燃料電池車両
【課題】燃料電池車両において、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池を収容するケース内の換気を行う。
【解決手段】燃料電池車両は、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０と、燃料電池スタック１２から漏洩した水素をスタックケース１０から排気するための排気ダクト２２と、スタックケース１０内に空気を吸気するための吸気ダクト２４と、を備える。そして、排気ダクト２２の一方の端部は、スタックケース１０内において水素の濃度が比較的高くなる、吸気ダクト２４よりも燃料電池スタック１２からの距離が近い部位に接続される。また、吸気ダクト２４の一方の端部は、スタックケース１０内において水素の濃度が比較的低くなる、排気ダクト２２よりも燃料電池スタック１２からの距離が遠い部位に接続される。
【解決手段】燃料電池車両は、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０と、燃料電池スタック１２から漏洩した水素をスタックケース１０から排気するための排気ダクト２２と、スタックケース１０内に空気を吸気するための吸気ダクト２４と、を備える。そして、排気ダクト２２の一方の端部は、スタックケース１０内において水素の濃度が比較的高くなる、吸気ダクト２４よりも燃料電池スタック１２からの距離が近い部位に接続される。また、吸気ダクト２４の一方の端部は、スタックケース１０内において水素の濃度が比較的低くなる、排気ダクト２２よりも燃料電池スタック１２からの距離が遠い部位に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源として燃料電池を搭載した燃料電池車両が提案されている。この燃料電池車両において、燃料電池は、例えば、浸水防止、防塵、電磁波シールド等のために、ケースに収容される。一方、燃料電池には燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池からの水素の漏洩は、完全に防止されることが望ましい。しかし、燃料電池は、一般に、複数の単セルを積層することによって構成されるため、その構造上、あるいは、燃料電池を構成する部材の性質上、燃料電池からは微量の水素が自ずと漏洩してしまう場合がある。そこで、燃料電池から自ずと漏洩した水素がケース内に滞留して、ケース内における水素の濃度が可燃範囲に達しないように、ケース内の換気が行われる。そして、このケース内の換気を強制的に行うために、ブロアや、エアコンプレッサや、換気ファン等の換気装置、および、ダクトが用いられることが多い。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５３４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、燃料電池車両において、燃料電池を収容したケース内の換気を行うために上述した換気装置、および、ダクトを用いる場合、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときには、換気装置が作動しないため、ケース内の換気を行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池車両において、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池を収容するケース内の換気を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］燃料電池車両であって、燃料電池を収容するケースと、前記燃料電池から漏洩した水素を前記ケースから排気するための排気ダクトと、前記ケース内に空気を吸気するための吸気ダクトと、を備え、前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的高くなる部位に接続されており、前記排気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で上方に開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された排気開口部を備えており、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されており、前記吸気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された吸気開口部を備える、燃料電池車両。
【０００８】
燃料電池を収容したケース内において、燃料電池から自ずと漏洩した水素は、浮力によって上昇するとともに、濃度勾配によって拡散する。適用例１の燃料電池車両では、排気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的高くなる部位に接続され、吸気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されているので、水素の浮力および拡散力と、水素がケースから自然排気されるときにケース内に生じる負圧を補う空気の吸気によって、ケース内に自然対流を発生させて、ケース内の換気を行うことができる。つまり、本適用例の燃料電池車両によれば、先に説明した換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池を収容するケース内の換気を行うことができる。
【０００９】
なお、本適用例の燃料電池車両では、排気ダクトの排気開口部が、ケースよりも高い位置で上方に開口しているので、燃料電池車両が水没したときの排気開口部の冠水を抑制するとともに、水素の浮力による自然排気を促すことができる。また、吸気ダクトの吸気開口部が、ケースよりも高い位置で開口しているので、燃料電池車両が水没したときの吸気開口部の冠水を抑制することができる。また、排気ダクトの排気開口部、および、吸気ダクトの吸気開口部は、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆されているので、排気開口部、および、吸気開口部からの浸水を防止することができる。
【００１０】
また、適用例１の燃料電池車両では、先に説明した換気装置を用いることなく、上述した自然対流によって、燃料電池を収容するケース内の換気を行うことができるので、安全性および信頼性の向上、低コスト化を図ることができる。さらに、換気装置を駆動させるためのエネルギを要しないため、低燃費化を図ることもできる。
【００１１】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、前記燃料電池から前記排気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離は、前記燃料電池から前記吸気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離よりも小さい、燃料電池車両。
【００１２】
適用例２の燃料電池車両では、ケース内において、燃料電池から自ずと漏洩した水素は、上昇・拡散したときに、吸気ダクトよりも早く排気ダクトに到達するので、排気ダクト内の水素の濃度を、吸気ダクト内の水素の濃度よりも高くすることができる。したがって、水素の濃度勾配による自然対流を発生しやすくすることができる。
【００１３】
［適用例３］適用例１記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内の底面近傍まで延設されている、燃料電池車両。
【００１４】
燃料電池を収容するケース内において、燃料電池から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、ケース内の底面近傍ほど水素の濃度が低くなる。適用例３の燃料電池車両では、吸気ダクトの一方の端部が、水素の濃度が低いケース内の底面近傍まで延設されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。
【００１５】
［適用例４］適用例１記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの下部に接続されている、燃料電池車両。
【００１６】
燃料電池を収容するケース内において、燃料電池から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、ケース内の上部ほど水素の濃度が高くなり、下部ほど水素の濃度が低くなる。適用例４の燃料電池車両では、排気ダクトの一方の端部が、水素の濃度が高いケースの上面に接続されており、吸気ダクトの一方の端部が、水素の濃度が低いケースの下部に接続されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。なお、ケースの下部とは、ケースの下部側面であってもよいし、ケースの底面であってもよい。
【００１７】
［適用例５］適用例２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、前記ケースは、前記燃料電池車両の後方側上面に、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された換気口を備える、燃料電池車両。
【００１８】
適用例５の燃料電池車両では、ケースに設けられた換気口が冠水していない場合には、この換気口、または、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行い、ケースに設けられた換気口が冠水した場合や、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行うことができる。なお、換気口は、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆されているので、換気口からの浸水は防止される。
【００１９】
適用例５の燃料電池車両において、排気ダクトとケースとの接続部と、換気口との配置を入れ替えてもよい。この場合、ケースに設けられた換気口が冠水していない場合には、この換気口、または、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行い、ケースに設けられた換気口が冠水した場合や、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行うことができる。
