(57)【要約】【課題】本明細書は、燃料電池車において燃料電池が電力生成時に発生する熱をさらに有効に使う技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する燃料電池車２は、燃料電池３と、燃料電池３が生成する電力で駆動される走行用のモータ５と、連結ダクト１４を備えている。連結ダクト１４は、燃料電池３から排出される反応生成水と空気を、モータ５を収容しているトランスアクスル６へ導く。外気温度が低い場合には、反応生成水と空気がモータ５を暖める。モータ５の温度が高い場合には、反応生成水と空気がモータ５を冷却する。【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、
前記燃料電池が生成する電力で駆動される走行用のモータと、
前記燃料電池から排出される反応生成水と空気を、前記モータを収容している筐体へ導くダクトと、
を備えることを特徴とする燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は電力を生成する際に熱を発生する。燃料電池車において燃料電池が発生する熱を利用する技術が例えば特許文献１に開示されている。燃料電池車では、一般に、水素と反応させる酸素を空気から得る。燃料電池が電力を生成する際に発生した熱の一部は、燃料電池を通過後の空気を暖める。特許文献１に開示された技術では、燃料電池が排出する温かい空気を車室の暖房に利用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書は、燃料電池が電力生成時に発生する熱をさらに有効に使う技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する技術は、燃料電池が発電の際に発生する熱を、走行用のモータの調温に用いる。具体的には、本明細書が開示する燃料電池車は、燃料電池と、走行用のモータと、ダクトを備える。走行用のモータは、燃料電池が生成する電力で駆動される。ダクトは、燃料電池から排出される反応生成水と空気を、モータを収容している筐体へ導く。先に述べたように、燃料電池は、水素タンク内の水素と外気（空気）の酸素とを反応させて電力を得る際に発熱し、その熱の一部は排気される空気と水（反応生成水）を暖める。従って燃料電池から排出される反応水と空気は外気温よりも高くなっている。また、燃料電池の作動温度上限は概ね１００℃程度である。従って、燃料電池から排出される反応水と空気は、外気温度よりも高く、１００℃を越えない。一方、モータは、長時間停止していると、その温度は外気温度と同じになる。また、長時間使用していると、モータの温度は１００℃を越える場合がある。それゆえ、モータが外気温度と同じ場合は燃料電池から排出される反応水と空気によってモータが暖められる。また、モータの温度が１００℃を越えている場合は、燃料電池から排出される反応水と空気によってモータが冷却される。さらに、反応水がモータを収容している筐体に付着すると、その気化熱によりモータの冷却が促進される。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、燃料電池が電力生成時に発生する熱を有効に使い、走行用のモータを調温することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例の燃料電池車の模式的側面図である。
【図２】変形例の燃料電池車の模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して実施例の燃料電池車２を説明する。図１に、燃料電池車２の模式的ブロック図を示す。燃料電池車２は、燃料電池３が生成する電力で走行用のモータ５を駆動し、走行する。
【０００９】
走行用のモータ５は、デファレンシャルギアとともにトランスアクスル６に収容されている。燃料電池車２では、走行用のモータ５を含むトランスアクスル６は、車両の後方、具体的には後部シート８よりも後方に配置されており、後輪を駆動する。なお、トランスアクスル６は、ケース７に収容されている。
【００１０】
燃料電池３は、後部シート８の下に配置されている。燃料電池３は、主に燃料電池スタック３ａと、コンプレッサやポンプなど、燃料電池スタック３ａの駆動に必要な周辺機器である。燃料電池３は、水素と酸素を反応させて電力を得る。水素は、後部シート８の後方に配置されている水素タンク４から供給される。酸素は外気（空気）から得る。燃料電池車２は、車両前端の吸気口１２から空気を取り込み、吸気ダクト１３で空気を燃料電池３へ送る。燃料電池３では、燃料電池スタック３ａに空気と水素が送り込まれ、空気の酸素と水素タンク４から供給される水素が反応して電力が生成されるとともに、水が生成される。燃料電池３において酸素と水素が結合して生成される水は反応生成水と呼ばれる。燃料電池３では、水素と酸素が反応して電力が生成される際に発熱する。その熱の一部は、反応生成水と空気（燃料電池スタック３ａを通過した空気）に移り、それらを暖める。燃料電池スタック３ａ自体も温度が上がる。それゆえ、燃料電池３から排出される反応生成水と空気は少なくとも外気の温度よりも高くなる。
