(57)【要約】【課題】燃料電池車の反応ガス供給ポンプによる吸気の際に発生する特有の吸気音を、少ない容積の音抑制デバイスで低周波から高周波まで効率よく抑制する燃料電池車用吸気システムを提供する。【解決手段】２種類の反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池の吸気システムにおいて、反応ガスを燃料電池に送り出す反応ガス供給ポンプと、反応ガス供給ポンプに接続され、反応ガスを流通させる反応ガス供給経路と、反応ガス供給経路に接続され、反応ガスの供給の際に発生する音を抑制する音抑制デバイスと、音抑制デバイスに含まれるスピーカと、反応ガスの供給の際に発生する音の検出値に基づいてスピーカの出力を制御する制御部とを備える。【選択図】図１
2011072134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類の反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池の吸気システムにおいて、
反応ガスを燃料電池に送り出す反応ガス供給ポンプと、
前記反応ガス供給ポンプに接続され、反応ガスを流通させる反応ガス供給経路と、
前記反応ガス供給経路に接続され、反応ガスの供給の際に発生する音を抑制する音抑制デバイスと、
前記音抑制デバイスに含まれるスピーカと、
反応ガスの供給の際に発生する音の検出値に基づいてスピーカの出力を制御する制御部とを備えたことを特徴とする燃料電池車用吸気システム。
【請求項２】
２種類の反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池の吸気システムにおいて、
反応ガスを燃料電池に送り出す反応ガス供給ポンプと、
前記反応ガス供給ポンプに接続され、反応ガスを流通させる反応ガス供給経路と、
前記反応ガス供給経路に接続され、反応ガスの供給の際に発生する音を抑制する音抑制デバイスと、
前記音抑制デバイスに含まれるスピーカと、
反応ガス供給ポンプの出力関連値に基づいてスピーカの出力を制御する制御部とを備えたことを特徴とする燃料電池車用吸気システム。
【請求項３】
前記制御部は、反応ガス供給ポンプの出力関連値とともに、反応ガス供給経路を流れる反応ガスの温度に基づいてスピーカの出力を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車用吸気システム。
【請求項４】
前記音抑制デバイスは、前記反応ガス供給経路との接続箇所にフィルタが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池車用吸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車の反応ガス供給ポンプ（過給器）による吸気の際に発生する特有の吸気音を効率よく抑制する燃料電池車用吸気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルが多数積層された固体高分子型燃料電池が一般的に用いられている。
【０００３】
この単位セルでは、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガスにおける水素が電極触媒上でイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
このような燃料電池においては、特に車両に燃料電池を搭載する場合に、反応ガス供給のために高回転の反応ガス供給ポンプが用いられている。この反応ガス供給ポンプを用いて吸気を行う際には、低周波から高周波までの広い帯域で音を出すことから、吸気システムに高い音抑制性能が求められ、また同時に車の燃費向上のため小型化が求められている。
【０００５】
また、ガソリン車では、アクセルに連動して吸気音の周波数が変わるのに対して、燃料電池車では、スタックの必要流量により反応ガス供給ポンプ回転数が決定されており、アクセル開度と吸気音とは連動していない。そのため、ユーザーは運転操作とは連動しない吸気音を感じて、違和感を得やすい。したがって、燃料電池車では、車室内で違和感を与えにくくするよう防音材を増やす等、ガソリン車以上に対策をとる必要がある。
【０００６】
さらに、燃料電池車の反応ガス供給ポンプは走行時に高回転となることが多く、その際、基本次数音の周波数帯域がガソリン車に比べ高周波まで及ぶため、燃料電池車の音抑制デバイスでは、ガソリン車のものよりも高周波側に広い周波数帯域での対応が必要となる。一方、アイドル時から初加速時においては、ガソリン車同様、基本次数音は低周波帯域となるが、燃料電池システムの要求によっては、停止状態で反応ガス供給ポンプ回転数が上昇する場合があり、停止時でもアイドル音の低周波のみではなく、中高周波への対応が必要となる。したがって、燃料電池車の音抑制デバイスにおいては、ガソリン車に比べて低周波から高周波までより広範囲な周波数帯域における音抑制性能が必要となる。
【０００７】
