(57)【要約】【課題】  車両床下に配置した燃料電池の排気配管の存在による燃料電池システムの搭載性悪化を防止する。【解決手段】  車両の床下に燃料電池３を搭載する支持フレーム５を設ける。支持フレーム５には、その前部フレーム１３の車幅方向中央部から、左第１傾斜フレーム部１７ａ，左第２傾斜フレーム１９ａおよび左側部フレーム１５ａにわたり連続する中空部を設け、この中空部を排気通路３９とする。この排気通路３９に、燃料電池３から排出される空気を、空気系部品３３を通して流し、車両後方の排気配管４１から車外へ排出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の床下に燃料電池を搭載する支持フレームを設け、この支持フレームに中空部を設け、この中空部を前記燃料電池から排出される空気を流す排気通路とすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記支持フレームは、支持フレームに沿って延びる中空部を複数備え、そのうちの少なくとも1つの中空部を前記排気通路とすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、前記支持フレームは、車体前方側の前部フレームと、この前部フレームに連結されかつ車体左右両側部に位置して車体後方に延びる左右一対の側部フレームとをそれぞれ有し、前記前部フレームから前記一対の側部フレームにわたり前記排気通路を連続して設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記排気通路となる中空部に消音器を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、前記消音器を、前記左右一対の側部フレームの中空部にそれぞれ設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、前記左右一対の側部フレームの中空部の後端相互を連通接続する後部フレームを設け、この後部フレームに設けた排気通路となる中空部に前記消音器を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から排出される水素を、前記支持フレーム内の排気通路に、前記燃料電池から排出される空気とともに流すことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、前記支持フレーム内の排気通路に水素希釈器を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記支持フレームは、前記排気通路となる中空部を備えて車幅方向に延びる前部フレームと、この前部フレームに連結され、前記排気通路となる中空部を備えて車体前後方向に延びる側部フレームとをそれぞれ有し、前記前部フレームと前記側部フレームとの間に、複数の屈曲部を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を車両の床下に搭載する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を車両の床下に搭載する燃料電池車両が、下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１５１６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料電池システムにおいては、発電反応のために空気を多目に供給し、反応生成水を含んだ余剰な排気をシステム外に排出する必要がある。
【０００４】
このような状況において、燃料電池およびその補機の配置要件により、上記したシステムからの排気の排出位置は決まってくる。特に、燃料電池システムを車両に搭載した場合に、システムからの排出位置が最終的に車外に排出したい部位と離れている場合に、そこまでの排気配管が必要となる。
【０００５】
しかしながら、排気配管は、システム運転圧や制御性への影響を低減するために、通気圧損を低減するのが好ましく、結果として太い配管が必要となる。この太い配管が、特に車両の床下に燃料電池システムを搭載する場合においては、限られたスペース内にて大きく占拠することとなり、燃料電池システムの搭載性を悪化させている。
【０００６】
そこで、本発明は、車両床下に配置した燃料電池の排気配管の存在による燃料電池システムの搭載性悪化を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車両の床下に燃料電池を搭載する支持フレームを設け、この支持フレームに中空部を設け、この中空部を前記燃料電池から排出される空気を流す排気通路とすることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車両の床下の燃料電池を搭載する支持フレームに設けた中空部を、燃料電池から排出される空気を流す排気通路としたので、燃料電池からの排気を流す排気配管の設置スペースを削減でき、車両床下に配置した燃料電池の排気配管の存在による燃料電池システムの搭載性悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。なお、図１中で矢印ＦＲで示す方向が車両前方である。この車両床下の左右両側部には、車体前後方向に延びる車体側支持構造体となるサイドメンバ１ａ，１ｂを設けてあり、このサイドメンバ１ａ，１ｂの下面に、燃料電池３を搭載する支持フレーム５を取り付ける。
【００１１】
