(57)【要約】【課題】燃料電池車両における車体スペースを有効利用して、燃料電池と駆動モータの冷却性能を向上させることできる燃料電池車両の冷却構造を提供する。【解決手段】燃料電池２と、燃料電池２の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータ３と、燃料電池２を主ラジエータ４により冷却するための第１の冷却流路５と、前記駆動モータ３又は前記駆動モータ３の動力動力制御装置５０を副ラジエータ６により冷却するための第２の冷却流路７とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、主ラジエータ４を車体の前面かつ中央に配置し、副ラジエータ６を車体の前面でかつその熱交換面６Ａが主ラジエータ４の熱交換面４Ａと重なり合わないようにして車幅方向にずらして配置したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、燃料電池の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータと、燃料電池を主ラジエータによって冷却された第１の冷却媒体により冷却するための第１の冷却流路と、前記駆動モータ又は前記駆動モータの動力制御装置を副ラジエータによって冷却された第２の冷却媒体により冷却するための第２の冷却流路とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、主ラジエータを車体の前面かつ中央に配置し、副ラジエータを車体の前面でかつその熱交換面が主ラジエータの熱交換面と重なり合わないようにして車幅方向にずらして配置したことを特徴とする燃料電池車両の冷却構造。
【請求項２】
燃料電池と、燃料電池の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータと、燃料電池を主ラジエータによって冷却された第１の冷却媒体により冷却するための第１の冷却流路と、前記駆動モータ又は前記駆動モータの動力制御装置を副ラジエータによって冷却された第２の冷却媒体により冷却するための第２の冷却流路とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、車体前後方向に沿って配置された左右一対のメインフレームの間の車幅方向ほぼ全域に渡って主ラジエータを車体の前面に配置し、副ラジエータを車体の前面でかつメインフレームの外側に配置したことを特徴とする燃料電池車両の冷却構造。
【請求項３】
前記副ラジエータをその熱交換面が斜め前方外側に向くように配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車両の冷却構造。
【請求項４】
前記主ラジエータをその熱交換面が斜め上方の前方を向くように配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料電池車両の冷却構造。
【請求項５】
前記主ラジエータと副ラジエータとの間に、両者の間を塞ぐシール部材を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の燃料電池車両の冷却構造。
【請求項６】
主ラジエータに対して副ラジエータの設置高さを低くすることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の燃料電池車両の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池車両における燃料電池及び燃料電池車両の駆動モータ等の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池車両の冷却構造としては、駆動モータ、制御装置等と燃料電池とを独立して冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。又、ラジエータを車体の後部に配置して広い面積を確保するようにした構造が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１５５１３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４１０７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の冷却構造においては駆動モータ、制御装置等と燃料電池とを独立して冷却する点で優れているが、ラジエータを前後に配置する構造であるため、通風抵抗が大きくなる上、前方のラジエータの排熱により後方のラジエータが熱的に影響を受けてしまい、所望の冷却性能を得ることが困難であるという問題がある。又、後者の冷却構造においては、車体後部で広い冷却面積を確保できるメリットがあるが、走行風利用率が低く所望の冷却性能を得ることが困難であり、配管の取り回しが困難となるという問題がある。
