(57)【要約】【課題】車両の質量増加を抑制しつつ所定の冷却性能を確保した燃料電池自動車の冷却構造を提供する。【解決手段】車両のパワーユニット室１２に配設された燃料電池スタック１４の車両前方側に配設されたラジエータ１８によって燃料電池スタック１４が効率的に冷却される。一方、パワーユニット室１２内で車両前方から後方に流れる走行風は燃料電池スタック１４で加熱されるが、燃料電池スタック１４の反応温度がエンジンの燃焼温度と比較して低いため、温度上昇が抑制される。この風が燃料電池スタック１４の車両後方側に配置されたコンデンサ３６を通過することによってコンデンサ３６を冷却する。なお、冷暖房空調装置４６の高負荷時には、ウォータータンク（５０）内の水又はウォッシャタンク３２内の液体をコンデンサ３６に供給することで所定の冷却性能を確保する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のパワーユニット室に配置され、水素と空気との化学反応により水が生成される燃料電池スタックと、
前記パワーユニット室において、前記燃料電池スタックよりも車両前方側に配置され、前記燃料電池スタックを冷却させるためのスタック冷却ユニットと、
前記燃料電池スタックの車両後方側に配置され、車室の空調を行うと共に除湿した水を排出する冷暖房空調装置と、
車両前後方向において前記燃料電池スタックと前記冷暖房空調装置の間に配置されると共に、前記燃料電池スタック及び前記冷暖房空調装置から供給された水を貯留するウォータータンクと、
ダッシュパネルの車両前方に配置され、前記ウォータータンクから供給された液体によって冷却可能とされた冷暖房空調装置の熱交換部と、
を備える燃料電池自動車の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池自動車の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池自動車では、燃料電池スタックを所定温度に維持するために、車両先端部近傍に配置されたラジエータ(冷却ユニット)によって冷却を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０４１９４７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池スタックにおける反応温度は８０℃〜１００℃程度であり、エンジンの燃焼温度よりも低いため、冷却負荷が高い。また、燃料電池自動車では、車室内の空調を行う空調ユニットの熱交換を行うコンデンサが車両先端部近傍（ラジエータの近傍）に配置されている。このため、燃料電池スタックに対して所定の冷却性能を確保するために、複数のラジエータを車両先端部近傍に配置している。
【０００５】
このように、燃料電池自動車の先端部近傍に複数のラジエータとコンデンサが配設されると、車両先端部近傍の質量が増加し、車両のヨー慣性モーメントが増加する。すなわち、燃料電池自動車の操縦安定性について改善の余地があった。
【０００６】
なお、ダッシュパネルの前にコンデンサとラジエータを配置して、燃料電池自動車の先端近傍の質量増大という問題の解決を図ったものもあるが、燃料電池自動車の高負荷時に所定の冷却性能を確保できないという不都合があった。
【０００７】
すなわち、燃料電池自動車の冷却構造において、コストや質量増加を抑制しつつ、安定した冷却性能を発揮できるものが求められている。
【０００８】
本発明は上記事実を考慮し、車両の質量増加を抑制しつつ所定の冷却性能を確保した燃料電池自動車の冷却構造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】
【０００９】
請求項１記載の発明に係る燃料電池自動車の冷却構造は、車両のパワーユニット室に配置され、水素と空気との化学反応により水が生成される燃料電池スタックと、前記パワーユニット室において、前記燃料電池スタックよりも車両前方側に配置され、前記燃料電池スタックを冷却させるためのスタック冷却ユニットと、前記燃料電池スタックの車両後方側に配置され、車室の空調を行うと共に除湿した水を排出する冷暖房空調装置と、車両前後方向において前記燃料電池スタックと前記冷暖房空調装置の間に配置されると共に、前記燃料電池スタック及び前記冷暖房空調装置から供給された水を貯留するウォータータンクと、ダッシュパネルの車両前方に配置され、前記ウォータータンクから供給された液体によって冷却可能とされた冷暖房空調装置の熱交換部と、を備える。
【００１０】
このように構成された燃料電池自動車の冷却構造では、車両のパワーユニット室に配設された燃料電池スタックの車両前方側に配設されたスタック冷却ユニットは、燃料電池スタックの車両後方側に配設された冷暖房空調装置の熱交換部と離間されたため、燃料電池スタックを効率的に冷却することができる。
【００１１】
一方、パワーユニット室内で車両前方から後方に流れる風は、燃料電池スタックによって加熱されるが、燃料電池スタックの反応温度はエンジンの燃焼温度と比較して低いため、温度上昇が抑制される。
【００１２】
