JP2005117805A - 燃料電池車の空気供給系システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池車の発電性能、音振性能を共に満足させられるようにした空気供給システムを提供する。
【解決手段】車両を走行させる駆動モータ５０を車体前部に防振機構を介して支持し、前記駆動モータ５０に電力を供給する燃料電池６０を前記駆動モータ５０よりも後方の車体床下に搭載する。燃料電池６０に空気を供給するコンプレッサ１６と、その駆動のためのモータ１７とからなる空気供給アッセンブリ１８を、駆動モータ５０の外郭に防振支持しする。コンプレッサ１６から燃料電池６０に送られる空気を冷却する冷却器３０を燃料電池６０の近傍に配置し、コンプレッサ１６と冷却器３０との間を配管を介して接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池車の空気供給系システムの改良に関する。

燃料電池に流入する空気温度が燃料電池温度よりも高いと、燃料電池入口付近の飽和水蒸気圧が高くなるため、その部分の温度が下がり、燃料電池内部のイオン交換膜が乾燥しやすくなり、イオン交換機能が低下する。逆に燃料電池に流入する空気の温度が燃料電池温度よりも低いと、飽和水蒸気圧が低くなるため、温度が上がり、燃料電池内部に凝縮水が溜まりやすく、空気の流通の妨げとなり、結果的に発電効率の低下を招く。

これらの対策として、燃料電池の温度を調整している冷却水を、燃料電池に流入する空気の冷却器の冷媒として用いることで、空気の温度を近似させることが考えられる。

燃料電池への供給空気の冷却機能を備えた空気供給系システムとして、特許文献１に示すものがある。

これは燃料電池に空気を供給するために、スクリュー型のコンプレッサを備えるもので、各スクリューの間にできる空間に消音器と冷却器を搭載することで、大型化を抑えつつ、振動・騒音の低減と、空気温度の最適化とを実現しようとするものである。
特開２００３−１８４７６７号公報

しかしながら、上記従来例のように、コンプレッサと冷却器とが一体的に構成されていると、冷却器が燃料電池の位置から離れるため、燃料電池から出た冷媒が冷却器に流れてくるまでに温度が変動し、また冷却器を出た空気も燃料電池に到達するまでに温度が変動してしまい、せっかく冷却しても最適温度を維持するのが難しくなる。

また、コンプレッサの動力源としては一般的に電動機が用いられるが、これらは加振源となり、空気供給システムの振動・騒音性能に影響を及ぼす。

燃料電池を車両の駆動源とする電気自動車に搭載する場合、車両駆動用のモータを含めて、これらコンプレッサなどは、車体に対してソフトマウントすることで、上記振動・騒音の低減が図られるべきである。

駆動モータやコンプレッサなどを、車体にソフトマウントする場合、それぞれにマウント機構が必要となり、またマウントスペースの問題もあり、レイアウトなどが非常に難しくなる。

また、この場合、上記コンプレッサと一体の冷却器は、通常駆動モータなどとは離れた位置に搭載される燃料電池との距離がますます離れてしまい、燃料電池の発電性能を満足させられない。

本発明は燃料電池車の発電性能、音振性能を共に満足させられるようにした空気供給システムを提供することを目的とする。

本発明においては、車両を走行させる駆動モータを車体前部に防振機構を介して支持し、前記駆動モータに電力を供給する燃料電池を前記駆動モータよりも後方の車体床下に搭載する。前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサと、その駆動のためのモータとが一体となった空気供給アッセンブリを、前記駆動モータの外郭に防振支持し、前記コンプレッサから前記燃料電池に送られる空気を冷却する冷却器を前記燃料電池の近傍に配置し、前記コンプレッサと冷却器との間を配管を介して接続する。

本発明では、空気供給アッセンブリが、車体前方で防振支持されている駆動モータに防振支持されているので、空気供給アッセンブリからの振動、騒音を効果的に減衰することができ、また、車体側に防振支持されている駆動モータに、さらに空気供給アッセンブリを防振支持するので、それぞれ別々に防振機構を介して車体側に取り付けるのに比較して、取付けのための省スペース化が図れ、かつ防振構成も簡略化される。燃料電池に供給する空気を冷却する冷却器は、車体床下の燃料電池の近傍にあり、コンプレッサからは離れているので、燃料電池に流入する空気を効率的に冷却でき、発電反応を向上させられる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１、図２を参照すると、車体１００の前部には、前輪１０１の近傍に位置して、車両を走行駆動するための駆動モータ５０が設置され、ここから離れた車体中央の車室床下で、やや後輪１０２に近い部位には、前記駆動モータ５０に供給する電力を発電する燃料電池６０が水平に設置される。

駆動モータ５０は、車体１００に対して、図示しないが、防振機構を介してソフトマウントされる。なお、駆動モータ５０は、前輪１０１の回転軸とモータ回転軸が平行となる、いわゆる横置きに設置される。