そこで、この発明は、燃料電池車両における車体スペースを有効利用して、燃料電池と駆動モータの冷却性能を向上させることできる燃料電池車両の冷却構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池２）と、燃料電池の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータ（例えば、実施形態における駆動モータ３）と、燃料電池を主ラジエータ（例えば、実施形態における主ラジエータ４）によって冷却された第１の冷却媒体により冷却するための第１の冷却流路（例えば、実施形態における第１の冷却流路５）と、前記駆動モータ又は前記駆動モータの動力制御装置（例えば、実施形態における動力制御装置５０）を副ラジエータ（例えば、実施形態における副ラジエータ６）によって冷却された第２の冷却媒体により冷却するための第２の冷却流路（例えば、実施形態における第２の冷却流路７）とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、主ラジエータを車体の前面かつ中央に配置し、副ラジエータを車体の前面でかつその熱交換面（例えば、実施形態における熱交換面６Ａ）が主ラジエータの熱交換面（例えば、実施形態における熱交換面４Ａ）と重なり合わないようにして車幅方向にずらして配置したことを特徴とする。このように構成することで、燃料電池と、駆動モータ（又はその動力制御装置）とを独立して冷却することが可能となると共に、主ラジエータと副ラジエータとが互いに熱的影響を受けることがなくなる。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、燃料電池と、燃料電池の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータと、燃料電池を主ラジエータによって冷却された第１の冷却媒体により冷却するための第１の冷却流路と、前記駆動モータ又は前記駆動モータの動力制御装置を副ラジエータによって冷却された第２の冷却媒体により冷却するための第２の冷却流路とを備えた燃料電池車両の冷却構造であって、車体前後方向に沿って配置された左右一対のメインフレーム（例えば、実施形態におけるメインフレーム２２）の間の車幅方向ほぼ全域に渡って主ラジエータを車体の前面に配置し、副ラジエータを車体の前面でかつメインフレームの外側に配置したことを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池と駆動モータ（又はその動力制御装置）とをメインフレームを挟んで配置された主ラジエータと副ラジエータにより独立して冷却することが可能となると共に、両者をメインフレームによって仕切ることができるので主ラジエータと副ラジエータとが互いに熱的影響を受けることがなくなる。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、前記副ラジエータをその熱交換面が斜め前方外側に向くように配置したことを特徴とする。
このように構成することで、主ラジエータの排出風に副ラジエータの排出風を合流させて排出することが可能となる。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、前記主ラジエータをその熱交換面が斜め上方の前方を向くように配置したことを特徴とする。
このように構成することで、排出風を下側に指向させ、上部が後方に後退している分だけ車両前部のクラッシャブルゾーンを大きく確保でき、車体前高を低く抑えることが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、前記主ラジエータと副ラジエータとの間に、両者の間を塞ぐシール部材（例えば、実施形態におけるメイン遮蔽部材２３）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、他のラジエータからの排出風の回り込みを抑えることが可能となる。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、主ラジエータに対して副ラジエータの設置高さを低くすることを特徴とする。
このように構成することで、ヘッドランプ等の後方に配置される機能部品の配置自由度に悪影響を与えない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、燃料電池車両１は、収納ボックスＳ内に配置された燃料電池（ＦＣ）２と、燃料電池２の発電エネルギーにより車両を駆動する駆動モータ（ＭＯＴ）３と、その駆動モータ３の動力制御装置（ＰＣＵ）５０と、燃料電池２を主ラジエータ４により冷却するための第１の冷却流路５と、前記駆動モータ３及び駆動モータ３の動力制御装置５０を副ラジエータ６により冷却するための第２の冷却流路７とを備えている。
【００１２】