この風がパワーユニット室において燃料電池スタックの車両後方側に配置された冷暖房空調装置の熱交換部に通過することによって熱交換部を冷却する。この熱交換部も、スタック冷却ユニットと離間されているため、効率的に熱交換（冷却）することができる。
【００１３】
なお、燃料電池自動車が高負荷時でパワーユニット室内の風のみでは冷却性能が確保できない場合には、ウォータータンクから液体を熱交換器に供給して冷却することで熱交換性能が確保される。
【００１４】
ところで、このウォータータンクは、パワーユニット室内の車両前後方向において燃料電池スタックと冷暖房空調装置の間に配置されている。したがって、燃料電池スタック及び冷暖房空調装置からウォータータンクまでの距離が短く、ウォータータンクに供給される水の温度上昇が抑制される。すなわち、ウォータータンクから供給される液体による熱交換器の冷却性能が一層向上する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明に係る燃料電池自動車の冷却構造は、上記構成としたので、車両の質量増加を抑制しつつ、所定の冷却性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造を示す模式的な車両側断面図である。
【図２】一実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造を示す模式的な平面図である。
【図３】一実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造を示す模式的な正面図である。
【図４】一実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造のウォッシャタンクを示す模式的な断面図である。
【図５】一実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造と空調装置との関係を示す模式的な平面図である。
【図６】他の例に係る燃料電池自動車の冷却構造のウォッシャタンクを示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施形態］
本発明の一実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造について図１〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池自動車の冷却構造は、燃料電池自動車に搭載されたものである。また、各図、特に、図２、図３、図５等において、燃料電池自動車の冷却構造と関連しないものは、図示省略している。さらに、各図において矢印ＦＲは車両前方、矢印Ｗは車幅方向、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。
【００１８】
［構成］
燃料電池自動車の冷却構造が適用された燃料電池自動車１０は、パワーユニット室１２に燃料電池スタック１４が配設されている。燃料電池スタック１４は、図２に示すように、パワーユニット室１２でサスペンションメンバ１６の上に設置されている。サスペンションメンバ１６は、車幅方向両端部で車両前後方向に延在するサイド部１６Ａ、１６Ｂと、両サイド部１６Ａ、１６Ｂの車両後方側端部を車幅方向に接続する接続部１６Ｃと、を有する。すなわち、燃料電池スタック１４は、後述する車両駆動用モータ２６と一体化され、サイド部１６Ａ、１６Ｂ間に架けられることによって、パワーユニット室１２に設置されている。
【００１９】
また、図１に示すように、パワーユニット室１２において、燃料電池スタック１４の車両前方側には、燃料電池スタック１４を冷却するためのラジエータ１８とファン２０が配設されている。このラジエータ１８とファン２０が燃料電池スタック１４の「スタック冷却ユニット」に相当する。
【００２０】
なお、ラジエータ１８の車両前方側には、バンパ２２と、バンパ２２の車両後方側で一対のフロントサイドメンバ２３（図２参照）の先端（前端）間に取り付けられたバンパリインフォース２４とが配設されている。また、図１に示すように、車両先端部に設けられたラジエータグリル等の開口部２５を介してパワーユニット室１２内に走行風が導入される構成である。
【００２１】
また、パワーユニット室１２において燃料電池スタック１４の車両側方には、図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１４で発電された電気によって駆動される車両駆動用モータ２６が配設されている。
【００２２】
車両駆動用モータ２６の車両後方側には、モータの駆動力が伝達されるデファレンシャルギア２８と、ステアリングギア３０とが設けられている。ステアリングギア３０の車両下方側にはサスペンションメンバ１６（接続部１６Ｃ）が配設されている。
【００２３】
また、図１及び図２に示すように、パワーユニット室１２においてステアリングギア３０の車両上方側（図１参照）で車幅方向一端部（サイド部１６Ａ）側には、ウォッシャ液を貯留するウォッシャタンク３２が配設されている。ウォッシャタンク３２の詳細については、後述する。
【００２４】