【００２０】
［適用例６］適用例２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記ケースには、複数の前記排気ダクトが接続されており、第１の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、第２の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の後方側に配置されている、燃料電池車両。
【００２１】
適用例６の燃料電池車両では、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、第１の排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行い、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、第２の排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行うことができる。なお、適用例６の燃料電池車両において、吸気ダクトは、１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００２２】
［適用例７］適用例１ないし６のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部は、並設されており、前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部には、前記排気ダクトの前記排気開口部の近傍から前記吸気ダクトに連通する連通口が設けられている、燃料電池車両。
【００２３】
排気ダクトの排気開口部には、防水性、および、通気性を有する膜が被覆されているため、排気開口部に上記膜が被覆されていない場合と比較して、通気抵抗が高く、排気ダクト内に拡散した水素が排気開口部にまで到達しにくくなる。適用例７の燃料電池車両では、排気ダクトおよび吸気ダクトに上記連通口が設けられているので、排気ダクト内の排気開口部近傍のガスを、上記連通口を介して吸気ダクト内に移動させ、排気ダクト内における水素の移動を促すことができる。この結果、先に説明した自然対流を発生しやすくすることができる。
【００２４】
［適用例８］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方は、前記燃料電池車両の後方に延設されている、燃料電池車両。
【００２５】
［適用例９］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のピラー内に埋設されている。燃料電池車両。
【００２６】
［適用例１０］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のフレーム内に埋設されている、燃料電池車両。
【００２７】
適用例８ないし１０の燃料電池車両では、燃料電池車両内のデッドスペースを有効利用して、排気ダクト、および、吸気ダクトを配設することができる。
【００２８】
本発明は、上述した種々の特徴の一部を、適宜、組み合わせて構成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池車両１００の概略構成を示す説明図である。この燃料電池車両１００は、電源として、燃料電池スタックやバッテリを含む燃料電池システムを備えている。そして、燃料電池車両１００は、燃料電池スタックによって発電される電力や、バッテリから出力される電力によって、図示しないモータを駆動し、その動力によって、車輪を回転させて走行する。
【００３０】
本実施例では、燃料電池車両１００において、燃料電池スタックは、浸水防止、防塵、電磁波シールド等のために、スタックケース１０に収容されている。そして、このスタックケース１０は、燃料電池車両１００の床下に搭載されているものとした。なお、図示は省略しているが、燃料電池車両１００の床下部や、居室の前方や後方の、居室外の空間には、それぞれ、燃料電池システムを構成する各種構成部品（例えば、水素タンクや、エアコンプレッサや、ラジエータや、各種配管等）等が配置されている。
【００３１】
燃料電池スタックには、燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池スタックからの水素の漏洩は、完全に防止されることが望ましい。しかし、燃料電池スタックは、複数の単セルを積層することによって構成されるため、その構造上、あるいは、燃料電池スタックを構成する部材の性質上、燃料電池スタックからは微量の水素が自ずと漏洩してしまう場合がある。そこで、本実施例の燃料電池車両１００では、燃料電池スタックから自ずと漏洩した水素がスタックケース１０内に滞留して、スタックケース１０内における水素の濃度が可燃範囲に達しないように、換気ダクト２０を用いて、スタックケース１０内の換気が行われる。
【００３２】
本実施例では、換気ダクト２０は、後述するように、排気ダクトと吸気ダクトとに分割されているものとした。そして、図示するように、換気ダクト２０の一方の端部は、スタックケース１０の上面に接続されており、換気ダクト２０の他方の端部は、燃料電池車両１００の前方の居室外の空間に延設されているものとした。
【００３３】
図２は、スタックケース１０内における燃料電池スタック１２と、換気ダクト２０とスタックケース１０との接続部との位置関係を示す説明図である。スタックケース１０、および、換気ダクト２０を燃料電池車両１００の後方から見たときの断面図を示した。
【００３４】
図示するように、燃料電池スタック１２は、スタックケース１０内の右側に配置されている。また、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４は、スタックケース１０の上面左側に接続されている。なお、排気ダクト２２は、吸気ダクト２４よりも右側に接続されており、排気ダクト２２とスタックケース１０との接続部と燃料電池スタック１２との距離は、吸気ダクト２４とスタックケース１０との接続部と燃料電池スタック１２との距離よりも小さい。スタックケース１０、燃料電池スタック１２、排気ダクト２２とスタックケース１０との接続部、吸気ダクト２４とスタックケース１０との接続部の位置関係を上述したように設定することによって、以下に説明するように、自然対流によってスタックケース１０内の換気を行うことができる。
【００３５】
すなわち、図２に示したように、スタックケース１０内において、燃料電池スタック１２から自ずと漏洩した水素は、浮力によって上昇するとともに、濃度勾配によってスタックケース１０内の左側に拡散する。すると、水素は、吸気ダクト２４よりも早く排気ダクト２２に到達して排気ダクト２２内を上昇し、排気ダクト２２の排気開口部から自然排気される。このとき、水素の自然排気によって、スタックケース１０内に負圧が発生し、この負圧を補うように吸気ダクト２４を介して空気が吸気される。つまり、水素の浮力および拡散力と、水素がスタックケース１０から自然排気されるときにスタックケース１０内に生じる負圧を補う空気の吸気によって、スタックケース１０内に自然対流を発生させて、スタックケース１０内の換気を行うことができる。
【００３６】
図３は、換気ダクト２０の排気開口部、および、吸気開口部の近傍を示す説明図である。図３（ａ）に、換気ダクト２０の排気開口部、および、吸気開口部の近傍の斜視図を示した。また、図３（ｂ）に、換気ダクト２０の排気開口部、および、吸気開口部の近傍の断面図を示した。
【００３７】
本実施例では、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部は、スタックケース１０よりも高い位置に配置されている。こうすることによって、燃料電池車両１００が水没したときの排気開口部、および、吸気開口部の冠水を抑制することができる。
【００３８】
また、図示するように、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部は、上方に開口している。こうすることによって、水素の浮力による自然排気、および、空気の吸気、すなわち、スタックケース１０内の換気を促すことができる。
【００３９】
また、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部には、防水性、および、通気性を有する膜２８によって被覆されている。こうすることによって、排気開口部、および、吸気開口部からの浸水を防止することができる。
【００４０】
なお、排気ダクト２２の排気開口部には、防水性、および、通気性を有する膜２８が被覆されているため、排気開口部に膜２８が被覆されていない場合と比較して、通気抵抗が高く、排気ダクト２２内に拡散した水素が排気開口部にまで到達しにくくなる。これを解消するために、本実施例の燃料電池車両１００では、排気ダクト２２から吸気ダクト２４に連通する連通口２６が設けられている。換気ダクト２０に連通口２６を設けることによって、図３（ｂ）に示したように、排気ダクト２２内の排気開口部近傍のガスを、連通口２６を介して吸気ダクト２４内に移動させ、排気ダクト２２内における水素の移動を促すことができる。この結果、先に説明した自然対流を発生しやすくすることができる。
【００４１】
以上説明した第１実施例の燃料電池車両１００によれば、スタックケース１０内の換気を行うための換気装置（例えば、ブロアや、エアコンプレッサや、換気ファン等）を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両１００の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０内の換気を行うことができる。
【００４２】
また、適用例１の燃料電池車両では、上述した換気装置を用いることなく、自然対流によって、スタックケース１０内の換気を行うことができるので、安全性および信頼性の向上、低コスト化を図ることができる。さらに、換気装置を駆動させるためのエネルギを要しないため、低燃費化を図ることもできる。
【００４３】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ａ、および、スタックケース１０Ａと換気ダクト２０との接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。
【００４４】
