CN108569126B - 燃料电池搭载车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够将从单体层叠体漏出的反应气体有效地向车辆外部排出的燃料电池搭载车辆，该燃料电池搭载车辆具备：燃料电池堆，其配置于车身的前方空间，通过将多个燃料电池单体层叠成的单体层叠体收纳于壳体而构成；以及空调装置，其配置于车身的后方空间，车身的前方空间与车身的后方空间由分隔构件分隔，通过外部气体取入口向空调装置取入外部气体，该外部气体取入口在分隔构件上形成于相对于车身的车宽方向的中心而位于第一侧的部分，在形成于壳体的使燃料电池堆的内外连通的连通口上连接有排气通道的上游端部，该排气通道对壳体内的反应气体进行排气，排气通道的下游端部在相对于车宽方向的中心而位于第二侧的部分与车身的外部连通。

Description

燃料电池搭载车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池搭载车辆。
背景技术
在燃料电池搭载车辆中，在车身前部的马达室(前方空间)中收纳有驱动用马达、燃料电池堆。
马达室通过隔有分隔构件(例如前围板、罩构件等)而被划分。燃料电池堆具有将多个单位单体层叠成的单体层叠体和对单体层叠体进行收纳的壳体。
燃料电池搭载车辆通过由燃料电池堆产生的电能使驱动用马达驱动来行驶。
然而，在上述的燃料电池堆中，在单体层叠体内流动的反应气体(燃料气体、氧化剂气体)有时通过各单位单体间的间隙等而向马达室内漏出。
因此，例如在日本国特开2004-40950号公报中公开了在对马达室进行闭塞的机罩的最上部形成有换气口的结构。漏出到马达室内(壳体的外部)的反应气体通过换气口而被向车辆外部排出。
然而，例如有时在分隔构件上形成有用于向空调装置取入外部气体的外部气体取入口。在该情况下，在马达室内滞留的反应气体有可能通过外部气体取入口而与外部气体一起被取入到空调装置。取入到空调装置的反应气体有可能通过空调装置而向车室供给。
发明内容
因此，本发明的方案考虑到上述的情况而提出，其目的在于，提供一种能够将从单体层叠体漏出的反应气体有效地向车辆外部排出的燃料电池搭载车辆。
(1)为了达到上述目的，本发明的一方案的燃料电池搭载车辆具备：燃料电池堆，其配置于车身的前方空间，通过将多个燃料电池单体层叠成的单体层叠体收纳于壳体而构成；以及空调装置，其配置于所述车身的后方空间，所述车身的前方空间与所述车身的后方空间由分隔构件分隔，通过外部气体取入口向所述空调装置取入外部气体，该外部气体取入口在所述分隔构件上形成于相对于所述车身的车宽方向的中心而位于第一侧的部分，在形成于所述壳体的使所述燃料电池堆的内外连通的连通口上连接有排气通道的上游端部，该排气通道对所述壳体内的反应气体进行排气，所述排气通道的下游端部在相对于所述车宽方向的中心而位于第二侧的部分与所述车身的外部连通。
(2)在上述(1)的方案的基础上，也可以是，所述燃料电池搭载车辆具备从上方闭塞所述前方空间且随着朝向后方而向上方延伸的机罩，所述排气通道具有：歧管，其仿照所述机罩，随着朝向后方而向上方延伸；以及连接部，其与所述歧管的最上部连接，且向所述车宽方向的所述第二侧延伸。
发明效果
根据上述(1)的方案，从单体层叠体漏出的反应气体通过连通口并通过排气通道内而向车辆的外部排出。另一方面，通过外部气体取入口而导入到空调装置内的外部气体在空调装置内进行了热交换之后向车室内供给。
在此，在上述(1)的方案中，排气通道的下游端部及向空调装置取入外部气体的外部气体取入口相对于车宽方向的中心配置于两侧。因此，能够使反应气体的排出位置与外部气体取入口在车宽方向上分离，能够抑制通过排气通道排出的反应气体向外部气体取入口内流入的情况。由此，能够抑制从燃料电池堆漏出的反应气体通过空调装置而与外部气体一起向车室内供给的情况。
根据上述(2)的方案，流入到歧管内的反应气体(尤其是燃料气体)随着朝向后方而被向上方引导。引导到歧管内的上方的反应气体在流入到与歧管的最上部连接的连接部内之后，向车辆的外部排出。因此，能够将在排气通道中流通的反应气体向车辆的外部有效地排出。
附图说明
图1是表示搭载有实施方式的燃料电池堆的燃料电池搭载车辆的前部的简要立体图。
图2是表示搭载有实施方式的燃料电池堆的燃料电池搭载车辆的前部的简要剖视图。
