燃料電池車両の換気装置
【課題】コンパクトで、換気効率のよい燃料電池車両の換気装置を提供すること。
【解決手段】燃料電池車両Ｖは、水素と酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池ＦＣと、燃料電池ＦＣへ水素を供給する水素供給デバイス１０と、燃料電池ＦＣから水素を排出する水素排出デバイス２０と、を備えている。換気装置４０は、燃料電池車両Ｖの前後方向の中央部に、燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０および水素排出デバイス２０が配置されてなる水素系ユニット領域Ｑに向けて、燃料電池車両Ｖの前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイス４１と、燃料電池車両Ｖの車体後方から、水素系ユニット領域Ｑに取り入れられた換気風を吸引する第２換気デバイスと、を備えている。
【解決手段】燃料電池車両Ｖは、水素と酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池ＦＣと、燃料電池ＦＣへ水素を供給する水素供給デバイス１０と、燃料電池ＦＣから水素を排出する水素排出デバイス２０と、を備えている。換気装置４０は、燃料電池車両Ｖの前後方向の中央部に、燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０および水素排出デバイス２０が配置されてなる水素系ユニット領域Ｑに向けて、燃料電池車両Ｖの前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイス４１と、燃料電池車両Ｖの車体後方から、水素系ユニット領域Ｑに取り入れられた換気風を吸引する第２換気デバイスと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池車両において、水素が流通するデバイスが配置された水素系ユニット領域の水素を換気する燃料電池車両の換気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車両では、燃料電池と、燃料電池へ水素を供給する水素供給デバイスと、燃料電池から水素を排出する水素排出デバイスとが配置された水素系ユニット領域を、フロアパネルと車両の底部を覆うアンダパネルとの間の空間に配設した燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。その燃料電池車両には、水素系ユニット領域の雰囲気ガスを吸引する吸引デバイスや、水素を検出する水素検出デバイスなどが設けられている。
【０００３】
このため、前記燃料電池車両では、雰囲気ガスの吸引口付近に水素検出デバイスを備えたことによって、水素漏れを検出することが可能になっている。さらに、その車両では、吸引デバイスを備えたことによって、水素系ユニット領域の水素保有部品から漏れた水素を吸引して換気することが可能になっている。また、吸引デバイスは、吸引した雰囲気ガスを高電圧の蓄電池に向けて排出して冷却することも可能になっている。
【特許文献１】特開２００７−８０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池発電装置では、水素保有部品を車両前後方向に長く配置した場合、吸引口から遠い位置の雰囲気ガスを吸引するためには、大風量の吸引デバイスが必要となり、吸引デバイスが大型化するという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、コンパクトで、換気効率のよい燃料電池車両の換気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、水素と酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池へ水素を供給する水素供給デバイスと、前記燃料電池から水素を排出する水素排出デバイスと、を備えた燃料電池車両の換気装置において、前記燃料電池車両の前後方向の中央部に、前記燃料電池、前記水素供給デバイスおよび前記水素排出デバイスが配置されてなる水素系ユニット領域に向けて、前記燃料電池車両の前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイスと、前記燃料電池車両の車体後方から、前記水素系ユニット領域に取り入れられた前記換気風を吸引する第２換気デバイスと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置の発明によれば、燃料電池車両の中央部の水素系ユニット領域に対して第１換気デバイスによって燃料電池車両の前方から換気風を送って、その換気風が第２換気デバイスに流入されるので、換気風が勢いよく流れるようになる。このため、換気装置は、燃料電池車両の前後方向の中央部に配置された水素系ユニット領域の雰囲気ガスを効率よく換気することができる。さらに、水素保有部品が車体前後方向に長く配置されて、その水素保有部品の前方から第１換気デバイスが走行風を吸引し、水素保有部品の後方から第２換気デバイスがその走行風（換気風）を吸引して車両の後方へ放出する。したがって、吸引口から遠い位置の雰囲気ガスを吸引する場合であっても、第１換気デバイスと第２換気デバイスとによって、雰囲気ガスが車体前方から車体後方に向かって速い流速で流れるので、効率よく換気することができる。
【０００８】
請求項２に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記水素系ユニット領域は、前記燃料電池車両のセンタトンネルの内側に配置され、前記第１換気デバイスから流出した換気風が流れる換気風流路は、前記第１換気デバイスから前記センタトンネルに向けて絞られて形成された絞り部を有することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、水素系ユニット領域は、車両のセンタトンネルの内側に配置されて、第１換気デバイスから流出される換気風の換気風流路がセンタトンネルに向けて絞り部が形成され、流路の断面積が減少している。このため、絞り部の下流側に配置された水素系ユニット領域を通過する換気風の流速を速くすることができる。さらに、センタトンネルは、水素系ユニット領域を換気風が車体後方に向かって流れるようにトンネル状に覆って略管路状になっているので、水素系ユニット領域内に漏れた水素を含む雰囲気ガスの流れを車体後方に導いて指向させることができる。その結果、水素系ユニット領域の雰囲気ガスの換気を効果的に促進させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項２に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記換気風流路は、前記燃料電池車両の車体前方から前記水素系ユニット領域を介して車体後方に形成されて、前記第２換気デバイスは、前記換気風流路の中に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、第２換気デバイスが設置された換気風流路は、車体前方から水素系ユニット領域を介して車体後方に向かって形成されていることによって、換気風が車体前方から後方に向かって勢いよく流れる。このため、漏れた水素を攪拌および希釈した上で、車体後方から排出することができる。
【００１２】
請求項４に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記第１換気デバイスは、前記燃料電池車両の前方からの走行風を吸引するラジエータファンからなることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、第１換気デバイスは、燃料電池車両の前方からの走行風を利用するラジエータファンからなることによって、燃料電池、発電用保機類およびエアコンの冷却水を冷却するラジエータファンの走行風を、さらに、水素系ユニット領域の換気風として有効利用して換気をアシストすることができる。これにより、換気装置の換気効率が向上され、第１換気デバイスを小型のものでも対応可能にして、換気装置のコンパクト化および省電力化を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記燃料電池車両は、前記燃料電池が発電した電気を蓄積する蓄電装置を前記水素系ユニット領域の後方に配置し、前記第２換気デバイスは、前記水素系ユニット領域の空間の雰囲気ガスを吸引し、前記雰囲気ガスを前記蓄電装置に当てて冷却することを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、燃料電池車両は、第２換気デバイスが水素系ユニット領域の空間の雰囲気ガスを吸引して蓄電装置を冷却することによって、車体前方から後方に向かって流れる換気風をさらに速く流れるようにすることができる。このため、さらに、換気装置の換気能力および冷却能力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンパクトで、換気効率のよい燃料電池車両の換気装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の換気装置を説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池車両の換気装置の構成を示す概略平面図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の換気装置の構成を示す概略側面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ拡大断面図である。なお、図１〜図３は、燃料電池ＦＣなどが設置される水素系ユニット領域Ｑおよび換気風流路４３を誇張して記載してある。
