(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池スタックの下端部を車両の最下部近傍で延長して発電容量を拡大するとともに、燃料電池スタックの下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とがドライブシャフトの影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタックからの生成水の排出を容易とすることを目的としている。【解決手段】このため、車両の幅方向にドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを搭載した車両用燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックをドライブシャフトの前側に配置し、燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とをドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の幅方向にドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを搭載した車両用燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックを前記ドライブシャフトの前側に配置し、前記燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とを前記ドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出したことを特徴とする車両用燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素ガス循環流路及び前記酸素オフガス排出流路の少なくとも一方には前記ドライブシャフトの後側に近接する位置に気液分離器を介装したことを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項３】
前記気液分離器は前記水素ガス循環流路または前記酸素オフガス排出流路の一部を構成する管体を介して前記燃料電池スタックに支持されることを特徴とする請求項２に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項４】
前記管体は通路下流側が車両幅方向の中心側に湾曲され、前記気液分離器が前記ギヤボックス近傍に配設されたことを特徴とする請求項３に記載の車両用燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用燃料電池システムに係り、特に前輪駆動車両に最適な燃料電池スタックの車載方策を提案する車両用燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される燃料電池システムにおいて、燃料電池は、例えば、固体高分子型燃料電池からなり、この固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（「陽イオン交換膜」ともいう。）からなる電解質膜の両側に夫々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・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。
【０００３】
この種の燃料電池は、通常、電解質（「電解質膜」ともいう。）・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
また、前記燃料電池システムにおいては、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、燃料電池に供給される。供給された酸化ガスは、燃料電池内において、触媒を利用した電気化学反応に供された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、その後、車両外の大気中に排気される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３０７２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３７３６９７号公報
【特許文献３】特開２００３−１７３７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の車両用燃料電池システムにおいて、車両の前部に走行用モータやギヤボックス、燃料電池スタックを搭載した際には、上記の特許文献２（特開２００２−３７３６９７号公報）または特許文献３（特開２００３−１７３７９０号公報）に開示されるように、燃料電池スタックが走行用モータやギヤボックスの上部に配設されているため、車両のフロントボックス、いわゆるエンジンルームが前後方向及び上下方向に大型化するという不都合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、車両の幅方向にドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを搭載した車両用燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックを前記ドライブシャフトの前側に配置し、前記燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とを前記ドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、車両の幅方向にドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを搭載した車両用燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックをドライブシャフトの前側に配置し、燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とをドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出したので、燃料電池スタックの下端部を車両の最下部近傍まで延長して発電容量を拡大できるとともに、燃料電池スタックの下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とが前記ドライブシャフトの影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタックからの生成水の排出を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上述の如く発明したことにより、燃料電池スタックをドライブシャフトの前側に配置し、燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とをドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出し、燃料電池スタックの下端部を車両の最下部近傍まで延長して発電容量を拡大するとともに、燃料電池スタックの下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とがドライブシャフトの影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタックからの生成水の排出を容易としている。
【実施例】
【００１０】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図７はこの発明の実施例を示すものである。図７において、２は燃料電池システムである。
【００１２】
この燃料電池システム２は、図７に示す如く、燃料電池スタック４と、水素系システム６と、空気系システム８と、冷却システム１０とを有している。
【００１３】
前記燃料電池スタック４は、通常、電解質（「電解質膜」ともいう。）・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層している。
【００１４】
また、水素系システム６は、後述する車両４６に搭載される水素タンク１２から前記燃料電池スタック４に水素を供給・循環させる水素ガス循環流路１４を設ける。
【００１５】
この水素ガス循環流路１４は、水素タンク１２から前記燃料電池スタック４に水素を供給する水素供給用の第１流路１６と、前記燃料電池スタック４から排気された水素オフガスを前記第１流路１６に循環させる循環用の第２流路１８と、第２流路１８の途中部位に接続させ、水素オフガスを排出する排出用の第３流路２０とからなる。
【００１６】
そして、前記水素供給用の第１流路１６途中には、水素タンク１２側から、自動遮断弁２２と、減圧弁２４、流量調整弁２６と、熱交換器２８とを順次配設するとともに、前記循環用の第２流路１８途中には、前記燃料電池スタック４側から、気液分離器３０と、循環ポンプ３２とを順次配設し、下流端部を、流量調整弁２６と熱交換器２８との間の前記水素供給用の第１流路１６に接続して設けるとともに、気液分離器３０と循環ポンプ３２との間に前記排気用の第３流路２０を接続して設け、この第３流路２０途中に圧力調整弁３４を配設する。
【００１７】
更に、前記空気系システム８は、外部から前記燃料電池スタック４に酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路３６と、燃料電池スタック４から外部に酸素オフガスを排出する酸素オフガス排出流路３８とを有している。
【００１８】
そして、前記酸化ガス供給流路３６途中には、上流側から、フィルタ４０と、ポンプ４２と、熱交換器４４とを順次配設するとともに、前記酸素オフガス排出流路３８途中には、気液分離器４６と、圧力調整弁４８とを順次配設する。
【００１９】
前記燃料電池システム２を車両５０のエンジンルーム５２に搭載する際には、図２〜図５に示す如く、車両５０の左右の両前輪５４、５４に連絡すべく車両５０の幅方向に延びる左右のドライブシャフト５６−１、５６−２を設け、これらのドライブシャフト５６−１、５６−２を介して両前輪５４、５４を駆動するギヤボックス５８を中央部位に配設し、このギヤボックス５８を挟むように、ギヤボックス５８の右側に走行用モータ６０を搭載するとともに、ギヤボックス５８の左側には前記燃料電池スタック４を搭載する。
【００２０】
この燃料電池スタック４は、図５及び図６に示す如く、燃料電池スタック４の上部側を車両５０の後方側に傾斜させて搭載する。この傾斜角度としては、３〜４５度の範囲に設定する。
【００２１】
更にまた、前記車両５０の後部には、車両５０の燃料タンクとして機能する水素タンク１２を搭載する。
【００２２】
このとき、前記燃料電池スタック４を、図５に示す如く、前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の前側に配置し、前記燃料電池スタック４の下端部に接続される前記水素オフガス循環用の第２流路１８と酸素オフガス排出流路３８とを、図１に示す如く、前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の下側を通して車両後方に延出する構成とする。
【００２３】
詳述すれば、前記水素オフガス循環用の第２流路１８及び前記酸素オフガス排出流路３８の少なくとも一方には、左側のドライブシャフト５６−１の後側に近接する位置に気液分離器３０、４６を介装する。
【００２４】
