(57)【要約】【課題】燃料電池を車室上方に配置する構成において、燃料電池の排水の勢いを弱めることができ、車外に排出される排水が周囲に飛び散ることを抑制することができる大型車両を提供する。【解決手段】大型車両１００は、車室天井より重力方向上側に搭載されるＦＣシステム２と、ＦＣシステム２からの排水を車体４の重力方向下側に誘導し、排水を車体４の底部から排出する排水管１１及び第２テールパイプ２０と、ＦＣシステム２からの排気を排水管１１とは別系統で排出する第１テールパイプ１０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型車両であって、
車室天井より重力方向上側に搭載される燃料電池と、
前記燃料電池からの排水を車体の重力方向下側に誘導し、前記排水を前記車体の底部から排出する排水管と、
前記燃料電池からの排気を前記排水管とは別系統で排出する排気管と、
を備える、
大型車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載する大型車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＦＣ）を動力源とする燃料電池車両では、一般的に燃料電池スタックなどのシステム主要部は車室の床下に搭載される。例えば特許文献１には、バスなどの大型車両において、車両の後部の重力方向下端部に燃料電池を配置し、燃料タンクを屋根上に配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４９０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されるようなバスなどの大型車両に燃料電池システムを適用しようとする場合には、乗員スペースの確保や、エンジン車からのボデー流用などの条件から、燃料電池を床下ではなく屋根上など車室より上方に配置したいというニーズがある。
【０００５】
一般に、燃料電池は、車両走行のための発電において、水素と酸素との反応によって電気エネルギを得る構成であるが、そのときに副生成物の生成水と、加圧された吸気とを混合した状態で大量に排出する。このため、上記のニーズに応じて燃料電池を車体の屋根側に配置する一方で、従来どおり排気及び排水を車体の底部にて一本の配管で行うとすると、燃料電池から排出される排水には、高圧の排気から受ける力に加えて、高低差による重力も加わることになる。このため、車外に排出される際の排水の勢いがより一層強くなり、排水が周囲に飛び散る虞がある。大型車両として路線バスや空港リムジンバスなどを考えると、これらのバスは、一般道を通行し、歩行者や自転車、二輪車などの近くを通るので、上記の生成水の飛び散りは特に問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、燃料電池を車室上方に配置する構成において、燃料電池の排水の勢いを弱めることができ、車外に排出される排水が周囲に飛び散ることを抑制することができる大型車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る大型車両は、車室天井より重力方向上側に搭載される燃料電池と、前記燃料電池からの排水を車体の重力方向下側に誘導し、前記排水を前記車体の底部から排出する排水管と、前記燃料電池からの排気を前記排水管とは別系統で排出する排気管と、を備える。
【０００８】
この態様によれば、排気管を排水管と別系統とすることによって、燃料電池から排出される排水に、高圧の排気から力が加わることを抑制できる。これにより、燃料電池を車室上方に配置する構成においても、燃料電池の排水の勢いを好適に弱めることができ、車外に排出される排水が周囲に飛び散ることを好適に抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池を車室上方に配置する構成において、燃料電池の排水の勢いを弱めることができ、車外に排出される排水が周囲に飛び散ることを抑制することができる大型車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る大型車両の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１中のＦＣシステムの構成の一例を示す上面図である。
【図３】図３は、図２中の排水排気系統の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、排気排水管の軸心方向に沿った図３に示す排気排水系統の縦断面図である。
【図５】図５は、図４中のＶ−Ｖ断面図であり、マフラーの断面図である。
【図６】図６は、大型車両の後方底部の概略構成を示す側面図である。
【図７】図７は、大型車両の後方底部を後方側からみたときの背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る大型車両１００の概略構成を示す模式図である。本実施形態に係る大型車両１００とは、一般的な自家用車と比較して車両サイズが大きく、全長が長く、かつ、積載人数が多い自動車のことをいい、特に路線バスや空港リムジンバスとして利用される燃料電池（ＦＣ）バスを含む。なお、図１には、紙面左側を車両前方側（図１に「ＦＲ」と示す）、紙面右側を車両後部側（図１に「ＲＲ」と示す）として大型車両１００が図示されている。他の図面でも、図１と同様に車両の方向を示す。
