(57)【要約】【課題】  水の凍結によって排気管が閉塞するのを防ぐことのできる車載燃料電池システムを提供する。【解決手段】  車載燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料電池２を収納する筐体３と、燃料電池２の内部で生成した水を含むガスを筐体３の外部へ排出する排気管４とを有する。筐体３は、振動吸収部材からなるマウント６を介して車体５に取り付けられており、排気管４は、ブラケット７を介して車体５に取り付けられている。車体５からの振動は、ブラケット７を介して排気管４に伝達されるので、排気管４の内壁に付着した氷を剥離して、排気管４が閉塞するのを防ぐことができる。【選択図】      図１
2006290033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池を収納する筐体と、
前記燃料電池の内部で生成した水を含むガスを前記筐体の外部へ排出する排気管とを有する車載燃料電池システムにおいて、
前記排気管を振動させる手段が設けられていることを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項２】
前記排気管を振動させる手段は、車体の振動を前記排気管へ伝達する手段である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記車体の振動を前記排気管へ伝達する手段は、前記車体に取り付けられたブラケットであり、
前記筐体は、振動吸収部材からなるマウントを介して前記車体に取り付けられている請求項２に記載の車載燃料電池システム。
【請求項４】
前記排気管を振動させる手段は、前記排気管を電気的に振動させるアクチュエータを備える請求項１に記載の車載燃料電池システム。
【請求項５】
前記排気管を振動させる手段は、車両走行風によって振動させる手段である請求項１に記載の車載燃料電池システム。
【請求項６】
前記排気管は弾性体からなる請求項１〜５に記載の車載燃料電池システム。
【請求項７】
前記弾性体はゴムである請求項６に記載の車載燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載燃料電池システムに関し、特に、連続高速走行する車両に適した車載燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、アノードとカソードが、電解質膜を挟んでそれぞれ配置された構造を有している。そして、アノードに水素を含む燃料ガスが接触し、カソードに空気などの酸素を含む酸化ガスが接触することによって、両電極間で電気化学反応が起こり起電力を生じる。
【０００３】
一般に、燃料電池システムでは、高圧水素タンクから供給される燃料ガスを燃料電池のアノードに供給する一方で、コンプレッサによって外気から取り込んだ空気をカソードに供給している。
【０００４】
また、燃料電池システムは、水を貯留する水タンクと、この水タンクからカソードに水を供給する給水管等の補機とを備える。これにより、水が電解質膜に補充されて、アノード側からのＨ＋の移動を容易にしている。
【０００５】
以上のことをさらに詳しく説明すると、次のようになる。
【０００６】
アノードにおいて、
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
の反応により生じたＨ＋は、Ｈ３Ｏ＋となって電解質膜中を移動した後、カソードで
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
の反応を生じる。
【０００７】
すなわち、両電極間において、
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
の電気化学反応が起こることによって起電力が発生する。また、このとき、カソード側では水が生成する。
【０００８】
しかし、このような燃料電池システムにおいては、外気温が低温である場合に、水タンクおよび補機の内部において水が凍結するという問題があった。水が凍結すると、カソードに水を供給することが困難となって、燃料電池の発電が不安定なものとなる。
【０００９】
こうした問題に対しては、燃料電池から排出された空気によって、水タンクおよび補機の少なくとも一方を暖気する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
また、従来より、放熱による燃料ガスの温度低下を防ぐために、燃料ガス管にヒータを設けることによって温度低下を防ぐことが行われているが、これによる設備増と運転コスト高が問題となっていた。これに対して、燃料ガス用配管を酸化ガス用配管内に通し２重管とすることによって、酸化ガス側からの放熱を燃料ガス側に与えて燃料ガスの温度低下を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３１２４３号公報
【特許文献２】特開平８−２６４２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、カソードで生成した水は、排気管を通って排出ガスとともに車両外部へと排出される。ここで、通常、排気管は、車両走行風の影響を受けて温度が上昇し難い場所に搭載されることが多い。このため、氷点下での連続高速走行下では、排気管が氷点下の温度となることによって、カソードで生成した水が排気管の内部で凍結し、排気管が閉塞するおそれがあった。
【００１３】
一方、上記従来の方法は、燃料電池に供給する水やガスなどの温度低下を防ぐことを目的としている。したがって、これらの方法では、燃料電池内で生成した水が、車両外部へ排出される際に、温度低下によって排気管内で凍結する問題を解決するには至らない。
【００１４】
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、水の凍結によって排気管が閉塞するのを防ぐことのできる車載燃料電池システムを提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、燃料電池と、この燃料電池を収納する筐体と、燃料電池の内部で生成した水を含むガスを筐体の外部へ排出する排気管とを有する車載燃料電池システムにおいて、排気管を振動させる手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明において、排気管を振動させる手段は、車体の振動を排気管へ伝達する手段とすることができる。また、この場合、車体の振動を排気管へ伝達する手段は、車体に取り付けられたブラケットとすることができ、筐体は、振動吸収部材からなるマウントを介して車体に取り付けられているものとすることができる。