燃料電池６０に原料としての空気を供給するための空気供給系１０が備えられる。

この空気供給系１０は、後で詳しく述べるが、主として、外部からの空気を取り入れるエア取り入れダクト１１、このダクト１１に接続して、エアクリーナ機能、レゾネータ機能、ケミカルフィルタ機能をもつ吸気モジュール１２、吸気モジュール１２を経由して、空気を吸引・圧送するコンプレッサ１６及びコンプレッサ１６を駆動するモータ１７からなる空気供給アッセンブリ１８、ここからの圧縮空気を消音すると共に清浄化する消音・濾過アッセンブリ２２、この浄化空気を燃料電池６０に向けて送り出す、ゴム配管などで構成されるエアダクト２８、さらにはこれに接続するアルミ製などの断面が扁平な扁平配管２９、さらに燃料電池６０の近傍に配置され圧縮空気を冷却する冷却器３０、冷却された空気を加湿するための加湿装置３３などから構成される。

前記エア取り入れダクト１１に接続する吸気モジュール１２は、空気中の比較的粗いダストを捕捉するエアクリーナ機能と、吸気音を低減するレゾネータ機能と、燃料電池に有害な空気中のＳＯ₂等の化学物質を除去するケミカルフィルタ機能が備えられる。

吸気モジュール１２を通過した空気は、吸気モジュール１２に接続される吸気側消音器１４に流入し、消音される。吸気側消音器１４は前記空気供給アッセンブリ１８の吸込側に吸気ダクト１５を介して接続、コンプレッサ吸込側から放出される騒音を消音する。

吸気ダクト１５は、吸気モジュール１２と空気供給アッセンブリ１８との間の組み付け誤差、相対変位を吸収する機能をもつ、比較的弾性変形容易な素材で形成される。

前記コンプレッサ１６及びモータ１７とが同軸的かつ一体に構成された空気供給アッセンブリ１８は、車両を駆動する前記駆動モータ５０のケーシング５１の斜め上方に位置して、ボルト結合される。この場合、駆動モータ５０の回転軸と、コンプレッサ１５、モータ１７の回転軸とが平行となるように配置され、モータケース５１に突設した複数のブラケット５２に対して、ボルト５３により締結されるが、弾性ブッシュ５４を介在させることにより弾性支持する。

したがって、駆動モータ５０自体が車体側にソフトマウントされ、この駆動モータ５０に対して空気供給アッセンブリ１８がソフトマウントされ、これにより騒音や振動の発生を効率よく抑制できる構造となっている。

空気供給アッセンブリ１８の空気吐出側には、アダプタ１９を介して消音・濾過アッセンブリ２２が、一体的に連結される。消音・濾過アッセンブリ２２は、上流側にコンプレッサ１６からの吐出空気の消音を行う消音部と、下流側にマイクロフィルタ部（濾過部）を備え、これにより消音と濾過を行う。消音・濾過アッセンブリ２２は、駆動モータ５０に図示しないボルトにより結合されている。また、消音部をコンプレッサ１６の近傍に配置できるので、音振性能を向上させられ、しかも濾過部が消音部の直ぐ下流にあるため、コンプレッサ１６から出る騒音、振動の高周波成分も効率的に消去できる。

消音・濾過アッセンブリ２２からの吐出空気は、ゴム配管などで構成されるエアダクト２８から扁平配管２９に送り込まれる。扁平配管２９は車体側に固定され、これに対して車体側にソフトマウントされている駆動モータ５０及び空気供給アッセンブリ１８が、相対移動しても、その変位を吸収できるように途中で曲がったゴム配管で構成される。

図３、図４にもあるように、扁平配管２９は熱伝導性のよいアルミ製であり、かつ断面形状が表面積の大きい扁平型に形成されており、内部を流れるコンプレッサ１６での圧縮より温度上昇した空気の冷却効果を、配置のレイアウトを犠牲にすることなく向上させられる。

扁平配管２９の下流には冷却器３０が配置されるが、車体側に取付けられる冷却器３０との間には、相互の取付誤差を吸収可能に、ゴム製のエアダクト３２が介在する。

冷却器３０は燃料電池６０の近傍に配置され、この冷却器３０には燃料電池６０の温度を調整するための冷却水が、熱交換媒体として使用され、これにより冷却器３０を通過する空気の温度をほぼ燃料電池６０の温度付近に調整している。冷却器３０で熱交換された空気は、加湿装置３３によって燃料電池での反応に最適な湿度を与えられた後、燃料電池６０に流入する。この場合、冷却器３０は空気供給アッセンブリ１８のコンプレッサ１６から遠く離れ、燃料電池６０の入口側の近傍にあるため、燃料電池６０に送り込む温度調整された空気の温度変化を防ぎ、発電反応を良好に維持することを可能とする。

