(57)【要約】【課題】燃料電池を収納したケースにおけるエア置換の実効性を高める。【解決手段】燃料電池搭載車両１０は、燃料電池１００を電池ケース２００に収納した状態で車両床下に備える。電池ケース２００から車両前方側のエア通気領域３５０に掛けてエア導入管２２０とエア排出管２４０が配設され、エア導入管２２０は、エア吸入開口２２４から電池ケース２００の内部にエアを導く。エア排出管２４０は、電池ケース２００の内部のエアをエア通気領域３５０に開口したエア排出開口２４４を経てエア通気領域３５０に排出して、ケース内のエア換気を行う。このエア換気の際のエア排出は、エア吸入開口２２４とエア排出開口２４４との圧力差やエア排出開口２４４でのエジェクタ効果に基づく負圧吸引によりなされる。【選択図】図１
2009283404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池搭載車両であって、
エア吸入開口からのエア導入とエア排出開口からのエア排出とを可能にして、燃料電池を収納する電池ケースを備え、
前記エア排出開口は、車両走行に伴うエアの流れに基づいて生じる負圧吸引が作用する配設箇所に連通している
燃料電池搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記電池ケースに一端が接続され、他端側を前記エア吸入開口として前記電池ケース内にエアを導入するエア導入管と、
前記電池ケースに一端が接続され、他端側を前記エア排出開口として前記電池ケース内のエアを排出するエア排出管とを備える
燃料電池搭載車両。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記エア吸入開口と前記エア排出開口は、前記エアの流れに基づいて圧力差が生じる２箇所の配設箇所に個別に配設され、
前記エア排出開口は圧力が低い側の前記配設箇所に配設されている
燃料電池搭載車両。
【請求項４】
前記エア排出開口の側の管路は前記エアの流れに交差し、前記前記エア排出開口は、前記エアの流れに伴い生じるエジェクタ効果よる前記負圧吸引を受けるよう配設している請求項１ないし請求項３いずれかに記載の燃料電池搭載車両。
【請求項５】
前記エア吸入開口は、前記エアの流れに沿ってエアが流入する前記配設箇所に配設されている請求項１ないし請求項４いずれかに記載の燃料電池搭載車両。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５いずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
前記エア吸入開口は、車両のフロントグリルから流入したエアを吸引するよう配設され、
前記エア排出開口は、前記フロントグリルから流入したエアの流れに対して排気するよう配設されている
燃料電池搭載車両。
【請求項７】
前記エア吸入開口と前記エア排出開口は、前記エアの流れに沿った前記フロントグリルの下流側またはラジエータの下流側に配設されている請求項６に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項８】
前記エア吸入開口と前記エア排出開口は、車両を平面視した場合に重ならないよう配設されている請求項１ないし請求項７いずれかに記載の燃料電池搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、アノードへの燃料ガス供給とカソードへの酸素含有ガス（例えば、空気）の供給を受け、燃料ガス中の燃料（例えば、水素）と酸素の電気化学反応を進行させて発電する。こうした発電は、電解質膜を有するいわゆる燃料電池セルごとに起きるので、燃料電池では各セルへのガス供給を行い得るよう燃料電池セルを積層させている。そして、こうした燃料電池の車両への搭載性向上や、取り扱いの簡便化のため、通常、燃料電池はケースに収納されて車両に搭載される。
【０００３】
燃料電池セルの積層に際しては、セル間のシール部材による気密化が図られているが、何らかの原因で燃料ガスのリークが起き得ることを考慮して、ケース内にエアを導入することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池を収納したケースにエアを導入すれば、リークガスは導入されたエアと共にケースから排出され、ケース内はエアに置換されてケース内の換気が図られている。しかしながら、ケースからの排気についての対処がなされていないことから、エアの排出状況によってはケース内のエア換気が不十分となることも有り得る。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、燃料電池を収納したケースにおけるエア換気の実効性を高めることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用：燃料電池搭載車両]
