(57)【要約】【課題】特別に断熱材を設置する領域を確保せず、また、特別に断熱材の固定点を設けることなく、車両床下に最適な形状で断熱材を設置できるようにする。【解決手段】車両のフロアパネル１１の下側に燃料電池システム１を配置し、フロアパネルと燃料電池システムとの間に、燃料電池システム１を断熱保護するための断熱材１００を配置した燃料電池システムの車載構造であって、断熱材１００をウレタン、ゴム、発泡スチロールなどの軟質材料で構成し、フロアパネル１１と燃料電池システム１とで挟持した。また、断熱材１００に、換気孔としての連通孔を形成し、この連津孔を通して燃料電池システム１を包囲する閉空間内を換気する。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のフロアパネルの下側に燃料電池システムを配置し、前記フロアパネルと前記燃料電池システムとの間に、当該燃料電池システムを断熱保護するための断熱材を配置した燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材を軟質材料で構成し、前記フロアパネルと前記燃料電池システムとで挟持した
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材を、前記フロアパネルの凹凸形状と前記燃料電池システムの凹凸形状とによって位置決めした
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記フロアパネルと前記燃料電池システムの間に配された断熱材に加えて、燃料電池システムの下方及び側方にも断熱材が設けらており、それら燃料電池システムの下方及び側方に配された断熱材が、燃料電池システムと、この燃料電池システムを保護または支持する部材との間に挟持されている
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一つに記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材を貫通する配管やハーネスに、該断熱材の位置を規制する位置決め手段を設けた
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一つに記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材に水抜き孔を設けた
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一つに記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材を前記燃料電池システムを囲むように配置し、その断熱材の少なくとも１箇所に外気と連通する連通孔を設けた
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムの車載構造であって、
予め決められた所定の条件で前記連通孔を開閉する開閉手段を備える
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一つに記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材によって前記燃料電池システムを取り囲む閉空間を構成し、その閉空間内に可燃ガス検出手段を備えた
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一つに記載の燃料電池システムの車載構造であって、
前記断熱材の少なくとも車両進行方向の前縁部に、断熱材を補強するための補強板を備える
ことを特徴とする燃料電池システムの車載構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を中心に、水素系（燃料給排系）、空気系（空気給排系）、冷却系などを備える燃料電池システムの車載構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載燃料電池システムにおいて、冬季などの低温環境下で車両を放置した場合のシステム内の生成水及び凝縮水の凍結は、次回のシステム起動時に、起動時間の延長などの原因となるため、避けなければならない課題である。
【０００３】
一般に、その課題を解決するための方法として、燃料電池システム（燃料電池を中心に、燃料給排系、空気給排系、冷却系などを備えたユニット）の周囲に断熱材を設けて凍結を遅らせる方法や、電気ヒータなどの発熱手段によって解凍する方法などが知られている。