図４は、第２実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ａ、および、換気ダクト２０を示す説明図である。スタックケース１０Ａ、および、換気ダクト２０を燃料電池車両の左側から見たときの断面図を示した。
【００４５】
図示するように、第２実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、スタックケース１０Ａ内の前後方向のほぼ中央部に配置されている。なお、図示は省略しているが、スタックケース１０Ａ内における燃料電池スタック１２の左右方向の位置は、第１実施例と同じである。そして、換気ダクト２０（排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４）は、スタックケース１０Ａの前方側上面に接続されている。また、スタックケース１０Ａの後方側上面には、換気口１４が設けられている。そして、この換気口１４は、防水性、および、通気性を有する膜１６によって被覆されている。この膜１６によって、換気口１４からの浸水は防止されている。
【００４６】
このような第２実施例の燃料電池車両では、スタックケース１０Ａに設けられた換気口１４が冠水していない場合には、換気口１４、または、換気ダクト２０を用いてスタックケース１０Ａ内の換気を行うことができる。また、スタックケース１０Ａに設けられた換気口１４が冠水した場合や、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、スタックケース１０Ａにおいて水素の濃度が比較的高くなる前方側上面に接続された換気ダクト２０を用いてケース内の換気を行うことができる。なお、換気ダクト２０を用いたスタックケース１０Ａ内の換気の原理は、第１実施例と同様である。
【００４７】
以上説明した第２実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ａ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ａ内の換気を行うことができる。
【００４８】
Ｃ．第３実施例：
第３実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｂ、および、スタックケース１０Ｂと換気ダクトとの接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。第３実施例の燃料電池車両では、２つの換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒがスタックケース１０Ｂに接続されている。
【００４９】
図５は、第３実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｂ、および、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを示す説明図である。スタックケース１０Ｂ、および、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを燃料電池車両の左側から見たときの断面図を示した。
【００５０】
図示するように、第３実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、第２実施例と同様に、スタックケース１０Ｂ内の前後方向のほぼ中央部に配置されている。また、スタックケース１０Ｂ内における燃料電池スタック１２の左右方向の位置も、第２実施例と同じである。そして、スタックケース１０Ｂの前方側上面に、換気ダクト２０Ｆが接続されており、スタックケース１０Ｂの後方側上面に、換気ダクト２０Ｒが接続されている。なお、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒの構造は、それぞれ、先に説明した換気ダクト２０と同じである。
【００５１】
このような第３実施例の燃料電池車両では、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、スタックケース１０Ｂにおいて水素の濃度が比較的高くなる前方側上面に接続された換気ダクト２０Ｆを用いてスタックケース１０Ｂ内の換気を行うことができる。また、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、スタックケース１０Ｂにおいて水素の濃度が比較的高くなる後方側上面に接続された換気ダクト２０Ｒを用いてスタックケース１０Ｂ内の換気を行うことができる。なお、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを用いたスタックケース１０Ｂ内の換気の原理は、第１実施例と同様である。
【００５２】
以上説明した第３実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ｂ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｂ内の換気を行うことができる。
【００５３】
Ｄ．第４実施例：
第４実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｃ、および、スタックケース１０Ｃと排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４との接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。
【００５４】
図６は、第４実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｃと、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４を示す説明図である。スタックケース１０Ｃと、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４を燃料電池車両の後方から見たときの断面図を示した。
【００５５】
図示するように、第４実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、第１実施例と同様に、スタックケース１０Ｃ内の右側に配置されている。そして、そして、排気ダクト２２は、スタックケース１０Ｃの上面左側に接続されている。また、吸気ダクト２４は、スタックケース１０Ｃの下面に接続されている。なお、図示は省略しているが、排気ダクト２２の排気開口部側の端部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部側の端部は、第１実施例における換気ダクト２０における排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４と同様に並設されており、第１実施例における換気ダクト２０と同様に、連通口２６によって連通している。
【００５６】
スタックケース１０Ｃ内において、燃料電池スタック１２から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、スタックケース１０Ｃ内の上部ほど水素の濃度が高くなり、下部ほど水素の濃度が低くなる。本実施例の燃料電池車両では、排気ダクト２２の端部が、水素の濃度が高いスタックケース１０Ｃの上面に接続されており、吸気ダクト２４の端部が、水素の濃度が低いスタックケース１０Ｃの下部に接続されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。
【００５７】
以上説明した第４実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ｃ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｃ内の換気を行うことができる。
【００５８】
Ｅ．第５実施例：
第５実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｄと換気ダクト２０（排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４）との接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。
【００５９】
図７は、第５実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｄ、および、換気ダクト２０を示す説明図である。スタックケース１０Ｄ、および、換気ダクト２０を燃料電池車両の後方から見たときの断面図を示した。
【００６０】
図示するように、第５実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、第１実施例と同様に、スタックケース１０Ｃ内の右側に配置されている。また、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４は、スタックケース１０Ｃの上面左側に接続されている。そして、吸気ダクト２４は、スタックケース１０Ｄ内の底面近傍まで延設されている。
【００６１】
スタックケース１０Ｄ内において、燃料電池スタック１２から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、スタックケース１０Ｄ内の底面近傍ほど水素の濃度が低くなる。本実施例の燃料電池車両では、吸気ダクト２４の端部が、水素の濃度が低いスタックケース１０Ｄ内の底面近傍まで延設されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。
【００６２】
以上説明した第５実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ｄ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｄ内の換気を行うことができる。
【００６３】
Ｆ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００６４】