また、前記気液分離器３０、４６は、図６に示す如く、前記水素オフガス循環用の第２流路１８または前記酸素オフガス排出流路３８の一部を構成する出口側管体６２、６４を介して前記燃料電池スタック４に夫々支持される。
【００２５】
更に、前記出口側管体６２、６４は、図１に示す如く、通路下流側が車両幅方向の中心側に湾曲され、前記気液分離器３０、４６が、図１、図３及び図４に示す如く、前記ギヤボックス５８近傍に配設される。
【００２６】
なお、符号６６、６６は、前記車両５０の左右の両後輪、６８は前記ギヤボックス５８近傍に配設される冷却水配管、７０、７２は前記水素ガス供給用の第１流路１６または前記酸素ガス供給流路３６の一部を構成する入口側管体、７４は前記燃料電池スタック４用の放熱器である。
【００２７】
次に作用を説明する。
【００２８】
前記燃料電池スタック４を、図５に示す如く、前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の前側に配置し、前記燃料電池スタック４の下端部に接続される前記水素オフガス循環用の第２流路１８と酸素オフガス排出流路３８とを、図１に示す如く、前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の下側を通して車両後方に延出する。
【００２９】
そして、前記水素オフガス循環用の第２流路１８及び前記酸素オフガス排出流路３８の少なくとも一方には、左側のドライブシャフト５６−１の後側に近接する位置に気液分離器３０、４６を介装する。
【００３０】
これにより、前記燃料電池スタック４を前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の前側に配置し、前記燃料電池スタック４の下端部に接続される前記水素オフガス循環用の第２流路１８と酸素オフガス排出流路３８とを、前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の下側を通して車両後方に延出したことによって、燃料電池スタック４の下端部を車両５０の最下部近傍まで延長して発電容量を拡大できるとともに、燃料電池スタック４の下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路１４と酸素オフガス排出流路３８とが前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタック４からの生成水の排出を容易にすることができる。
【００３１】
また、前記水素オフガス循環用の第２流路１８及び前記酸素オフガス排出流路３８の少なくとも一方には、左側のドライブシャフト５６−１の後側に近接する位置に気液分離器３０、４６を介装することにより、左側のドライブシャフト５６−１周りの空間を有効利用しつつ、車両の低い位置に気液分離器３０、４６を配設し、前記燃料電池スタック４から気液分離器３０、４６への生成水の排出を容易としている。
【００３２】
更に、前記気液分離器３０、４６を、前記水素オフガス循環用の第２流路１８または前記酸素オフガス排出流路３８の一部を構成する出口側管体６２、６４を介して前記燃料電池スタック４に夫々支持することにより、気液分離器３０、４６の支持方策が簡略化、すなわち気液分離器３０、４６専用の支持部材を不要とするとともに、出口側管体６２、６４と気液分離器３０、４６とを前記ドライブシャフト５６−１、５６−２に所定の隙間を介して位置決めし易くできる。
【００３３】
更にまた、前記出口側管体６２、６４は、通路下流側が車両幅方向の中心側に湾曲され、前記気液分離器３０、４６が、前記ギヤボックス５８近傍に配設されることにより、気液分離器３０、４６をギヤボックス５８の近傍で前記ドライブシャフト５６−１、５６−２の揺動の少ない位置、あるいは干渉しない位置に配設することができ、実用上有利である。
【００３４】
また、前記燃料電池スタック４の車両５０への搭載位置を低くして、車両５０のフロントボックス、いわゆるエンジンルーム５２の小型化に寄与している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施例を示す車両に搭載した燃料電池スタックを下方から視た状態の概略説明図である。
【図２】燃料電池スタックを搭載した車両の概略左側面図である。
【図３】燃料電池スタックを搭載した車両の概略平面図である。
【図４】車両前部に位置するエンジンルーム部分の概略拡大平面図である。
【図５】車両前部のエンジンルーム部分に燃料電池を搭載した状態の車両の要部拡大左側面図である。
【図６】燃料電池スタックと気液分離器との取付状態を示す概略図である。
【図７】燃料電池システムの概略説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  燃料電池システム
４  燃料電池スタック
６  水素系システム
８  空気系システム
１０  冷却システム
１２  水素タンク
１４  水素ガス循環流路
１６  第１流路
１８  第２流路
２０  第３流路
２２  自動遮断弁
２４  減圧弁
２６  流量調整弁
２８  熱交換器
３０  気液分離器
３２  循環ポンプ
３４  圧力調整弁
３６  酸化ガス供給流路
３８  酸素オフガス排出流路
４０  フィルタ
４２  ポンプ
４４  熱交換器
４６  気液分離器
４８  圧力調整弁
５０  車両
５２  エンジンルーム
５４、５４  左右の両前輪
５６−１、５６−２  左右のドライブシャフト
５８  ギヤボックス
６０  走行用モータ
６２、６４  出口側管体
６６、６６  車両の左右の両後輪
６８  冷却水配管
７０、７２  入口側管体
７４  放熱器
【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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