【００１８】
≪燃料電池車両の構成≫
図１に示すように、燃料電池車両Ｖは、燃料電池ＦＣの発電電力によって走行用の走行モータＭを回転させて走行する電気自動車である。この燃料電池車両Ｖは、それぞれ後記する燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０、換気装置４０などを備えた燃料電池発電装置１を搭載している。図２に示すように、燃料電池車両Ｖは、車室Ｃと、車室Ｃの前方に配置されたモータルームＭＲと、車室Ｃと床下とを仕切るフロアパネル８１と、フロアパネル８１によって形成されたセンタトンネル８２と、フロアパネル８１の下方に配置されたアンダパネル８３と、車両前後方向の中央部に配置された水素系ユニット領域Ｑと、を備えている。燃料電池車両Ｖには、フロアパネル８１（図２参照）の床下とアンダパネル８３との間の空間（換気風流路４３）およびモータルームＭＲに燃料電池発電装置１の各デバイスが設置されている。なお、水素系ユニット領域Ｑと前記空間とは、同じ場所を意味する。
【００１９】
＜車室の構成＞
図２に示すように、車室Ｃは、ドライバなどの乗員が乗車する部屋であり、車体８０の中央部に配置されている。車室Ｃは、フロアパネル８１上に形成され、そのフロアパネル８１上には座席８５が複数設置されている。車室Ｃの前方には、インストルメントパネル（図示省略）および隔壁８４を介してモータルームＭＲが配置されている。車室Ｃの床下中央には、前端部から後端部にわたってセンタトンネル８２および換気風流路４３が形成されている。
【００２０】
＜モータルームの構成＞
図１に示すように、前記モータルームＭＲは、走行モータＭ、第１換気デバイス４１、エアコンプレッサ３０などが設置される収納空間であり、車体前方に配置されている。モータルームＭＲの車体前面側には、走行風をモータルームＭＲ内に取り込んで第１換気デバイス４１に空気を流すための導風板（図示省略）が設置されている。モータルームＭＲの車体後方側には、モータルームＭＲの後側内壁を形成する隔壁８４が設置されている。モータルームＭＲ内には、前端部中央に第１換気デバイス４１が配置され、左右の前輪ＷＦ，ＷＦの間に走行モータＭが配置されて、後方寄りにエアコンプレッサ３０が配置されている。なお、モータルームＭＲは、隔壁８４の下端部からセンタトンネル８２が連設されて、後記する換気風流路４３に連通している。
【００２１】
＜フロアパネルの構成＞
図２に示すように、前記フロアパネル８１は、車室Ｃの床面と、換気風流路４３の上側半体を形成する板部材であり、床面全体に設けられた鋼板などの金属製平板材からなる。フロアパネル８１の上面には、フロアマットが敷設されている。なお、フロアパネル８１は、水素を透過させたり、通過させたりしない構成になっている。
【００２２】
＜センタトンネルの構成＞
前記センタトンネル８２は、車室前端部の隔壁８４の中央から車体８０に沿って車体後方に向けて直線上にフロアパネル８１で形成されたトンネル状のフロアトンネルである。センタトンネル８２の内壁は、換気風流路４３および水素系ユニット領域Ｑの上側半体を形成している。このため、センタトンネル８２の内部には、換気風が車体前方から車体後方に向かって流れると共に、それぞれ後記する水素供給デバイス１０、燃料電池ＦＣ、水素排出デバイス２０、蓄電装置５０などが収納されている。また、センタトンネル８２は、換気風流路４３および水素系ユニット領域Ｑの空間を形成している。
【００２３】
＜アンダパネルの構成＞
図２に示すように、前記アンダパネル８３は、燃料電池ＦＣなどを路面の突起やはね石などから保護するための部材であり、車体８０の底面を形成する板材からなる。アンダパネル８３は、フロアパネル８１の下方に適宜な空間を介して略水平に配置された鋼板などの金属製平板部材からなり、車体８０の前端部から後端部にわたって設けられている。アンダパネル８３は、モータルームＭＲの床面と、換気風流路４３の下面と、水素系ユニット領域Ｑの下面と、蓄電装置５０および第２換気デバイス４２が載設される設置面とを形成している。アンダパネル８３は、隔壁８４、フロアパネル８１およびセンタトンネル８２とで換気風が流れる換気風流路４３を形成している。また、アンダパネル８３は、フロアパネル８１とで、水素系ユニット領域Ｑの空間を形成している。
【００２４】
＜隔壁の構成＞
図２に示すように、隔壁８４は、モータルームＭＲと車室Ｃとを仕切り、モータルームＭＲの後側内壁を形成する板材であり、側面視してフロアパネル８１に連続して設けられている。隔壁８４の下端部中央には、モータルームＭＲの後側内壁中央の下部から換気風流路４３およびセンタトンネル８２が車体８０に沿って車体後方に向けて連設されている。その隔壁８４およびダッシュボードの下端部中央には、後記する換気風流路４３の絞り部４３ａが形成されている。
【００２５】
＜水素系ユニット領域の構成＞
図１に示すように、水素系ユニット領域Ｑは、水素が流通するデバイスが存在する領域であり、燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０などの水素保有部品が配置されている部位である。換言すると、水素系ユニット領域Ｑは、水素消費機器（プラス水素排出処理機器）が設置される領域である。水素系ユニット領域Ｑは、燃料電池車両Ｖの前後方向の車両中央部のセンタトンネル８２の内側に配置されて、燃料電池ＦＣ、水素供給配管１３の一部、水素循環機構１４、水素排出配管２１、水素パージ弁２２、希釈器２３などの水素保有部品が配置されている。
【００２６】
≪燃料電池発電装置の構成≫
燃料電池発電装置１は、水素と酸化剤ガスとを燃料電池ＦＣに供給して発電を行い、その発電電力によって走行モータＭを回転させて燃料電池車両Ｖを走行させるための発電装置である。この燃料電池発電装置１は、それぞれ後記する燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０、エアコンプレッサ３０、換気装置４０、蓄電装置５０、水素検出装置６０、制御ユニット９０（図２参照）などを含んで構成されている。燃料電池発電装置１は、燃料電池車両Ｖのフロアパネル８１とアンダパネル８３との間に形成された空間と、モータルームＭＲと、に収納されている（図２参照）。
【００２７】
≪燃料電池の構成≫
図１に示すように、燃料電池ＦＣは、一価の陽イオン交換型の高分子電解質膜（以下、「電解質膜」という）をアノード極（水素極）と、他面側をカソード極（空気極）とで挟んで構成した膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両面を、さらに、導電性のセパレータ（図示省略）で挟んで構成した単セルが、複数積層された構造を有している。この燃料電池ＦＣのアノード極に水素が供給され、カソード極に酸化剤ガスとしての空気（酸素）が供給されることで、水素と酸素との電気化学反応によって発電するように構成されている。燃料電池ＦＣは、センタトンネル８２内に収納されている（図３参照）。
【００２８】
≪水素供給デバイスの構成≫
水素供給デバイス１０は、燃料電池ＦＣに水素を供給する装置であり、遮断弁１２を備えた高圧水素タンク１１、水素供給配管１３、水素循環機構１４などで構成されている。
【００２９】
＜高圧水素タンクの構成＞
図１に示すように、前記高圧水素タンク１１は、燃料電池ＦＣに供給する燃料である高純度の水素が高圧で充填された容器であり、燃料電池車両Ｖの後輪ＷＲ，ＷＲ付近のセンタトンネル８２に続く荷物室の下に横置きに配置されている。高圧水素タンク１１は、遮断弁１２に接続されている。
【００３０】
＜遮断弁の構成＞
遮断弁１２は、高圧水素タンク１１から流出される燃料ガスの流出を調整する電磁バルブであり、配管を介してエゼクタ１４ａに接続されている。遮断弁１２は、制御ユニット９０（図２参照）と電気的に接続されており、この制御ユニット９０（図２および図３参照）によって適宜に弁体が開閉制御されるようになっている。
【００３１】
＜水素供給配管の構成＞