燃料電池搭載車両であって、
エア吸入開口からのエア導入とエア排出開口からのエア排出とを可能にして、燃料電池を収納する電池ケースを備え、
前記エア排出開口は、車両走行に伴うエアの流れに基づいて生じる負圧吸引が作用する配設箇所に連通している
ことを要旨とする。
【０００９】
上記構成の燃料電池搭載車両では、燃料電池を収納する電池ケースへのエア吸入開口からのエア導入とエア排出開口からのエア排出とにより、電池ケース内のエア換気を行うに当たり、エア排出開口を、車両走行に伴うエアの流れに基づいて生じる負圧吸引が作用する配設箇所に連通している。よって、この負圧吸引を受けて、電池ケース内のエアをエア排出開口から排出するので、負圧吸引による電池ケース内のエア排出を行っている分、電池ケースにエア導入管を経て導入されたエアの排出効率が高まる。このため、上記構成の燃料電池搭載車両によれば、電池ケース内のエア換気の実効性を高めることができる。しかも、ケース内のエア排出を負圧吸引により行うので、エア換気のためのファンおよびその駆動モータ等を要しないので、電力消費の抑制、延いては車両の燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
上記した燃料電池搭載車両は、次のような態様とすることができる。例えば、エア導入と排出のため、前記電池ケースに一端が接続されたエア導入管を経て、その他端側の前記エア吸入開口から前記電池ケース内にエアを導入し、前記電池ケースに一端が接続されたエア排出管を経て、その他端側の前記エア排出開口から前記電池ケース内のエアを排出するようにできる。こうすれば、次のような利点がある。
【００１１】
通常、燃料電池は車両床下に搭載されるが、電池ケースを車両床下に設置することで車両床下への燃料電池搭載が可能となる。よって、従来と同程度の車室空間を容易に確保できる。このように電両電池を電池ケースを介して車両床下に搭載した場合、ケース内への水の侵入やケース自体の水没を考慮すると、エア導入管のエア吸入開口とエア排出管のエア排出開口とからの水の侵入を防止するため、両開口を電池ケースから離れた箇所や高い位置に配設することが望ましい。上記態様の燃料電池搭載車両では、エア排出管のエア排出開口を負圧吸引が作用する配設箇所に配設した上で、エア排出口を電池ケースから離れた箇所や高い位置に配設することができると共に、エア導入管のエア吸入開口についても、電池ケースから離れた箇所や高い位置に配設することができる。よって、エア導入管のエア吸入開口およびエア排出管のエア排出開口からの水の侵入防止を図った上で、電池ケース内のエア換気の実効性を高めることができる。
【００１２】
また、前記エア吸入開口と前記エア排出開口を、前記エアの流れに基づいて圧力差が生じる２箇所の配設箇所に個別に配設した上で、前記エア排出開口を圧力の低い側の前記配設箇所に配設することができる。こうすれば、エア吸入開口とエア排出開口との圧力差により、圧力の高い側のエア吸入開口を経た電池ケースへのエア導入と、圧力の低い側での負圧吸引によるエア排出開口からのエア排気とが支障なく起き、電池ケース内のエア換気の実効性は高まる。
【００１３】
また、前記エア排出開口の側の管路を前記エアの流れに交差させ、前記エアの流れに伴い生じるエジェクタ効果よる前記負圧吸引を受けるようにすることもできる。こうすれば、エア排出開口の側の管路をエアの流れに交差させるという簡単な対処で、負圧吸引によるエア排出開口からのエア排気が支障なく起き、電池ケース内のエア換気の実効性は高まる。
【００１４】
そして、前記エア吸入開口を前記エアの流れに沿ってエアが流入する前記配設箇所に配設することもできる。こうすれば、エア吸入開口をエアの流れに沿ってエアが流入するという簡単な対処で、エア吸入開口を経た電池ケースへのエア導入が支障なく起き、上記したエア排出と相まって電池ケース内のエア換気の実効性を高めることができる。
【００１５】
こうしたエア吸入開口とエア排出開口の配設に際し、前記エア吸入開口が車両のフロントグリルから流入したエアを吸引するよう配設し、前記エア排出開口を前記フロントグリルから流入したエアの流れに対して排気するよう配設するようにできる。こうすれば、エア吸入開口とエア排出開口の両開口をフロントグリル下端付近の高い位置に配置できるので、両開口からの水の侵入の防止を図った上で、電池ケース内のエア換気の実効性を高めることができる。この場合、前記エア吸入開口と前記エア排出開口を、前記エアの流れに沿った前記フロントグリルの下流側またはラジエータの下流側に配設できる。
