(57)【要約】【課題】熱交換器による放熱量を正確に制御できること。【解決手段】電力を発生する発電部が電力ユニットに備えられ、この発電部からの水蒸気及び空気を冷却する熱交換器４３と、この熱交換器４３への冷却風を発生する冷却ファン４４と、熱交換器４３と冷却ファン４４を連結して冷却風を案内する排出ダクト５２とを有する電力ユニットの冷却装置５０において、排出ダクト５２は樹脂にて構成されると共に、金属製の支持枠４６に取り付けられて支持され、熱交換器４３及び冷却ファン４４は、排出ダクト５２の両側に設けられた流入開口部５９、排出開口部６０にそれぞれ取り付けられて、この排出ダクト５２を介して支持枠体４６に支持されたものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生する発電部が電力ユニットに備えられ、
この発電部からの流体を冷却する熱交換器と、この熱交換器への冷却風を発生する冷却ファンと、前記熱交換器と前記冷却ファンを連結して冷却風を案内するダクトと、を有する電力ユニットの冷却装置において、
前記ダクトは樹脂にて構成されると共に、金属製の支持枠体に取り付けられて支持され、
前記熱交換器及び前記冷却ファンは、前記ダクトの両側に設けられた開口部に取り付けられ、このダクトを介して前記支持枠体に支持されたことを特徴とする電力ユニットの冷却装置。
【請求項２】
前記ダクトは、熱交換器側の第１開口部が、冷却ファン側の第２開口部よりも大きな面積に形成され、このダクト内には、前記第１開口部から前記第２開口部へ延びる仕切り板が、前記第１開口部と前記第２開口部のそれぞれの全領域に複数枚、所定間隔に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の電力ユニットの冷却装置。
【請求項３】
前記仕切り板は、ダクトの鉛直方向に延在して設けられたことを特徴とする請求項２に記載の電力ユニットの冷却装置。
【請求項４】
前記電力ユニットは、一人の運転者が着座する運転シートの下方で車体カバーに囲まれた空間内に収納され、前記発電部が発電した電力により走行可能な電動車両に搭載されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電力ユニットの冷却装置。
【請求項５】
前記発電部がダイレクトメタノール型燃料電池であることを特徴とする請求項４に記載の電力ユニットの冷却装置。
【請求項６】
前記車体カバーには、運転者の足載せ部側の前壁に冷却風取入口が、車両幅方向の側壁に冷却風排出口がそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項４に記載の電力ユニットの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力ユニットの冷却装置に係り、特に発電部を備えた電力ユニットにおいて、熱交換器及び冷却ファンを有する電力ユニットの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在販売されているハンドル型電動車椅子車両は、電動モータを駆動するための電力がバッテリから供給されるものがほとんどであるが、近年、燃料電池にて発生した電力を電動モータへ供給する燃料電池搭載型の車両が開発されている。
【０００３】
燃料電池は、電気化学反応により電力を発生するが、この反応に伴い発熱するため、燃料電池からは、高温の水蒸気を含んだ排ガスが排出されることになる。一方、特にダイレクトメタノール型燃料電池システムでは、燃料となるメタノールは希釈されて燃料電池へ供給されるが、この希釈用に上記排ガス中の水が利用される。
【０００４】
そこで、燃料電池からの排ガス（空気、水蒸気など）を熱交換器内に流動させ、この熱交換器へ冷却ファンから冷却風を送風させる冷却装置を備えたダイレクトメタノール型燃料電池システムを有する小型電動車両が特許文献１に開示されている。この冷却装置により排ガス中の水蒸気が凝縮されて水が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の冷却装置では、熱交換器が、車体フレームに固着された金属製の支持部材に直接取り付けられているので、この支持部材を介して熱交換器の熱が放熱され、または熱交換器へ熱が吸熱されてしまう。このため、熱交換器の放熱量を冷却ファンの作動による冷却風量によって正確に制御できず、希釈用の水が生成され過ぎて溢水したり、生成水が不足して燃料の希釈が不適切となり燃料電池システムが停止してしまう恐れがある。
【０００７】