図１に示すように、水素供給配管１３は、高圧水素タンク１１内の水素を燃料電池ＦＣに送るための流路であり、その一端が燃料電池ＦＣに接続され、他端が高圧水素タンク１１に接続されている。
【００３２】
＜水素循環機構の構成＞
水素循環機構１４は、燃料電池ＦＣから排出された水素の排ガスを再度、水素供給配管１３に戻して循環させるものである。この水素循環機構１４は、エゼクタ１４ａ、水素循環配管１４ｂなどで構成され、エゼクタ１４ａが水素供給配管１３の途中に設けられている。水素循環配管１４ｂは、一端がエゼクタ１４ａに接続され、他端が燃料電池ＦＣに接続されている。
【００３３】
≪水素排出デバイスの構成≫
図１に示すように、水素排出デバイス２０は、燃料電池ＦＣから水素を排出する装置であり、水素排出配管２１、水素パージ弁２２、希釈器２３などで構成されている。
【００３４】
＜水素排出配管の構成＞
前記水素排出配管２１は、燃料電池ＦＣから排出された水素を水素パージ弁２２、希釈器２３などを介在して外部に排出するための流路である。水素排出配管２１は、その一端が燃料電池ＦＣのアノード極の出口側と接続され、他端が水素パージ弁２２を介して希釈器２３と接続されている。また、水素排出配管２１には、前記水素循環配管１４ｂの他端が接続されている。
【００３５】
＜水素パージ弁の構成＞
図１に示すように、水素パージ弁２２は、燃料電池発電装置１の運転中に水素循環配管１４ｂ内に混在する水分や、その他の不純物を適宜に外部に排出するための電磁バルブである。水素パージ弁２２は、水素排出配管２１の希釈器２３の上流側に設けられている。燃料電池ＦＣのカソード極に供給された空気に含まれる窒素が、電解質膜を介してカソード極からアノード極に透過して水素濃度が低下した場合に、この水素パージ弁２２が必要に応じて開弁することにより、水素濃度の低下によって発電性能が損なわれるのを防止するようになっている。
【００３６】
＜希釈器の構成＞
希釈器２３は、水素パージ弁２２を通って排出されたアノードオフガス（水素）を、この希釈器２３と燃料電池ＦＣのカソード極とを接続する空気排出配管３２を介して排出されたカソードオフガス（空気＋水）で希釈する装置である。希釈器２３で所定の水素濃度以下に希釈された水素は、排気管２４を介して大気中へと排出される。
【００３７】
≪エアコンプレッサの構成≫
図１に示すように、前記エアコンプレッサ３０は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどであり、圧縮した空気（外気）を、空気供給配管３１を介して燃料電池ＦＣに供給するものである。
【００３８】
＜空気供給配管の構成＞
空気供給配管３１は、燃料電池ＦＣのカソードに空気を供給する供給路である。空気供給配管３１は、例えば、一端側が空気を送るためのエアコンプレッサ３０や、空気を加湿させるための加湿器（図示省略）などに接続され、他端側が配管によってカソードに接続されている。
【００３９】
≪蓄電装置の構成≫
蓄電装置５０は、燃料電池ＦＣが発電した電気を蓄積する装置であり、例えば、センタトンネル８２の後方に配置された第２換気デバイス４２の車体前方側に設けられている。つまり、蓄電装置５０は、水素系ユニット領域Ｑの後方に配置されている。この蓄電装置５０としては、バッテリまたはキャパシタなどで構成され、バッテリとしては、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などであり、キャパシタとしては、電気二重層キャパシタや電解コンデンサなどである。なお、蓄電装置５０は、複数の小型蓄電池が適宜組み合わされた組電池であり、複数の小型蓄電池を収容する枠体（基体、筐体など）を含めていう。
【００４０】
≪換気装置の構成≫
図１に示すように、換気装置４０は、燃料電池車両Ｖの前方の走行風を吸引して取り入れて、換気風をモータルームＭＲからセンタトンネル８２を通して車体後方に流すことによって、センタトンネル８２内に漏れた漏れ水素を排気風と共に車外に排出して換気する装置である。この換気装置４０は、水素が流通される水素保有部品が配置されてなる水素系ユニット領域Ｑに向けて、燃料電池車両Ｖの前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイス４１と、燃料電池車両Ｖの車体後方から、水素系ユニット領域Ｑに取り入れられた換気風を吸引する第２換気デバイス４２と、車体前方から第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２を介して車体後方にわたって形成された換気風流路４３と、を備えて構成されている。
【００４１】
＜第１換気デバイスの構成＞
第１換気デバイス４１は、燃料電池車両Ｖの走行によって発生する走行風を車体前方から吸引して取り入れて水素系ユニット領域Ｑに向けて換気風を送る装置であり、例えば、ラジエータファン４１Ａからなる。
図２に示すように、ラジエータファン４１Ａは、燃料電池ＦＣや走行モータＭを冷却する熱媒である水を空気によって冷却する装置であり、モータルームＭＲの前端部中央に配置され、センタトンネル８２の方向へ走行風を送っている。ラジエータファン４１Ａは、制御ユニット９０に電気的に接続されて、制御ユニット９０によって回転速度が調整される。
【００４２】
＜第２換気デバイスの構成＞
第２換気デバイス４２は、燃料電池車両Ｖの後方から水素系ユニット領域Ｑおよびセンタトンネル８２内の換気風、漏れ水素などを含む雰囲気ガスを吸引して、その雰囲気ガスを蓄電装置５０に当てて蓄電装置５０を冷却する装置であり、電動ファン４２Ａからなる。第２換気デバイス４２は、換気風流路４３の中のセンタトンネル８２および水素系ユニット領域Ｑ内の後方側に設置されている。この第２換気デバイス４２は、制御ユニット９０を介して車速検出装置（図示省略）に電気的に接続されて、その車速検出装置で検出した車速に応じて電動ファン４２Ａの回転速度が増減するようになっている。
【００４３】
図２に示すように、前記電動ファン４２Ａは、その回転軸が蓄電装置５０の壁面に直交するように配置されている。また、この電動ファン４２Ａは、そのプロペラが回転することにより、水素系ユニット領域Ｑおよびセンタトンネル８２内の雰囲気ガスを吸引して車外に排出するようになっている。
【００４４】
＜換気風流路の構成＞
換気風流路４３は、水素供給デバイス１０などから流出した漏れ水素や換気用の換気風が流れる流路である。換気風流路４３は、燃料電池車両Ｖの車体前端部のモータルームＭＲから絞り部４３ａ、センタトンネル８２および水素系ユニット領域Ｑを通って車体後端部にわたって、平面視して車体８０の中心線上に沿うように形成されている。換気風流路４３は、側面視して、アンダパネル８３とフロアパネル８１との間に介在されている。換気風流路４３内には、前端部に第１換気デバイス４１が設置され、後端部に第２換気デバイス４２が設置され、第１換気デバイス４１と第２換気デバイス４２との間に走行モータＭ、エアコンプレッサ３０、燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０、蓄電装置５０などが介在されている。つまり、燃料電池発電装置１を構成する各デバイス、部品などが換気風流路４３内に設けられて、その換気風流路４３内が換気装置４０によって効率よく換気および冷却されるようになっている。
【００４５】
絞り部４３ａは、換気風流路４３内を流れる換気風の流速を速くするために形成されたものであり、車体前方のモータルームＭＲからセンタトンネル８２に向けて絞られて形成されている。
【００４６】
≪水素検出装置の構成≫
図２に示すように、水素検出装置６０は、水素系ユニット領域Ｑから漏れ出る水素を検出するものであり、水素系ユニット領域Ｑ内の上部であるセンタトンネル８２内の上端部や高圧水素タンク１１の上方などの高い位置に配置されている。なお、この水素検出装置６０は、制御ユニット９０に電気的に接続されている。
【００４７】
≪制御ユニットの構成≫
前記制御ユニット９０は、燃料電池発電装置１および換気装置４０を制御する装置である。制御ユニット９０は、イグニッションスイッチ（図示省略）に接続されて、このイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦに連動して作動するようになっている。この制御ユニット９０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などから構成されている。制御ユニット９０は、水素検出装置６０で検出した水素の漏れや、車速検出装置で検出した車速や、温度センサ（図示省略）で検出した走行モータＭなどの機器の温度に応じて適宜な回転速度で駆動するように換気装置４０を制御している。
【００４８】
≪燃料電池車両の換気装置の作用≫
次に、本実施形態に係る燃料電池車両Ｖの換気装置４０の作用について説明する。