【００１６】
また、前記エア吸入開口と前記エア排出開口を、車両を平面視した場合に重ならないよう配設することもできる。こうすれば、エア排出開口がエアの流れに沿ってエア吸入開口より上流側に位置しても、エア排出開口から排出されたエアが当該開口より下流側のエア吸入開口から吸引されてしまうことを回避できる。つまり、エア吸入開口から電池ケース内には常に新鮮なエアが導入されるので、電池ケース内のエア換気にとって望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池搭載車両１０を概略的に側面視して示す説明図、図２は燃料電池搭載車両１０の要部を平面視して示す説明図である。
【００１８】
図示するように、この燃料電池搭載車両１０は、車体２０の車台３０に、燃料電池１００と水素ガスタンク１１０とを備える。燃料電池１００は、電解質膜の両側に電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成される。そして、この燃料電池１００は、電池ケース２００に収納された状態で前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に位置するよう、電池ケース２００を介して車台３０に固定されている。燃料電池搭載車両１０は、燃料電池１００のアノードとカソードに、水素ガスタンク１１０からの水素ガスと空気とを供給する。燃料電池１００は、供給された水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を起こして発電し、その発電電力にて前後輪の図示しない駆動用モータ等の負荷を駆動する。
【００１９】
燃料電池搭載車両１０は、車台３０の車両前方側を車台側機器搭載領域４０とし、当該領域に車輪駆動用モータ等を搭載している。また、この車台側機器搭載領域４０の上方についてもボンネット下を機器搭載領域４２とし、当該領域には、燃料電池１００へのガス供給制御や、燃料電池１００からモータ等への電力供給制御を行うコントロールユニット等を搭載している。
【００２０】
この他、燃料電池搭載車両１０は、電池ケース２００の内部のエアを置換するため、エア導入管２２０とエア排出管２４０とを備える。この両配管は、電池ケース２００に配管一端が接続されて車台側機器搭載領域４０の前方側に延び、フロントグリル３１０とラジエータ３２０との間のエア通気領域３５０に達している。エア導入管２２０は、エア通気領域３５０に開口したエア吸入開口２２４から管路に流れ込んだエアをケース側開口２２２を経て電池ケース２００の内部に導く。エア排出管２４０は、電池ケース２００の内部のエアをケース側開口２４２と排出管管路およびエア通気領域３５０に開口したエア排出開口２４４を経てエア通気領域３５０に排出する。エア導入管２２０とエア排出管２４０による電池ケース２００のエア給排については、エア吸入開口２２４やエア排出開口２４４の位置関係と合わせて後述する。
【００２１】
上記したエア導入管２２０とエア排出管２４０は、図２に示すように、車両の左右方向において分かれて電池ケース２００に接続されている。このため、エア導入管２２０のエア吸入開口２２４とエア排出管２４０のエア排出開口２４４は、本実施例の燃料電池搭載車両１０を平面視した場合に重ならないよう配設されることになる。
【００２２】
次に、エア吸入開口２２４とエア排出開口２４４の配設状況について説明する。図３は車両走行に伴いフロントグリル３１０を通過したエアの流れに基づいてエア通気領域３５０にて現れる圧力分布の関係と開口位置関係とを模式的に示す説明図、図４はフロントグリル通過エアの流れの様子と開口位置関係とを模式的に示す説明図である。
【００２３】
図３に示す圧力分布の様子や図４に示すエアの流れの様子は、風洞実験による実験解析、或いはコンピュータを用いたシミュレーション解析から判別する。よって、本実施例では、得られた圧力分布に基づいて、エア吸入開口２２４とエア排出開口２４４を、フロントグリル３１０を通過したエアの流れに基づいて圧力差が生じる２箇所の配設箇所に個別に配設した上で、エア排出管２４０のエア排出開口２４４を圧力の低い側の配設箇所に配設した。具体的には、フロントグリル３１０の下端近傍では、エア通気領域３５０の形状的な特性等によりエアの流れによどみが起きるので低圧力となる。よって、この低圧力のフロントグリル３１０の下端近傍にエア排出開口２４４を配設し、これより下流側の高圧力箇所にエア吸入開口２２４を配設した。このため、フロントグリル通過エアは、エア吸入開口２２４からエア導入管２２０に入り込んで電池ケース２００に導入され、ケース内のエアは、上記した圧力差に基づく負圧吸引を受けて、エア排出管２４０のケース側開口２４２からエア排出開口２４４を経てフロントグリル３１０の下流に排出される。