Ｆ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池スタック１２を収容したケース内の換気を行うための排気ダクト、および、吸気ダクトは、それぞれ、その機能が予め決められてケースに接続されていたが、本発明は、これに限られない。本発明は、一般に、排気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的高くなる部位に接続され、吸気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されればよい。したがって、例えば、燃料電池スタック１２を収容したケース内において、水素の濃度が比較的高くなる部位に接続されたダクトが排気ダクトとして機能し、水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されたダクトが吸気ダクトとして機能するようにしてもよい。
【００６５】
図８は、変形例としての燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｅ、および、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒを示す説明図である。スタックケース１０Ｅ、および、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒを電気車両の後方から見たときの断面図を示した。
【００６６】
図示するように、本変形例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、スタックケース１０Ｅの前後方向のほぼ中央部に配置されている。そして、スタックケース１０Ｅの前方側上面に、換気ダクト３０Ｆが接続されており、スタックケース１０Ｅの後方側上面に、換気ダクト３０Ｒが接続されている。なお、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒは、先に説明した換気ダクト２０とは異なり、排気ダクトと吸気ダクトとに分割されておらず、単管である。そして、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒは、以下に説明するように、それぞれ、排気ダクトとしても吸気ダクトとしても機能する。
【００６７】
本変形例の燃料電池車両では、例えば、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、燃料電池スタック１２から自ずと漏洩した水素は、浮力および拡散力によってスタックケース１０Ｅ内の上部前方に移動して、換気ダクト３０Ｆから自然排気される。このとき、水素の自然排気によって、スタックケース１０Ｅ内に負圧が発生し、この負圧を補うように、換気ダクト３０Ｒを介して空気が吸気される。一方、例えば、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、燃料電池スタック１２から自ずと漏洩した水素は、浮力および拡散力によってスタックケース１０Ｅ内の上部後方に移動して、換気ダクト３０Ｒから自然排気される。このとき、水素の自然排気によって、スタックケース１０Ｅ内に負圧が発生し、この負圧を補うように、換気ダクト３０Ｆを介して空気が吸気される。このようにして、スタックケース１０Ｅ内の自然対流による換気を行うことができる。
【００６８】
Ｆ２．変形例２：
上記第１実施例では、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００の前方の居室外の空間に延設されているものとしたが、本発明は、これに限られない。
【００６９】
図９は、変形例としての燃料電池車両１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを示す説明図である。図９（ａ）に示したように、燃料電池車両１００Ａでは、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００Ａの床下部を通って、燃料電池車両１００Ａの後方に延設されている。また、図９（ｂ）に示したように、燃料電池車両１００Ｂでは、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００Ｂのピラー内に埋設されている。また、図９（ｃ）に示したように、燃料電池車両１００Ｃでは、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００Ｃのフレーム内に埋設されている。このようにすることによって、燃料電池車両１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ内のデッドスペースを有効利用して、換気ダクト２０を配設することができる。
【００７０】
なお、例えば、図５，６，８に示したように、ケースに複数のダクトが接続されている場合には、各ダクトを、燃料電池車両における異なる部位に、それぞれ延設するようにしてもよい。
【００７１】
Ｆ３．変形例３：
上記実施例では、換気ダクト２０は、連通口２６を備えるものとしたが、これを省略してもよい。
【００７２】
Ｆ４．変形例４：
上記第２実施例では、スタックケース１０Ａの前方側上面に、換気ダクト２０が接続され、スタックケース１０Ａの後方側上面に、換気口１４が設けられているものとしたが、これらの配置を逆にしてもよい。
【００７３】
Ｆ５．変形例５：
上記実施例では、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部は、ともに上方に開口しているものとしたが、本発明は、これに限られない。本発明では、排気ダクト２２の排気開口部が上方に開口していればよく、吸気ダクト２４の吸気開口部は、上方以外の方向に開口するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池車両１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】スタックケース１０内における燃料電池スタック１２と換気ダクト２０とスタックケース１０との接続部との位置関係を示す説明図である。
【図３】換気ダクト２０の排気開口部および吸気開口部の近傍を示す説明図である。
【図４】第２実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ａおよび換気ダクト２０を示す説明図である。
【図５】第３実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｂおよび換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを示す説明図である。
【図６】第４実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｃと排気ダクト２２および吸気ダクト２４を示す説明図である。
【図７】第５実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｄおよび換気ダクト２０を示す説明図である。
【図８】変形例としての燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｅおよび換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒを示す説明図である。
【図９】変形例としての燃料電池車両１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…燃料電池車両
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…スタックケース
１２…燃料電池スタック
１４…換気口
１６…膜
２０，２０Ｆ，２０Ｒ…換気ダクト
２２…排気ダクト
２４…吸気ダクト
２６…連通口
２８…膜
３０Ｆ，３０Ｒ…換気ダクト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源として燃料電池を搭載した燃料電池車両が提案されている。この燃料電池車両において、燃料電池は、例えば、浸水防止、防塵、電磁波シールド等のために、ケースに収容される。一方、燃料電池には燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池からの水素の漏洩は、完全に防止されることが望ましい。しかし、燃料電池は、一般に、複数の単セルを積層することによって構成されるため、その構造上、あるいは、燃料電池を構成する部材の性質上、燃料電池からは微量の水素が自ずと漏洩してしまう場合がある。そこで、燃料電池から自ずと漏洩した水素がケース内に滞留して、ケース内における水素の濃度が可燃範囲に達しないように、ケース内の換気が行われる。そして、このケース内の換気を強制的に行うために、ブロアや、エアコンプレッサや、換気ファン等の換気装置、および、ダクトが用いられることが多い。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５３４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、燃料電池車両において、燃料電池を収容したケース内の換気を行うために上述した換気装置、および、ダクトを用いる場合、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときには、換気装置が作動しないため、ケース内の換気を行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池車両において、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池を収容するケース内の換気を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］燃料電池車両であって、燃料電池を収容するケースと、前記燃料電池から漏洩した水素を前記ケースから排気するための排気ダクトと、前記ケース内に空気を吸気するための吸気ダクトと、を備え、前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的高くなる部位に接続されており、前記排気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で上方に開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された排気開口部を備えており、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されており、前記吸気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された吸気開口部を備える、燃料電池車両。
【０００８】