支持フレーム５の車体前方には左右の前車輪７を、同後方には左右の後車輪９を配置し、左右の前車輪７相互間には、前記した燃料電池３の発電電力によって駆動する車両駆動用モータ１１を配置する。
【００１２】
前記した支持フレーム５は、燃料電池３の前方に位置して車幅方向に延びる前部フレーム１３と、車幅方向左右両側にて車両前後方向に延びる左右一対の左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂと、前部フレーム１３と左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂとをそれぞれ連結する左，右第１傾斜フレーム１７ａ，１７ｂおよび左，右第２傾斜フレーム１９ａ，１９ｂと、左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂの後端部相互を連結して車幅方向に延びる後部フレーム２１とを、それぞれ備えている。
【００１３】
さらに、上記した支持フレーム５は、左，右第１傾斜フレーム１７ａ，１７ｂと左，右第２傾斜フレーム１９ａ，１９ｂとのそれぞれの接続部付近相互を連結して車幅方向に延びる第１クロスフレーム２３と、その後方の左，右第２傾斜フレーム１９ａ，１９ｂ相互を連結して車幅方向に延びる第２クロスフレーム２５と、その後方にあって前記した後部フレーム２１とともに燃料電池３を直接支持して車幅方向に延びる中央クロスフレーム２７と、第１クロスフレーム２３と第２クロスフレーム２５との両端部付近相互を連結する側部連結フレーム２９ａ，２９ｂと、第２クロスフレーム２５と中央クロスフレーム２７との中央部付近相互を連結する中央連結フレーム３１とを、それぞれ備えている。
【００１４】
上記した前部フレーム１３と第１クロスフレーム２３との間の車幅方向中央部には、燃料電池システムに含まれる空気系部品３３を配置している。空気系部品３３としては、例えば燃料電池３からの排出空気を流通させる加湿器などがある。この空気系部品３３と燃料電池３とは、図示しない配管によって接続している。
【００１５】
また、燃料電池３に空気を供給するための空気配管３５は、車両前部の図示しない空気取入口から、そのまま後方の燃料電池３に接続する。さらに、燃料電池３を冷却するための冷却水が流れる冷却水配管３７は、車両前部の図示しないラジエータから、そのまま後方の燃料電池３に接続する。
【００１６】
そして、前部フレーム１３の車幅方向ほぼ中央部位から、左第１傾斜フレーム１７ａ，左第２傾斜フレーム１９ａおよび左側部フレーム１５ａにわたる支持フレーム５内を、中空部とし、この中空部を、前記した空気系部品３３に連通する排気通路３９とする。
【００１７】
排気通路３９を内部に備える左側部フレーム１５ａの後端部には、さらに車両後方に延びる排気配管４１を接続し、排気配管４１の後端部付近には消音器４３を設置する。
【００１８】
上記した燃料電池システムにおいては、発電時に燃料電池３から排出される余剰の空気は、図示しない配管を経て空気系部品３３に達し、空気系部品３３からは、前部フレーム１３，左第１傾斜フレーム１７ａ，左第２傾斜フレーム１９ａおよび左側部フレーム１５ａ内に連続して設けた排気通路３９を通ってその後方の排気配管４１を流れ、消音器４３を経て車外へ排出される。
【００１９】
このような燃料電池システムにあっては、車両の床下の燃料電池３を搭載する支持フレーム５に設けた中空部を燃料電池３から排出される空気を流す排気通路３９としているので、燃料電池３からの排気を流す排気配管の設置スペースを削減でき、車両床下に配置した燃料電池３の排気配管の存在による燃料電池システムの搭載性悪化を防止でき、各種システム部品のレイアウト性も向上する。
【００２０】
また、支持フレーム５の外部に配置する配管を、支持フレーム５の後端に接続する排気配管４１のみとして低減できるので、外観向上，空力改善，システム全体の重量低減についても有利である。
【００２１】
図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態を示す、前記図１における左側部フレーム１５ａの車体後方向から見た断面図である。この実施形態は、左側部フレーム１５ａ内に、隔壁４５を隔てて二つの中空部４７，４９を設けている。このうち一方の中空部４７を第１の実施形態における排気通路３９と同様に、空気系部品３３から排出される空気を流す排気通路とする。他方の中空部４９は、その周囲を覆う外壁部（隔壁４５を除く）を利用して、支持フレーム５（側部フレーム１５ａ）を車体へ固定したり、あるいは他の部品を取付ける。
【００２２】
上記した第２の実施形態においては、支持フレーム５の車体への固定などの際に必要となる貫通孔を形成する中空部４９と、排気通路となる中空部４７とを別々備えるので、支持フレーム５は、フレーム本来の機能を低下させることなく、排気を漏れなく導くことが可能となる。また、左側部フレーム１５ａに複数の中空部を一体で持つことにより、支持フレーム５の強度および剛性も向上する。
【００２３】
図２（ｂ）は前部フレーム１３の車幅方向から見た断面図で、図２（ａ）の中空部４７に連通する排気通路となる一つの中空部５１を備えている。この断面形状は、図１に示した第１の実施形態の前部フレーム１３も同様である。
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。この実施形態は、第１の実施形態の構成に対し、前部フレーム１３の車幅方向ほぼ中央部位から、右第２傾斜フレーム１７ｂ，右第２傾斜フレーム１９ｂおよび右側部フレーム１５ｂにわたる支持フレーム５内を、中空部とし、この中空部を、前記した空気系部品３３に連通する排気通路５３とする。さらに、この排気通路５３を内部に備える右側部フレーム１５ｂの後端部には、車両後方に延びる排気配管５５を接続し、排気配管５５の後端部付近には消音器５７を設置する。