また、冷却ファンからの冷却風が熱交換器の全面に均一に当たらない場合があり、この場合には、熱交換器の冷却効率が低下してしまい、熱交換器を大型化しなければ冷却性能を確保できない恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、熱交換器による放熱量を正確に制御できる電力ユニットの冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電力を発生する発電部が電力ユニットに備えられ、この発電部からの流体を冷却する熱交換器と、この熱交換器への冷却風を発生する冷却ファンと、前記熱交換器と前記冷却ファンを連結して冷却風を案内するダクトと、を有する電力ユニットの冷却装置において、前記ダクトは樹脂にて構成されると共に、金属製の支持枠体に取り付けられて支持され、前記熱交換器及び前記冷却ファンは、前記ダクトの両側に設けられた開口部に取り付けられ、このダクトを介して前記支持枠体に支持されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱交換器は、熱伝導率の高い金属製の支持枠体に接触するのではなく、熱伝導率の低い樹脂製のダクトに接触し、このダクトを介して前記支持枠体に支持される。このため、熱交換器が支持枠体から熱的に絶縁されることになるので、この熱交換器による放熱量を、冷却ファンの作動による冷却風量によって正確に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る電力ユニットの冷却装置における一実施形態が適用された燃料電池搭載電動車両を示す全体側面図。
【図２】図１の車体カバー内部の動力室における電力ユニットを示す斜視図。
【図３】図２の電力ユニットにおける一部（冷却装置）を拡大して示す斜視図。
【図４】図３の冷却装置を示す正面図。
【図５】図３の冷却装置を示す平面図。
【図６】図３の冷却装置を示す水平断面図。
【図７】燃料電池システムのシステム構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る電力ユニットの冷却装置における一実施形態が適用された燃料電池搭載電動車両を示す全体側面図である。
【００１４】
図１に示す燃料電池搭載電動車両としてのハンドル型電動車椅子車両１０は、車両の前端部に左右一対の前輪１１が、車両の後端部に左右一対の後輪１２がそれぞれ設けられ、車両前部に、運転者用の足載せ部としての低床の足載せフロア１３が、車両後部に運転シート１４がそれぞれ設置され、この運転シート１４の下方に、車体カバー１５で覆われた空間に電力ユニット１６（図２）を収容した動力室１７が設けられて構成される。
【００１５】
図１に示す足載せフロア１３は、運転シート１４に着座した一人の運転者が足を揃えて置くことが可能になるようにフラット形状に形成されている。また、運転シート１４は、背もたれ付きの椅子型に構成される。
【００１６】
電力ユニット１６は、図２に示すように、燃料電池システム１８及び二次電池１９を有するハイブリッド型に構成される。この電力ユニット１６は、燃料電池システム１８にて発生した電力（電気エネルギー）と、この電力を蓄電した二次電池１９からの電力を、電動モータを具備した駆動ユニット２０（図１）へ供給して後輪１２を駆動する。
【００１７】
上述のハンドル型電動車椅子車両１０の車体フレーム２１はプラットフォーム型の車体フレームであり、車幅方向に左右一対配置されたメインフレーム２２と、このメインフレーム２２間に架設される複数本のビーム部材２３（図２）とを有して構成される。また、メインフレーム２２の中央前側には、足載せフロア１３用のフロア部材２４が、この一対のメインフレーム２２間に架設される。更に、メインフレーム２２の後部には、湾曲形状に形成されたシートパイプ２５が跨設され、このシートパイプ２５の中央頂部に、運転シート１４を支持するシートポスト２６が取り付けられている。
【００１８】
このように構成された車体フレーム２１の前端部に前輪１１が、図１に示すように、前輪懸架装置（不図示）、及びステアリングポスト２７を備えるステアリング機構によって左右に操舵可能に枢支される。ステアリングポスト２７は、運転者の足元を覆うレッグシールド２８内を上方へ向かって延び、その上端部に操向ハンドル２９が回転一体に設けられる。前輪１１は、ステアリングポスト２７を介して操向ハンドル２９により左右に操舵される。
【００１９】
車体フレーム２１の後端部に設けられたピボットブラケット３０に、駆動ユニット２０の前端部が上下方向にスイング自在に枢着されると共に、この駆動ユニット２０は、クッションユニット３１によって車体フレーム２１のシートパイプ２５に弾性的に支持される。この駆動ユニット２０は、電動モータ及びギアケース（共に図示せず）を備える。