燃料電池を収容したケース内において、燃料電池から自ずと漏洩した水素は、浮力によって上昇するとともに、濃度勾配によって拡散する。適用例１の燃料電池車両では、排気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的高くなる部位に接続され、吸気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されているので、水素の浮力および拡散力と、水素がケースから自然排気されるときにケース内に生じる負圧を補う空気の吸気によって、ケース内に自然対流を発生させて、ケース内の換気を行うことができる。つまり、本適用例の燃料電池車両によれば、先に説明した換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池を収容するケース内の換気を行うことができる。
【０００９】
なお、本適用例の燃料電池車両では、排気ダクトの排気開口部が、ケースよりも高い位置で上方に開口しているので、燃料電池車両が水没したときの排気開口部の冠水を抑制するとともに、水素の浮力による自然排気を促すことができる。また、吸気ダクトの吸気開口部が、ケースよりも高い位置で開口しているので、燃料電池車両が水没したときの吸気開口部の冠水を抑制することができる。また、排気ダクトの排気開口部、および、吸気ダクトの吸気開口部は、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆されているので、排気開口部、および、吸気開口部からの浸水を防止することができる。
【００１０】
また、適用例１の燃料電池車両では、先に説明した換気装置を用いることなく、上述した自然対流によって、燃料電池を収容するケース内の換気を行うことができるので、安全性および信頼性の向上、低コスト化を図ることができる。さらに、換気装置を駆動させるためのエネルギを要しないため、低燃費化を図ることもできる。
【００１１】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、前記燃料電池から前記排気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離は、前記燃料電池から前記吸気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離よりも小さい、燃料電池車両。
【００１２】
適用例２の燃料電池車両では、ケース内において、燃料電池から自ずと漏洩した水素は、上昇・拡散したときに、吸気ダクトよりも早く排気ダクトに到達するので、排気ダクト内の水素の濃度を、吸気ダクト内の水素の濃度よりも高くすることができる。したがって、水素の濃度勾配による自然対流を発生しやすくすることができる。
【００１３】
［適用例３］適用例１記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内の底面近傍まで延設されている、燃料電池車両。
【００１４】
燃料電池を収容するケース内において、燃料電池から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、ケース内の底面近傍ほど水素の濃度が低くなる。適用例３の燃料電池車両では、吸気ダクトの一方の端部が、水素の濃度が低いケース内の底面近傍まで延設されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。
【００１５】
［適用例４］適用例１記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの下部に接続されている、燃料電池車両。
【００１６】
燃料電池を収容するケース内において、燃料電池から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、ケース内の上部ほど水素の濃度が高くなり、下部ほど水素の濃度が低くなる。適用例４の燃料電池車両では、排気ダクトの一方の端部が、水素の濃度が高いケースの上面に接続されており、吸気ダクトの一方の端部が、水素の濃度が低いケースの下部に接続されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。なお、ケースの下部とは、ケースの下部側面であってもよいし、ケースの底面であってもよい。
【００１７】
［適用例５］適用例２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、前記ケースは、前記燃料電池車両の後方側上面に、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された換気口を備える、燃料電池車両。
【００１８】
適用例５の燃料電池車両では、ケースに設けられた換気口が冠水していない場合には、この換気口、または、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行い、ケースに設けられた換気口が冠水した場合や、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行うことができる。なお、換気口は、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆されているので、換気口からの浸水は防止される。
【００１９】
適用例５の燃料電池車両において、排気ダクトとケースとの接続部と、換気口との配置を入れ替えてもよい。この場合、ケースに設けられた換気口が冠水していない場合には、この換気口、または、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行い、ケースに設けられた換気口が冠水した場合や、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行うことができる。
【００２０】
［適用例６］適用例２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記ケースには、複数の前記排気ダクトが接続されており、第１の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、第２の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の後方側に配置されている、燃料電池車両。
【００２１】
適用例６の燃料電池車両では、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、第１の排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行い、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、第２の排気ダクトおよび吸気ダクトを用いてケース内の換気を行うことができる。なお、適用例６の燃料電池車両において、吸気ダクトは、１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００２２】
［適用例７］適用例１ないし６のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部は、並設されており、前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部には、前記排気ダクトの前記排気開口部の近傍から前記吸気ダクトに連通する連通口が設けられている、燃料電池車両。
【００２３】
排気ダクトの排気開口部には、防水性、および、通気性を有する膜が被覆されているため、排気開口部に上記膜が被覆されていない場合と比較して、通気抵抗が高く、排気ダクト内に拡散した水素が排気開口部にまで到達しにくくなる。適用例７の燃料電池車両では、排気ダクトおよび吸気ダクトに上記連通口が設けられているので、排気ダクト内の排気開口部近傍のガスを、上記連通口を介して吸気ダクト内に移動させ、排気ダクト内における水素の移動を促すことができる。この結果、先に説明した自然対流を発生しやすくすることができる。
【００２４】
［適用例８］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方は、前記燃料電池車両の後方に延設されている、燃料電池車両。
【００２５】
［適用例９］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のピラー内に埋設されている。燃料電池車両。
【００２６】
［適用例１０］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のフレーム内に埋設されている、燃料電池車両。
【００２７】
適用例８ないし１０の燃料電池車両では、燃料電池車両内のデッドスペースを有効利用して、排気ダクト、および、吸気ダクトを配設することができる。
【００２８】
本発明は、上述した種々の特徴の一部を、適宜、組み合わせて構成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池車両１００の概略構成を示す説明図である。この燃料電池車両１００は、電源として、燃料電池スタックやバッテリを含む燃料電池システムを備えている。そして、燃料電池車両１００は、燃料電池スタックによって発電される電力や、バッテリから出力される電力によって、図示しないモータを駆動し、その動力によって、車輪を回転させて走行する。
【００３０】
本実施例では、燃料電池車両１００において、燃料電池スタックは、浸水防止、防塵、電磁波シールド等のために、スタックケース１０に収容されている。そして、このスタックケース１０は、燃料電池車両１００の床下に搭載されているものとした。なお、図示は省略しているが、燃料電池車両１００の床下部や、居室の前方や後方の、居室外の空間には、それぞれ、燃料電池システムを構成する各種構成部品（例えば、水素タンクや、エアコンプレッサや、ラジエータや、各種配管等）等が配置されている。
【００３１】
燃料電池スタックには、燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池スタックからの水素の漏洩は、完全に防止されることが望ましい。しかし、燃料電池スタックは、複数の単セルを積層することによって構成されるため、その構造上、あるいは、燃料電池スタックを構成する部材の性質上、燃料電池スタックからは微量の水素が自ずと漏洩してしまう場合がある。そこで、本実施例の燃料電池車両１００では、燃料電池スタックから自ずと漏洩した水素がスタックケース１０内に滞留して、スタックケース１０内における水素の濃度が可燃範囲に達しないように、換気ダクト２０を用いて、スタックケース１０内の換気が行われる。
