(57)【要約】【課題】床下空間内に配置するものの、気液分離装置の高さ寸法を十分にとれるようにした車載燃料電池システムをを提供する。【解決手段】車両床下空間内の燃料電池システム設置エリアＡに搭載された燃料電池１と、燃料電池１から排出される水素ガス中の水分を分離する気液分離装置２と、を備えた車載燃料電池システムであって、気液分離装置２を、車両床下空間内における燃料電池１の近傍に配置した。【選択図】  図１
2007055404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両床下空間内に搭載された燃料電池と、該燃料電池から排出される水素ガス中の水分を分離する気液分離装置と、を備えた車載燃料電池システムであって、
前記気液分離装置を、前記車両床下空間内における前記燃料電池の近傍に配置した
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車載燃料電池システムであって、
前記気液分離装置に液面検知装置を設けた
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車載燃料電池システムであって、
前記気液分離装置を燃料電池の壁面に固定した
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の車載燃料電池システムであって、
前記気液分離装置と燃料電池との間に断熱材を配置した
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の車載燃料電池システムであって、
前記気液分離装置の周囲を断熱材で包囲した
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出されて再利用される水素ガス中の水分を分離することが、水素極での水詰まりを防止し、発電反応を安定して行う上で有利であることが知られており、その水分を分離するために水素ガスの循環経路に気液分離装置を設けることが一般に行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
水分の分離を十分に行うためには、できるだけ大きな気液分離装置を設けることが必要である。また、その管理のために気液分離装置に液面検知装置を付設する場合にも、大きな気液分離装置が必要である。
【特許文献１】特開２００２−２１６８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、大きな気液分離装置は、車載する場合に設置スペースを確保する上で困難が伴う。例えば、車両に燃料電池システムを搭載する場合、車両床下空間を設置スペースとして利用することが多いが、床下空間は高さ寸法が制限される箇所が多いので、特に大型の気液分離装置の設置は難しい。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮し、床下空間内に配置するものの、気液分離装置の高さ寸法を十分にとれるようにした車載燃料電池システム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】
【０００６】
本発明は、車両床下空間内に搭載された燃料電池と、該燃料電池から排出される水素ガス中の水分を分離する気液分離装置と、を備えた車載燃料電池システムであって、前記気液分離装置を、前記車両床下空間内における前記燃料電池の近傍に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、気液分離装置を車両床下空間内における燃料電池の近傍に配置したので、気液分離装置を搭載する際の設置スペースを、該燃料電池とほぼ同じ高さ分だけの十分な量として確保することができる。即ち、車両床下空間は、床の形状によって、狭かったり複雑だったりするため、高さが十分に確保できないことが多いが、燃料電池を搭載した部分については、構造上特別に高さ寸法を大きくとっているのが普通である。そこで、本発明では、その燃料電池の近傍に気液分離装置を配置している。そうすることにより、燃料電池の搭載スペースを活かしながら、高さ方向に余裕を持った気液分離装置用の設置スペースを確保することができ、その結果、気液分離装置の高さ方向の寸法増大が可能になる。
【０００８】
従って、気液分離装置の高さ方向の寸法増大により、高さを利用した気液分離性能の向上が図れる。例えば、気液分離装置の例としては、装置内部に高さ方向に拡がる空間を設け、流れ込んだ気液混在ガスのうち、重量の重い液体分は重力によって下方に落下させ、気体分は液体よりも上方から排出する構造を採ることが多いが、そのような構造において、内部空間の高さを十分に確保できることによって、気体と液体の排出部を上下方向に大きく離して設けることが可能になり、それによって、車両が傾斜した場合や前後左右の加速度によって面が傾斜する場合にも、分離した液体が気体の排出部に進入しがたくすることができ、その結果、高い気液分離性能の維持が可能となる。
【０００９】
また、気液分離装置が燃料電池の近傍にあることで、燃料電池から気液分離装置までの配管を短縮することができ、それによりシステム内の水素の量の低減にも寄与することができて、燃料電池の起動停止や負荷変動などの運転性や制御性の向上にもつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
「第１実施形態」
図１は本発明の第１実施形態の概略構成を示す側面図、図２はその要部斜視図である。
【００１２】
図においてＡで示す領域は、車両床下空間内に確保された燃料電池システム設置エリアを示す。このエリアＡは、前席下部から後席との間にかけての範囲に確保されている。このエリアＡの中の後部側の高さのある空間には、直方体形状の燃料電池１が搭載されている。また、この燃料電池１の前側に隣接させて、燃料電池１から排出される水素ガス中の水分を分離する気液分離装置２が配設されている。
【００１３】
気液分離装置２は、装置内部に高さ方向に広がる空間を有し、その装置内部に流れ込んだ気液混合ガスのうち液体（水分）Ｗを重力によって下方へ落下させ、気体Ｇを上方へと滞留させることで、これら液体Ｗと気体Ｇとを分離する。かかる気液分離装置２は、燃料電池１から排出される水素ガスの循環経路途中に設けられ、装置下部に設けられた排水部６から排水弁７を開いて液体Ｗを排水し、装置上部に設けられた排出部８から排出弁９を開いて気体Ｇを排気するようになっている。
【００１４】