【００１８】
また、本発明において、排気管を振動させる手段は、排気管を電気的に振動させるアクチュエータを備えるものとすることができる。
【００１９】
さらに、本発明において、排気管を振動させる手段は、車両走行風によって振動させる手段とすることができる。
【００２０】
本発明において、排気管は弾性体からなることが好ましい。この場合、弾性体はゴムとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、排気管を振動させる手段を設けることによって、排気管の内壁に付着した氷を剥離することができるので、水の凍結により排気管が閉塞するのを防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
実施の形態１．
本実施の形態においては、排気管を振動させる手段として、車体の振動を排気管へ伝達する手段を用いる。
【００２４】
図１は、本実施の形態による車載燃料電池システムの断面図の一例である。但し、理解を容易にするために、燃料電池への水素供給系や酸素供給系などについては省略している。
【００２５】
図１に示すように、車載燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料電池２を収納する筐体３と、燃料電池２の内部で生成した水を含むガスを筐体３の外部へ排出する排気管４とを有する。燃料電池２は、車体５からの振動の伝達を防ぐマウント６を介して、車体５に取り付けられている。マウント６は、例えば、ゴムなどの振動吸収部材からなるものとすることができる。一方、排気管４は、ブラケット７を介して車体５に取り付けられている。ここで、ブラケット７は、車体５の振動を排気管４へ伝達する手段である。
【００２６】
本実施の形態によれば、車体５からの振動は、ブラケット７を介して排気管４に伝達される。このとき、排気管４を振動させる力が、排気管４の内壁に付着した氷を剥離できる力以上となるように、排気管４およびブラケット７を車体５の適当な位置に配置する。
【００２７】
一方、燃料電池２は、マウント６を介して車体５に取り付けられているので、車体５からの振動が直接燃料電池２に伝達することはない。したがって、振動による燃料電池２への影響を抑制することができる。
【００２８】
本実施の形態においては、排気管４の材質をゴム等の弾性体とすることが好ましい。これにより、車体５からの振動によって排気管４が変形するので、内壁に付着した氷を容易に剥離することが可能となる。また、車体５からの振動を排気管４によって吸収させることができるので、排気管４を介して燃料電池２に振動が伝達するのを防ぐこともできる。
【００２９】
本実施の形態によれば、燃料電池２のカソードで生成した水は、排気管４を通って排出ガスとともに車両外部へと排出される。ここで、氷点下での連続高速走行等によって、排気管４の温度が氷点下となり、排気管４の内壁に氷が付着した場合であっても、車体５からの振動がブラケット７を介して排気管４に伝達されるので、付着した氷を剥離することができる。すなわち、内壁に付着した氷が十分に成長する前に除去することができるので、排気管４が氷によって閉塞されるのを防ぐことが可能となる。
【００３０】
実施の形態２．
本実施の形態においては、排気管を振動させる手段として、車両走行風によって振動させる手段を用いる。
【００３１】
図２は、本実施の形態による車載燃料電池システムを搭載した車両の断面図の一例である。但し、理解を容易にするために、燃料電池への水素供給系や酸素供給系などについては省略している。
【００３２】
図２に示すように、車載燃料電池システム１１は、燃料電池１２と、燃料電池１２を収納する筐体１３と、燃料電池１２の内部で生成した水を含むガスを筐体１３の外部へ排出する排気管１４とを有する。ここで、排気管１４は、車両走行風１６によって振動するように取り付けられていることを特徴とする。
【００３３】
本実施の形態によれば、排気管１４に車両走行風１６があたることによって、排気管４が振動する。このとき、排気管１４を振動させる力が、排気管１４の内壁に付着した氷を剥離できる力以上となるように、排気管１４を車体１５の適当な位置に配置する。また、排気管１４の形状は、車両走行風１６の抵抗が大きくなる形状とすることが好ましい。具体的には、図２に示すように、排気管１４を車体１５の下面に設けるとともに、排気管１４の形状を車両走行風１６を遮る形状とすることができる。
【００３４】
本実施の形態においては、排気管１４の材質をゴム等の弾性体とすることが好ましい。これにより、車両走行風１６によって排気管１４が変形するので、内壁に付着した氷を容易に剥離することが可能となる。また、振動を排気管１４によって吸収させることができるので、排気管１４を介して燃料電池１２に振動が伝達するのを防ぐこともできる。
【００３５】
本実施の形態によれば、燃料電池１２のカソードで生成した水は、排気管１４を通って排出ガスとともに車体外部へと排出される。ここで、氷点下での連続高速走行等によって、排気管１４の温度が氷点下となり、排気管１４の内壁に氷が付着した場合であっても、車両走行風１６によって排気管１４を振動させることができるので、付着した氷を剥離することが可能となる。すなわち、内壁に付着した氷が十分に成長する前に除去することができるので、排気管１４が氷によって閉塞されるのを防ぐことが可能となる。
【００３６】
尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、本発明においては、排気管を直接的に振動させる手段を設けてもよい。この場合、排気管を振動させる手段は、排気管を電気的に振動させるアクチュエータを備えるものとすることができる。例えば、電動モータの出力軸にカムを取り付け、このカムが排気管に当接するようにしておくと、電動モータを駆動させることによって排気管を振動させることができる。尚、アクチュエータは、油圧等によって作動させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１による車載燃料電池システムの断面図である。
【図２】実施の形態２による車載燃料電池システムを搭載した車両の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１１  車載燃料電池システム
２，１２  燃料電池
３，１３  筐体
４，１４  排気管
５，１５  車体
６  マウント
７  ブラケット
１６  車両走行風
【図１】
2006290033.tif 000003
【図２】
2006290033.tif 000004