【００３２】
本実施例では、換気ダクト２０は、後述するように、排気ダクトと吸気ダクトとに分割されているものとした。そして、図示するように、換気ダクト２０の一方の端部は、スタックケース１０の上面に接続されており、換気ダクト２０の他方の端部は、燃料電池車両１００の前方の居室外の空間に延設されているものとした。
【００３３】
図２は、スタックケース１０内における燃料電池スタック１２と、換気ダクト２０とスタックケース１０との接続部との位置関係を示す説明図である。スタックケース１０、および、換気ダクト２０を燃料電池車両１００の後方から見たときの断面図を示した。
【００３４】
図示するように、燃料電池スタック１２は、スタックケース１０内の右側に配置されている。また、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４は、スタックケース１０の上面左側に接続されている。なお、排気ダクト２２は、吸気ダクト２４よりも右側に接続されており、排気ダクト２２とスタックケース１０との接続部と燃料電池スタック１２との距離は、吸気ダクト２４とスタックケース１０との接続部と燃料電池スタック１２との距離よりも小さい。スタックケース１０、燃料電池スタック１２、排気ダクト２２とスタックケース１０との接続部、吸気ダクト２４とスタックケース１０との接続部の位置関係を上述したように設定することによって、以下に説明するように、自然対流によってスタックケース１０内の換気を行うことができる。
【００３５】
すなわち、図２に示したように、スタックケース１０内において、燃料電池スタック１２から自ずと漏洩した水素は、浮力によって上昇するとともに、濃度勾配によってスタックケース１０内の左側に拡散する。すると、水素は、吸気ダクト２４よりも早く排気ダクト２２に到達して排気ダクト２２内を上昇し、排気ダクト２２の排気開口部から自然排気される。このとき、水素の自然排気によって、スタックケース１０内に負圧が発生し、この負圧を補うように吸気ダクト２４を介して空気が吸気される。つまり、水素の浮力および拡散力と、水素がスタックケース１０から自然排気されるときにスタックケース１０内に生じる負圧を補う空気の吸気によって、スタックケース１０内に自然対流を発生させて、スタックケース１０内の換気を行うことができる。
【００３６】
図３は、換気ダクト２０の排気開口部、および、吸気開口部の近傍を示す説明図である。図３（ａ）に、換気ダクト２０の排気開口部、および、吸気開口部の近傍の斜視図を示した。また、図３（ｂ）に、換気ダクト２０の排気開口部、および、吸気開口部の近傍の断面図を示した。
【００３７】
本実施例では、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部は、スタックケース１０よりも高い位置に配置されている。こうすることによって、燃料電池車両１００が水没したときの排気開口部、および、吸気開口部の冠水を抑制することができる。
【００３８】
また、図示するように、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部は、上方に開口している。こうすることによって、水素の浮力による自然排気、および、空気の吸気、すなわち、スタックケース１０内の換気を促すことができる。
【００３９】
また、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部には、防水性、および、通気性を有する膜２８によって被覆されている。こうすることによって、排気開口部、および、吸気開口部からの浸水を防止することができる。
【００４０】
なお、排気ダクト２２の排気開口部には、防水性、および、通気性を有する膜２８が被覆されているため、排気開口部に膜２８が被覆されていない場合と比較して、通気抵抗が高く、排気ダクト２２内に拡散した水素が排気開口部にまで到達しにくくなる。これを解消するために、本実施例の燃料電池車両１００では、排気ダクト２２から吸気ダクト２４に連通する連通口２６が設けられている。換気ダクト２０に連通口２６を設けることによって、図３（ｂ）に示したように、排気ダクト２２内の排気開口部近傍のガスを、連通口２６を介して吸気ダクト２４内に移動させ、排気ダクト２２内における水素の移動を促すことができる。この結果、先に説明した自然対流を発生しやすくすることができる。
【００４１】
以上説明した第１実施例の燃料電池車両１００によれば、スタックケース１０内の換気を行うための換気装置（例えば、ブロアや、エアコンプレッサや、換気ファン等）を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両１００の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０内の換気を行うことができる。
【００４２】
また、適用例１の燃料電池車両では、上述した換気装置を用いることなく、自然対流によって、スタックケース１０内の換気を行うことができるので、安全性および信頼性の向上、低コスト化を図ることができる。さらに、換気装置を駆動させるためのエネルギを要しないため、低燃費化を図ることもできる。
【００４３】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ａ、および、スタックケース１０Ａと換気ダクト２０との接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。
【００４４】
図４は、第２実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ａ、および、換気ダクト２０を示す説明図である。スタックケース１０Ａ、および、換気ダクト２０を燃料電池車両の左側から見たときの断面図を示した。
【００４５】
図示するように、第２実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、スタックケース１０Ａ内の前後方向のほぼ中央部に配置されている。なお、図示は省略しているが、スタックケース１０Ａ内における燃料電池スタック１２の左右方向の位置は、第１実施例と同じである。そして、換気ダクト２０（排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４）は、スタックケース１０Ａの前方側上面に接続されている。また、スタックケース１０Ａの後方側上面には、換気口１４が設けられている。そして、この換気口１４は、防水性、および、通気性を有する膜１６によって被覆されている。この膜１６によって、換気口１４からの浸水は防止されている。
【００４６】
このような第２実施例の燃料電池車両では、スタックケース１０Ａに設けられた換気口１４が冠水していない場合には、換気口１４、または、換気ダクト２０を用いてスタックケース１０Ａ内の換気を行うことができる。また、スタックケース１０Ａに設けられた換気口１４が冠水した場合や、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、スタックケース１０Ａにおいて水素の濃度が比較的高くなる前方側上面に接続された換気ダクト２０を用いてケース内の換気を行うことができる。なお、換気ダクト２０を用いたスタックケース１０Ａ内の換気の原理は、第１実施例と同様である。
【００４７】
以上説明した第２実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ａ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ａ内の換気を行うことができる。
【００４８】
Ｃ．第３実施例：
第３実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｂ、および、スタックケース１０Ｂと換気ダクトとの接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。第３実施例の燃料電池車両では、２つの換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒがスタックケース１０Ｂに接続されている。
【００４９】
図５は、第３実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｂ、および、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを示す説明図である。スタックケース１０Ｂ、および、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを燃料電池車両の左側から見たときの断面図を示した。
【００５０】
図示するように、第３実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、第２実施例と同様に、スタックケース１０Ｂ内の前後方向のほぼ中央部に配置されている。また、スタックケース１０Ｂ内における燃料電池スタック１２の左右方向の位置も、第２実施例と同じである。そして、スタックケース１０Ｂの前方側上面に、換気ダクト２０Ｆが接続されており、スタックケース１０Ｂの後方側上面に、換気ダクト２０Ｒが接続されている。なお、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒの構造は、それぞれ、先に説明した換気ダクト２０と同じである。
【００５１】
このような第３実施例の燃料電池車両では、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、スタックケース１０Ｂにおいて水素の濃度が比較的高くなる前方側上面に接続された換気ダクト２０Ｆを用いてスタックケース１０Ｂ内の換気を行うことができる。また、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、スタックケース１０Ｂにおいて水素の濃度が比較的高くなる後方側上面に接続された換気ダクト２０Ｒを用いてスタックケース１０Ｂ内の換気を行うことができる。なお、換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを用いたスタックケース１０Ｂ内の換気の原理は、第１実施例と同様である。
【００５２】