【００１３】
図１に示すように、大型車両１００には、天井前側（車体４の屋根裏のうち前方部分）に水素タンク１が搭載され、天井後側（車体４の屋根裏のうち前方部分）にＦＣシステム２（燃料電池）が搭載され、これらの間に室内空調エアコン用のエアコンファン５が搭載されている。ここで、ＦＣシステム２とは、燃料電池や補機及び昇電圧器や冷却システムなど発電に必要なＦＣユニットＡＳＳＹである。また、車体４の後端部に駆動モータ３が搭載され、その下部に第２テールパイプ２０（排水管）が設置されている。第２テールパイプ２０は、ＦＣシステム２からの排水を排出するパイプであり、その詳細については後述する。
【００１４】
図２は、ＦＣシステム２の一例を示す上面図である。本実施形態では、ＦＣシステム２は、二組のＦＣユニット２Ａ，２Ｂを備える。各ユニット２Ａ，２Ｂは、それぞれ、ＦＣスタック６、ＦＣ−ＤＣ／ＤＣコンバータ７、ラジエータ８、インテーク２２、エアコンプレッサ２３、ウォーターポンプ２４を有する。インテーク２２及びエアコンプレッサ２３は、ＦＣスタック６の入口に接続され、圧縮空気を酸化ガスとしてＦＣスタック６に供給する。ウォーターポンプ２４は、ＦＣスタック６とラジエータ８との間の循環経路に設置されこの循環経路に冷却水を循環させる。また、ＦＣスタック６の出口から排気及び排水のための排気排水管９が接続され、第１テールパイプ１０（排気管）と排水管１１に分岐している。第１テールパイプ１０は、ＦＣスタック６の排気を排出するための配管であり、排水管１１は、ＦＣスタック６の排水を車体４の下部へ誘導するための配管である。
【００１５】
図３を参照して、各ＦＣユニット２Ａ，２Ｂの排気排水系統の構成についてさらに説明する。図３は、図２中の排水排気系統の概略構成を示す斜視図であり、一方のＦＣユニット２Ａの排気排水系統を示している。図３に示すように、ＦＣスタック６から排気排水管９が接続され、マフラー１２を通って第１テールパイプ１０と排水管１１にそれぞれ分岐する。
【００１６】
ＦＣシステム２の各要素は、ＦＣシステムフレーム１３に取り付けられている。ＦＣシステムフレーム１３は、図３では点線の平板状に図示されているが、例えば矩形状の枠体と、この枠体の対辺を接続する複数の梁によって形成される格子状の構造体である。ＦＣシステムフレーム１３は、車両のルーフサイドレール１４（図４参照）に取り付けられている。
【００１７】
図４は、排気排水管の軸心方向に沿った図３に示す排気排水系統の縦断面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ断面図であり、マフラーの断面図である。図４、図５に示すように、マフラー１２内は、スリット１６Ｃ付きの板材１６によって上下に二分割され、上側に吸音材１５、下側に貯水室１７が配置される構成となっている。
【００１８】
板材１６は、図５に示すように、断面半円状の中央部１６Ａと、この中央部１６Ａの両端から側壁までを接続する平板部１６Ｂとから成る。中央部１６Ａの形状は、排気排水管９の下部をなくして上部のみを残した形状であり、排気排水管９と同軸上に配置されている。また、中央部１６Ａが延在するマフラー１２の後端には、第１テールパイプ１０が接続されている。第１テールパイプ１０は、ＦＣシステム２からの排気を外部に排出するためのパイプである。つまり、第１テールパイプ１０も排気排水管９と同軸上に配置されている。
【００１９】
また、中央部１６Ａには、排気及び排水の流れ方向に沿って複数のスリット１６Ｃが形成されている。各スリット１６Ｃは、例えば図５に示すように、中央部１６Ａの円弧形状の最上部から、軸線方向と直交する方向（鉛直下方）に切り込んだ形状で形成されている。
【００２０】
マフラー１２は、排気排水管９から導入された排気及び排水のうち、排気が板材１６のスリット１６Ｃから吸音材１５に導入されると共に、排水が重力を受けて下方の貯水室１７に貯留され、これにより気液を分離する構造となっている。また、このとき分離後の排水を貯水する下側の貯水室の空間は、マフラー１２の拡張室としても活用することができる。
【００２１】
貯水室１７の車両後部側に排水出口１８が設けられ、排水出口１８から排水管１１に接続されている。排水管１１は、車体４の天井側と底部側とを接続する配管であり、天井側のＦＣシステム２にて発生した排水を底部側へ誘導する。図４に示すように、マフラー１２下部の貯水室１７は、ＦＣシステムフレーム１３と車体４のルーフパネルとの隙間を利用して、ＦＣスタック６や排気排水管９などＦＣシステム２の各要素の中で一番低い位置に配置されている。これにより、排気排水管９からマフラー１２に導入された排水を貯留しやすくできると共に、貯水室１７に貯留された排水を、排水管１１を介して車体４の底部側へ誘導しやすくなるよう構成されている。
【００２２】
本実施形態の大型車両１００は、具体的にはバスであり、車体４の全長は長く、ＦＣシステム２も車両の前後方向に長く配置されているので、マフラー１２も前後に長い形状であるのが好ましい。マフラー１２の後端には、上側に第１テールパイプ１０が接続され、下側に貯水室１７につながる排水管１１が接続されている。
【００２３】