また、吸気音の抑制技術としては、吸気ダクト内または吸気ダクトに接する空間にスピーカ等を設置し、吸気音と同周波数、逆位相の音圧を発生させて、吸気音を相殺消去する消音装置が報告されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００８】
しかしながら、これらの技術においては、高い音圧がかかり、さらに吸気流れの影響によりスピーカに負荷がかかるため、スピーカー近傍では、吸入による圧力及び流れの影響を受けて音抑制機能に問題を生じる場合が多い。さらに、これらの技術は、吸気ダクト内の音を検知し、コントローラーを介して逆位相音を発生させる技術であることから、瞬時の流れ、温度変化に対応できないといった課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８５１８９号公報
【特許文献２】特開平１０−３０６７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、燃料電池車の反応ガス供給ポンプによる吸気の際に発生する特有の吸気音を、少ない容積の音抑制デバイスで低周波から高周波まで効率よく抑制する燃料電池車用吸気システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の燃料電池車用吸気システムは、２種類の反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池の吸気システムにおいて、反応ガスを燃料電池に送り出す反応ガス供給ポンプと、前記反応ガス供給ポンプに接続され、反応ガスを流通させる反応ガス供給経路と、前記反応ガス供給経路に接続され、反応ガスの供給の際に発生する音を抑制する音抑制デバイスと、前記音抑制デバイスに含まれるスピーカと、反応ガスの供給の際に発生する音の検出値に基づいてスピーカの出力を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。ここで、本発明における反応ガスの供給の際に発生する音の検出値とは、センサにより検出された音圧、センサによる既知データからマップ化した値等をいう。
【００１２】
このような本発明の燃料電池車用吸気システムによれば、反応ガスの供給の際に発生する音の検出値に基づいて、音抑制デバイス内に含まれたスピーカから吸気音と同周波数、逆位相の音圧を発生させることにより、低周波から高周波まで効率よく吸気音を相殺して抑制することができる。また、アクセル開度と関連しない反応ガス供給ポンプによる吸気音を適切に抑制することができるため、ユーザーに違和感を感じさせることはない。
【００１３】
また、一般的には車室内全体のような大空間で低周波から高周波までの効果を求めようとすると、大型のスピーカが必要となるが、本発明においては、吸気システム内に小型のスピーカを設置することにより、容積を増やすことなく低周波から高周波までの音抑制対応を可能としている。すなわち、本発明によれば、音抑制デバイスを小型化することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明における反応ガス供給ポンプにより送り出される反応ガスとは、主にカソード側の酸化剤ガスをさすが、ポンプを用いて供給する構成であれば、アノード側の燃料ガスをも含むものである。
【００１５】
また、本発明の燃料電池車用吸気システムの他の態様は、２種類の反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池の吸気システムにおいて、反応ガスを燃料電池に送り出す反応ガス供給ポンプと、前記反応ガス供給ポンプに接続され、反応ガスを流通させる反応ガス供給経路と、前記反応ガス供給経路に接続され、反応ガスの供給の際に発生する音を抑制する音抑制デバイスと、前記音抑制デバイスに含まれるスピーカと、反応ガス供給ポンプの出力関連値に基づいてスピーカの出力を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
ここで、本発明における反応ガス供給ポンプの出力関連値とは、ポンプ回転数、ポンプ流量、ポンプ出口流速、回転数指令値、ポンプ供給電力、燃料電池出力要求値等をいう。これらの値は、反応ガス供給ポンプの周波数と一定の相関関係を有するものであり、予めこれらの相関関係を算出してマップを作成しておくことにより、瞬時の流量及び温度変化に対しても、抑制すべき吸気音に最適なスピーカ出力を設定することができる。
【００１７】
このような構成の本発明の燃料電池車用吸気システムによれば、反応ガス供給ポンプの出力関連値に基づいて、音抑制デバイス内に含まれたスピーカから吸気音と同周波数、逆位相の音圧を発生させることにより、低周波から高周波まで効率よく吸気音を相殺して抑制することができる。
【００１８】
本発明においては、制御部が、反応ガス供給ポンプの出力関連値とともに、反応ガス供給経路を流れる反応ガスの温度に基づいてスピーカ出力を制御することが好ましい。この反応ガスの温度は、反応ガス供給経路内に温度センサ等を設けることにより測定できる。このような構成によれば、上記の低周波数音の低減効果とともに、反応ガスの温度に応じてスピーカ出力を制御することができるため、使用環境や走行状態により供給する反応ガスの温度が低温または高温であったとしても、反応ガス供給ポンプによる吸気音の抑制をより効果的に行うことができる。