以上説明した第３実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ｂ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｂ内の換気を行うことができる。
【００５３】
Ｄ．第４実施例：
第４実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｃ、および、スタックケース１０Ｃと排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４との接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。
【００５４】
図６は、第４実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｃと、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４を示す説明図である。スタックケース１０Ｃと、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４を燃料電池車両の後方から見たときの断面図を示した。
【００５５】
図示するように、第４実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、第１実施例と同様に、スタックケース１０Ｃ内の右側に配置されている。そして、そして、排気ダクト２２は、スタックケース１０Ｃの上面左側に接続されている。また、吸気ダクト２４は、スタックケース１０Ｃの下面に接続されている。なお、図示は省略しているが、排気ダクト２２の排気開口部側の端部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部側の端部は、第１実施例における換気ダクト２０における排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４と同様に並設されており、第１実施例における換気ダクト２０と同様に、連通口２６によって連通している。
【００５６】
スタックケース１０Ｃ内において、燃料電池スタック１２から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、スタックケース１０Ｃ内の上部ほど水素の濃度が高くなり、下部ほど水素の濃度が低くなる。本実施例の燃料電池車両では、排気ダクト２２の端部が、水素の濃度が高いスタックケース１０Ｃの上面に接続されており、吸気ダクト２４の端部が、水素の濃度が低いスタックケース１０Ｃの下部に接続されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。
【００５７】
以上説明した第４実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ｃ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｃ内の換気を行うことができる。
【００５８】
Ｅ．第５実施例：
第５実施例の燃料電池車両の構成は、第１実施例の燃料電池車両１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｄと換気ダクト２０（排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４）との接続が第１実施例の燃料電池車両１００と異なっている。
【００５９】
図７は、第５実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｄ、および、換気ダクト２０を示す説明図である。スタックケース１０Ｄ、および、換気ダクト２０を燃料電池車両の後方から見たときの断面図を示した。
【００６０】
図示するように、第５実施例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、第１実施例と同様に、スタックケース１０Ｃ内の右側に配置されている。また、排気ダクト２２、および、吸気ダクト２４は、スタックケース１０Ｃの上面左側に接続されている。そして、吸気ダクト２４は、スタックケース１０Ｄ内の底面近傍まで延設されている。
【００６１】
スタックケース１０Ｄ内において、燃料電池スタック１２から漏洩した水素は、浮力によって上昇するので、スタックケース１０Ｄ内の底面近傍ほど水素の濃度が低くなる。本実施例の燃料電池車両では、吸気ダクト２４の端部が、水素の濃度が低いスタックケース１０Ｄ内の底面近傍まで延設されているので、先に説明した自然対流を効果的に発生させることができる。
【００６２】
以上説明した第５実施例の燃料電池車両によっても、第１実施例の燃料電池車両１００と同様に、スタックケース１０Ｄ内の換気を行うための換気装置を用いることなく、比較的簡易な構成で、燃料電池車両の起動スイッチがオフのときであっても、燃料電池スタック１２を収容するスタックケース１０Ｄ内の換気を行うことができる。
【００６３】
Ｆ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００６４】
Ｆ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池スタック１２を収容したケース内の換気を行うための排気ダクト、および、吸気ダクトは、それぞれ、その機能が予め決められてケースに接続されていたが、本発明は、これに限られない。本発明は、一般に、排気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的高くなる部位に接続され、吸気ダクトの一方の端部が、ケース内において水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されればよい。したがって、例えば、燃料電池スタック１２を収容したケース内において、水素の濃度が比較的高くなる部位に接続されたダクトが排気ダクトとして機能し、水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されたダクトが吸気ダクトとして機能するようにしてもよい。
【００６５】
図８は、変形例としての燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｅ、および、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒを示す説明図である。スタックケース１０Ｅ、および、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒを電気車両の後方から見たときの断面図を示した。
【００６６】
図示するように、本変形例の燃料電池車両では、燃料電池スタック１２は、スタックケース１０Ｅの前後方向のほぼ中央部に配置されている。そして、スタックケース１０Ｅの前方側上面に、換気ダクト３０Ｆが接続されており、スタックケース１０Ｅの後方側上面に、換気ダクト３０Ｒが接続されている。なお、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒは、先に説明した換気ダクト２０とは異なり、排気ダクトと吸気ダクトとに分割されておらず、単管である。そして、換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒは、以下に説明するように、それぞれ、排気ダクトとしても吸気ダクトとしても機能する。
【００６７】
本変形例の燃料電池車両では、例えば、燃料電池車両が上り坂を走行中、あるいは、上り坂に駐停車中には、燃料電池スタック１２から自ずと漏洩した水素は、浮力および拡散力によってスタックケース１０Ｅ内の上部前方に移動して、換気ダクト３０Ｆから自然排気される。このとき、水素の自然排気によって、スタックケース１０Ｅ内に負圧が発生し、この負圧を補うように、換気ダクト３０Ｒを介して空気が吸気される。一方、例えば、燃料電池車両が下り坂を走行中、あるいは、下り坂に駐停車中には、燃料電池スタック１２から自ずと漏洩した水素は、浮力および拡散力によってスタックケース１０Ｅ内の上部後方に移動して、換気ダクト３０Ｒから自然排気される。このとき、水素の自然排気によって、スタックケース１０Ｅ内に負圧が発生し、この負圧を補うように、換気ダクト３０Ｆを介して空気が吸気される。このようにして、スタックケース１０Ｅ内の自然対流による換気を行うことができる。
【００６８】
Ｆ２．変形例２：
上記第１実施例では、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００の前方の居室外の空間に延設されているものとしたが、本発明は、これに限られない。
【００６９】
図９は、変形例としての燃料電池車両１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを示す説明図である。図９（ａ）に示したように、燃料電池車両１００Ａでは、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００Ａの床下部を通って、燃料電池車両１００Ａの後方に延設されている。また、図９（ｂ）に示したように、燃料電池車両１００Ｂでは、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００Ｂのピラー内に埋設されている。また、図９（ｃ）に示したように、燃料電池車両１００Ｃでは、換気ダクト２０は、燃料電池車両１００Ｃのフレーム内に埋設されている。このようにすることによって、燃料電池車両１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ内のデッドスペースを有効利用して、換気ダクト２０を配設することができる。
【００７０】
なお、例えば、図５，６，８に示したように、ケースに複数のダクトが接続されている場合には、各ダクトを、燃料電池車両における異なる部位に、それぞれ延設するようにしてもよい。
【００７１】
Ｆ３．変形例３：
上記実施例では、換気ダクト２０は、連通口２６を備えるものとしたが、これを省略してもよい。
【００７２】
Ｆ４．変形例４：
上記第２実施例では、スタックケース１０Ａの前方側上面に、換気ダクト２０が接続され、スタックケース１０Ａの後方側上面に、換気口１４が設けられているものとしたが、これらの配置を逆にしてもよい。
【００７３】
Ｆ５．変形例５：