【０００４】
また、特許文献１に記載されているように、燃料電池システムを断熱箱内に収容し、別の熱源（空調装置の熱交換器）からの熱を断熱箱内に導入することによって、燃料電池システムの暖機・解凍を行なう方法も考えられている。
【特許文献１】特開２００４−２４１３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば真空断熱材のような硬質な断熱材を使用して燃料電池システムを断熱保護した場合、車両サイズによって決められた燃料電池システム搭載空間の一部を断熱材で占有してしまうことになる。さらに、特別に断熱材の固定点を設ける必要があるため、燃料電池システムを搭載できる空間が減少し、レイアウトの自由度が低下するという問題がある。また、一般的に車両のフロアパネルの下側に燃料電池システムを配置する場合、フロアパネルが、補強やキャビン内の安全性や居住性などの観点から複雑な形状をなしていることにより、最適な形状で断熱材を配設することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、特別に断熱材を設置する領域を確保せず、また、特別に断熱材の固定点を設けることなく、車両床下に最適な形状で断熱材を設置することのできる燃料電池システムの車載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】
【０００７】
本発明は、車両のフロアパネルの下側に燃料電池システムを配置し、前記フロアパネルと前記燃料電池システムとの間に、当該燃料電池システムを断熱保護するための断熱材を配置した燃料電池システムの車載構造であって、前記断熱材を軟質材料で構成し、前記フロアパネルと前記燃料電池システムとで挟持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フロアパネルと燃料電池システムの間に配した断熱材を、フロアパネルと燃料電池システムとで挟持したので、特別に断熱材を固定するための手段を設けずに、車両と燃料電池システムとの間を断熱することができ、燃料電池システムの熱が車両を介して放熱されるのを防止できる。また、その断熱材を軟質材料で構成したので、硬質の断熱材を設ける場合と違って、フロアパネルと燃料電池システムの間の僅かな空間を利用して、最適な形状で断熱材を配設することができる。従って、硬質な断熱材を設ける場合のように、断熱材を設けることによって燃料電池システムの搭載空間が侵害されるようなことがなくなり、燃料電池システムのレイアウトの自由度を増すことができる。
【０００９】
また、本発明によれば、断熱材が軟質材料でできていることから、断熱材を、車両と燃料電池システム間の緩衝手段として機能させることができ、それにより、車両と燃料電池システムとの間に干渉防止のための余分な隙間を確保しておく必要がなくなり、燃料電池システムのコンパクトなレイアウトが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
燃料電池システムは、発電手段としての燃料電池と、燃料電池に対して燃料としての水素を給排する水素系（燃料給排系）と、燃料電池に対して酸化剤としての空気を供給する空気系（空気給排系）と、を主要な構成要素として備えており、燃料電池に水素系からの水素、空気系からの空気をそれぞれ供給することで、燃料電池でこれら水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。
【００１１】
燃料電池は、水素が供給される燃料極（アノード）と空気が供給される酸化剤極（カソード）とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層された構造を有する。特に、本実施形態の燃料電池システム１では、この燃料電池として固体高分子タイプの燃料電池を用いている。固体高分子タイプの燃料電池は、電解質として固体高分子膜を用いたものであり、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化等の点で優れている。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００１２】
水素系は、例えば、水素を貯蔵する高圧水素タンクや、水素供給通路、可変バルブ、水素排気通路、加湿器、排水素処理装置等を有する。この水素系において、水素供給源である高圧水素タンクから取り出された水素は、可変バルブなどで流量や圧力が調整された上で、水素供給通路を通じて燃料電池の燃料極へと供給される。また、燃料電池の燃料極から排出されたアノード排ガスは、水素排気通路を通って排水素処理装置で水素濃度が十分に希釈された上で、システム外部に排出される。