まず、運転者が燃料電池車両Ｖのイグニッションスイッチ（図示省略）をＯＮにすると、制御ユニット９０（図２参照）は、図２に示す蓄電装置５０に蓄積された電気（電力）を利用して、遮断弁１２を開弁すると共に、エアコンプレッサ３０を駆動する。これにより、高圧水素タンク１１内の水素が水素供給配管１３を介して燃料電池ＦＣのアノード極に供給され、エアコンプレッサ３０から空気供給配管３１を介して、加湿器（図示省略）によって加湿された空気が燃料電池ＦＣのカソード極に供給される。これにより、燃料電池ＦＣ内において水素と加湿空気中の酸素とが電気化学反応によって発電が行われ、走行モータＭなどの負荷に電力（発電電流）が供給され、走行モータＭの回転動力によって燃料電池車両Ｖの駆動輪（前輪ＷＦ，ＷＦ）が駆動される。
【００４９】
また、水素の利用効率を高めるために、燃料電池ＦＣのアノード極から排出された水素を、水素循環配管１４ｂを介して燃料電池ＦＣのアノード極に導入して再循環させている。また、水素パージ処理時に、水素パージ弁２２を介して排出された水素は、希釈器２３に導入されると共に、燃料電池ＦＣのカソード極から排出されたカソードオフガス（主に、空気と水）によって所定値以下の水素濃度まで希釈された後に、排気管２４を介して大気中へと排出される。
【００５０】
例えば、図１および図２に示すように、燃料電池車両Ｖが走行すると、車両前方から走行風が、導風板からモータルームＭＲに侵入して走行モータＭ、エアコンプレッサ３０などを冷却すると共に、換気風流路４３を形成するフロアパネル８１とアンダパネル８３との間を車体後方へ流れて、水素系ユニット領域Ｑの漏れ水素などを車体後方へ流す。
【００５１】
この場合、換気風流路４３が、モータルームＭＲから車体後方へ向かってセンタトンネル８２が形成されていると共に、センタトンネル８２の前端部に絞る部４３ａが形成されて、断面積が縮小されているので、この換気風流路４３内を流れる換気風の流速が速くなる。このため、センタトンネル８２内を流れる換気風は、水素系ユニット領域Ｑの車体前側で流速を上げて、水素系ユニット領域Ｑ内に漏れた水素などを含む雰囲気ガスを掃気するように、車両後方へ流出される。
【００５２】
したがって、水素保有部品が配置された水素系ユニット領域Ｑにある配管などの接合部分やシール部分から仮に水素漏れが発生したとしても、図１および図２に矢印で示すように、漏れ出た水素を、水素系ユニット領域Ｑの雰囲気ガスと共に車両後方へ放出させることができる。
【００５３】
また、燃料電池車両Ｖの走行時または停車時に、換気装置４０が駆動した場合には、１つ目の第１換気デバイス４１のラジエータファン４１Ａが、車両前方の走行風をモータルームＭＲ内に吸引してセンタトンネル８２側へ換気風として送り流す。さらに、その換気風および水素系ユニット領域Ｑの雰囲気ガスは、センタトンネル８２の後側に設置された２つ目の第２換気デバイス４２の電動ファン４２Ａによって車体後方側へ吸引される。このため、換気風は、フロアパネル８１とアンダパネル８３との間の換気風流路４３内を速い流速でスムーズに車体後方に流れて、水素系ユニット領域Ｑの漏れ水素を希釈攪拌して均一に薄められた濃度で車体後方へ流れて放出される。
【００５４】
このため、換気装置４０は、走行風をセンタトンネル８２と、センタトンネル８２の前後に設置された第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２とによって効率よく換気風流路４３内に換気風を流して漏れ水素を換気することができる。その結果、換気装置４０の換気能力が小さい装置であっても対応可能にして第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２の小型化を図ることができると共に、重量、コスト、消費電力の削減を図ることもできる。
【００５５】
換気装置４０が駆動しているときに、前記走行風は、燃料電池車両Ｖの前方から車体後方側に向けて換気風として流れるので、換気風のアシストの役目を果たす。このため、第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２の小型化と、重量、コストおよび消費電力の削減をさらに向上させることができる。
【００５６】
また、前記走行風の流速は、燃料電池車両Ｖの車速に伴って速くなる。そして、第１換気デバイス４１のラジエータファン４１Ａおよび第２換気デバイス４２の電動ファン４２Ａの回転速度は、車速検出装置で検出した燃料電池車両Ｖの車速に応じて増減させて適宜な速度に調整される。つまり、車速が高速の場合は、走行風が速く、その走行風の流れの方向に向けてスムーズに流れるように換気風流路４３が形成されているので、換気装置４０を停止させても対応可能である。
【００５７】
また、停車中や換気装置４０が停止している場合であっても、水素系ユニット領域Ｑに水素検出装置６０が設けられているので、水素漏れがあった際に、水素検出装置６０が漏れた水素を検出して、その検出信号で制御ユニット９０が換気装置４０をＯＮさせることができる。このため、第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２を自動的に駆動させて、水素系ユニット領域Ｑ内を換気することが可能である。
【００５８】
また、水素は、空気と比較して非常に軽い物質であるので、図２に示すように、水素検出装置６０をフロアパネル８１とアンダパネル８３との間の換気風流路４３（センタトンネル８２）内の上部下流側に設けたことによって、漏れ出た水素をより確実に検知することが可能になる。
【００５９】
また、換気風流路４３を形成するセンタトンネル８２内の後方に蓄電装置５０を配置したことによって、水素系ユニット領域Ｑから車体後方側に流れる換気風を蓄電装置５０に当てて効率よく冷却することが可能となる。したがって、蓄電装置５０を冷却するための冷却手段を別個に設ける必要がないので、部品点数や設置スペースを削減することができる。
【００６０】
≪変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【００６１】
前記実施形態では、燃料電池車両Ｖとして、乗用車タイプの自動車を例に挙げて説明したが、燃料電池車両Ｖの型式は特に限定されない。例えば、燃料電池車両Ｖは、バス、トラック、あるいは作業車などであっても構わない。つまり、燃料電池車両Ｖは、車体８０の底面にアンダパネル８３を設けて、このアンダパネル８３の上方に適宜な間隔を介してフロアパネル８１に相当する板部材を設け、アンダパネル８３とフロアパネル８１との間に換気風流路４３を設け、さらに、換気風流路４３の中央部に水素系ユニット領域Ｑを配置して、その前後に第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２を設けた車両であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態に係る燃料電池車両の換気装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池車両の換気装置を示す要部概略側面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 燃料電池発電装置
１０ 水素供給デバイス
２０ 水素排出デバイス
４０ 換気装置
４１ 第１換気デバイス
４１Ａ ラジエータファン
４２ 第２換気デバイス
４３ 換気風流路
４３ａ 絞り部
５０ 蓄電装置
８０ 車体
８１ フロアパネル
８２ センタトンネル
８３ アンダパネル
８４ 隔壁
ＦＣ 燃料電池
Ｑ 水素系ユニット領域
Ｖ 燃料電池車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池車両において、水素が流通するデバイスが配置された水素系ユニット領域の水素を換気する燃料電池車両の換気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車両では、燃料電池と、燃料電池へ水素を供給する水素供給デバイスと、燃料電池から水素を排出する水素排出デバイスとが配置された水素系ユニット領域を、フロアパネルと車両の底部を覆うアンダパネルとの間の空間に配設した燃料電池発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。その燃料電池車両には、水素系ユニット領域の雰囲気ガスを吸引する吸引デバイスや、水素を検出する水素検出デバイスなどが設けられている。
【０００３】
このため、前記燃料電池車両では、雰囲気ガスの吸引口付近に水素検出デバイスを備えたことによって、水素漏れを検出することが可能になっている。さらに、その車両では、吸引デバイスを備えたことによって、水素系ユニット領域の水素保有部品から漏れた水素を吸引して換気することが可能になっている。また、吸引デバイスは、吸引した雰囲気ガスを高電圧の蓄電池に向けて排出して冷却することも可能になっている。