【００２４】
エアの流れで説明すると、図４に示すように、フロントグリル通過エアは、エア通気領域３５０の形状的な特性等により、エア排出開口２４４の近傍を通過し、エア吸入開口２２４については当該開口に入り込むようにして流れる。よって、エア吸入開口２２４には、エアが直接流れ込むと共に上記した圧力の高低によってもエアが吸入され、エア排出開口２４４では、開口近傍をエアが流れることによるエジェクタ効果も働き、上記した圧力差と相まってエアの負圧吸引が起きることになる。この場合、こうしたエア吸入開口２２４へのエア吸引とエア吸入開口２２４でのエジェクタ効果の改善を図ることができる。
【００２５】
図５はエア吸入開口２２４へのエア吸引とエア吸入開口２２４でのエジェクタ効果とを高めるための開口位置を示す説明図である。この図５に示すように、エア導入管２２０については、エア吸入開口２２４の側の端部管路２２６をエアの流れに沿うよう形成して、エア吸入開口２２４にエアが直接流れ込むように配置する。エア排出管２４０については、エア排出開口２４４の側の端部管路２４６を湾曲形成して当該管路先端がエアの流れに直交するようにして、エア排出開口２４４でのエジェクタ効果による負圧吸引の効率を高めよう配置する。
【００２６】
以上説明した燃料電池搭載車両１０では、燃料電池１００を収納した電池ケース２００の内部へのエア導入に、電池ケース２００にケース側開口２２２にて接続されたエア導入管２２０を用い、このエア導入管２２０のエア吸入開口２２４から電池ケース内にエアを導入する。その一方、電池ケース２００の内部のエアの排出には、電池ケース２００にケース側開口２４２にて接続されたエア排出管２４０を用い、エア排出開口２４４からのエア排出を上記したような圧力差やエジェクタ効果を利用した負圧吸引にて行う。この結果、本実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、負圧吸引による電池ケース内のエア排出を行っている分、電池ケース２００にエア導入管２２０を経て導入されたエアの排出効率を高めて、電池ケース内のエア換気の実効性を高めることができる。しかも、電池ケース２００内のエア排出を負圧吸引により行うので、エア換気のためのファンおよびその駆動モータ等を要しないので、電力消費の抑制、延いては燃料電池１００にその発電のために用いる燃料ガスの消費量を低減して車両の燃費を向上できる。
【００２７】
また、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、電池ケース２００を介して燃料電池１００を車両床下、具体的には車台３０に設置して車室空間を確保した上で、電池ケース内のエア換気のためのエア導入管２２０のエア吸入開口２２４およびエア排出管２４０のエア排出開口２４４をフロントグリル３１０の下端近傍の高さで配設した。よって、本実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、エア排出管２４０のエア排出開口２４４を上記したように負圧吸引が作用するよう配設した上で、エア排出開口２４４やエア吸入開口２２４を電池ケースから離れた箇所や高い位置に配設することができる。この結果、上記の両開口からの水の侵入防止を図った上で、電池ケース内のエア換気の実効性を高めることができる。
【００２８】
また、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、図３〜図５に示すように、エア吸入開口２２４とエア排出開口２４４を、フロントグリル３１０を通過したエアの流れに基づいて圧力差が生じる２箇所の配設箇所に個別に配設した上で、エア排出開口２４４を圧力の低い側に配設した。加えて、エア吸入開口２２４にはエアが直接吸入されるようにしたり、エア排出開口２４４の側の端部管路２４６をエアの流れに直交するようにしてエア排出開口２４４でのエジェクタ効果による負圧吸引効率を高めた。これらの結果、本実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、電池ケース内のエア換気の実効性をより一層高めることができる。しかも、こうしたエア換気の実効性向上に当たり、エア排出開口２４４の側の端部管路２４６をエアの流れに交差させたり、エア吸入開口２２４にエアが直接流入するよう端部管路２２６を配置するという簡単な対処で済み、簡便である。
【００２９】