【００１１】
一方、燃料電池３を動かし続けていると、燃料電池３の温度（燃料電池スタック３ａの温度）が上がるが、燃料電池３には不図示の冷却装置が備えられており、燃料電池３の温度は所定温度（例えば１００℃）以下に制御される。
【００１２】
燃料電池３から排出される反応生成水と空気は、連結ダクト１４を通じてケース７に送られる。前述したように、ケース７にはトランスアクスル６が収容されており、連結ダクト１４によって送られる反応生成水と空気は、トランスアクスル６のハウジングに吹き付けられる。従って別言すれば、燃料電池３から排出された反応生成水と空気は、連結ダクト１４によってトランスアクスル６へ導かれる。
【００１３】
トランスアクスル６に収容されているモータ５の温度は、長時間停止した後は外気温度と同じである。モータ５の温度は、モータの起動後には徐々に高くなり、モータ５を長時間利用していると、１００℃を越える。なお、トランスアクスル６のハウジング内には潤滑剤が潤滑しており、その潤滑剤が、温度の高くなったモータ５を冷却する。図１では、モータ５の冷却器は図示を省略している。
【００１４】
上記したように、燃料電池３から排出される反応生成水と空気の温度は外気よりも高く、しかし１００℃を越えない。一方、モータ５の温度は外気と同じ場合があり、また、１００℃を越える場合もある。従って、連結ダクト１４によって導かれた反応生成水と空気は、トランスアクスル６のハウジングに収容されたモータ５の温度を調整する。具体的には、例えば、０℃の環境において燃料電池３を始動する場合、モータ５の温度は外気温度と同じ０℃であるが、燃料電池３から排出される反応生成水と空気は燃料電池スタック３ａの発熱により暖められるので０℃より高くなる。０℃よりも高い反応生成水と空気がモータ５を収容するトランスアクスル６に吹き付けられることで、モータ５が暖められる。モータ５は、始動時には外気温度である０℃よりも暖められているので、０℃で始動する場合と比較して効率が良くなる。
【００１５】
一方、モータ５を長時間使っていると、その温度は１００℃を越える。その場合には、モータ５は、不図示の冷却装置で冷却されるとともに、１００℃以下の反応生成水と空気によっても冷却される。なお、モータ５の温度（トランスアクスル６の温度）が反応生成水の温度よりも高い場合には、モータ５は、トランスアクスル６のハウジングに付着した反応生成水の気化熱によっても冷却される。
【００１６】
なお、ケース７に送られてトランスアクスル６（モータ５）の温度を調整した後の反応生成水と空気は、排気ダクト２５により車外へ放出される。
【００１７】
トランスアクスル６は、モータ５を収容しているので、「モータ５を収容する筐体」と言い換えることができる。即ち、上記した燃料電池車２は、燃料電池３から排出される反応生成水と空気を、モータ５を収容している筐体（トランスアクスル６）へ導く連結ダクト１４を備える。
【００１８】
図２に、変形例の燃料電池車２ａの模式的側面図を示す。燃料電池車２ａは、燃料電池スタック３ａを含む燃料電池３を車両前部空間に備えている。トランスアクスル１０６は、車両後部に配置されており、その内部に走行用のモータ５を収容している。燃料電池３から排出される反応生成水と空気を導く連結ダクト１１４は、車両前方の燃料電池３と、トランスアクスル１０６の冷却器のクーラ２６に接続されている。クーラ２６は、トランスアクスル１０６の内部を循環する冷媒の温度を調整するデバイスである。クーラ２６も、トランスアクスル１０６の部品の一つであるため、連結ダクト１１４は、燃料電池３から排出される反応生成水と空気をトランスアクスル１０６に導くダクトである。さらに、トランスアクスル１０６は、モータ５を収容しているため、モータ５を収容する筐体と言い換えることができる。クーラ２６も筐体の一部であるため、この変形例の燃料電池車２ａも、燃料電池３から排出される反応生成水と空気を、モータ５を収容している筐体（トランスアクスル１０６）へ導く連結ダクト１１４を備える。
【００１９】
連結ダクト１１４のクーラ２６の上流側には切換弁２７が備えられている。切換弁２７は、不図示のコントローラによって制御され、連結ダクト１１４の連結先をクーラ２６とバイパスダクト２８のいずれかに切り換える。バイパスダクト２８は、連結ダクト１１４を通じて送られる反応生成水と空気を、クーラ２６を迂回させて排出ダクト１５へ導く。
【００２０】