さらに、図１及び図２に示すように、パワーユニット室１２において、燃料電池スタック１４の車両後方側でダッシュパネル３４（後述する冷暖房空調装置４６）の車両前方側には、ダッシュパネル３４に沿って空調用のコンデンサ３６とファン３８が配設されている。図２に示すように、コンデンサ３６とファン３８は、フロアパネル４０に形成された車両後方側に延在するトンネル部４２の車両前方側に配設されており、コンデンサ３６を通過した風がフロアパネル４０のトンネル部４２内を経て車両後方側に流れる構成となっている。なお、コンデンサ３６が、「冷暖房空調装置の熱交換器」に相当する。
【００２５】
なお、図２及び図５では、傾斜して配設されているコンデンサ３６とファン３８を、図の簡略化のため直立しているように記載している。
【００２６】
また、フロアパネル４０のトンネル部４２には、燃料電池スタック１４に水素を供給するための水素タンク４４が配設されている。さらに、トンネル部４２の上方には、図１に示すように、冷暖房空調装置４６が配設されている。
【００２７】
続いて、ウォッシャタンク３２について詳細に説明する。
ウォッシャタンク３２は、図３及び図４に示すように、内部にウォッシャ液が貯留される略矩形状のタンクである。ウォッシャタンク３２の内部には、燃料電池スタック１４及び冷暖房空調装置４６から排出された水を一旦貯留するウォータータンク５０が配設されている。すなわち、燃料電池スタック１４からウォータータンク５０まで延在する水供給管５４と冷暖房空調装置４６の下部からウォータータンク５０まで延在する水排出管５６とによって、燃料電池スタック１４及び冷暖房空調装置４６からウォータータンク５０に水が供給される構成とされている。
【００２８】
また、ウォッシャタンク３２の内部には、ウォッシャタンク３２とウォッシャノズル５２、又はウォータータンク５０とコンデンサ３６（後述する冷却水供給管６４）とを選択的に連通する電磁切換弁５８が備えられている。さらに、ウォッシャノズル５２にウォッシャ液、又はコンデンサ３６（冷却水供給管６４）に水を供給するポンプ６０が備えられている。
【００２９】
なお、ポンプ６０からウォッシャノズル５２までウォッシャ液供給管６２が配設されていると共に、ポンプ６０からコンデンサ３６の上部まで冷却水供給管６４が配設されている。冷却水供給管６４のコンデンサ側端部は、コンデンサ３６の上部をコンデンサ３６の延在（車幅）方向に沿って配設されており、図示しない孔部からコンデンサ３６に水滴が滴下される構成である。
【００３０】
また、図５に示すように、車室７０の内部には、運転席７２の車両前方に車室内の空調の設定及び制御を行う制御装置７４が設けられている。また、車室７０の車両前方側には、冷暖房空調装置４６から車室内に調温された空気を吹き出すブロア吹出口７６が設けられている。さらに、車室７０には、車室内の温度を検出する温度センサ７８が配設されている。
【００３１】
制御装置７４は、設定された温度と、温度センサ７８で検出された車室７０の温度とに基づいて、ファン３８、電磁切換弁５８、ポンプ６０等を駆動制御することで、車室内の空調を適切に制御する構成である。
【００３２】
なお、初期（通常）設定では、電磁切換弁５８はウォッシャタンク３２とウォッシャノズル５２とを連通させている。
【００３３】
［作用］
このように構成された燃料電池自動車１０の作用について説明する。
【００３４】
燃料電池スタック１４に水素タンク４４から水素が供給されると共に空気が供給されることで、燃料電池スタック１４で発電され、車両駆動用モータ２６が駆動されることにより燃料電池自動車１０が走行する。
【００３５】
この際、燃料電池自動車１０の先端部分の開口部２５からパワーユニット室１２内に吹き込んだ空気の流れ（走行風）が、ラジエータ１８を冷却する。
【００３６】
この際、ラジエータ１８は、車両先端部の開口部２５の直後に配設されているため、最も外気温に近い低い温度の空気が吹き当てられると共に、ダッシュパネル３４の近傍に配設されたコンデンサ３６と離間されているため、効率的に冷却される。したがって、反応温度が低い燃料電池スタック１４であっても、一つのラジエータ１８で十分に冷却することが可能となる。
【００３７】
一方、ラジエータ１８を冷却した（ラジエータ１８で熱交換された）走行風は、燃料電池スタック１４や車両駆動用モータ２６の脇を通過してコンデンサ３６に到る。
【００３８】
ここで、例えば、制御装置７４における車室７０の設定温度が２０℃で、温度センサ７８で検出された温度が２０℃以上２２℃未満の場合には、制御装置７４はファン３８を駆動させず、電磁切換弁５８の通常状態を維持する。すなわち、コンデンサ３６は、走行風のみで冷却される。
【００３９】
これは、燃料電池スタック１４の反応温度が低いため、燃料電池スタック１４を通過した走行風でもコンデンサ３６を十分に冷却することができるためである。また、コンデンサ３６は、ダッシュパネル３４の車両前方に配置されているが、フロアパネル４０のトンネル部４２の車両前方側なので、効率的に走行風が流れて冷却することができるためである。
【００４０】