【００２５】
すなわち、この第３の実施形態においては、空気系部品３３から排出される空気は、前部フレーム１３内にて左右に分流した後、左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂおよび排気配管４１，５５をそれぞれ通って車外へ排出される。
【００２６】
第３の実施形態では、排気通路３９，５３を左右に二つ持つことで、第１の実施形態に比べそれぞれの排気通路断面を小さくできるので、支持フレーム５の設計自由度と各種システム部品のレイアウト性を向上できる。
【００２７】
一例として、図３に示すように、燃料電池３をシステム後部に配置し、燃料電池３の補機（空気系部品３３など）をシステム前部に配置する場合、燃料電池３から排出される空気を、システム前方から排気するのがシステム内のレイアウトにおいて有効であるが、車両後方に排気を導く場合に、レイアウトが複雑困難な燃料電池システム周囲において、前方から後方への排気配管のスペースを、左右対称配置可能とすることで、より効率的に削減できる。
【００２８】
なお、前記図２（ａ）に示した第２の実施形態における左側部フレーム１５ａの複数の中空部４７，４９を備える構成を、排気通路３９，５３を左右に二つ持つ上記第３の実施形態の左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂの双方に適用することができる。
【００２９】
図４は、本発明の第４の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。この実施形態は、図３に示した第３の実施形態の構成に対し、排気配管４１，５５に設けた消音器４３，５７を廃止し、その代わりに左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂ内の各排気通路３９，５３に消音器５９ａ，５９ｂをそれぞれ設けている。これら各消音器５９ａ，５９ｂは、左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂに内蔵させるか、または一体化して配置する。
【００３０】
これにより、排出空気による吐出音の低減を、支持フレーム５内に設けた部品で成立でき、システム形状の簡素化を促進でき、結果として各種システム部品のレイアウト性を向上できる。
【００３１】
なお、図１に示した第１の実施形態においても、排気配管４１に設けた消音器４３を廃止し、その代わりに左側部フレーム１５ａ内の排気通路３９に消音器を設けてもよい。
【００３２】
図５は、本発明の第５の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。この実施形態は、図３に示した第３の実施形態の構成に対し、右側の排気配管５５および左右の消音器４３，５７を廃止し、その代わりに前記した後部フレーム２１内に中空部を設けて左右の排気通路３９，５３相互を連通する排気通路６１を設け、この排気通路６１に消音器６３を設けている。さらに、この消音器６３に排気配管４１の前端を排気連通管６５により連通接続する。
【００３３】
したがって、この場合には、空気系部品３３から排出される空気は、前部フレーム１３内にて左右に分流して左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂをそれぞれ通った後、排気通路６１を流れて消音器６３に達し、排気連通管６５および排気配管４１を通って車外へ排出される。
【００３４】
上記した第５の実施形態によれば、消音器６３を後部フレーム２１に設置することで、排出空気を左右に分流させながら消音器点数を１つに低減できるだけでなく、消音器長さを後部フレーム２１の長手方向（車幅方向）の範囲内で、他のシステム部品の干渉を受けることなく長く確保でき、消音性能のチューニング幅が広がり、より効果的に吐出音を低減することができる。
【００３５】
図６は、本発明の第６の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。この実施形態は、図５に示した第５の実施形態の構成に対し、水素系部品６７から排出される水素を、水素配管６９を通して前部フレーム１３内の排気通路３９に流す点を追加している。水素系部品６７には、例えば燃料電池３から漏出する水素を導入する。
【００３６】
この場合、空気系部品３３から排出される空気とともに水素系部品６７から排出される水素も左右の排気通路３９，５３に流す。このとき、空気と混合する水素は、前部フレーム１３から車両後部の排気配管４１まで長い距離を流れるので、空気による希釈が促進され、車外に放出する水素濃度の低減に効果がある。
【００３７】
なお、水素系部品６７から排出される水素は、空気系部品３３から排出される空気に混入させてから、前部フレーム１３内に導入してもよい。
【００３８】
また、上記した第６の実施形態は、前記した第１〜第４の実施形態の燃料電池システムにも適用できる。
【００３９】
図７は、本発明の第７の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。この実施形態は、図６に示した第６の実施形態の構成における消音器６３に代えて、水素希釈器を備えた消音器７１を設置している。水素希釈器としては、例えばメッシュや乱流板などである。