【００２０】
さて、運転シート１４の下方に配置された動力室１７の電力ユニット１６（図２）は燃料電池システム１８を有するが、この燃料電池システム１８はダイレクトメタノール型燃料電池システムである。ダイレクトメタノール型燃料電池システムは、メタノールを燃料として、発電部としての燃料電池（ダイレクトメタノール型燃料電池）の負極へ直接投入して電気エネルギーを発生させるものである。
【００２１】
このダイレクトメタノール型燃料電池システムを、図７を用いて説明する。燃料電池としてのセルスタック３２の負極に燃料を、正極に空気（酸素）をそれぞれ供給することにより、当該セルスタック３２において電気化学反応が行われて電力が発生すると共に、負極に二酸化炭素が、正極に水が生ずる。
【００２２】
燃料系については、燃料タンク３３に貯溜された燃料（例えばメタノール５４％水溶液）は、燃料ポンプ３４によって循環タンク３５へ供給され、この循環タンク３５内で水により最適濃度（例えばメタノール３％水溶液）まで希釈される。この希釈された燃料は、燃料フィルタ（不図示）にて不純物が除去された後に、循環ポンプ３７によってセルスタック３２の負極へ送り込まれる。
【００２３】
セルスタック３２の出力特性は燃料濃度に大きく影響されるため、循環タンク３５内の燃料濃度（メタノール水溶液濃度）が監視され、この濃度情報に基づき水ポンプ３８及び燃料ポンプ３４の駆動が制御されて、水タンク３９から水が、燃料タンク３３から燃料が循環タンク３５内へそれぞれ供給されて、この循環タンク３５内の燃料濃度が最適濃度になるように調整される。
【００２４】
また、セルスタック３２の負極出口から排出された未反応燃料と、電気化学反応により発生した二酸化炭素等は、金属イオン吸着フィルタ４０を経て循環タンク３５へ導かれ、未反応燃料は燃料として再利用され、二酸化炭素は水タンク３９へ導入される。金属イオン吸着フィルタ４０は未反応燃料（メタノール水溶液）中の金属イオンを吸着して除去し、これによりセルスタック３２の発電効率の低下を防止する。
【００２５】
空気系については、エアフィルタ４１にて空気中の不純物が除去され、コンプレッサ４２にてセルスタック３２の正極へ空気（酸素）が圧送される。セルスタック３２の正極出口からは、未反応の空気と、電気化学反応により生成された水とが排出される。
【００２６】
ここで、セルスタック３２の最適運転温度は７０℃〜８０℃程度と比較的高温であるため、生成水の多くは水蒸気の状態となっている。循環タンク３５にて燃料（メタノール）を希釈するためには、生成水を水の状態にして水タンク３９に貯溜する必要がある。そこで、セルスタック３２の正極出口の未反応空気と水蒸気を熱交換器４３へ導入し、この熱交換器４３へ冷却ファン４４の作動で冷却風を導くことにより、これらの未反応空気および水蒸気を冷却し、水蒸気を凝集させて生成水の回収率を高めている。この回収した生成水が、上述の如く燃料の希釈に利用される。
【００２７】
熱交換器４３により冷却された未反応空気及び水蒸気と、水タンク３９に排出された二酸化炭素は、水タンク３９内で混合され、排気フィルタ４５により有害成分が除去された後に大気中へ排出される。
【００２８】
上述のような構成の燃料電池システム１８を含む電力ユニット１６の構成部品のレイアウトを以下に説明する。
【００２９】
図１及び図２に示すように、電力ユニット１６では、動力室１７において、シートパイプ２５を境にして車両進行方向の前側に上述の燃料電池システム１８が配置され、後側に二次電池１９と、データロガー４７と、燃料電池システム１８を制御する燃料電池システムコントローラ４８とが配置されている。データロガー４７には、車両運転時における燃料電池システム１８の状態に関するデータが格納されている。
【００３０】
燃料電池システム１８では、動力室１７の前側下部にセルスタック３２、循環タンク３５、金属イオン吸着フィルタ４０及び水タンク３９（図２には不図示）等が配置される。更に、燃料電池システム１８では、動力室１７の前側上部に、エアフィルタ４１、コンプレッサ４２、排気フィルタ４５、循環ポンプ３７、水ポンプ３８及び冷却装置５０（つまり熱交換器４３、冷却ファン４４、吸入ダクト５１、排出ダクト５２（共に後述））等が配置されている。これら動力室１７の前側上部に配置されるコンプレッサ４２、排気フィルタ４５及び冷却装置５０等の機器は、車体フレーム２１に取り付けられた支持枠体４６によりこの車体フレーム２１に支持される。
【００３１】