图3是单位单体的分解立体图。
具体实施方式
接着，基于附图来说明本发明的实施方式。
[燃料电池搭载车辆]
图1是表示搭载有第一实施方式的燃料电池堆34的燃料电池搭载车辆1(以下，仅称作车辆1)的前部的简要立体图。图2是表示车辆1的前部的简要剖视图。以下的说明中的前后上下左右等方向若无特殊记载，则与车辆1中的方向相同。在该情况下，图中箭头UP表示上方，箭头FR表示前方。
在图1、图2所示的车辆1中，在车身2的前部划分形成有马达室(前方空间)3。将前围板5夹在中间而使马达室3位于车室6的前方。
前围板5跨左右方向上的车身2的整体而延伸。如图2所示，前围板5具有沿着上下方向延伸的前围板下部5a和从前围板下部5a的上端部向前方伸出的前围板上部5b。前围板下部5a的下端部与底板(未图示)连接。
在前围板下部5a的上端部，朝向上方而延伸设置有风窗玻璃10。在风窗玻璃10的上端部安装有向后斜上方延伸的前玻璃18。
前围板上部5b和风窗玻璃10构成朝向上方开口的截面U字状的罩构件11。罩构件11的上端开口部由罩顶部12覆盖。上述的前围板5、风窗玻璃10及罩顶部12构成本实施方式的分隔构件。需要说明的是，作为分隔构件，也可以设置将马达室3与车室6分隔的其他的构件。
在车室6中，在前围板5的后方设置有仪表板(未图示)。在车室6中，在前围板5与仪表板(未图示)之间的空间(后方空间)收纳有空调装置13。空调装置13通过将鼓风机、蒸发器、加热器芯等收纳于壳体13a内而构成。
在上述的罩构件11(风窗玻璃10)中的左右方向的左侧端部(第一侧)形成有外部气体取入口14。外部气体取入口14将风窗玻璃10沿着前后方向贯通。外部气体取入口14例如通过形成于罩顶部12的连通孔(未图示)而与车辆1的外部连通。外部气体取入口14通过空调装置13的外部气体导入孔13b而与空调装置13内连通。即，罩构件11内的外部气体在通过外部气体取入口14之后，通过外部气体导入孔13b而向空调装置13内导入。
在马达室3的左右方向(车宽方向)两侧设置有一对侧框架15。各侧框架15沿着前后方向延伸。各侧框架15从车室6的前部下方向上方弯折之后，进一步朝向前方延伸。两侧框架15的后端部与在车身2的前后方向中央设置的框架构件(例如底板框架(未图示)、侧边梁(未图示)等)结合。在两侧框架15的前端部连结有前隔离壁17(参照图1)。
在各侧框架15上分别设置有车轮罩21(参照图1)。如图1所示，各车轮罩21随着朝向上方而朝向左右方向的外侧延伸。在车轮罩21的上端缘设置有上部件22。上部件22沿着前后方向延伸。上部件22的前端部与上述的前隔离壁17的上部结合。
这样，在本实施方式中，上述的两侧框架15形成马达室3的下部骨架。两上部件22形成马达室3的上部骨架。前隔离壁17形成马达室3的前部骨架。
如图2所示，马达室3的上端开口部由机罩31从上方覆盖。机罩31形成为朝向上方凸出的曲面状，并且随着朝向后方而逐渐向上方延伸。机罩31的后端部以能够转动的方式支承于车身2。由此，马达室3构成为能够开闭。
在马达室3内收纳有驱动用马达33、燃料电池堆34等。
驱动用马达33形成为圆筒状。驱动用马达33以使旋转轴朝向车辆1的左右方向的状态配置。驱动用马达33经由防振构件等而支承于副车架(未图示)。副车架是配置于侧框架15的下方的框状的构件。副车架与上述的侧框架15等连接。
<燃料电池堆>
如图1所示，燃料电池堆34配置于马达室3内的驱动用马达33的上方。燃料电池堆34经由防振构件(未图示)等而支承于车身2(例如侧框架15等)、驱动用马达33。燃料电池堆34形成为以车辆1的左右方向为长边方向的长方体形状。燃料电池堆34主要具备单体层叠体37和收纳单体层叠体37的壳体38。单体层叠体37是将多个单位单体36沿着车辆1的左右方向层叠而成的结构。
<单位单体>
图3是单位单体36的分解立体图。
如图3所示，单位单体36例如具备一对隔板41、42和夹持于各隔板41、42之间的膜电极结构体43(以下，仅称作MEA43)。MEA43具备固体高分子电解质膜51和从车辆1的左右方向(固体高分子电解质膜51的厚度方向)的两侧夹持固体高分子电解质膜51的阳极电极52及阴极电极53。