このように本実施の形態によれば、気液分離装置２を車両床下空間内における燃料電池１の近傍に配置しているので、気液分離装置２を搭載する際の設置スペースを、他の部分に配置するよりも、高さ方向に十分な余裕をもって容易に確保することができる。即ち、車両床下空間は、床の形状によって、狭かったり複雑だったりするため、高さが十分に確保できないことが多いが、燃料電池１を搭載している部分については、その構造上から特別に高さ寸法を大きくとっているのが普通であり、そこに気液分離装置２を配置している。そうすることにより、燃料電池１の搭載スペースを活かしながら、高さ方向に余裕を持った気液分離装置２用の設置スペースを確保することができて、その結果、気液分離装置２の高さ方向の寸法増大が可能になっている。
【００１５】
従って、気液分離装置２の高さ方向の寸法増大によって、高さを利用した気液分離性能の向上が図れる。すなわち、気液分離装置２の高さが十分に取れることで、気体Ｇと液体Ｗの排水部６と排出部８とを上下方向で大きく離すことができ、より液体Ｗが気体Ｇの排出部８に進入し難くすることができる。それによって、車両が傾斜した場合や前後左右の加速度によって面が傾斜する場合にも、分離した液体Ｗが気体Ｇの排出部８に進入し難くすることができ、その結果、高い気液分離性能の維持が可能となる。
【００１６】
また、気液分離装置２が燃料電池１の近傍にあることによって、燃料電池１から気液分離装置２までの配管を短縮することができ、それによりシステム内の水素の量の低減にも寄与することができて、燃料電池１の起動停止や負荷変動などの運転性や制御性の向上にもつながる。
【００１７】
「第２実施形態」
図３は本発明の第２実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【００１８】
この実施形態では、気液分離装置２に、分離した液体Ｗの液面レベルを検知する液面検知装置３を付設している。また、気液分離装置２と燃料電池１の前壁との間に適当な隙間４を設けている。
【００１９】
液面検知装置４の役割は、気液分離装置２内の水が増えて、気体排出側に液体Ｗが混入することがないように、上下水位をチェックするというものであり、上限レベルを超える液面を検出した場合は、図示しない制御装置が排水弁７を開いて液面を下げる。また、下限レベルを下回る液面を検出した場合は、排水側に気体Ｇが流れることがないように、排水弁７を閉じて下限水位を維持する。
【００２０】
気液分離装置２を、車両床下空間内において燃料電池１に隣接させて設けると、高さ方向の設置スペースの余裕により、本例のように、気液分離装置２に液面検知装置３を設けることが簡単にできる。そして、液面検知装置３の設置により、高さを活用した気液分離と液面管理の両立を図ることができる。従って、車両床下においても、性能と精度の高い気液分離を行うことが可能になる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００２１】
「第３実施形態」
図４は本発明の第３実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【００２２】
この実施形態では、気液分離装置２を燃料電池１の前壁面に固定している。
【００２３】
このように、高さのある気液分離装置２を燃料電池１の壁面に固定することで、各方向の振動に耐える気液分離装置２の支持固定構造を簡素に構成することができ、各方向の耐振動性に優れたものとすることができる。また、燃料電池１と気液分離装置２の相対変位を無くせるので、燃料電池１から気液分離装置２までの配管に変位が発生しなくなり、配管の構造に変位吸収機構が不要となる。また、燃料電池１と気液分離装置２の固定を、車両へ搭載する前のサブ組立工程で事前に行うことができるようになり、組付け性も改善できる。その他の効果については、第２実施形態と同様である。
【００２４】
「第４実施形態」
図５は本発明の第４実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【００２５】
この実施形態では、気液分離装置２を燃料電池１に固定する際に、気液分離装置２と燃料電池１との間に断熱材５を配置している。
【００２６】
このように、気液分離装置２と燃料電池１との間に断熱材５を配置した場合、低温起動時など、凍結防止のために気液分離装置２の昇温を行う（気液分離装置２内の水が凍らないように何らかの手段で昇温させる）際に、燃料電池１の温度や熱容量の影響を受けずに（燃料電池１の熱容量が大きく、断熱されていない場合は、気液分離装置２の昇温のために熱エネルギーが燃料電池１に伝わってしまい、結果として、気液分離装置２の昇温に余計な時間やエネルギーが必要となるが、そのような無駄を生じずに）、気液分離装置２を昇温させることができるので、低温起動性の向上が図れる。その他の効果については、第３実施形態と同様である。
【００２７】
「第５実施形態」
図６は本発明の第５実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【００２８】
この実施形態では、気液分離装置２を燃料電池１に固定する際に、気液分離装置２の周囲を断熱材５で包囲している。
【００２９】
このように、燃料電池１との接触部だけでなく、気液分離装置２の周囲をすべて断熱材５で囲むことにより、燃料電池１だけでなく、周囲の空気や部品の温度による気液分離装置２の昇温の妨げを低減することができて、さらに低温起動性の向上が図れる。その他の効果については、第３実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の要部斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【図５】本発明の第４実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【図６】本発明の第５実施形態の要部の概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…燃料電池
２…気液分離装置
３…液面検知装置
５…断熱材
６…排水部
７…排水弁
８…排出部
９…排出弁
Ａ…車両床下空間内の燃料電池システム設置エリア
Ｇ…気体（水素）
Ｗ…液体（水分）
【図１】
2007055404.tif 000003
【図２】
2007055404.tif 000004
【図３】
2007055404.tif 000005
【図４】
2007055404.tif 000006
【図５】
2007055404.tif 000007
【図６】
2007055404.tif 000008