一方、図１に示すように、燃料タンク３３は、レッグシールド２８内のステアリングポスト２７の前方空間に配置され、車両前後方向の寸法が小さく、車両上下及び左右方向の寸法が大きな板形状に構成されている。符号４９は、この燃料タンク３３への燃料供給口である。
【００３２】
前記冷却装置５０は、前述の如く、セルスタック３２（図７）の正極から排出された空気及び水蒸気を冷却し、水蒸気を凝縮して水として回収するものであり、図３〜図５に示すように、熱交換器４３、冷却ファン４４、吸入ダクト５１及び排出ダクト５２を有して構成される。ここで、図１に示すように、車体カバー１５には、運転者用の足載せフロア１３側の前壁５３に冷却風取入口５５が、車両幅方向の側壁５４に冷却風排出口５６がそれぞれ形成されている。
【００３３】
図３〜図５に示す前記熱交換器４３は、セルスタック３２から排出された水蒸気及び空気を内部に流す間に、冷却ファン４４の作動による冷却風（図３、図５、図６に矢印Ａで示す）を用いて冷却するものである。また、前記冷却ファン４４は、上記冷却風を発生するものである。
【００３４】
前記吸入ダクト５１は、合成樹脂製で箱形状に形成され、車両前方側に吸入開口部５７が形成され、車両幅方向の一側に流出開口部５８が形成される。吸入開口部５７が車体カバー１５の冷却風取入口５５に、流出開口部５８が熱交換器４３にそれぞれ対向して配置される。従って、冷却ファン４４の作動により、外気が車体カバー１５の冷却風取入口５５から冷却風として取り込まれ、図６に示すように、吸入ダクト５１内を吸入開口部５７から流出開口部５８へ向かって直交する方向に流れる。
【００３５】
図３〜図５に示すように、前記排出ダクト５２は、合成樹脂製で箱形状に形成され、車両幅方向の一方の片側に第１開口部としての流入開口部５９が、他方の片側に第２開口部としての排出開口部６０がそれぞれ形成される。排出ダクト５２の底面側には結合部６１が設けられ、この結合部６１が、金属製の前記支持枠体４６にボルト等を用いて取り付けられることで、排出ダクト５２が支持枠体４６に固定して支持される。そして、この排出ダクト５２の流入開口部５９に熱交換器４３が、排出開口部６０に冷却ファン４４が、それぞれボルト等で固定されて取り付けられる。従って、これらの熱交換器４３及び冷却ファン４４は、合成樹脂製の排出ダクト５２を介して金属製の支持枠体４６に支持される。
【００３６】
この取り付け状態で、排出ダクト５２は熱交換器４３と冷却ファン４４とを連結し、冷却ファン４４は、車体カバー１５の冷却風排出口５６（図１）に対応して配置される。従って、冷却風４４の作動により、吸入ダクト５１から熱交換器４３内へ流れて熱交換により温度上昇した冷却風は、熱交換器４３から排出ダクト５２に案内されて冷却ファン４４へ向かって流れ、車体カバー１５の冷却風排出口５６から車両側方へ排出される。
【００３７】
排出ダクト５２の流入開口部５９は、熱交換器４３の側面形状に対応して長方形状に形成される。また、排出ダクト５２の排出開口部６０は、冷却ファン４４の側面形状に対応して正方形状または円形状に形成される。従って、流入開口部５９は、排出開口部６０よりも大きな開口部面積に構成される。更に、図６に示すように、排出ダクト５２の内部には、流入開口部５９から排出開口部６０へ向かって延びる複数枚の仕切り板６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃが、流入開口部５９と排出開口部６０の全領域に、所定間隔（例えば略等間隔）で配設される。これらの仕切り板６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃは、排出ダクト５２の鉛直方向に沿って延在して立設される。
【００３８】
これらの仕切り板６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃと排出ダクト５２の側壁とによって、排出ダクト５２内の空間は、熱交換器４３から冷却ファン４４へ向かう複数の流路６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄに分割される。これらの流路６３Ａ〜６３Ｄの流路断面積は、例えば略同一に形成される。このように排出ダクト５２内に複数枚の仕切り板６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃが設けられて、排出ダクト５２内に流路６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄが形成されることにより、各流路６３Ａ〜６３Ｄを流れる冷却風の流れが整流化される。と同時に、熱交換器４３において、冷却ファン４４に対向しないで外れた部分Ａ２（図５）からも、冷却ファン４４に対向した部分Ａ１（図５）と同様に、これらの部分Ａ１、Ａ２を流れた冷却風が冷却ファン４４に同様に案内されて吸引される。