阳极电极52及阴极电极53具有由碳素纸等构成的气体扩散层和将在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子均匀地涂敷于气体扩散层的表面而形成的电极催化剂层。
固体高分子电解质膜51例如由使水浸渍于全氟磺酸聚合物而得到的原材料等形成。固体高分子电解质膜51的从车辆1的左右方向观察到的主视外形比阳极电极52及阴极电极53大。在图3的例子中，在固体高分子电解质膜51的中央部重合有阳极电极52及阴极电极53。固体高分子电解质膜51的外周部相对于阳极电极52及阴极电极53呈边框状超出。
单位单体36的各隔板41、42是与MEA43的阳极电极52面对的第一隔板41、以及与MEA43的阴极电极53面对的第二隔板42。
在单位单体36的各角部形成有入口气体连通孔(氧化剂气体入口连通孔61i及燃料气体入口连通孔62i)和出口气体连通孔(氧化剂气体出口连通孔61o及燃料气体出口连通孔62o)。各连通孔61i、61o、62i、62o将单位单体36沿着车辆1的左右方向贯通。在图3所示的例子中，在单位单体36的后方(箭头FR的相反侧)的上角部形成有用于供给氧化剂气体(例如空气等)的氧化剂气体入口连通孔61i。在单位单体36的后方的下角部形成有用于供给燃料气体(例如氢等)的燃料气体入口连通孔62i。在单位单体36的前下角部形成有用于排出使用完毕的氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔61o。在单位单体36的前上角部形成有用于排出使用完毕的燃料气体的燃料气体出口连通孔62o。
在单位单体36中，在相对于各入口连通孔61i、62i位于前方(箭头FR侧)的部分分别形成有制冷剂入口连通孔63i。
在单位单体36中，在相对于各出口连通孔61o、62o位于后方的部分分别形成有制冷剂出口连通孔63o。一对制冷剂入口连通孔63i彼此配置于将阳极电极52及阴极电极53夹于之间而在上下方向上对置的位置。一对制冷剂出口连通孔63o彼此配置于将阳极电极52及阴极电极53夹于之间而在上下方向上对置的位置。
各隔板41、42的中央部通过冲压成形等而形成为凹凸形状。隔板41、42中的在车辆1的左右方向上与MEA43对置的面与MEA43之间分别形成有气体流路65、66。
具体而言，在第一隔板41的朝向阳极电极52的面与MEA43的阳极电极52之间形成有燃料气体流路65。燃料气体流路65与燃料气体入口连通孔62i及燃料气体出口连通孔62o分别连通。
在第二隔板42的朝向阴极电极53的面与MEA43的阴极电极53之间形成有氧化剂气体流路66。氧化剂气体流路66与氧化剂气体入口连通孔61i及氧化剂气体出口连通孔61o分别连通。
单体层叠体37通过在使一个单位单体36的第一隔板41和与一个单位单体36相邻的另一单位单体36的第二隔板42重叠的状态下沿着车辆1的左右方向层叠而构成。在一个单位单体36的第一隔板41与另一单位单体36的第二隔板42之间形成有制冷剂流路67。制冷剂流路67与制冷剂入口连通孔63i及制冷剂出口连通孔63o分别连通。作为在制冷剂流路67中流通的制冷剂，例如适合使用纯水、乙二醇等。
单位单体36的层叠结构并不限定于上述的结构。例如，也可以由三张隔板和夹持在各隔板之间的两张MEA构成单位单体。各连通孔的布局也能够适当进行设计变更。
如图1所示，壳体38形成为比单体层叠体37大一圈的箱型。具体而言，壳体38具备第一端板71及第二端板72、以及侧板73。第一端板71及第二端板72从车辆1的左右方向的两侧夹持单体层叠体37。侧板73对单体层叠体37的周围进行包围。
在第一端板71上形成有将第一端板71沿着A方向贯通的气体入口孔(氧化剂气体入口孔83i及燃料气体入口孔84i)及气体出口孔(氧化剂气体出口孔83o及燃料气体出口孔84o)。氧化剂气体入口孔83i与上述的氧化剂气体入口连通孔61i连通。氧化剂气体出口孔83o与上述的氧化剂气体出口连通孔61o连通。燃料气体入口孔84i与上述的燃料气体入口连通孔62i连通。燃料气体出口孔84o与上述的燃料气体出口连通孔62o连通。
在第二端板72上形成有制冷剂入口孔(未图示)及制冷剂出口孔(未图示)。制冷剂入口孔及制冷剂出口孔将第二端板72沿着车辆1的左右方向贯通。制冷剂入口孔与上述的制冷剂入口连通孔63i连通。制冷剂出口孔与上述的制冷剂出口连通孔63o连通。