【特許文献１】特開２００７−８０６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池発電装置では、水素保有部品を車両前後方向に長く配置した場合、吸引口から遠い位置の雰囲気ガスを吸引するためには、大風量の吸引デバイスが必要となり、吸引デバイスが大型化するという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、コンパクトで、換気効率のよい燃料電池車両の換気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、水素と酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池へ水素を供給する水素供給デバイスと、前記燃料電池から水素を排出する水素排出デバイスと、を備えた燃料電池車両の換気装置において、前記燃料電池車両の前後方向の中央部に、前記燃料電池、前記水素供給デバイスおよび前記水素排出デバイスが配置されてなる水素系ユニット領域に向けて、前記燃料電池車両の前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイスと、前記燃料電池車両の車体後方から、前記水素系ユニット領域に取り入れられた前記換気風を吸引する第２換気デバイスと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置の発明によれば、燃料電池車両の中央部の水素系ユニット領域に対して第１換気デバイスによって燃料電池車両の前方から換気風を送って、その換気風が第２換気デバイスに流入されるので、換気風が勢いよく流れるようになる。このため、換気装置は、燃料電池車両の前後方向の中央部に配置された水素系ユニット領域の雰囲気ガスを効率よく換気することができる。さらに、水素保有部品が車体前後方向に長く配置されて、その水素保有部品の前方から第１換気デバイスが走行風を吸引し、水素保有部品の後方から第２換気デバイスがその走行風（換気風）を吸引して車両の後方へ放出する。したがって、吸引口から遠い位置の雰囲気ガスを吸引する場合であっても、第１換気デバイスと第２換気デバイスとによって、雰囲気ガスが車体前方から車体後方に向かって速い流速で流れるので、効率よく換気することができる。
【０００８】
請求項２に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記水素系ユニット領域は、前記燃料電池車両のセンタトンネルの内側に配置され、前記第１換気デバイスから流出した換気風が流れる換気風流路は、前記第１換気デバイスから前記センタトンネルに向けて絞られて形成された絞り部を有することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、水素系ユニット領域は、車両のセンタトンネルの内側に配置されて、第１換気デバイスから流出される換気風の換気風流路がセンタトンネルに向けて絞り部が形成され、流路の断面積が減少している。このため、絞り部の下流側に配置された水素系ユニット領域を通過する換気風の流速を速くすることができる。さらに、センタトンネルは、水素系ユニット領域を換気風が車体後方に向かって流れるようにトンネル状に覆って略管路状になっているので、水素系ユニット領域内に漏れた水素を含む雰囲気ガスの流れを車体後方に導いて指向させることができる。その結果、水素系ユニット領域の雰囲気ガスの換気を効果的に促進させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項２に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記換気風流路は、前記燃料電池車両の車体前方から前記水素系ユニット領域を介して車体後方に形成されて、前記第２換気デバイスは、前記換気風流路の中に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、第２換気デバイスが設置された換気風流路は、車体前方から水素系ユニット領域を介して車体後方に向かって形成されていることによって、換気風が車体前方から後方に向かって勢いよく流れる。このため、漏れた水素を攪拌および希釈した上で、車体後方から排出することができる。
【００１２】
請求項４に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記第１換気デバイスは、前記燃料電池車両の前方からの走行風を吸引するラジエータファンからなることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、第１換気デバイスは、燃料電池車両の前方からの走行風を利用するラジエータファンからなることによって、燃料電池、発電用保機類およびエアコンの冷却水を冷却するラジエータファンの走行風を、さらに、水素系ユニット領域の換気風として有効利用して換気をアシストすることができる。これにより、換気装置の換気効率が向上され、第１換気デバイスを小型のものでも対応可能にして、換気装置のコンパクト化および省電力化を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の燃料電池車両の換気装置の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置であって、前記燃料電池車両は、前記燃料電池が発電した電気を蓄積する蓄電装置を前記水素系ユニット領域の後方に配置し、前記第２換気デバイスは、前記水素系ユニット領域の空間の雰囲気ガスを吸引し、前記雰囲気ガスを前記蓄電装置に当てて冷却することを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、燃料電池車両は、第２換気デバイスが水素系ユニット領域の空間の雰囲気ガスを吸引して蓄電装置を冷却することによって、車体前方から後方に向かって流れる換気風をさらに速く流れるようにすることができる。このため、さらに、換気装置の換気能力および冷却能力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンパクトで、換気効率のよい燃料電池車両の換気装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の換気装置を説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池車両の換気装置の構成を示す概略平面図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池車両の換気装置の構成を示す概略側面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ拡大断面図である。なお、図１〜図３は、燃料電池ＦＣなどが設置される水素系ユニット領域Ｑおよび換気風流路４３を誇張して記載してある。
【００１８】
≪燃料電池車両の構成≫
図１に示すように、燃料電池車両Ｖは、燃料電池ＦＣの発電電力によって走行用の走行モータＭを回転させて走行する電気自動車である。この燃料電池車両Ｖは、それぞれ後記する燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０、換気装置４０などを備えた燃料電池発電装置１を搭載している。図２に示すように、燃料電池車両Ｖは、車室Ｃと、車室Ｃの前方に配置されたモータルームＭＲと、車室Ｃと床下とを仕切るフロアパネル８１と、フロアパネル８１によって形成されたセンタトンネル８２と、フロアパネル８１の下方に配置されたアンダパネル８３と、車両前後方向の中央部に配置された水素系ユニット領域Ｑと、を備えている。燃料電池車両Ｖには、フロアパネル８１（図２参照）の床下とアンダパネル８３との間の空間（換気風流路４３）およびモータルームＭＲに燃料電池発電装置１の各デバイスが設置されている。なお、水素系ユニット領域Ｑと前記空間とは、同じ場所を意味する。
【００１９】
＜車室の構成＞
図２に示すように、車室Ｃは、ドライバなどの乗員が乗車する部屋であり、車体８０の中央部に配置されている。車室Ｃは、フロアパネル８１上に形成され、そのフロアパネル８１上には座席８５が複数設置されている。車室Ｃの前方には、インストルメントパネル（図示省略）および隔壁８４を介してモータルームＭＲが配置されている。車室Ｃの床下中央には、前端部から後端部にわたってセンタトンネル８２および換気風流路４３が形成されている。
【００２０】
＜モータルームの構成＞
図１に示すように、前記モータルームＭＲは、走行モータＭ、第１換気デバイス４１、エアコンプレッサ３０などが設置される収納空間であり、車体前方に配置されている。モータルームＭＲの車体前面側には、走行風をモータルームＭＲ内に取り込んで第１換気デバイス４１に空気を流すための導風板（図示省略）が設置されている。モータルームＭＲの車体後方側には、モータルームＭＲの後側内壁を形成する隔壁８４が設置されている。モータルームＭＲ内には、前端部中央に第１換気デバイス４１が配置され、左右の前輪ＷＦ，ＷＦの間に走行モータＭが配置されて、後方寄りにエアコンプレッサ３０が配置されている。なお、モータルームＭＲは、隔壁８４の下端部からセンタトンネル８２が連設されて、後記する換気風流路４３に連通している。