【００３９】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
【００４０】
（１）合成樹脂製の排出ダクト５２が金属製の支持枠体４６に取り付けられて支持され、熱交換器４３及び７冷却ファン４４がこの排出ダクト５２に取り付けられ、この排出ダクト５２を介して支持枠体４６に支持されている。このように、熱交換器４３は、熱伝導率の高い金属製の支持枠体４６に接触するのではなく、熱伝導率の低い樹脂製の排出ダクト５２に接触し、この排出ダクト５２を介して支持枠体４６に支持される。このため、熱交換器４３が支持枠体４６から熱的に絶縁されることになるので、この熱交換器４３による放熱量を、冷却ファン４４の作動による冷却風量のみによって正確に制御できる。従って、ダイレクトメタノール型の燃料電池システム１８においては、熱交換器４３にて凝縮されて燃料（メタノール）の希釈用に使用される生成水の凝縮量を正確に制御できるので、生成水の不足による燃料電池システム１８の停止や、過剰による水タンク３９からの溢水を防止できる。
【００４１】
（２）排出ダクト５２内には、熱交換器４３側の流入開口部５９から冷却ファン４４側の排出開口部６０へ向かって延びる複数枚の仕切り板６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃが、流入開口部５９、排出開口部６０のそれぞれの全領域に所定間隔で形成されて、流路６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄが排出ダクト５２内に形成されている。このため、冷却ファン４４の作動により、熱交換器４３内を流れた冷却風は、これらの各流路６３Ａ〜６３Ｄを通って同様に冷却ファン４４に吸引される。この結果、冷却風の流路断面積が長方形状である熱交換器４３の全体へ均一に冷却風を供給できるので、熱交換器４３の冷却効率が向上し、この熱交換器４３を小型化できる。
【００４２】
（３）排出ダクト５２内に形成される仕切り板６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃが排出ダクト５２の鉛直方向に延在して設けられている。従って、これらの仕切り板６２Ａ〜６２Ｃが補強メンバーとなるので、排出ダクト５２の剛性を高めることができ、この排出ダクト５２の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
（４）車体カバー１５には、足載せフロア１３側の前壁５３に冷却風取入口５５が、側壁５４に冷却風排出口５６がそれぞれ開口されたので、熱交換器４３を通過して温度上昇した冷却風が冷却風排出口５６を通って車両側方へ排出される。従って、温度上昇した冷却風が運転者に直接当たらないので、運転者に不快感を生じさせることがない。また、車体カバー１５の冷却風排出口５６に対応して冷却ファン４４が車両側方に配置されたので、この冷却ファン４４の騒音が運転者に直接伝達されることを防止できる。
【００４４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
例えば、本実施の形態では、燃料電池システム１８がダイレクトメタノール型燃料電池システムの場合を述べたが、他の燃料電池システム、例えばメタノール改質型燃料電池システムに適用してもよい。また、本実施の形態では、車両がハンドル型電動車椅子車両１０の場合を述べたが、他の燃料電池搭載電動車両に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ハンドル型電動車椅子車両（燃料電池搭載電動車両）
１３  足載せフロア（足載せ部）
１４  運転シート
１５  車体カバー
１６  電力ユニット
１８  燃料電池システム
３２  セルスタック（発電部）
４３  熱交換器
４４  冷却ファン
５０  冷却装置
５２  排出ダクト
５３  前壁
５４  側壁
５５  冷却風取入口
５６  冷却風排出口
５９  流入開口部
６０  排出開口部
６１  結合部
６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ  仕切り板
【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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