侧板73通过将四张板(前板91、上板92、后板93及下板94)组合而构成。各板91～94与各端板71、72的各边对应而设置。各板91～94以在车辆1的左右方向上夹持于各端板71、72之间的状态紧固连结于各端板71、72。
在上板92上形成有多个壳体连通口(未图示)。壳体连通口将壳体38贯通而使壳体38的内外连通。壳体连通口用于将从单体层叠体37漏出的反应气体向壳体38的外部排出。壳体连通口的数量、形状、布局等可以适当进行设计变更。
在此，在上板92上配设有排气通道100。排气通道100用于将从壳体连通口排出的反应气体向车辆1的外部排出。排气通道100具有与上板92连接的歧管101和使歧管101的内部与车辆1的外部连通的连接部102。
歧管101形成为随着朝向上方而逐渐缩径的方筒状。具体而言，歧管101的下端缘形成为仿照上板92的外周缘而延伸的框状。歧管101的下端缘与上板92的各边的外周缘连接。即，歧管101通过将与上板92的各边对应设置的壁部110～113的侧缘部彼此相互连接而构成。并且，歧管101将多个壳体连通口汇集地包围。
歧管101的上端缘形成为俯视外形比歧管101的下端缘的俯视外形小的框状。歧管101中的上端开口部的中心相对于歧管101中的下端开口部的中心向后方偏移。但是，歧管101中的两端开口部的中心彼此也可以一致。
构成歧管101的各壁部110～113以从歧管101的下端缘朝向上端缘分别倾斜的状态延伸。尤其是如图2所示，在构成歧管101的壁部110～113中，与上板92的前端缘连接的前壁部110仿照机罩31的下表面形状而延伸。即，前壁部110随着朝向后方而向上方延伸。优选前壁部110的至少一部分与机罩31的下表面平行。但是，前壁部110只要整体仿照机罩31的下表面延伸即可，也可以相对于机罩31的下表面倾斜。
连接部102使歧管101的内部与车辆1的外部连通。连接部102沿着车辆1的左右方向延伸。连接部102的上游端部与歧管101的上端开口部(歧管101的最上部)连接。连接部102的下游端部例如与形成于罩构件11(前围板上部5b)的排出口115连接。排出口115通过将前围板上部5b中的左右方向的右侧端部(第二侧)沿着上下方向贯通而形成。即，排出口115及上述的外部气体取入口14相对于罩构件11中的车辆1的左右方向的中心而分别配置于两侧。歧管101经由排出口115及形成于罩顶部12的连通孔(未图示)而与车辆1的外部连通。排出口115也可以通过形成于前挡泥板等的连通孔而与车辆1的外部连通。
在本实施方式的车辆1中，在燃料电池堆34中，向燃料气体流路65供给氢作为燃料气体，向氧化剂气体流路66供给含有氧的空气作为氧化剂气体。于是，在阳极电极52通过催化剂反应而产生的氢离子通过固体高分子电解质膜51而移动到阴极电极53，在阴极电极53处与氧发生电化学反应。由此，在燃料电池堆34中进行发电，通过燃料电池堆34的发电电力来对驱动用马达33进行驱动。
在此，从单体层叠体37漏出的反应气体通过壳体连通口而向排气通道100内流入。流入到排气通道100内的反应气体在歧管101内朝向上方流通之后，通过歧管101的上端开口部而向连接部102内流入。流入到连接部102内的反应气体在连接部102内流通之后，通过排出口115而被向车辆1的外部排出。
在本实施方式的车辆1中，通过外部气体取入口14而向空调装置13内导入外部气体。导入到空调装置13内的外部气体在空调装置13内进行了热交换之后被向车室6内供给。
在此，在本实施方式中形成为如下结构：排出口115及外部气体取入口14配置在相对于罩构件11中的车辆1的左右方向的中心而向两侧分别离开的位置。
根据该结构，能够使排出口115及外部气体取入口14在车辆1的左右方向上分离，因此能够抑制通过排出口115排出的反应气体向外部气体取入口14内流入的情况。由此，能够抑制从燃料电池堆34漏出的反应气体通过空调装置13而与外部气体一起向车室6内供给的情况。
而且，在本实施方式中形成为如下结构：排气通道100的歧管101(前壁部110)仿照机罩31的下表面而延伸。
根据该结构，流入到歧管101内的反应气体(尤其是燃料气体)随着朝向后方而被向上方引导。引导到歧管101内的上方的反应气体在流入与歧管101的最上部连接的连接部102之后，被向车辆1的外部排出。因此，能够将在排气通道100中流通的反应气体向车辆1的外部有效地排出。
