(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、反応ガスを通流させる反応ガス供給経路と、反応ガス供給経路に配置され、反応ガス供給ポンプの吸引力に追従して、反応ガス供給経路の開口面積を増大させる開閉部材とを備える。【選択図】図１
2011078170.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、反応ガスを通流させる反応ガス供給経路と、
前記反応ガス供給経路に配置され、前記反応ガス供給ポンプの吸引力に追従して、前記反応ガス供給経路の開口面積を増大させる開閉部材とを備えることを特徴とする燃料電池車用吸気システム。
【請求項２】
前記開閉部材は、前記反応ガス供給経路の内側上面にその一端が軸によって回転自在に支持され、前記軸を中心としてその下端が前記反応ガス供給経路の内壁まで旋回自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車用吸気システム。
【請求項３】
前記開閉部材は、前記反応ガス供給経路の上流側の反応ガス供給ポンプ近傍に設けられてい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。
【請求項４】
前記開閉部材は、前記反応ガス供給経路の下流側の吸気口近傍に設けられてい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】
さらに、燃料電池車の吸気口付近の温度は、使用環境や走行状態により低温から高温まで広い範囲で変化するため、この温度に対する音抑制デバイスの対応周波数も変化させる必要がある。従来においては、流量・圧力・車速に応じて可変バルブを制御する技術が用いられている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００６】
しかしながら、これらの従来技術では、温度変化に対する音抑制デバイスの対応周波数については、音抑制デバイスの容積を大きくすることで対応しているため、小型化できないといった課題がある。また、少ない音抑制デバイス容積で効率よく音抑制効果を発揮するためには、温度に対する流路断面積を変化させたり、音抑制デバイスの対応周波数を良好に追従させる必要がある。
【０００７】
通常活用する容積型の音抑制デバイスにおいては、特に低周波帯の音抑制性能に容積が大きく寄与するため、容積を増やすことなく音抑制の高性能化を達成することは困難である。そのため、燃料電池における従来技術では、低周波帯対策としては、低流量時に一時的に吸気ダクト径を絞ることで、低流量時に吸気口から発生する低周波数音（篭もり音）を低減する機構としているが、実際に具現化するに当たり、電動・圧力駆動のバルブ等のデバイスを設置する必要があるため、結果的に容積増・重量増・コスト増につながるといった問題を有している。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５８０２３６号
【特許文献２】特開２００６−８７２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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】
【００１２】
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、反応ガスを通流させる反応ガス供給経路と、前記反応ガス供給経路に配置され、前記反応ガス供給ポンプの吸引力に追従して、前記反応ガス供給経路の開口面積を増大させる開閉部材とを備えることを特徴としている。
【００１３】
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、反応ガス供給ポンプの吸引力に追従して、反応ガス供給経路の開口面積を増大させる構成の開閉部材を、燃料電池用吸気システムの反応ガス供給経路に配置することにより、さらなるデバイスを追加することなく、アイドル時から初加速時において反応ガスの流量が少ない場合には、反応ガス供給経路の開口面積を最小とし、反応ガスの流量が多くなるにしたがい、反応ガス供給経路の開口面積も増大させることで、低流量時に吸気口から発生する低周波数音（篭もり音）を低減することができる。これにより、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、ユーザーに違和感を感じさせることはない。
【００１４】
また、本発明の燃料電池車用吸気システムにおける開閉部材は、反応ガス供給経路の内側上面にその一端が軸によって回転自在に支持され、この軸を中心としてその下端が反応ガス供給経路の内壁まで旋回自在に設けられていることが好ましい。このような構成によれば、複雑な構成を採ることなく、反応ガス供給ポンプの吸引力に追従して、反応ガス供給経路の開口面積を増大させることができる。
【００１５】
さらに、本発明においては、開閉部材が反応ガス供給経路の上流側の反応ガス供給ポンプ近傍に設けられていることが好ましい。このような構成によれば、音源である反応ガス供給ポンプの近傍において吸気音を抑制することができるため、吸気システム全体における放射音は顕著に低減される。
【００１６】
また、本発明においては、開閉部材が反応ガス供給経路の下流側の吸気口近傍に設けられていることが好ましい。このような構成によれば、吸気システムの課題である水、雪、ダストの吸気口への吸入を抑制する効果も得ることができる。さらに、このダスト等の吸入抑制効果により、反応ガス供給経路上のエアクリーナーフィルタの長寿命化や、エアクリーナーフィルターの小型化が可能になる。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本発明の燃料電池用吸気システムにおける開閉部材の一実施形態を示した断面図である。
【図２】本発明の燃料電池用吸気システムにおける開閉部材の一実施形態を示した断面図である。
【図３】本発明の燃料電池用吸気における開閉部材の一実施形態を示した断面図である。
【図４】本発明の燃料電池用吸気における開閉部材の一実施形態を示した断面図である。
【図５】本発明の燃料電池用吸気における開閉部材の一実施形態を示した断面図である。
【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における開閉部材の別の実施形態を示した図３のＢ視図である。