また、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、図２に示すように、エア導入管２２０とエア排出管２４０とを車両幅方向に離して電池ケース２００に接続設置して、エア吸入開口２２４とエア排出開口２４４とを車両幅方向で重ならないよう配設した。よって、図１や図３〜図５に示すようにエア排出開口２４４がエア吸入開口２２４より車両前方側に位置しても、エア排出開口２４４から排出されたエア（ケース内エア）が車両後方側のエア吸入開口２２４から吸引されないようにできる。この結果、エア吸入開口２２４から電池ケース内には常に新鮮なエアが導入されるので、燃料電池１００から何らかの原因で燃料ガス（水素ガス）がリークしたとしても、そのリークガスがエア吸入開口２２４から電池ケース内に再度導入されるようなことはなく、電池ケース内のエア換気にとって望ましい。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、エア吸入開口２２４やエア排出開口２４４をフロントグリル３１０の下流に配設したが、ラジエータ３２０の下流に配設するよう変形することもできる。図６は変形例におけるラジエータ３２０とエア導入管２２０Ａおよびエア排出管２４０Ａとの位置関係を示す説明図、図７は図２相当図であり変形例の燃料電池搭載車両１０Ａの要部を平面視して示す説明図である。
【００３１】
図示するように、この変形例では、エア導入管２２０とエア排出管２４０とを車両幅方向に離して設置すると共に、エア導入管２２０については、ラジエータ３２０を通過するエアの流れと干渉する位置まで立ち上げた上で、エア吸入開口２２４Ａの付近の管路を曲げてエア吸入開口２２４Ａをラジエータ３２０と対向させてエア導入管２２０Ａを設置した。エア排出管２４０Ａは、エア排出開口２４４Ａをラジエータ下端近傍に配設した上で、当該開口付近の管路をラジエータ通過エアの流れと直交するようにした。この変形例にあっても、上記した実施例と同様、電池ケース内のエア換気を高い実効性で達成できる。そして、上記両開口をラジエータ下流に配設したことから、次の利点がある。
【００３２】
ラジエータ３２０は、空気との接触により熱交換を図る性質上、接触面積を大きくするためエア通過孔はほぼ同じ形状とされている。よって、ラジエータ３２０の直ぐ下流側では、ラジエータ通過エアの流れはあまり乱れないので、エア吸入開口２２４Ａへのエア吸引は確実となると共に、エア排出開口２４４Ａでのエアの流れに基づくエジェクタ効果による負圧吸引も確実となる。この結果、ケース内のエア換気についてもより実効性が高まる。
【００３３】
この他、エア吸入開口２２４やエア排出開口２４４を他の配設箇所に配設するようにもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池搭載車両１０を概略的に側面視して示す説明図である。
【図２】燃料電池搭載車両１０の要部を平面視して示す説明図である。
【図３】車両走行に伴いフロントグリル３１０を通過したエアの流れに基づいてエア通気領域３５０にて現れる圧力分布の関係と開口位置関係とを模式的に示す説明図である。
【図４】フロントグリル通過エアの流れの様子と開口位置関係とを模式的に示す説明図である。
【図５】エア吸入開口２２４へのエア吸引とエア吸入開口２２４でのエジェクタ効果とを高めるための開口位置を示す説明図である。
【図６】変形例におけるラジエータ３２０とエア導入管２２０Ａおよびエア排出管２４０Ａとの位置関係を示す説明図である。
【図７】図２相当図であり変形例の燃料電池搭載車両１０Ａの要部を平面視して示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、１０Ａ…燃料電池搭載車両
２０…車体
３０…車台
４０…車台側機器搭載領域
４２…機器搭載領域
１００…燃料電池
１１０…水素ガスタンク
２００…電池ケース
２２０、２２０Ａ…エア導入管
２２２、２２２Ａ…ケース側開口
２２４、２２４Ａ…エア吸入開口
２２６…端部管路
２４０、２４０Ａ…エア排出管
２４２、２４２Ａ…ケース側開口
２４４、２４４Ａ…エア排出開口
２４６…端部管路
３１０…フロントグリル
３２０…ラジエータ
３５０…エア通気領域
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪
【図１】
2009283404.tif 000003
【図２】
2009283404.tif 000004
【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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