上記実施例では、排気ダクト２２の排気開口部、および、吸気ダクト２４の吸気開口部は、ともに上方に開口しているものとしたが、本発明は、これに限られない。本発明では、排気ダクト２２の排気開口部が上方に開口していればよく、吸気ダクト２４の吸気開口部は、上方以外の方向に開口するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池車両１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】スタックケース１０内における燃料電池スタック１２と換気ダクト２０とスタックケース１０との接続部との位置関係を示す説明図である。
【図３】換気ダクト２０の排気開口部および吸気開口部の近傍を示す説明図である。
【図４】第２実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ａおよび換気ダクト２０を示す説明図である。
【図５】第３実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｂおよび換気ダクト２０Ｆ，２０Ｒを示す説明図である。
【図６】第４実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｃと排気ダクト２２および吸気ダクト２４を示す説明図である。
【図７】第５実施例の燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｄおよび換気ダクト２０を示す説明図である。
【図８】変形例としての燃料電池車両におけるスタックケース１０Ｅおよび換気ダクト３０Ｆ，３０Ｒを示す説明図である。
【図９】変形例としての燃料電池車両１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…燃料電池車両
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…スタックケース
１２…燃料電池スタック
１４…換気口
１６…膜
２０，２０Ｆ，２０Ｒ…換気ダクト
２２…排気ダクト
２４…吸気ダクト
２６…連通口
２８…膜
３０Ｆ，３０Ｒ…換気ダクト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車両であって、
燃料電池を収容するケースと、
前記燃料電池から漏洩した水素を前記ケースから排気するための排気ダクトと、
前記ケース内に空気を吸気するための吸気ダクトと、を備え、
前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的高くなる部位に接続されており、
前記排気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で上方に開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された排気開口部を備えており、
前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されており、
前記吸気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された吸気開口部を備える、
燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、
前記燃料電池から前記排気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離は、前記燃料電池から前記吸気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離よりも小さい、
燃料電池車両。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、
前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内の底面近傍まで延設されている、
燃料電池車両。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、
前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの下部に接続されている、
燃料電池車両。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、
前記ケースは、前記燃料電池車両の後方側上面に、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された換気口を備える、
燃料電池車両。
【請求項６】
請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記ケースには、複数の前記排気ダクトが接続されており、
第１の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、
第２の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の後方側に配置されている、
燃料電池車両。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部は、並設されており、
前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部には、前記排気ダクトの前記排気開口部の近傍から前記吸気ダクトに連通する連通口が設けられている、
燃料電池車両。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方は、前記燃料電池車両の後方に延設されている、
燃料電池車両。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のピラー内に埋設されている、
燃料電池車両。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のフレーム内に埋設されている、
燃料電池車両。
【請求項１】
燃料電池車両であって、
燃料電池を収容するケースと、
前記燃料電池から漏洩した水素を前記ケースから排気するための排気ダクトと、
前記ケース内に空気を吸気するための吸気ダクトと、を備え、
前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的高くなる部位に接続されており、
前記排気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で上方に開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された排気開口部を備えており、
前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内において前記水素の濃度が比較的低くなる部位に接続されており、
前記吸気ダクトの他方の端部は、前記ケースよりも高い位置で開口し、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された吸気開口部を備える、
燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、
前記燃料電池から前記排気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離は、前記燃料電池から前記吸気ダクトと前記ケースとの接続部までの距離よりも小さい、
燃料電池車両。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの一方の端部、および、前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、
前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケース内の底面近傍まで延設されている、
燃料電池車両。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの一方の端部は、前記ケースの上面に接続されており、
前記吸気ダクトの一方の端部は、前記ケースの下部に接続されている、
燃料電池車両。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、
前記ケースは、前記燃料電池車両の後方側上面に、防水性、および、通気性を有する膜によって被覆された換気口を備える、
燃料電池車両。
【請求項６】
請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記ケースには、複数の前記排気ダクトが接続されており、
第１の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の前方側に配置されており、
第２の前記排気ダクトと前記ケースとの接続部は、前記燃料電池車両の後方側に配置されている、
燃料電池車両。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部は、並設されており、
前記排気ダクトの他方の端部、および、前記吸気ダクトの他方の端部には、前記排気ダクトの前記排気開口部の近傍から前記吸気ダクトに連通する連通口が設けられている、
燃料電池車両。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方は、前記燃料電池車両の後方に延設されている、
燃料電池車両。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のピラー内に埋設されている、
燃料電池車両。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池車両であって、
前記排気ダクト、および、前記吸気ダクトの少なくとも一方の一部は、前記燃料電池車両のフレーム内に埋設されている、
燃料電池車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１２６０１５（Ｐ２０１０−１２６０１５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３５４１（Ｐ２００８−３０３５４１）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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