不図示のコントローラによる切換弁２７の制御について説明する。燃料電池車２ａの始動時は、先に述べたようにモータ５の温度は外気温度と同じである。不図示のコントローラは、クーラ２６を通過する冷媒の温度が所定の低温閾値（例えば０℃）よりも低く、かつ、燃料電池３から排出される空気の温度が冷媒温度よりも高い場合には、切換弁２７を制御し、連結ダクト１１４を通じて送られる反応生成水と空気をクーラ２６に導く。このとき、クーラ２６を通過する冷媒は燃料電池３から送られる反応生成水と空気により暖められる。温められた冷媒によりモータ５が暖められる。その結果、モータ５は、０℃で始動する場合と比較して効率が良くなる。連結ダクト１１４を通じてトランスアクスル１０６へ送られる反応生成水と空気は、モータ５の昇温に貢献する。
【００２１】
一方、不図示のコントローラは、クーラ２６を通過する冷媒の温度が所定の温度範囲（例えば０℃以上、８０℃以下）の場合には、切換弁２７を制御し、連結ダクト１１４を通じて送られる反応生成水と空気をバイパスダクト２８に導く。この場合、クーラ２６を通過する冷媒は、外気によって冷却される。クーラ２６を通過する冷媒の温度が所定の温度範囲（例えば０℃以上、８０℃以下）の場合には、燃料電池３から排出される反応性生成水と空気は外気温度よりも高いため、冷媒を外気で冷媒する方が効率がよい。それゆえ、冷媒の温度が所定の温度範囲（例えば０℃以上、８０℃以下）の場合には、燃料電池３から排出される反応性生成水と空気は冷媒の冷却（即ちモータ５の冷却）には用いない。
【００２２】
不図示のコントローラは、クーラ２６を通過する冷媒の温度が所定の高温閾値（例えば８０℃）よりも高い場合には、切換弁２７を制御し、連結ダクト１１４を通じて送られる反応生成水と空気をクーラ２６に導く。この場合、反応生成水は、高温の冷媒が通過して温度が高くなっているクーラ２６の筐体に付着する。クーラ２６の筐体は温度が８０℃以上に高くなっているので、付着した反応生成水は活発に気化し、その気化熱によりクーラ２６の筐体が冷却される。こうして、燃料電池３から排出された反応生成水によってクーラ２６の筐体が冷却される。その結果、モータ５の冷却が促進される。
【００２３】
実施例で説明したように、実施例（及びその変形例）の燃料電池車２（２ａ）は、燃料電池３から排出される反応生成水と空気をトランスアクスル６（１０６）へ導く連結ダクト１４（１１４）を備えている。この連結ダクト１４（１１４）を通じて送られる反応生成水と空気は、トランスアクスル６（１０６）に収容されているモータ５の温度調整に寄与する。
【００２４】
実施例に関する留意点を述べる。実施例の燃料電池車２、２ａでは、走行用のモータ５が、車両後方に配置されている。走行用のモータ５は出力が大きく、発熱も大きい。それゆえ、モータ５には冷却装置が必要である。モータ５を冷却する空気（あるいはモータ５を冷却する冷媒を冷却する空気）を車両外部が取り入れる場合、車両の後部に吸気口を設ける必要がある。吸気口を車両後部に設けるのは車両後部のデザインの観点から制約がある。実施例の燃料電池車２、２ａは、モータ５を冷却するための空気を取り入れる吸気口を車両後部に設ける必要がない。あるいは、燃料電池３が排出する反応生成水と空気がモータ５の調温を助けるので、モータ５を冷却するための空気を取り入れる吸気口を小さくすることができる。燃料電池３が排出する反応生成水と空気をモータ５の調温に用いる技術は、車両の後部のデザインの上でも有効である。あるいは、車両後方のトランスアクスルを冷却するための空気を取り入れる吸気口を別途車両前部に設け、車両後方のトランスアクスルまで空気を導くダクトを設けることは、車両後部のデザインに制約を課すことはないが、コストが嵩む。本明細書が開示する技術は、そのようなコスト増を必要としない。
【００２５】
実施例の燃料電池車２に、燃料電池車２ａの切換弁２７とバイパスダクト２８と切換弁を制御するコントローラを備えてもよい。
【００２６】
実施例のトランスアクスル６、１０６が、請求項の「モータを収容している筐体」の一例に相当する。「モータを収容している筐体」は、トランスアクスルに限らない。「モータを収容している筐体」は、モータハウジングそのものであってもよい。実施例の連結ダクト１４、１１４が、請求項の「ダクト」の一例に相当する。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２８】
２、２ａ：燃料電池車
３：燃料電池
３ａ：燃料電池スタック
４：水素タンク
５：モータ
６、１０６：トランスアクスル
７：ケース
８：後部シート
１２：吸気口
１３：吸気ダクト
１４、１１４：連結ダクト
１５：排出ダクト
２５：排気ダクト
２６：クーラ
２７：切換弁
２８：バイパスダクト
【図１】
2017157427.tif 000003
【図２】
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