【００１３】
なお、水素系の構成は以上の例に限定されるものではなく、従来公知の構成が何れも採用可能である。例えば、燃料電池での発電で消費されなかった余剰の水素をポンプやエゼクタを用いて循環させて、燃料電池の燃料極に再度供給する水素循環型の構成を採用してもよく、この場合には、水素の利用効率を高めながら燃料電池での発電を効率的に行うことが可能となる。
【００１４】
燃料電池で発電を行うには、燃料としての水素の他、酸化剤としての空気を供給する必要があり、燃料電池システムには、そのための機構として空気系が設けられている。
【００１５】
空気系は、例えば、空気を圧縮し燃料電池へ供給する圧縮機や、空気冷却装置、空気供給通路、加湿器、空気排気通路、可変バルブ等を有する。この空気系において、大気を圧縮機にて圧縮して供給された空気は、可変バルブなどで流量や圧力が調整され、空気冷却装置や加湿器によって適切な温度・湿度に調整されて燃料電池の酸化剤極へ供給される。また、燃料電池の酸化剤極から排出された排出ガスは空気排気通路を介して、システム外部へ排出される。
【００１６】
また、燃料電池で発電を行なうには、冷却を行なう必要があり、燃料電池システムにはそのための機構として冷却系が設けられている。
【００１７】
冷却系は、例えば、エチレングリコールと水を混ぜた冷却水をポンプや放熱装置、フィルタ等を介して、循環させる。また、冷却系は、燃料電池以外の例えば水素系のポンプや空気系の圧縮機などの熱を発する装置の冷却手段として使用することもできる。
【００１８】
さらに、前記水素系、空気系、冷却系の例えば各種バルブやポンプなどは、コイルやモータなどにて動作するため、任意のハーネスを有する。また、燃料電池で発生した高電圧の電力を伝達するハーネスを有する場合もある。
【００１９】
これまで述べた水素系、空気系、冷却系、ハーネス及びその他の燃料電池の運転に必要な装置を補機と呼び、燃料電池の本体と補機を合わせて燃料電池システムと呼び、本発明は燃料電池システムを車両床下に搭載した車両に適用するものである。但し、燃料電池システムの構成は諸々考えられ、本発明はその全てに対して適用可能である。
【００２０】
ところで、燃料電池は、水素系から供給される水素を空気系から供給される空気によって酸化させ、このとき発生する電力を負荷によって取り出すものである。従って、この反応の結果、多量の水（生成水）が生成され、この生成水は水素排気通路及び空気排気通路を介してシステム外へ排出される。
【００２１】
しかし、表面張力などによって例えばバルブ内などに残留した水など、全ての水を完全にシステム外へ排出することは困難である。さらに、システム停止後にシステム温度が下がった場合、前記生成水の他に凝縮水が発生し、システム内に残留することとなる。
【００２２】
車両は、冬季などには氷点下雰囲気に放置された後も、不具合無く速やかにシステムが起動されることが望まれる。しかしながら、前記の生成水や凝縮水が氷点下雰囲気中で凍結した場合、例えばバルブの固着や流路の閉塞などによって、所望の速やかな起動の妨げとなることが考えられる。
【００２３】
この対応として、燃料電池システムを断熱材で覆うことが考えられる。本発明は、この断熱材の配設の仕方を提供するものである。
【００２４】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１において、１は燃料電池システム、２はシステムサブフレーム（燃料電池システムを支持する部材）、３はアンダーカバー（燃料電池システムを保護する部材）、１１は車体のフロアパネル、１２は車体メンバ、１００は断熱材を示す。ここで、断熱材１００は、例えばウレタンやゴム、発泡スチロール等の如き軟質材料から形成される。
【００２６】
燃料電池システム１は、システムサブフレーム２に締結され、車体メンバ１２を介して車両下方から車両へ固定されている。また、システムサブフレーム２の下部には、アンダーカバー３が取り付けられている。
【００２７】
軟質材料よりなる断熱材１００は、燃料電池システム１とフロアパネル１１との間に配設され、燃料電池システム１とフロアパネル１１により挟まれることによって固定されており、それにより、燃料電池システム１と車体は、断熱材１００によって熱的に絶縁されている。このため、一般的に鉄やアルミニウムといった熱伝導・熱伝達の良い材質からなる車体を介して、燃料電池システム１の熱が放熱されることを最小限に抑えることができる。
