの作動時、図１に示す如く、車両前方から前記吸気ダクト２２に空気が流入する。
そして、前記吸気ダクト２２に空気が流入した際に、この吸気ダクト２２の空気取入ダクト部２３を通過した空気の流れが前記空気案内部２４で上下方向に分割され、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂに夫々案内され、夫々の前記第１及び第２空気排出面２０Ａ、２０Ｂからモータルーム７内に排出される。

また、前記燃料電池車両１の走行時、または、前記ブロアファン１４である第１、第２ブロアファン１４ａ、１４ｂの作動時、第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂから水素が漏れた場合、この水素は、図５に示す如く、吸気ダクト２２内の空気の流れによって夫々の前記第１及び第２空気排出面２０Ａ、２０Ｂからモータルーム７内に排出される。
このとき、第１燃料電池スタック１１Ａの第１空気排出面２０Ａからモータルーム７内に排出される水素は、前記水素ガス検出センサ２８の近傍に流れる。
つまり、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂ内で水素が漏れた際に、特別な排気機構を設けなくとも、水素を第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂ外に速やかに排出できる。

更に、前記燃料電池車両１の停止時、かつ、前記ブロアファン１４である第１、第２ブロアファン１４ａ、１４ｂの停止時においても、下部側の第２燃料電池スタック１１Ｂから漏れた水素は、図６に示す如く、前記吸気ダクト２２の空気案内部２４の上部から上部側の第１燃料電池スタック１１Ａに至り、この第１燃料電池スタック１１Ａの前記第１空気排出面２０Ａからモータルーム７内に排出される。
このとき、第１燃料電池スタック１１Ａの第１空気排出面２０Ａからモータルーム７内に排出される水素は、前記水素ガス検出センサ２８の近傍に排出される。
つまり、前記第１、第２ブロアファン１４ａ、１４ｂの停止時に、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂ内で水素が漏れた場合には、前記第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１ＢをＶ字形状に配置した構造によって、漏れた水素を上部側の第１燃料電池スタック１１Ａ側に集め、水素を速やかに第１及び第２燃料電池スタック１１Ａ、１１Ｂ外に排出している。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、空冷式燃料電池スタックとする構成としたが、水冷式燃料電池スタックとする特別構成とすることも可能である。
さすれば、水冷式燃料電池スタックとした際には、空冷式燃料電池スタックと同様に、特別な構造をとる必要もなく、漏れた水素を確実に排出することが可能である。

１燃料電池車両
２車体パネル（「フロントフード」ともいう。）
３フロントガラス
４ダッシュパネル
５Ｌ左側前輪
５Ｒ右側前輪
６車室
７モータルーム
８空冷式燃料電池システム
９水素タンク
１０減圧弁
１１空冷式燃料電池スタック
１１Ａ第１燃料電池スタック
１１Ｂ第２燃料電池スタック
１２アノード吸気部
１３フィルタ
１４ブロアファン
１４ａ、１４ｂ第１、第２ブロアファン
１５カソード吸気部
１６アノード排気部
１７パージ弁
１８カソード排気部
１９空気取入面
１９Ａ第１空気取入面
１９Ｂ第２空気取入面
２０空気排出面
２１ａ、２１ｂ第１、第２排気ダクト
２２吸気ダクト
２２Ｌ中心線
２３空気取入ダクト部
２４空気案内部
２５走行用モータ
２６空間
２７空間
２８水素ガス検出センサ
２９カウル

Claims

空気取入面と空気排出面とを互いに対向する側面に備え、反応ガス兼冷媒として使用する空気を、前記空気取入面から取り入れて前記空気排出面から排出する燃料電池スタックを車両の前部に設けられるモータルーム内に配置した燃料電池車両において、前記モータルームに車両前方から後方向に空気を流す単一の吸気ダクトを配置し、少なくとも２つの前記燃料電池スタックの、少なくとも１つの空気取入面が車両上方向に連なり、少なくとも１つの空気取入面が車両下方向に連なり、かつ、前記吸気ダクトの中心側を向くように傾斜させて前記吸気ダクトの後端部に配置したことを特徴とする燃料電池車両。
前記燃料電池スタックの後方に走行用モータが配置され、前記空気排出面を前記走行用モータの側方の空間に向けるように前記各燃料電池スタックを傾斜させたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
前記２つの燃料電池スタックのうち前記空気排出面が前記モータルームの天井壁側に向いた燃料電池スタックから排出される空気を前記モータルーム内に流出させ、前記モータルームの天井壁と前記燃料電池スタックの前記空気排出面とによって挟まれる空間に水素ガスを検出する水素ガス検出センサを配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。