【００１９】
さらに、本発明においては、音抑制デバイスの反応ガス供給経路との接続箇所に、フィルタを設けることが好ましい。このフィルタは、音を透過するが気流は通しにくい特徴を有するものであり、具体的には、ハニカム状のフィルタやメッシュ状のフィルタ等が挙げられる。この態様によれば、スピーカにかかる高い音圧や、吸気流れの影響を防ぐことができ、本発明における音抑制機能が害されることを防止できる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池車用吸気システムは、燃料電池用反応ガス供給ポンプ吐出側サイレンサー、エア配管、インタークーラーなどの過給器回転による次数音を持つ部品に適用することもできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池車用吸気システムによれば、燃料電池車の反応ガス供給ポンプによる吸気の際に発生する特有の吸気音を、少ない容積の音抑制デバイスで低周波から高周波まで効率よく抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図２】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図３】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図４】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図５】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図６】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図７】本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。
【図８】本発明の燃料電池用吸気システムにおける吸気音の音抑制処理の手順を示すフロチャートである。
【図９】本発明の燃料電池用吸気システムにおける吸気音の音抑制処理の手順を示すフロチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の燃料電池用吸気システムの実施形態について具体的に説明する。図１〜３は本発明の燃料電池用吸気システムの一実施形態を示した系統図である。図中の符号１はエアポンプ（反応ガス供給ポンプ）、２はエア供給配管（反応ガス供給経路）、３はエアクリーナー、４はレゾネータ、５はスピーカ、６は金属メッシュフィルタである。図１においては、エアポンプ１にはエア供給配管２が接続され、エア供給配管２にはエアクリーナー３が介装されている。そして、エアクリーナー１の上流側のエア供給配管２にはレゾネータ４が接続されている。このレゾネータ４内には、スピーカ５が配置され、これらにより音抑制デバイスを構成している。さらに、エア供給配管２との接続箇所に金属メッシュフィルタ６が配置されている。
【００２４】
これらの構成においては、エアポンプ１により図面右側から左側へエアが送り出される。この際、レゾネータ４内のスピーカ５からエア供給配管２に向けて、吸気音と同周波数、逆位相の音圧が発せられ、吸気音が相殺される。このようにして、低周波から高周波まで効率よく吸気音が相殺されて抑制される。ここで、本実施形態においては、金属メッシュフィルタ６がレゾネータ４のエア供給配管２との接続箇所に配置されているため、高い音圧や吸気流れに対しても、スピーカ５が保護されている。
【００２５】
また、図２においては、図１に示された構成に、さらにレゾネータ４の上流側のエア供給配管２内に音センサ７が配置されている。このような構成によれば、音センサ７がエア供給配管２内に流れるエアの音圧を検出し、この検出値が制御部（コントローラ）に送られ、スピーカ出力決定の際に用いられる。
【００２６】
さらに、図３においては、図１に示された構成に、さらに各データを入力してスピーカ出力を決定する制御部（コントローラ）が設置されている。この制御部には、エアポンプの音圧及びマッピングデータが予め記憶されており、ここにエアポンプの回転数及びエアの温度が入力されて、スピーカ出力が決定される。
【００２７】
図４〜６は本発明の燃料電池用吸気システムの他の一実施形態を示した系統図である。図４においては、エアポンプ１にはエア供給配管２が接続され、エア供給配管２にはエアクリーナー３が介装されている。そして、エアクリーナー１の下流側のエア供給配管２にはレゾネータ４が接続されている。このレゾネータ４内には、スピーカ５が配置され、さらに、エア供給配管２との接続箇所に金属メッシュフィルタ６が配置されている。また、図５においては、図４に示された構成に、さらにレゾネータ４の上流側のエア供給配管２内に音センサ７が配置されている。さらに、図６においては、図４に示された構成に、さらに各データを入力してスピーカ出力を決定する制御部（コントローラ）が設置されている。これらの図４〜６に示された態様は、レゾネータ等４の接続位置がエアクリーナー１の下流側であり、エアクリーナー１の上流側に接続された上記図１〜３に示された態様とは異なるが、ほぼ同様の作用効果が得られる。