【００２１】
＜フロアパネルの構成＞
図２に示すように、前記フロアパネル８１は、車室Ｃの床面と、換気風流路４３の上側半体を形成する板部材であり、床面全体に設けられた鋼板などの金属製平板材からなる。フロアパネル８１の上面には、フロアマットが敷設されている。なお、フロアパネル８１は、水素を透過させたり、通過させたりしない構成になっている。
【００２２】
＜センタトンネルの構成＞
前記センタトンネル８２は、車室前端部の隔壁８４の中央から車体８０に沿って車体後方に向けて直線上にフロアパネル８１で形成されたトンネル状のフロアトンネルである。センタトンネル８２の内壁は、換気風流路４３および水素系ユニット領域Ｑの上側半体を形成している。このため、センタトンネル８２の内部には、換気風が車体前方から車体後方に向かって流れると共に、それぞれ後記する水素供給デバイス１０、燃料電池ＦＣ、水素排出デバイス２０、蓄電装置５０などが収納されている。また、センタトンネル８２は、換気風流路４３および水素系ユニット領域Ｑの空間を形成している。
【００２３】
＜アンダパネルの構成＞
図２に示すように、前記アンダパネル８３は、燃料電池ＦＣなどを路面の突起やはね石などから保護するための部材であり、車体８０の底面を形成する板材からなる。アンダパネル８３は、フロアパネル８１の下方に適宜な空間を介して略水平に配置された鋼板などの金属製平板部材からなり、車体８０の前端部から後端部にわたって設けられている。アンダパネル８３は、モータルームＭＲの床面と、換気風流路４３の下面と、水素系ユニット領域Ｑの下面と、蓄電装置５０および第２換気デバイス４２が載設される設置面とを形成している。アンダパネル８３は、隔壁８４、フロアパネル８１およびセンタトンネル８２とで換気風が流れる換気風流路４３を形成している。また、アンダパネル８３は、フロアパネル８１とで、水素系ユニット領域Ｑの空間を形成している。
【００２４】
＜隔壁の構成＞
図２に示すように、隔壁８４は、モータルームＭＲと車室Ｃとを仕切り、モータルームＭＲの後側内壁を形成する板材であり、側面視してフロアパネル８１に連続して設けられている。隔壁８４の下端部中央には、モータルームＭＲの後側内壁中央の下部から換気風流路４３およびセンタトンネル８２が車体８０に沿って車体後方に向けて連設されている。その隔壁８４およびダッシュボードの下端部中央には、後記する換気風流路４３の絞り部４３ａが形成されている。
【００２５】
＜水素系ユニット領域の構成＞
図１に示すように、水素系ユニット領域Ｑは、水素が流通するデバイスが存在する領域であり、燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０などの水素保有部品が配置されている部位である。換言すると、水素系ユニット領域Ｑは、水素消費機器（プラス水素排出処理機器）が設置される領域である。水素系ユニット領域Ｑは、燃料電池車両Ｖの前後方向の車両中央部のセンタトンネル８２の内側に配置されて、燃料電池ＦＣ、水素供給配管１３の一部、水素循環機構１４、水素排出配管２１、水素パージ弁２２、希釈器２３などの水素保有部品が配置されている。
【００２６】
≪燃料電池発電装置の構成≫
燃料電池発電装置１は、水素と酸化剤ガスとを燃料電池ＦＣに供給して発電を行い、その発電電力によって走行モータＭを回転させて燃料電池車両Ｖを走行させるための発電装置である。この燃料電池発電装置１は、それぞれ後記する燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０、エアコンプレッサ３０、換気装置４０、蓄電装置５０、水素検出装置６０、制御ユニット９０（図２参照）などを含んで構成されている。燃料電池発電装置１は、燃料電池車両Ｖのフロアパネル８１とアンダパネル８３との間に形成された空間と、モータルームＭＲと、に収納されている（図２参照）。
【００２７】
≪燃料電池の構成≫
図１に示すように、燃料電池ＦＣは、一価の陽イオン交換型の高分子電解質膜（以下、「電解質膜」という）をアノード極（水素極）と、他面側をカソード極（空気極）とで挟んで構成した膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両面を、さらに、導電性のセパレータ（図示省略）で挟んで構成した単セルが、複数積層された構造を有している。この燃料電池ＦＣのアノード極に水素が供給され、カソード極に酸化剤ガスとしての空気（酸素）が供給されることで、水素と酸素との電気化学反応によって発電するように構成されている。燃料電池ＦＣは、センタトンネル８２内に収納されている（図３参照）。
【００２８】
≪水素供給デバイスの構成≫
水素供給デバイス１０は、燃料電池ＦＣに水素を供給する装置であり、遮断弁１２を備えた高圧水素タンク１１、水素供給配管１３、水素循環機構１４などで構成されている。
【００２９】
＜高圧水素タンクの構成＞
図１に示すように、前記高圧水素タンク１１は、燃料電池ＦＣに供給する燃料である高純度の水素が高圧で充填された容器であり、燃料電池車両Ｖの後輪ＷＲ，ＷＲ付近のセンタトンネル８２に続く荷物室の下に横置きに配置されている。高圧水素タンク１１は、遮断弁１２に接続されている。
【００３０】
＜遮断弁の構成＞
遮断弁１２は、高圧水素タンク１１から流出される燃料ガスの流出を調整する電磁バルブであり、配管を介してエゼクタ１４ａに接続されている。遮断弁１２は、制御ユニット９０（図２参照）と電気的に接続されており、この制御ユニット９０（図２および図３参照）によって適宜に弁体が開閉制御されるようになっている。
【００３１】
＜水素供給配管の構成＞
図１に示すように、水素供給配管１３は、高圧水素タンク１１内の水素を燃料電池ＦＣに送るための流路であり、その一端が燃料電池ＦＣに接続され、他端が高圧水素タンク１１に接続されている。
【００３２】
＜水素循環機構の構成＞
水素循環機構１４は、燃料電池ＦＣから排出された水素の排ガスを再度、水素供給配管１３に戻して循環させるものである。この水素循環機構１４は、エゼクタ１４ａ、水素循環配管１４ｂなどで構成され、エゼクタ１４ａが水素供給配管１３の途中に設けられている。水素循環配管１４ｂは、一端がエゼクタ１４ａに接続され、他端が燃料電池ＦＣに接続されている。
【００３３】
≪水素排出デバイスの構成≫
図１に示すように、水素排出デバイス２０は、燃料電池ＦＣから水素を排出する装置であり、水素排出配管２１、水素パージ弁２２、希釈器２３などで構成されている。
【００３４】
＜水素排出配管の構成＞
前記水素排出配管２１は、燃料電池ＦＣから排出された水素を水素パージ弁２２、希釈器２３などを介在して外部に排出するための流路である。水素排出配管２１は、その一端が燃料電池ＦＣのアノード極の出口側と接続され、他端が水素パージ弁２２を介して希釈器２３と接続されている。また、水素排出配管２１には、前記水素循環配管１４ｂの他端が接続されている。
【００３５】
＜水素パージ弁の構成＞
図１に示すように、水素パージ弁２２は、燃料電池発電装置１の運転中に水素循環配管１４ｂ内に混在する水分や、その他の不純物を適宜に外部に排出するための電磁バルブである。水素パージ弁２２は、水素排出配管２１の希釈器２３の上流側に設けられている。燃料電池ＦＣのカソード極に供給された空気に含まれる窒素が、電解質膜を介してカソード極からアノード極に透過して水素濃度が低下した場合に、この水素パージ弁２２が必要に応じて開弁することにより、水素濃度の低下によって発電性能が損なわれるのを防止するようになっている。
【００３６】
＜希釈器の構成＞
希釈器２３は、水素パージ弁２２を通って排出されたアノードオフガス（水素）を、この希釈器２３と燃料電池ＦＣのカソード極とを接続する空気排出配管３２を介して排出されたカソードオフガス（空気＋水）で希釈する装置である。希釈器２３で所定の水素濃度以下に希釈された水素は、排気管２４を介して大気中へと排出される。
【００３７】
≪エアコンプレッサの構成≫
図１に示すように、前記エアコンプレッサ３０は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどであり、圧縮した空気（外気）を、空気供給配管３１を介して燃料電池ＦＣに供給するものである。
【００３８】
＜空気供給配管の構成＞
空気供給配管３１は、燃料電池ＦＣのカソードに空気を供給する供給路である。空気供給配管３１は、例えば、一端側が空気を送るためのエアコンプレッサ３０や、空気を加湿させるための加湿器（図示省略）などに接続され、他端側が配管によってカソードに接続されている。
【００３９】
≪蓄電装置の構成≫