このように本実施形態によれば、空気供給アッセンブリ１８が、車体側に対してソフトマウントされている駆動モータ５０のケーシング５１に防振支持されているので、空気供給アッセンブリ１８のコンプレッサ１６から振動、騒音を効果的に減衰することができ、また、車体側にソフトマウントされている駆動モータ５０に空気供給アッセンブリ１８を直接的に防振支持するので、それぞれ別々に防振機構を介して車体側に取り付けるのに比較して、取付スペースが削減が図れ、かつ構成も簡略化される。

燃料電池６０に供給する空気を冷却する冷却器３０は、車体前方の駆動モータ５０の位置、すなわち空気供給アッセンブリ１８の位置から遠く離れた車体床下の燃料電池６０の近傍にあり、また、燃料電池６０から出たばかりの冷却水を冷媒として空気と熱交換するので、コンプレッサ１６で圧縮されて温度の高くなった空気の温度を、燃料電池温度とほぼ一致する温度に精度よく制御することができ、これにより燃料電池６０での発電反応を向上させられる。

また、冷却器３０を空気供給アッセンブリ１８のコンプレッサ１６から分離したことで、防振支持する必要がある空気供給アッセンブリ１８の小型化ができ、防振機構の簡略化も可能となる。

コンプレッサ１６のすぐ下流には、消音・濾過アッセンブリ２２が配置され、消音・濾過アッセンブリ２２は、コンプレッサ１６からの吐出空気の消音を行う消音部と、その下流側にマイクロフィルタ部（濾過部）が備えられ、これによりコンプレッサ吐出空気の消音と濾過を行うことができ、とくに消音部をコンプレッサ１６の近傍に配置できるので、音振性能を向上させられ、しかも消音部のすぐ下流にある濾過部により、高周波成分の音振性能も同時に向上させられる。

消音・濾過アッセンブリ２２と冷却器３０との間は、少なくともその一部が、放熱性のよい金属、例えばアルミ製の、しかも断面が扁平な表面積の大きい、扁平配管２９により接続されているので、内部を流れる温度の高い空気と外気との熱交換効率がよく、冷却器３０に至る間に効果的に温度を下げることができる。これにより、冷却器３０の容量低減が図れるし、また燃料電池６０の熱交換器であるラジエータの容量削減にもつながる。

本発明は上記した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当業者のなしうるさまざまな改良、変更などが含まれる。

本発明の燃料電池車の空気供給系システムは、燃料電池を動力源とするあらゆる車両に適用できる。

本発明の実施形態を示す概略構成図である。 同じく空気冷却系の分解斜視図である。 同じく扁平配管の平面図である。 同じく扁平配管の側面図である。

符号の説明

１６ コンプレッサ
１７ モータ
１８ 空気供給アッセンブリ
２９ 扁平配管
３０ 冷却器
５０ 駆動モータ
６０ 燃料電池
１００ 車体

Claims (7)

1. 車両を走行させる駆動モータを車体前部に防振機構を介して支持し、前記駆動モータに電力を供給する燃料電池を前記駆動モータよりも後方の車体床下に搭載した燃料電池車において、
   前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサと、その駆動のためのモータとが一体となった空気供給アッセンブリを、前記駆動モータの外郭に防振支持し、
   前記コンプレッサから前記燃料電池に送られる空気を冷却する冷却器を前記燃料電池の近傍に配置し、
   前記コンプレッサと冷却器との間を配管を介して接続することを特徴とする燃料電池車の空気供給系システム。
2. 前記空気供給アッセンブリの空気吐出側には、消音・濾過アッセンブリが、一体的に連結される請求項１に記載の燃料電池車の空気供給系システム。
3. 前記消音・濾過アッセンブリは、コンプレッサからの排出空気の騒音を低減する消音部と、その直下流に配置された空気中の微細粒子を除去する濾過部とを備える請求項２に記載の燃料電池車の空気供給系システム。
4. 前記配管の少なくとも一部は、放熱性のよい金属で、かつ断面が扁平な扁平配管で構成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池車の空気供給系システム。
5. 前記扁平配管は前記車体の一部に取付けられ、それぞれ前記空気供給アッセンブリ側と、前記燃料電池側との間は、弾力性のあるダクトでそれぞれ接続されている請求項４に記載の燃料電池車の空気供給系システム。
6. 前記冷却器は、前記燃料電池の温度の調整のための冷却媒体を用いて空気と熱交換する請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料電池車の空気供給系システム。
7. 前記空気供給アッセンブリの吸込側には、エアクリーナ機能、レゾネータ機能、ケミカルフィルタ機能をもつ吸気モジュールが接続される請求項１〜６のいずれか一つに記載の燃料電池車の空気供給系システム。

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