需要说明的是，本发明的技术范围没有限定于上述的各实施方式，也包括在不脱离本发明的主旨的范围内对上述的实施方式施加了各种变更的实施方式。
例如，在上述的实施方式中，说明了排出口115及外部气体取入口14形成于罩构件11中的车辆1的左右方向的两端部的结构，但没有仅限定于该结构。排出口115及外部气体取入口14例如相对于罩构件11中的车辆1的左右方向的中心而形成于两侧的即可。
在上述的实施方式中，说明了排出口115及外部气体取入口14均形成于罩构件11的情况，但没有限定于该结构。例如，排出口115也可以形成于前挡泥板等，而不限于罩构件11。外部气体取入口14也可以形成于前围板下部5a等，而不限于罩构件11。
在上述的实施方式中，说明了壳体连通口形成于上板92的结构，但没有仅限于该结构，能够在壳体38的任意位置形成壳体连通口。
在上述的实施方式中，说明了排气通道100与燃料电池堆34的各壳体连通口汇集地连接的结构，但没有仅限定于该结构。即，也可以使多个排气通道分别与多个壳体连通口连接。
另外，也可以在歧管101上连接多个连接部102。
在上述的实施方式中，说明了排气通道100的歧管101仿照机罩31的下表面而延伸的结构，但没有仅限于该结构，排气通道100的延伸方向可以根据马达室3内的布局等而适当变更。
以上，说明了本发明的优选的实施例，但本发明没有限定于上述实施例。能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的附加、省略、替换及其他的变更。本发明不被前述的说明限定，仅由技术方案的范围限定。

Claims (3)

1.一种燃料电池搭载车辆，其特征在于，
所述燃料电池搭载车辆具备：
燃料电池堆，其配置于车身的前方空间，通过将多个燃料电池单体层叠成的单体层叠体收纳于壳体而构成；
空调装置，其配置于所述车身的后方空间；以及
机罩，其从上方闭塞所述前方空间且随着朝向后方而向上方延伸，
所述车身的前方空间与所述车身的后方空间由分隔构件分隔，
通过外部气体取入口向所述空调装置取入外部气体，该外部气体取入口在所述分隔构件上形成于相对于所述车身的车宽方向的中心而位于第一侧的部分，
在形成于所述壳体的使所述燃料电池堆的内外连通的连通口上连接有排气通道的上游端部，该排气通道对所述壳体内的反应气体进行排气，
所述排气通道的下游端部在相对于所述车宽方向的中心而位于第二侧的部分与所述车身的外部连通，
所述排气通道具有：
歧管，其仿照所述机罩，随着朝向后方而向上方延伸；以及
连接部，其与所述歧管的最上部连接，且向所述车宽方向的所述第二侧延伸。
2.一种燃料电池搭载车辆，其特征在于，
所述燃料电池搭载车辆具备：
燃料电池堆，其配置于车身的前方空间，通过将多个燃料电池单体层叠成的单体层叠体收纳于壳体而构成；以及
空调装置，其配置于所述车身的后方空间，
所述车身的前方空间与所述车身的后方空间由分隔构件分隔，
通过外部气体取入口向所述空调装置取入外部气体，该外部气体取入口在所述分隔构件上形成于相对于所述车身的车宽方向的中心而位于第一侧的部分，
在形成于所述壳体的使所述燃料电池堆的内外连通的连通口上连接有排气通道的上游端部，该排气通道对所述壳体内的反应气体进行排气，
所述排气通道的下游端部在相对于所述车宽方向的中心而位于第二侧的部分与所述车身的外部连通，
所述外部气体取入口将所述分隔构件沿着前后方向贯通，
在所述分隔构件的前围板上部上相对于所述车宽方向的中心而位于所述第二侧的部分，形成有将所述分隔构件的所述前围板上部沿着上下方向贯通而使所述车身的内外连通的排出口，
所述连通口形成于所述壳体中的位于所述燃料电池单体的上方的上板，
所述排气通道的所述下游端部与所述排出口连接。
3.根据权利要求2所述的燃料电池搭载车辆，其中，
所述燃料电池搭载车辆具备从上方闭塞所述前方空间且随着朝向后方而向上方延伸的机罩，
所述排气通道具有：
歧管，其仿照所述机罩，随着朝向后方而向上方延伸；以及
连接部，其与所述歧管的最上部连接，且向所述车宽方向的所述第二侧延伸。
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