蓄電装置５０は、燃料電池ＦＣが発電した電気を蓄積する装置であり、例えば、センタトンネル８２の後方に配置された第２換気デバイス４２の車体前方側に設けられている。つまり、蓄電装置５０は、水素系ユニット領域Ｑの後方に配置されている。この蓄電装置５０としては、バッテリまたはキャパシタなどで構成され、バッテリとしては、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などであり、キャパシタとしては、電気二重層キャパシタや電解コンデンサなどである。なお、蓄電装置５０は、複数の小型蓄電池が適宜組み合わされた組電池であり、複数の小型蓄電池を収容する枠体（基体、筐体など）を含めていう。
【００４０】
≪換気装置の構成≫
図１に示すように、換気装置４０は、燃料電池車両Ｖの前方の走行風を吸引して取り入れて、換気風をモータルームＭＲからセンタトンネル８２を通して車体後方に流すことによって、センタトンネル８２内に漏れた漏れ水素を排気風と共に車外に排出して換気する装置である。この換気装置４０は、水素が流通される水素保有部品が配置されてなる水素系ユニット領域Ｑに向けて、燃料電池車両Ｖの前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイス４１と、燃料電池車両Ｖの車体後方から、水素系ユニット領域Ｑに取り入れられた換気風を吸引する第２換気デバイス４２と、車体前方から第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２を介して車体後方にわたって形成された換気風流路４３と、を備えて構成されている。
【００４１】
＜第１換気デバイスの構成＞
第１換気デバイス４１は、燃料電池車両Ｖの走行によって発生する走行風を車体前方から吸引して取り入れて水素系ユニット領域Ｑに向けて換気風を送る装置であり、例えば、ラジエータファン４１Ａからなる。
図２に示すように、ラジエータファン４１Ａは、燃料電池ＦＣや走行モータＭを冷却する熱媒である水を空気によって冷却する装置であり、モータルームＭＲの前端部中央に配置され、センタトンネル８２の方向へ走行風を送っている。ラジエータファン４１Ａは、制御ユニット９０に電気的に接続されて、制御ユニット９０によって回転速度が調整される。
【００４２】
＜第２換気デバイスの構成＞
第２換気デバイス４２は、燃料電池車両Ｖの後方から水素系ユニット領域Ｑおよびセンタトンネル８２内の換気風、漏れ水素などを含む雰囲気ガスを吸引して、その雰囲気ガスを蓄電装置５０に当てて蓄電装置５０を冷却する装置であり、電動ファン４２Ａからなる。第２換気デバイス４２は、換気風流路４３の中のセンタトンネル８２および水素系ユニット領域Ｑ内の後方側に設置されている。この第２換気デバイス４２は、制御ユニット９０を介して車速検出装置（図示省略）に電気的に接続されて、その車速検出装置で検出した車速に応じて電動ファン４２Ａの回転速度が増減するようになっている。
【００４３】
図２に示すように、前記電動ファン４２Ａは、その回転軸が蓄電装置５０の壁面に直交するように配置されている。また、この電動ファン４２Ａは、そのプロペラが回転することにより、水素系ユニット領域Ｑおよびセンタトンネル８２内の雰囲気ガスを吸引して車外に排出するようになっている。
【００４４】
＜換気風流路の構成＞
換気風流路４３は、水素供給デバイス１０などから流出した漏れ水素や換気用の換気風が流れる流路である。換気風流路４３は、燃料電池車両Ｖの車体前端部のモータルームＭＲから絞り部４３ａ、センタトンネル８２および水素系ユニット領域Ｑを通って車体後端部にわたって、平面視して車体８０の中心線上に沿うように形成されている。換気風流路４３は、側面視して、アンダパネル８３とフロアパネル８１との間に介在されている。換気風流路４３内には、前端部に第１換気デバイス４１が設置され、後端部に第２換気デバイス４２が設置され、第１換気デバイス４１と第２換気デバイス４２との間に走行モータＭ、エアコンプレッサ３０、燃料電池ＦＣ、水素供給デバイス１０、水素排出デバイス２０、蓄電装置５０などが介在されている。つまり、燃料電池発電装置１を構成する各デバイス、部品などが換気風流路４３内に設けられて、その換気風流路４３内が換気装置４０によって効率よく換気および冷却されるようになっている。
【００４５】
絞り部４３ａは、換気風流路４３内を流れる換気風の流速を速くするために形成されたものであり、車体前方のモータルームＭＲからセンタトンネル８２に向けて絞られて形成されている。
【００４６】
≪水素検出装置の構成≫
図２に示すように、水素検出装置６０は、水素系ユニット領域Ｑから漏れ出る水素を検出するものであり、水素系ユニット領域Ｑ内の上部であるセンタトンネル８２内の上端部や高圧水素タンク１１の上方などの高い位置に配置されている。なお、この水素検出装置６０は、制御ユニット９０に電気的に接続されている。
【００４７】
≪制御ユニットの構成≫
前記制御ユニット９０は、燃料電池発電装置１および換気装置４０を制御する装置である。制御ユニット９０は、イグニッションスイッチ（図示省略）に接続されて、このイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦに連動して作動するようになっている。この制御ユニット９０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などから構成されている。制御ユニット９０は、水素検出装置６０で検出した水素の漏れや、車速検出装置で検出した車速や、温度センサ（図示省略）で検出した走行モータＭなどの機器の温度に応じて適宜な回転速度で駆動するように換気装置４０を制御している。
【００４８】
≪燃料電池車両の換気装置の作用≫
次に、本実施形態に係る燃料電池車両Ｖの換気装置４０の作用について説明する。
まず、運転者が燃料電池車両Ｖのイグニッションスイッチ（図示省略）をＯＮにすると、制御ユニット９０（図２参照）は、図２に示す蓄電装置５０に蓄積された電気（電力）を利用して、遮断弁１２を開弁すると共に、エアコンプレッサ３０を駆動する。これにより、高圧水素タンク１１内の水素が水素供給配管１３を介して燃料電池ＦＣのアノード極に供給され、エアコンプレッサ３０から空気供給配管３１を介して、加湿器（図示省略）によって加湿された空気が燃料電池ＦＣのカソード極に供給される。これにより、燃料電池ＦＣ内において水素と加湿空気中の酸素とが電気化学反応によって発電が行われ、走行モータＭなどの負荷に電力（発電電流）が供給され、走行モータＭの回転動力によって燃料電池車両Ｖの駆動輪（前輪ＷＦ，ＷＦ）が駆動される。
【００４９】
また、水素の利用効率を高めるために、燃料電池ＦＣのアノード極から排出された水素を、水素循環配管１４ｂを介して燃料電池ＦＣのアノード極に導入して再循環させている。また、水素パージ処理時に、水素パージ弁２２を介して排出された水素は、希釈器２３に導入されると共に、燃料電池ＦＣのカソード極から排出されたカソードオフガス（主に、空気と水）によって所定値以下の水素濃度まで希釈された後に、排気管２４を介して大気中へと排出される。
【００５０】
例えば、図１および図２に示すように、燃料電池車両Ｖが走行すると、車両前方から走行風が、導風板からモータルームＭＲに侵入して走行モータＭ、エアコンプレッサ３０などを冷却すると共に、換気風流路４３を形成するフロアパネル８１とアンダパネル８３との間を車体後方へ流れて、水素系ユニット領域Ｑの漏れ水素などを車体後方へ流す。
【００５１】
この場合、換気風流路４３が、モータルームＭＲから車体後方へ向かってセンタトンネル８２が形成されていると共に、センタトンネル８２の前端部に絞る部４３ａが形成されて、断面積が縮小されているので、この換気風流路４３内を流れる換気風の流速が速くなる。このため、センタトンネル８２内を流れる換気風は、水素系ユニット領域Ｑの車体前側で流速を上げて、水素系ユニット領域Ｑ内に漏れた水素などを含む雰囲気ガスを掃気するように、車両後方へ流出される。
【００５２】
したがって、水素保有部品が配置された水素系ユニット領域Ｑにある配管などの接合部分やシール部分から仮に水素漏れが発生したとしても、図１および図２に矢印で示すように、漏れ出た水素を、水素系ユニット領域Ｑの雰囲気ガスと共に車両後方へ放出させることができる。
【００５３】
また、燃料電池車両Ｖの走行時または停車時に、換気装置４０が駆動した場合には、１つ目の第１換気デバイス４１のラジエータファン４１Ａが、車両前方の走行風をモータルームＭＲ内に吸引してセンタトンネル８２側へ換気風として送り流す。さらに、その換気風および水素系ユニット領域Ｑの雰囲気ガスは、センタトンネル８２の後側に設置された２つ目の第２換気デバイス４２の電動ファン４２Ａによって車体後方側へ吸引される。このため、換気風は、フロアパネル８１とアンダパネル８３との間の換気風流路４３内を速い流速でスムーズに車体後方に流れて、水素系ユニット領域Ｑの漏れ水素を希釈攪拌して均一に薄められた濃度で車体後方へ流れて放出される。
【００５４】