燃料電池２は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟持し更にセパレータで挟持したセルを複数積層して構成されている。アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。この反応は発熱反応であり、その燃料電池２の温度は反応効率を確保するために７０度前後に抑制する必要がある。
【００１３】
駆動モータ３は、燃料電池２あるいは図示しないキャパシタや高圧バッテリなどの蓄電装置の電気エネルギーにより駆動して燃料電池車両１を走行させるためのもので、減速時においては発電機として機能し蓄電装置へ充電を行うものである。
動力制御装置５０は駆動モータ３への電力供給量を制御するもので、駆動モータ３と共に車両の前部（駆動モータ３の上方）に配置されている。
【００１４】
第１の冷却流路５は、燃料電池２内の図示しない冷却流路と後述する車体前側中央部に配置された主ラジエータ４とを結ぶ流路である。この第１の冷却流路５は後述する第２の冷却流路７とは独立しており、主ラジエータ４により冷却されたエチレングリコール系の第１の冷却媒体で燃料電池２を冷却するものである。尚、この第１の冷却媒体は、燃料電池２内の冷却通路を流れる関係で後述する第２の冷却媒体とは異なり添加物を極力少なくしたものとなっている。
ここで、第１の冷却流路５には燃料電池２の出口側ポート８と主ラジエータ４との間に第１のポンプ（Ｗ／Ｐ）９が設けられている。この第１のポンプ９が駆動することにより、第１の冷却流路５内に第１の冷却媒体を強制的に循環させ、主ラジエータ４により冷却された第１の冷却媒体を燃料電池２に供給して冷却している。尚、１０は燃料電池２の入口側ポートを示す。
【００１５】
第２の冷却流路７は、駆動モータ３及び駆動モータ３の動力制御装置５０の図示しない冷却流路と後述する車体前側両側部に配置された一対の副ラジエータ６，６とを結ぶ流路である。この第２の冷却流路７は、副ラジエータ６により冷却されたエチレングリコール系の第２の冷却媒体で駆動モータ３を冷却するものである。尚、この第２の冷却媒体は添加物を混入して劣化を抑え寿命を長くした冷媒である。
具体的には、第２の冷却流路７は一対の副ラジエータ６を結ぶメイン流路１１と、メイン流路１１に接続されかつ駆動モータ３及び駆動モータ３の動力制御装置５０の冷却流路に接続されるサブ流路１２を備えている。
【００１６】
メイン流路１１は左側の副ラジエータ６の前側の出口側ポート１３と右側の副ラジエータ６の前側の入口側ポート１４を接続する前流路１７と、左側の副ラジエータ６の後側の入口側ポート１５と右側の副ラジエータ６の後側の出口側ポート１６を接続する後流路１８を備えている。
サブ流路１２は駆動モータ３の出口側ポート１９と前記メイン流路１１の前流路１７とを接続し、駆動モータ３の入口側ポート２０と前記メイン流路１１の後流路１８とを接続している。そして、駆動モータ３の入口側ポート２０と後流路１８との間には第２のポンプ（Ｐ）２１が介装されている。この第２のポンプ２１が駆動することにより、第２の冷却流路７内に第２の冷却媒体を強制的に循環させ、副ラジエータ６により冷却された第２の冷却媒体を駆動モータ３に供給して冷却している。
【００１７】
ここで、主ラジエータ４は車体の前面かつ中央に配置され、副ラジエータ６は車体の前面でかつ主ラジエータ４と重なり合わないようにして主ラジエータ４の両側に配置されている。具体的には、車体前後方向に沿って配置された左右一対のメインフレーム２２の間の車幅方向ほぼ全域に渡って主ラジエータ４が車体の前面に配置され、副ラジエータ６は車体の前面でかつ各メインフレーム２２の外側に各々配置されている。
【００１８】
ここで、主ラジエータ４はその熱交換面４Ａが斜め上方の前方を向くように傾斜して配置され、前記副ラジエータ６はその熱交換面６Ａが斜め前方外側に向くように傾斜して配置されている。尚、副ラジエータ６は主ラジエータ４に対して設置高さが低く、高さ寸法も小さく形成されている。
前記主ラジエータ４と副ラジエータ６との間には、両者の間に形成された空間部を閉じてシールするためのシール部材としてのメイン遮蔽部材（後述する）２３，２３が設けられ、副ラジエータ６の外側には副ラジエータ６とバンパー２４内面との間に形成された空間部を閉じてシールするためのサブ遮蔽部材（後述する）２５，２５が設けられている。
【００１９】
メインフレーム２２の前端にはフランジ部２６を介してバンパービーム２７がボルト２８により締め付け固定され、このバンパービーム２７には車体前面を構成するバンパー２４が取り付けられている。バンパー２４の両側部は後ろ側に回り込んで、ホイルハウスインナパネル２９に接続されている。
【００２０】
次に図２〜図５に基づいて車体構造を含めた、主ラジエータ４と副ラジエータ６の取付構造を説明する。
図２に示すように、メインフレーム２２の前端部の内側壁には、枠状のバルクヘッド３０の外側壁３１が取り付けられている。この枠状のバルクヘッド３０には主ラジエータ４がバルクヘッド３０の上側部３２を外した状態で上側から挿入して取り付けられるようになっている。主ラジエータ４の後部には図示しないラジエータファンなどが取り付けられており、後述するフロントグリルセンター４７からの空気を吸引することで主ラジエータ４に空気を供給するようになっている。