【図９】本発明の燃料電池用吸気における開閉部材の別の実施形態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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及び２の（ａ）は本発明の燃料電池用吸気システムにおける開閉部材の一実施形態を示した断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図中の符号１はエア供給配管（反応ガス供給経路）、２は開閉部材、３はエアポンプ（エア供給ポンプ）である。図１及び２においては、エアポンプ３に接続されたエア供給配管１内において、開閉部材２は、その上端が軸によって回転自在に支持されており、この軸を中心に下端がエアポンプ３側に持ち上げられ、エア供給配管１の内壁に近接するように構成されている。また、開閉部材２は別の形状でもよい場合があり、その点は後述する。
【００２１】
ここで、本発明における開閉部材２は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、平面状であってもよいが、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、開閉部材２のエアポンプ３側の中央付近が凹んだ形状であることが好ましい。このような形状の開閉部材は、エアポンプ３側から伝達された吸気音を効率よく捕捉して反射させることができる。あるいは開閉部材２は、下端にスリットが複数入った形状であってもよい。そして、本発明における開閉部材の材質としては、本発明の作用を妨げないものであれば、樹脂製、ゴム製、金属製等のいずれのものであってもよい。
【００２２】
以下、図３〜５を用いて上記のような構成の開閉部材２の作用をより具体的に説明する。図３は吸気量が少ない場合の本発明における開閉部材付近の断面図である。図４は吸気量が中程度の場合の本発明における開閉部材付近の断面図である。図５は吸気量が最大の場合の本発明における開閉部材付近の断面図である。図３に示すように、アイドル時から初加速時等の吸気量が少ない場合には、エア供給配管１内の開閉部材２は、エアポンプ３の吸引力による影響をほとんど受けることがないため、ほぼ垂直方向に配向され、エア供給配管１の開口面積が最小となる。この構成によれば、エアポンプ３から吸気口へ（図面左側から右側へ）向けて伝達される吸気音は、ほとんどがこの開閉部材２によって反射される。これにより、低流量時に吸気口から発生する低周波数音（篭もり音）を抑制することができる。
【００２３】
次に、吸気量が増大していくと、図４に示したように、エアポンプ３の吸引力に追従して、開閉部材２は、エア供給配管１の内側上面に軸によって回転自在に支持された上端を回転軸としてその下端がエアポンプ３側に持ち上げられていき、エア供給配管１の開口面積が増大していく。そして、吸気量が最大になると、図５に示したように、エアポンプ３の吸引力に追従して、開閉部材２は、その下端がエア供給配管１の内側上面に近接する程に持ち上げられ、エア供給配管１の開口面積が最大となる。これらの構成においては、エア流量が多くなり、低周波数音（篭もり音）が発生することがないため、燃料電池への十分なエア供給ができる程度にエア供給配管１の開口面積を大きくしても問題は生じない。
【００２４】
このように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吸引力に追従して、反応ガス供給経路の開口面積が自動的に増大させる構成の開閉部材を反応ガス供給経路に配置することにより、さらなるデバイスを追加することなく、アイドル時から初加速時において反応ガスの流量が少ない場合には、反応ガス供給経路の開口面積を最小とし、反応ガスの流量が多くなるにしたがい、反応ガス供給経路の開口面積も増大させることで、低流量時に吸気口から発生する低周波数音（篭もり音）を低減することができる。また、反応ガスが中高流量のときには、図８（ａ）〜（ｃ）のように下端に切り欠き、スリットまたは孔を設けて開閉部材２の形状を調整することで、中高周波の低減を行うことも可能である。
【００２５】
開閉部材２としては、上述のもののほか、圧力損失や流れの分布等で問題がなければ、図９（ａ）のように厚みや形状の異なる複数個の部材を隣接させたり、図９（ｂ）あるいは（ｃ）のように複数個の部材を組み合わせて配置することで、抑制したい音を適切に狙うことができる。また、開閉部材２の形状は平板状ではなく複雑な形状であってももちろんよい。
【００２６】
次に、本発明の燃料電池車用吸気システムにおける開閉部材の設置位置について図６及び７を用いて説明する。図６は、反応ガス供給経路の上流側の反応ガス供給ポンプ近傍に開閉部材を設けた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り、図７は、反応ガス供給経路の下流側の吸気口近傍に開閉部材を設けた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においては、エアポンプ３にはエア供給配管１が接続され、エア供給配管１にはエアクリーナー４が介装されている。そして、エア供給配管１の上流側のエアポンプ３近傍に開閉部材２が配置されている。このような構成によれば、音源であるエアポンプ３の近傍において吸気音が抑制されるため、開閉部材２から吸気口までにおける放射音が顕著に低減される。
【００２７】
また、図７においては、エアポンプ３にはエア供給配管１が接続され、エア供給配管１にはエアクリーナー４が介装されている。そして、エア供給配管１の下流側の吸気口近傍に開閉部材２が配置されている。このような構成によれば、アイドル時から初加速時においては吸気口が塞がれた状態となるため、吸気口への水、雪、ダストの吸入を防ぐことができ、これにより、エアクリーナーフィルタの長寿命化や小型化が実現される。
【符号の説明】
【００２８】
１…エア供給配管、２…開閉部材、３…エアポンプ、４…エアクリーナー
【図１】
2011078170.tif 000003
【図２】
2011078170.tif 000004
【図３】
2011078170.tif 000005
【図４】
2011078170.tif 000006
【図５】
2011078170.tif 000007
【図６】
2011078170.tif 000008
【図７】
2011078170.tif 000009
【図８】
2011078170.tif 000010
【図９】
2011078170.tif 000011