図６及び図７を参照して、本実施形態に係る大型車両１００のテール構造について説明する。図６は、大型車両の後方底部の概略構成を示す側面図であり、図７は、大型車両の後方底部を後方側からみたときの背面図である。
【００２４】
図６、図７に示すように、排水管１１の最下部に貯水タンク１９が配置されている。貯水タンク１９は、図７に示すように、後方側から視たときに車体中央側が下がるように底面が傾斜して形成されている。つまり貯水タンク１９の底面のうち車体中央側の端部が貯水タンク１９の最下部となっている。そして、貯水タンク１９のこの最下部の箇所に第２テールパイプ２０が接続されている。第２テールパイプ２０は、ＦＣシステム２からの排水を車両の外部へ排出するパイプである。また、第２テールパイプ２０の排水口の後方には、水飛びガード２１が設けられている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る大型車両１００の作用を説明する。大型車両１００は所謂ＦＣバスであるので、駆動源である駆動モータ３に供給するための電力がＦＣシステム２により発電される。なお、ＦＣシステム２による発電手法の詳細については周知技術であるので説明を省略する。
【００２６】
ＦＣシステム２では、ＦＣスタック６が発電するために酸素と水素を反応させるが、酸素は外気を圧縮してＦＣスタック６へ供給される。このとき、発電に使用されてなかった供給エアは、発電時に生成された生成水と共に排気排水管９へ排出される。
【００２７】
ＦＣスタック６から排出された排気排水は、排気排水管９からマフラー１２に導入される。本実施形態では、図４、図５を参照して説明したように、マフラー１２の内部を板材１６によって上下に区分する構造によって、排気排水管９から導入された排気排水を気液分離して個別に排出することができる。
【００２８】
排気排水管９から導入された排気排水のうちの排気は、脈動や乱流などのＮＶ（ノイズ、振動）を悪化させる要因を除去するために、板材１６のスリット１６Ｃを介して吸音材１５に通過させることにより、また、マフラー１２の下部の貯水室１７を拡張室として利用することにより、排気音を低減させた上で、マフラー１２の上部に設けられた第１テールパイプ１０から外部へ排出される。
【００２９】
一方、排気排水管９から導入された排気排水のうちの排水は、重力の影響を受けるため、板材１６上部のスリット１６Ｃへは向かわずにマフラー１２の下部の貯水室１７に貯留される。上述のように、マフラー１２の貯水室１７は、ＦＣシステムフレーム１３と車体４のルーフパネルとの隙間を利用して、ＦＣスタック６や排気排水管９などＦＣシステム２の各要素の中で一番低い位置に配置されているので、排気排水管９からマフラー１２に導入された排水を貯留しやすくできると共に、貯水室１７に貯留された排水を、排水管１１を介して車体４の底部側へ誘導しやすくなるよう構成されている。
【００３０】
貯水室１７に貯留された排水は、マフラー１２の下部に設けられた排水出口１８から排水管１１に排出される。排水管１１は、例えば車体４の後端部のピラー内部を通って、車体４の天井側と底部側とを接続している。排水は排水管１１を通って車両後方の左右両下端の貯水タンク１９に流れ込む。
【００３１】
貯水タンク１９は、上述のとおり、底面のうち車体中央側が貯水タンク１９の最下部となるように形成されており、排水は、この部分に接続される第２テールパイプ２０を通って、車体４の底面から外部に排出される。このように貯水タンク１９の底面の中央側を低くすることにより、排水位置を車両中央にすることができ、歩行者や自転車への水かかりを防ぐことができる。また、排水するテール位置をさらに車体４の前側に設定してもよい。これにより、天井側からの落差による排水の勢いをさらに抑制させると共に、加速時や登り坂など排水が後方へ飛散しやすい条件時には排水しにくい構造となる。
【００３２】
さらに、第２テールパイプ２０の後方に水飛びガード２１を設定することで、後方への飛沫を直接防ぐだけでなく、図６に示すように、車両下部の空気の流れＸを下向きに変えて、排水を後方へ流さない構造となる。
【００３３】
このように本実施形態に係る大型車両１００は、車室天井より重力方向上側に搭載されるＦＣシステム２と、ＦＣシステム２からの排水を車体４の重力方向下側に誘導し、排水を車体４の底部から排出する排水管１１及び第２テールパイプ２０と、ＦＣシステム２からの排気を排水管１１とは別系統で排出する第１テールパイプ１０と、を備える。
【００３４】
この構成により、排気管（第１テールパイプ１０）を排水管（排水管１１及び第２テールパイプ２０）と別系統とすることによって、ＦＣシステム２から排出される排水に、高圧の排気から力が加わることを抑制できる。これにより、ＦＣシステム２を車室上方に配置する構成においても、ＦＣシステム２の排水の勢いを好適に弱めることができ、車外に排出される排水が周囲に飛び散ることを好適に抑制することができる。
【００３５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
２…ＦＣシステム（燃料電池）、４…車体、１０…第１テールパイプ（排気管）、１１…排水管、２０…第２テールパイプ（排水管）、１００…大型車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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