【００２１】
各メインフレーム２２の外側部にはサポート部材３３が取り付けられている。このサポート部材３３は、図３に示すようにコの字形状の部材で上部と下部に副ラジエータ６の枠状の取付フレーム３４（図２に示す）の固定部３５，３６を備え、中央部にメインフレーム２２の取付部３７を備えている。又、サポート部材３３の下部には、バルクヘッド３０の下部ブラケット３８（図２に示す）に取り付けられる取付部３９が設けられている。
副ラジエータ６の取付フレーム３４は、前記サポート部材３３に車室内側を支持されると共に車室外側をホイルハウスインナパネル２９にブラケット４０を介して支持されている。そして、上記取付フレーム３４に副ラジエータ６が取り付けられた状態で車体に取り付けられるようになっている。副ラジエータ６の後部には主ラジエータ４と同様に図示しないラジエータファンなどが取り付けられており、後述するフロントグリルサイド４８からの空気を吸引することで副ラジエータ６に空気を供給するようになっている。
【００２２】
ここで、前記主ラジエータ４と副ラジエータ６との間には、両者の間を塞ぐメイン遮蔽部材２３が設けられている。このメイン遮蔽部材２３は図４に示すようにメインフレーム２２の逃げ用切り欠き４１を備えた部材であり、副ラジエータ６側に取付部４２を有しており、主ラジエータ４と副ラジエータ６との間の空間部を覆うことによって副ラジエータ６の排出風が両者の空間部から前側に回り込んで再度主ラジエータ４の放熱面４Ａに取り込まれないようにすると共に、前側からの外気が空間部から後方に抜けてしまうのを防止するものである。
【００２３】
又、副ラジエータ６の上側部と外側部に渡る部位にはサブ遮蔽部材２５が取り付けられている。このサブ遮蔽部材２５は、図５に示すように略Ｌ字形状の部材で、上部遮蔽部４３の後縁には副ラジエータ６の上側部に固定される取付フランジ部４４を備え、側部遮蔽部４５後縁には副ラジエータ６の外側部に固定される取付フランジ部４６を備えている。
サブ遮蔽部材２５の上部遮蔽部４３はバンパー２４内面上部に密接し、側部遮蔽部４５はバンパー２４の内面側部に密接してバンパー２４との間の空間部を遮蔽している。これにより副ラジエータ６の排出風の回り込みを防止すると共に、副ラジエータ６に導入される外気が脇から逃げることなく遮蔽されて放熱面６Ａに効率よく導入できるようになっている。
【００２４】
このように配置された主ラジエータ４が、図６に示すようにバンパー２４の前面に形成されたフロントグリルセンター４７から外気を取り込み、副ラジエータ６はバンパー２４の前面両側に形成されたフロントグリルサイド４８，４８から外気を取り込むことで第１の冷却媒体と第２の冷却媒体により燃料電池２と駆動モータ３とを冷却するようになっている。フロントグリルセンター４７は前述したバンパービーム２７の前面に設けられた左右に延びる仕切り５１によって上下に仕切られると共に、フロントグリルサイド４８，４８と共に上下に延びる仕切５２によって仕切られている。これにより、各々のラジエータ４，６へ吸入される空気が互いに影響を受け難いようになっている。ここで、副ラジエータ６の配置部位の上方後部にはヘッドランプ取付開口部４９（図２に示す）が設けられている。
【００２５】
上記実施形態によれば、第１のポンプ９が駆動することにより第１の冷却流路５に主ラジエータ４により冷却された第１の冷却媒体を図１に矢印で示すように流過させて燃料電池２を冷却することができる。又、第２のポンプ２１が駆動することにより第２の冷却流路７に副ラジエータ６，６により冷却された第２の冷却媒体を図１に矢印で示すように流過させて駆動モータ３を冷却することができる。
よって、燃料電池２と駆動モータ３とを独立して冷却することが可能となると共に主ラジエータ４を車体の前面かつ中央に配置し、副ラジエータ６，６を車体の前面でかつその熱交換面６Ａが主ラジエータ４の熱交換面４Ａと重なり合わないようにして主ラジエータ４の両側に配置したため、主ラジエータ４と副ラジエータ６とが互いに熱的影響を受けることがなくなり、かつ配管の取り回しも容易で、燃料電池２と駆動モータ３を最適かつ効率よく冷却管理できる。
【００２６】
又、主ラジエータ４と副ラジエータ６とがメインフレーム２２に取り付けられているため、取付が容易となり取付信頼性を高めつつ燃料電池２と駆動モータ３を最適かつ効率よく冷却管理できる。
ここで、前記副ラジエータ６をその熱交換面６Ａが斜め前方外側に向くように配置したことで、主ラジエータ４の排出風に副ラジエータ６の排出風を合流させて引き込むようにして排出することが可能となるため、排出風がスムーズに流れ停滞が少なく効率の良い冷却を実現できる。
【００２７】
又、前記主ラジエータ４をその熱交換面４Ａが斜め上方の前方を向くように配置したことで、排出風を下側に指向させ、上部が後方に後退している分だけ車両前部のクラッシャブルゾーンを大きく確保でき、熱交換面積を同じにした場合に車体前高を低く抑えることが可能となる。