【００２８】
図７は本発明の燃料電池用吸気システムの他の一実施形態を示した系統図である。図７においては、図６に示された構成に、さらにエア供給配管２内のレゾネータ４接続位置の上流側及び下流側にそれぞれ音センサ７が配置されている。このような構成によれば、音センサ７がエア供給配管２内に流れるエアの音圧を検出し、この検出値が制御部に送られ、スピーカ出力決定の際及び吸気音抑制処理後の結果確認に用いられる。
【００２９】
次に、本発明の燃料電池用吸気システムにおける吸気音の音抑制処理の手順について説明する。図８（ａ）は、エア供給の際に発生する吸気音の音圧に基づいて、レゾネータ内に配置されたスピーカから吸気音と同周波数、逆位相の音圧を発生させる構成における吸気音の音抑制処理の手順を示すフロチャートである。また、図８（ｂ）は、予め測定されたポンプの周波数、音圧及びスピーカの出力の相関を示したマップである。
【００３０】
まず、ステップＳ１−１において、エアポンプの周波数及び吸気音の音圧を検出する。次いで、ステップＳ１−２において、図８（ｂ）に示したマップに基づき、検出されたポンプの周波数及び吸気音の音圧から設定すべきスピーカ出力を参照して決定する。そして、ステップＳ１−３において、決定したスピーカ出力を逆位相に変換し、ステップＳ１−４において、スピーカから吸気音と同周波数、逆位相の音圧を出力し、吸気音の抑制を実行する。
【００３１】
このように音抑制処理を実行した後のエア供給配管内の音圧をエラーマイク等の音センサにより検出する（ステップＳ１−５）。そして、検出された音圧の値が設定された音抑制後の値と比較し（ステップＳ１−６）、検出値が設定値よりも小さくなっていればステップＳ１−７へ移行する。ステップＳ１−７において、エアポンプの動作状態を確認し、停止していれば音抑制処理を終了し、動作していればステップＳ１−１へ移行し、音抑制処理を継続する。一方、検出値が設定値よりも大きい場合にはステップＳ１−８へ移行し、図８（ｂ）に示したポンプの周波数とスピーカ出力との相関関係における音圧ラインを一段上のものとみなした後、ステップＳ１−１へ移行し、音抑制処理を継続する。
【００３２】
また、図９（ａ）は、エアポンプの回転数に基づいて、レゾネータ内に含まれたスピーカから吸気音と同周波数、逆位相の音圧を発生させる構成における吸気音の音抑制処理の手順を示すフロチャートである。また、図９（ｂ）は、予め測定されたポンプの回転数、音圧及びスピーカ出力の相関を示したマップである。さらに、図９（ｃ）は、予め測定されたポンプの回転数、エアの温度及びスピーカ出力の相関を示したマップである。
【００３３】
この構成においては、まず、ステップＳ２−１において、エアポンプの回転数、音圧及びエアの温度を検出する。次いで、ステップＳ２−２において、図９（ｂ）に示したマップに基づき、検出されたポンプの回転数及び音圧から設定すべきスピーカ出力を参照する。そして、ステップＳ２−３において、図９（ｃ）に示したマップに基づき、検出されたポンプの回転数及びエアの温度から設定すべきスピーカ出力を参照して補正する。その後、ステップＳ２−４において、決定したスピーカ出力を逆位相に変換し、ステップＳ２−５において、スピーカから吸気音と同周波数、逆位相の音圧を出力し、吸気音の抑制を実行する。
【００３４】
このように音抑制処理を実行した後のエア供給配管内の音圧をエラーマイク等の音センサにより検出する（ステップＳ２−６）。そして、検出された音圧の値が設定された音抑制後の値と比較し（ステップＳ２−７）、検出値が設定値よりも小さくなっていればステップＳ２−８へ移行する。ステップＳ２−８において、エアポンプの動作状態を確認し、停止していれば音抑制処理を終了し、動作していればステップＳ２−１へ移行し、音抑制処理を継続する。一方、検出値が設定値よりも大きい場合にはステップＳ２−９へ移行し、図９（ｃ）に示したポンプの回転数とスピーカ出力との相関関係における温度ラインを一段上のものとみなした後、ステップＳ２−３へ移行し、音抑制処理を継続する。
【符号の説明】
【００３５】
１…エアポンプ、２…エア供給配管、３…エアクリーナー、４…レゾネータ、
５…スピーカ、６…フィルタ、７…音センサ
【図１】
2011072134.tif 000003
【図２】
2011072134.tif 000004
【図３】
2011072134.tif 000005
【図４】
2011072134.tif 000006
【図５】
2011072134.tif 000007
【図６】
2011072134.tif 000008
【図７】
2011072134.tif 000009
【図８】
2011072134.tif 000010
【図９】
2011072134.tif 000011