一方、例えば、制御装置７４における車室７０の設定温度が２０℃で、温度センサ７８で検出された温度が２２℃以上２４℃未満の場合には、制御装置７４はファン３８を駆動させる。これにより、走行風の風速が増加され、コンデンサ３６の冷却性能を向上させて対応することができる。
【００４１】
さらに、冷暖房空調装置４６の負荷が大きい場合、例えば、制御装置７４における車室７０の設定温度が２０℃で、温度センサ７８で検出された温度が２４℃以上の場合には、制御装置７４はファン３８を駆動させると共に、電磁切換弁５８を切り換えウォータータンク５０と冷却水供給管６４を連通させ、ポンプ６０を駆動させる。これにより、ウォータータンク５０から冷却水供給管６４に水を供給し、冷却水供給管６４からコンデンサ３６に水滴を滴下することによって、コンデンサ３６を冷却する。
【００４２】
このように、冷暖房空調装置４６の負荷が大きく、走行風やファン３８の駆動のみではコンデンサ３６の熱交換（冷却）が十分でない場合には、ウォータータンク５０から冷却水供給管６４に水（冷却水）を供給することにより、コンデンサ３６に水滴を滴下させてコンデンサ３６の冷却性能を確保している。
【００４３】
このように、燃料電池自動車１０では、燃料電池スタック１４の車両前方側、すなわち、車両先端の開口部２５の車両後方側にラジエータ１８を設置し、燃料電池スタック１４の車両後方側、すなわち、ダッシュパネル３４の車両前方側にコンデンサ３６を配設している。
【００４４】
これにより、走行風によるラジエータ１８の冷却がコンデンサ３６によって阻害されることはなく、単独のラジエータ１８で反応温度の低い燃料電池スタック１４を十分に冷却することができる。
【００４５】
また、燃料電池自動車１０の車両前方側に単一のラジエータ１８及びファン２０のみを配置しているので、複数のラジエータを配設した場合やコンデンサも配設した場合と比較して車両のヨー慣性モーメントが低減し、燃料電池自動車１０の操縦安定性が向上する。
【００４６】
一方、コンデンサ３６には、燃料電池スタック１４や車両駆動用モータ２６の脇をすり抜けた走行風が吹き当てられるが、燃料電池スタック１４の反応温度がエンジンの燃焼温度等と比較して相対的に低いため、走行風の温度が比較的低温となり、コンデンサ３６を十分に冷却することができる。
【００４７】
また、コンデンサ３６は、ダッシュパネル３４の直前に設けられているが、その後方にはトンネル部４２が形成されているため、走行風の流れが阻害されることはない。
【００４８】
さらに、冷暖房空調装置４６の負荷が高い場合には、ウォータータンク５０に貯留された水が冷却水供給管６４に供給され、コンデンサ３６に水滴として滴下されるため、十分に冷却することができる。
【００４９】
特に、ウォータータンク５０（ウォッシャタンク３２）は、車両前後方向において燃料電池スタック１４と冷暖房空調装置４６の間に配設されているため、水供給管５４と水排出管５６の管路長が短くて済み、水の温度上昇が抑制される。したがって、コンデンサ３６に対する冷却性能が一層向上する。
【００５０】
また、ウォータータンク５０は、冷暖房空調装置４６よりも車両下方側に位置しているため、水排出管５６を介してウォータータンク５０に自動的に水を貯留することができる。さらに、ウォータータンク５０は、燃料電池スタック１４の車両下方側に位置しているため、水供給管５４を介してウォータータンク５０に水を供給し易い。
【００５１】
［バリエーション］
上記実施形態では、ウォッシャタンク３２とウォータータンク５０を別体としたが、ウォータータンク５０をなくす構成とすることもできる。
【００５２】
図６に示すように、ウォッシャタンク８０には、ウォッシャ液の注入管８２と共に水供給管５４と水排出管５６が上部に連通している構成である。すなわち、ウォッシャタンク８０の内部でウォッシャ液と水が混合される構成である。以下、混合された液体を「混合液」という。
【００５３】
また、ウォッシャタンク８０の内部には、ポンプ６０と電磁切換弁５８が備えられている。通常時には、ウォッシャタンク８０とウォッシャ液供給管６２が連通されているが、コンデンサ３６を冷却する場合には、電磁切換弁５８を切り換えてウォッシャタンク８０と冷却水供給管６４とを連通させて、混合液の液滴をコンデンサ３６に滴下することにより冷却するものである。
【００５４】
このように、ウォッシャ液と水を混合した混合液を、ウォッシャ液として使用すると共にコンデンサ３６の冷却に用いることで、ウォッシャタンク３２にウォータータンクの機能をもたせることができると共に、構成を簡略化することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  燃料電池自動車
１２  パワーユニット室
１４  燃料電池スタック
１８  ラジエータ（スタック冷却ユニット）
２０  ファン（スタック冷却ユニット）
３６  コンデンサ（冷暖房空調装置の熱交換部）
４６  冷暖房空調装置
５０  ウォータータンク
７０  車室
８０  ウォッシャタンク（ウォータータンク）
【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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