よって、風抜け性を向上して冷却性能を高めることができると共に、クラッシャブルゾーンの拡大により更に安全性を高めることができ、車体前高を低く抑えて車体造形上の自由度を高め、視認性を確保することが可能となる。
【００２８】
前記主ラジエータ４と副ラジエータ６との間には、両者の間に形成された空間部を閉じてシールするためのメイン遮蔽部材２３，２３が設けられ、副ラジエータ６の外側には副ラジエータ６とバンパー２４内面との間に形成された空間部を閉じてシールするためのサブ遮蔽部材２５，２５が設けられている。
よって、メイン遮蔽部材２３，２３により副ラジエータ６の排出風が両者の空間部から前側に回り込んで再度主ラジエータ４の放熱面４Ａに取り込まれなくなると共に前側からの外気が空間部から後方に抜けてしまうのを防止でき、更にサブ遮蔽部材２５，２５により副ラジエータ６の排出風の回り込みを防止すると共に、副ラジエータ６に導入される外気が脇から逃げることなく遮蔽されて放熱面６Ａに効率よく導入できるため、主ラジエータ４及び副ラジエータ６の双方で大幅に冷却性能を高めることができる。
【００２９】
そして、主ラジエータ４に対して副ラジエータ６の設置高さを低くすることで、ヘッドランプ等の後方に配置される機能部品の配置自由度に悪影響を与えないため、設計の自由度を高められる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、主ラジエータ４や副ラジエータ６の取付に使用されるサポート部材３３等は取付態様の一例であって、他の部材を用いて取り付けるようにしてもよい。又、副ラジエータ６により駆動モータ３及び駆動モータ３の動力制御装置５０を冷却するように構成したが、どちらか一方でもよく、又、他の発熱機器を冷却するようにしても良い。更に、上記実施形態では主ラジエータ４の両側に副ラジエータ６を配置したが、どちらか片側でも良く、この場合は他の側に室内空調用のエアコンコンデンサなどを配置するようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、燃料電池と駆動モータ（又はその動力制御装置）とを独立して冷却することが可能となると共に主ラジエータと副ラジエータとが互いに熱的影響を受けることがなくなるため、燃料電池と駆動モータを最適かつ効率よく冷却管理できる効果がある。
【００３１】
請求項２に記載した発明によれば、燃料電池と駆動モータ（又はその動力制御装置）とをメインフレームを挟んで配置された主ラジエータと副ラジエータにより独立して冷却することが可能となると両者をメインフレームによって仕切ることができるので主ラジエータと副ラジエータとが互いに熱的影響を受けることがなくなる。よって、燃料電池と駆動モータを最適かつ効率よく冷却管理できるという効果がある。
【００３２】
請求項３に記載した発明によれば、主ラジエータの排出風に副ラジエータの排出風を合流させて排出することが可能となるため、排出風がスムーズに流れ停滞が少なく効率の良い冷却を実現できる効果がある。
【００３３】
請求項４に記載した発明によれば、排出風を下側に指向させることができるため、風抜け性を向上して冷却性能を高めることができると共に、上部が後方に後退している分だけ車両前部のクラッシャブルゾーンを大きく確保でき更に安全性を高めることができ、車体前高を低く抑えて車体造形上の自由度を高め、視認性を確保することが可能となる効果がある。
【００３４】
請求項５に記載した発明によれば、他のラジエータからの排出風の回り込みを抑えることが可能となるため、冷却性能を高めることができる効果がある。
【００３５】
請求項６に記載した発明によれば、ヘッドランプ等の後方に配置される機能部品の配置自由度に悪影響を与えないため、設計の自由度を高められる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の燃料電池車両の平断面図である。
【図２】この発明の要部斜視図である。
【図３】この発明の実施形態のサポート部材の斜視図である。
【図４】この発明の実施形態のメイン遮蔽部材の斜視図である。
【図５】この発明の実施形態のサブ遮蔽部材の斜視図である。
【図６】この発明の実施形態のバンパーの斜視図である。
【符号の説明】
２  燃料電池
３  駆動モータ
４  主ラジエータ
４Ａ  熱交換面
５  第１の冷却流路
６  副ラジエータ
６Ａ  熱交換面
７  第２の冷却流路
２２  メインフレーム
２３  メイン遮蔽部材
４０  動力制御装置
【図１】
2004168193.tif 000003
【図２】
2004168193.tif 000004
【図３】
2004168193.tif 000005
【図４】
2004168193.tif 000006
【図５】
2004168193.tif 000007
【図６】
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