【００４０】
この場合には、空気および水素を含む排気が消音器７１を通過する際に、吐出音の消音を行うと同時に、水素希釈を行う。これにより、第６の実施形態に比べ水素希釈能力が向上し、車外に放出する水素濃度をより低減することができる。
【００４１】
なお、水素希釈器は、支持フレーム５内の排気通路に設けてもよい。
【００４２】
図８は、本発明の第８の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。この実施形態は、前部フレーム１３と左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂとの間に、それぞれ複数（ここでは３ヶ所）の屈曲部を設けている。
【００４３】
すなわち、前部フレーム１３と左，右第１傾斜フレーム１７ａ，１７ｂとの間の屈曲部７３ａ，７３ｂ、左，右第１傾斜フレーム１７ａ，１７ｂと左，右第２傾斜フレーム１９ａ，１９ｂとの間の屈曲部７５ａ，７５ｂおよび、左，右第２傾斜フレーム１９ａ，１９ｂと左，右側部フレーム１５ａ，１５ｂとの間の屈曲部７７ａ，７７ｂである。
【００４４】
なお、上記しした屈曲部は４ヶ所以上設けてもよい。
【００４５】
第８の実施形態によれば、排気通路３９，５３を通過する排気の通路圧損を、屈曲部を１ヶ所とした場合に比べて低減できるので、燃料電池３へ供給する空気の運転圧の制御性への影響を低減することができる。また、屈曲部を複数設けることで、支持フレーム５の車両前方に直面する部位が低減するので、車両走行時での床下部の空力特性が向上する。
【００４６】
本発明によれば、前記支持フレームは、支持フレームに沿って延びる中空部を複数備え、そのうちの少なくとも1つの中空部を前記排気通路とするので、支持フレームは、フレーム本来の機能を低下させることなく、排気を漏れなく導くことができるとともに、複数の中空部を一体で持つことにより、強度および剛性も向上する。
【００４７】
前記支持フレームは、車体前部に設けた前部フレームと、この前部フレームに連結されかつ車体左右両側部に位置して車体後方に延びる左右一対の側部フレームとをそれぞれ有し、前記前部フレームから前記一対の側部フレーム内に前記排気通路を連続して設けたので、左右一方側にのみ排気通路を設ける場合に比べそれぞれの排気通路断面を小さくでき、支持フレームの設計自由度と各種システム部品のレイアウト性を向上できる。
【００４８】
前記排気通路となる中空部に消音器を設けたので、排出空気による吐出音の低減を、支持フレームに設けた部品で成立でき、システム形状の簡素化を促進でき、結果として各種システム部品のレイアウト性を向上できる。
【００４９】
前記消音器を、前記左右一対の側部フレームの中空部にそれぞれ設けたので、左右それぞれの側部フレームに流れる排気の吐出音を低減することができる。
【００５０】
前記左右一対の側部フレームの中空部の後端相互を連通接続する後部フレームを設け、この後部フレームに設けた排気通路となる中空部に消音器を設けたので、排出空気を左右に分流させながら消音器点数を１つに低減できるだけでなく、消音器長さを後部フレームの長手方向（車幅方向）の範囲内で、他のシステム部品の干渉を受けることなく長く確保でき、消音性能のチューニング幅が広がり、より効果的に吐出音を低減することができる。
【００５１】
前記燃料電池から排出される水素を、前記支持フレーム内の排気通路に、前記燃料電池から排出される空気とともに流すので、空気に混入する水素は、前部フレームから車両後方まで長い距離を流れるので、空気による希釈が促進され、車外に放出する水素濃度の低減に効果がある。
【００５２】
前記支持フレーム内の排気通路に水素希釈器を設けたので、水素希釈能力が向上し、車外に放出する水素濃度をより低減することができる。
【００５３】
前記支持フレームは、前記排気通路となる中空部を備えて車幅方向に延びる前部フレームと、この前部フレームに連結され、前記排気通路となる中空部を備えて車体前後方向に延びる側部フレームとをそれぞれ有し、前記前部フレームと前記側部フレームとの間に、複数の屈曲部を設けたので、支持フレームの車両前方に直面する部位が低減し、車両走行時での床下部の空力特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施形態を示す、図１における左側部フレームの車体後方向から見た断面図、（ｂ）は、前部フレームの車幅方向から見た断面図でる。
【図３】本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係わる燃料電池システムを示す車両床下の平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
３  燃料電池
５  支持フレーム
１３  前部フレーム
１５ａ  左側部フレーム
１５ｂ  右側部フレーム
２１  後部フレーム
３９，５３  排気通路
４７  中空部
５９ａ，５９ｂ，６３  消音器
７１  水素希釈器を備えた消音器
７３ａ，７３ｂ，７５ａ，７５ｂ，７７ａ，７７ｂ  屈曲部
【図１】
2005228634.tif 000003
【図２】
2005228634.tif 000004
【図３】
2005228634.tif 000005
【図４】
2005228634.tif 000006
【図５】
2005228634.tif 000007
【図６】
2005228634.tif 000008
【図７】
2005228634.tif 000009
【図８】
2005228634.tif 000010