【００２８】
また、断熱材１００を軟質材料で構成しているので、硬質の断熱材を設ける場合と違って、フロアパネル１１と燃料電池システム１の間の僅かな空間を利用して、最適な形状で断熱材１００を配設することができる。従って、硬質な断熱材を設ける場合のように、断熱材を設けることによって燃料電池システム１の搭載空間の一部が占有されるようなことがなくなり、燃料電池システム１のレイアウトの自由度を増すことができる。
【００２９】
さらに、通常は、走行中の振動により燃料電池システム１がフロアパネル１１と干渉することを防ぐために、所定の空間を燃料電池システム１とフロアパネル１１の間に設けているが、燃料電池システム１とフロアパネル１１との間に介在する軟質材料製の断熱材１００が緩衝材としての機能を果たすので、可能な限り燃料電池システム１とフロアパネル１１の隙間を狭めることができて、燃料電池システム１のレイアウト領域を拡大することが可能となる。
【００３０】
また、断熱材１００は、フロアパネル１１の凹凸形状と燃料電池システム１の凹凸形状とによって位置決めされている。即ち、一般にフロアパネル１１の下面側は任意の凹凸形状をなしており、燃料電池システム１の上面側も任意の凹凸形状をなしている。そこで、断熱材１００を、これらの凹凸形状と噛み合わせることで位置決めしている。
【００３１】
このように位置決めすることによって、特別に固定点を設けることなく、断熱材１００を確実に固定することができ、車両の走行振動や外部からの入力に対しても、断熱材１１０が移動することを防止できる。
【００３２】
また、燃料電池システム１の下方及び側方に関しても、上方の断熱材１００と同様に、断熱材１２０が配置されており、その断熱材１２０が、燃料電池システム１と、システムサブフレーム２またはアンダーカバー３とによって狭持されている。
【００３３】
このように、燃料電池システム１の下方及び側方にも断熱材１２０を配置して、それらを燃料電池システム１と該燃料電池システム１を支持または保護する部材との間に狭持しているので、地面からの輻射などによる燃料電池システム１の温度低下を断熱材１２０によって有効に防ぐことができる。しかも、その断熱材１２０は、特別な固定点を設けることなく保持できるので、取り付けが簡単にできる。
【００３４】
ところで、燃料電池システム１を床下に搭載した場合、システムサブフレーム２の前方（図１の手前方向）側には、断熱材１００を支持したり保護したりする部材が存在しない。つまり、上側にはフロアパネル１１が存在するが、車両前方にはフロアパネル１１のような部材が存在しない。そのため、走行中に巻き上げた路面の小石（チッピング物）や、冠水した路面を走行した場合の水圧によって、断熱材１００の位置が移動したり、断熱材１００の前縁が破損したりすることが考えられる。
【００３５】
一方、システムサブフレーム２の前縁からは、例えば、冷却水を放熱手段へ流す配管や、各種ハーネスが延び出している。そこで、これら配管や各種ハーネスに簡易的な位置決め手段を設けることで、チッピングや水圧による断熱材１００の移動を防止することができる。
【００３６】
図２はその一例を示している。図において、１００は断熱材、２１は配管、２２は位置決め手段、２３はホースクランプ等の締結手段を示す。配管２１に位置決め手段２２を取り付け、締結手段２３でこれを止めることにより、位置決め手段２２によって断熱材１００の移動を阻止している。
【００３７】
この場合の位置決め手段２２は、図３に示すようなフランジ部２２Ａを有したスリーブ形状をなしており、ゴムや樹脂などで作られ、配管２１にホースクランプ等の締結手段２３によって固定される。図３では、締結手段２３は図示を省略してある。断熱材１００には、貫通する配管とほぼ同じ大きさの貫通孔が開けられるため、位置決め手段２２のフランジ部２２Ａが断熱材１００に干渉し、断熱材１００が図３中矢印Ｘで示す方向に移動することを防止する。
【００３８】
なお、図２では、配管２１に位置決め手段２２を設けて断熱材１００を固定する場合を示したが、ハーネスなど他の断熱材１００を貫通する部材に同様の位置決め手段を設けて、断熱材１００の移動を阻止してもよい。
【００３９】
このように、断熱材１００を貫通する配管２１やハーネスに断熱材１００の位置決め手段２２を設けたので、より強固に断熱材１００の移動を抑制することができ、走行風や冠水路走行中の水圧などによって断熱材１００がまくれることを防止できる。
【００４０】