このため、換気装置４０は、走行風をセンタトンネル８２と、センタトンネル８２の前後に設置された第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２とによって効率よく換気風流路４３内に換気風を流して漏れ水素を換気することができる。その結果、換気装置４０の換気能力が小さい装置であっても対応可能にして第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２の小型化を図ることができると共に、重量、コスト、消費電力の削減を図ることもできる。
【００５５】
換気装置４０が駆動しているときに、前記走行風は、燃料電池車両Ｖの前方から車体後方側に向けて換気風として流れるので、換気風のアシストの役目を果たす。このため、第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２の小型化と、重量、コストおよび消費電力の削減をさらに向上させることができる。
【００５６】
また、前記走行風の流速は、燃料電池車両Ｖの車速に伴って速くなる。そして、第１換気デバイス４１のラジエータファン４１Ａおよび第２換気デバイス４２の電動ファン４２Ａの回転速度は、車速検出装置で検出した燃料電池車両Ｖの車速に応じて増減させて適宜な速度に調整される。つまり、車速が高速の場合は、走行風が速く、その走行風の流れの方向に向けてスムーズに流れるように換気風流路４３が形成されているので、換気装置４０を停止させても対応可能である。
【００５７】
また、停車中や換気装置４０が停止している場合であっても、水素系ユニット領域Ｑに水素検出装置６０が設けられているので、水素漏れがあった際に、水素検出装置６０が漏れた水素を検出して、その検出信号で制御ユニット９０が換気装置４０をＯＮさせることができる。このため、第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２を自動的に駆動させて、水素系ユニット領域Ｑ内を換気することが可能である。
【００５８】
また、水素は、空気と比較して非常に軽い物質であるので、図２に示すように、水素検出装置６０をフロアパネル８１とアンダパネル８３との間の換気風流路４３（センタトンネル８２）内の上部下流側に設けたことによって、漏れ出た水素をより確実に検知することが可能になる。
【００５９】
また、換気風流路４３を形成するセンタトンネル８２内の後方に蓄電装置５０を配置したことによって、水素系ユニット領域Ｑから車体後方側に流れる換気風を蓄電装置５０に当てて効率よく冷却することが可能となる。したがって、蓄電装置５０を冷却するための冷却手段を別個に設ける必要がないので、部品点数や設置スペースを削減することができる。
【００６０】
≪変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【００６１】
前記実施形態では、燃料電池車両Ｖとして、乗用車タイプの自動車を例に挙げて説明したが、燃料電池車両Ｖの型式は特に限定されない。例えば、燃料電池車両Ｖは、バス、トラック、あるいは作業車などであっても構わない。つまり、燃料電池車両Ｖは、車体８０の底面にアンダパネル８３を設けて、このアンダパネル８３の上方に適宜な間隔を介してフロアパネル８１に相当する板部材を設け、アンダパネル８３とフロアパネル８１との間に換気風流路４３を設け、さらに、換気風流路４３の中央部に水素系ユニット領域Ｑを配置して、その前後に第１換気デバイス４１および第２換気デバイス４２を設けた車両であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態に係る燃料電池車両の換気装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池車両の換気装置を示す要部概略側面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 燃料電池発電装置
１０ 水素供給デバイス
２０ 水素排出デバイス
４０ 換気装置
４１ 第１換気デバイス
４１Ａ ラジエータファン
４２ 第２換気デバイス
４３ 換気風流路
４３ａ 絞り部
５０ 蓄電装置
８０ 車体
８１ フロアパネル
８２ センタトンネル
８３ アンダパネル
８４ 隔壁
ＦＣ 燃料電池
Ｑ 水素系ユニット領域
Ｖ 燃料電池車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池へ水素を供給する水素供給デバイスと、
前記燃料電池から水素を排出する水素排出デバイスと、
を備えた燃料電池車両の換気装置において、
前記燃料電池車両の前後方向の中央部に、前記燃料電池、前記水素供給デバイスおよび前記水素排出デバイスが配置されてなる水素系ユニット領域に向けて、前記燃料電池車両の前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイスと、
前記燃料電池車両の車体後方から、前記水素系ユニット領域に取り入れられた前記換気風を吸引する第２換気デバイスと、
を備えたことを特徴とする燃料電池車両の換気装置。
【請求項２】
前記水素系ユニット領域は、前記燃料電池車両のセンタトンネルの内側に配置され、
前記第１換気デバイスから流出した換気風が流れる換気風流路は、前記第１換気デバイスから前記センタトンネルに向けて絞られて形成された絞り部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項３】
前記換気風流路は、前記燃料電池車両の車体前方から前記水素系ユニット領域を介して車体後方に形成されて、
前記第２換気デバイスは、前記換気風流路の中に設置されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項４】
前記第１換気デバイスは、前記燃料電池車両の前方からの走行風を吸引するラジエータファンからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項５】
前記燃料電池車両は、前記燃料電池が発電した電気を蓄積する蓄電装置を前記水素系ユニット領域の後方に配置し、
前記第２換気デバイスは、前記水素系ユニット領域の空間の雰囲気ガスを吸引し、前記雰囲気ガスを前記蓄電装置に当てて冷却することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項１】
水素と酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池へ水素を供給する水素供給デバイスと、
前記燃料電池から水素を排出する水素排出デバイスと、
を備えた燃料電池車両の換気装置において、
前記燃料電池車両の前後方向の中央部に、前記燃料電池、前記水素供給デバイスおよび前記水素排出デバイスが配置されてなる水素系ユニット領域に向けて、前記燃料電池車両の前方から換気風を取り入れて送る第１換気デバイスと、
前記燃料電池車両の車体後方から、前記水素系ユニット領域に取り入れられた前記換気風を吸引する第２換気デバイスと、
を備えたことを特徴とする燃料電池車両の換気装置。
【請求項２】
前記水素系ユニット領域は、前記燃料電池車両のセンタトンネルの内側に配置され、
前記第１換気デバイスから流出した換気風が流れる換気風流路は、前記第１換気デバイスから前記センタトンネルに向けて絞られて形成された絞り部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項３】
前記換気風流路は、前記燃料電池車両の車体前方から前記水素系ユニット領域を介して車体後方に形成されて、
前記第２換気デバイスは、前記換気風流路の中に設置されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項４】
前記第１換気デバイスは、前記燃料電池車両の前方からの走行風を吸引するラジエータファンからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置。
【請求項５】
前記燃料電池車両は、前記燃料電池が発電した電気を蓄積する蓄電装置を前記水素系ユニット領域の後方に配置し、
前記第２換気デバイスは、前記水素系ユニット領域の空間の雰囲気ガスを吸引し、前記雰囲気ガスを前記蓄電装置に当てて冷却することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池車両の換気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−４６４９（Ｐ２０１０−４６４９Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６０８９３（Ｐ２００８−１６０８９３）
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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