また、図４に示すように、断熱材１００の前縁部に金属や樹脂で作られた補強板１０１を配置することも考えられる。補強板１０１は、断熱材１００の剛性アップのためのもので、断熱材１００にボルト等で締結して取り付けてもよいし、接着材などで貼り付けても構わない。また、補強板１０１は、断熱材１００の表裏どちらに設けてもその効果は変わらない。図では、Ａで示す側が燃料電池システム１を配置する側である。
【００４１】
このように、断熱材１００の少なくとも前縁部に補強板１０１を配置した場合、走行時のチッピングや冠水路走行中の水圧などによる断熱材１００の破損を防止することができる。
【００４２】
また、燃料電池システム１の周囲に断熱材１００、１２０を設けることによって、燃料電池システム１が断熱材１００、１２０で囲まれた閉空間内に存在することになる。そのため、燃料として供給される水素ガスをはじめとする可燃ガスが閉空間内に蓄積するおそれが出てくる。そうなることは、安全上好ましくない。
【００４３】
そのため、図１に示すように、閉空間内に可燃ガスを検出する可燃ガス検出手段２００を設け、可燃ガス検出手段２００によって検出された可燃ガス濃度が所定の値以上となった場合に、例えば運転者に警告を発するなどの処置を行なうことが考えられる。可燃ガス検出手段２００は、閉空間の一番高いところに水素ガスが滞留することから断熱材１００の一番高い位置に設けることが望ましい。
【００４４】
また、閉空間内を換気するために、図５に示すように、断熱材１００の外気と接する部分に連通孔１０２を開けて、外気へ可燃ガスを逃がすようにするのがよい。
【００４５】
また、断熱材１００に外気と連通する連通孔１０２があることは、低温環境下の断熱性能上は好ましくないため、外気と連通する連通孔１０２に開閉手段１０３を設け、予め決められた所定の条件にて開閉手段１０３を開閉することによって、閉空間内を換気することも考えられる。
【００４６】
開閉手段１０３としては、例えばバルブを連通孔に設けることが考えられる。また、換気用のファンを設け、強制的に外気を閉空間内に送り込むようにしてもよい。
【００４７】
また、開閉手段１０３を開閉させる条件として、例えば、車速検出手段による検出車速が所定以上のとき（例えば、車両が走行しているとき）だけ開閉手段１０３を開とし、所定以下のとき（例えば、車両が停止しているとき）開閉手段１０３を閉とするように設定することも考えられる。
【００４８】
このように、断熱材１００に連通孔１０２を設けた場合は、断熱材１００によって囲まれた閉空間の換気や燃料電池システム１の空冷効果を得ることができる。特に、所定の条件で連通孔１０２を開閉できるようにした場合は、システム停止時にその連通孔１０２を閉とすることにより、断熱性能の向上を図ることができると共に、システム稼働時にその連通孔１０２を開とすることにより、換気性能の向上を図ることができる。
【００４９】
また、断熱材１００で燃料電池システム１を包囲した場合は、断熱材１００の底部に水抜き孔を設けるようにするのが望ましい。そうした場合は、断熱材１００の上方に何らかの理由により水がたまった場合にも、水抜き孔を通じて下方へ排水することができ、断熱材１００の腐食や貯水の質量による断熱材１００の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施例における燃料電池システムの車載構造の断面図である。
【図２】位置決め手段で断熱材の移動を規制する例を示した要部拡大斜視図である。
【図３】図２の要部を示す側面図である。
【図４】断熱材に補強板を設けた例を示す斜視図である。
【図５】断熱材に換気孔として機能する連通孔とバルブを設けた例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…燃料電池システム
２…システムサブフレーム（燃料電池システムを支持する部材）
３…アンダーカバー（燃料電池システムを保護する部材）
１１…車両のフロアパネル
２１…配管
２２…位置決め手段
１００，１２０…断熱材
１０１…補強板
１０２…連通孔
１０３…開閉手段
２００…可燃ガス検出手段
【図１】
2007055405.tif 000003
【図２】
2007055405.tif 000004
【図３】
2007055405.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007055405.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月25日(2005.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007055405.tif 000008