JP4269270B2 - Vehicle fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は車両用燃料電池システムに係り、特に前輪駆動車両に最適な燃料電池スタックの車載方策を提案する車両用燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a vehicular fuel cell system, and more particularly to a vehicular fuel cell system that proposes an on-vehicle strategy for a fuel cell stack that is optimal for a front-wheel drive vehicle.
車両に搭載される燃料電池システムにおいて、燃料電池は、例えば、固体高分子型燃料電池からなり、この固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(「陽イオン交換膜」ともいう。)からなる電解質膜の両側に夫々アノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。 In a fuel cell system mounted on a vehicle, the fuel cell is composed of, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and the polymer electrolyte fuel cell is also referred to as a polymer ion exchange membrane (also referred to as “cation exchange membrane”). An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are opposed to each other on both sides of the electrolyte membrane is composed of a separator.
この種の燃料電池は、通常、電解質(「電解質膜」ともいう。)・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 This type of fuel cell is usually used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of electrolytes (also referred to as “electrolyte membranes”), electrode structures, and separators.
また、前記燃料電池システムにおいては、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、燃料電池に供給される。供給された酸化ガスは、燃料電池内において、触媒を利用した電気化学反応に供された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、その後、車両外の大気中に排気される。 In the fuel cell system, air in the atmosphere is taken in as an oxidizing gas and supplied to the fuel cell. The supplied oxidizing gas is subjected to an electrochemical reaction using a catalyst in the fuel cell and then discharged as an oxygen off gas. The discharged oxygen off gas is then exhausted into the atmosphere outside the vehicle.
ところで、従来の車両用燃料電池システムにおいて、車両の前部に走行用モータやギヤボックス、燃料電池スタックを搭載した際には、上記の特許文献2(特開2002−373697号公報)または特許文献3(特開2003−173790号公報)に開示されるように、燃料電池スタックが走行用モータやギヤボックスの上部に配設されているため、車両のフロントボックス、いわゆるエンジンルームが前後方向及び上下方向に大型化するという不都合がある。 By the way, in the conventional vehicle fuel cell system, when a traveling motor, a gear box, and a fuel cell stack are mounted on the front portion of the vehicle, the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-373797) or Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-173790), the fuel cell stack is disposed on the upper part of the traveling motor or gear box, so that the front box of the vehicle, the so-called engine room, can be There is an inconvenience of increasing the size in the direction.
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、車両の幅方向にドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを搭載した車両用燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックを前記ドライブシャフトの前側に配置し、前記燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とを前記ドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出したことを特徴とする。 Accordingly, in order to eliminate the above-described disadvantages, the present invention provides a vehicle fuel cell system in which a travel motor and a fuel cell stack are mounted with a gear box driving a front wheel via a drive shaft in the width direction of the vehicle. The fuel cell stack is disposed on the front side of the drive shaft, and a hydrogen gas circulation passage and an oxygen off-gas discharge passage connected to the lower end of the fuel cell stack are extended rearward of the vehicle through the lower side of the drive shaft. It is characterized by having put out.
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、車両の幅方向にドライブシャフトを介して前輪を駆動するギヤボックスを挟んで走行用モータと燃料電池スタックとを搭載した車両用燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックをドライブシャフトの前側に配置し、燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とをドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出したので、燃料電池スタックの下端部を車両の最下部近傍まで延長して発電容量を拡大できるとともに、燃料電池スタックの下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とが前記ドライブシャフトの影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタックからの生成水の排出を容易にすることができる。 As described above in detail, according to the present invention, in a vehicle fuel cell system in which a traveling motor and a fuel cell stack are mounted with a gear box driving a front wheel through a drive shaft in the width direction of the vehicle. The fuel cell stack is arranged on the front side of the drive shaft, and the hydrogen gas circulation passage and the oxygen off-gas discharge passage connected to the lower end of the fuel cell stack are extended to the rear of the vehicle through the lower side of the drive shaft. The power generation capacity can be expanded by extending the lower end of the battery stack to the vicinity of the lowermost part of the vehicle, and the hydrogen gas circulation passage and the oxygen off-gas discharge passage extending from the lower end of the fuel cell stack to the rear of the vehicle It is not bent by the influence of the shaft, and the generated water can be easily discharged from the fuel cell stack.
上述の如く発明したことにより、燃料電池スタックをドライブシャフトの前側に配置し、燃料電池スタックの下端部に接続される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とをドライブシャフトの下側を通して車両後方に延出し、燃料電池スタックの下端部を車両の最下部近傍まで延長して発電容量を拡大するとともに、燃料電池スタックの下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路と酸素オフガス排出流路とがドライブシャフトの影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタックからの生成水の排出を容易としている。 By inventing as described above, the fuel cell stack is disposed on the front side of the drive shaft, and the hydrogen gas circulation passage and the oxygen off-gas discharge passage connected to the lower end of the fuel cell stack are passed through the lower side of the drive shaft. Extends backward, extends the lower end of the fuel cell stack to the vicinity of the bottom of the vehicle to expand the power generation capacity, and extends the hydrogen gas circulation channel and oxygen off-gas discharge extending from the lower end of the fuel cell stack to the rear of the vehicle The flow path is not curved by the influence of the drive shaft, and the generated water is easily discharged from the fuel cell stack.
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1〜図7はこの発明の実施例を示すものである。図7において、2は燃料電池システムである。
1 to 7 show an embodiment of the present invention. In FIG. 7,
この燃料電池システム2は、図7に示す如く、燃料電池スタック4と、水素系システム6と、空気系システム8と、冷却システム10とを有している。
As shown in FIG. 7, the
前記燃料電池スタック4は、通常、電解質(「電解質膜」ともいう。)・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層している。
The
また、水素系システム6は、後述する車両46に搭載される水素タンク12から前記燃料電池スタック4に水素を供給・循環させる水素ガス循環流路14を設ける。
Further, the hydrogen system 6 is provided with a hydrogen
この水素ガス循環流路14は、水素タンク12から前記燃料電池スタック4に水素を供給する水素供給用の第1流路16と、前記燃料電池スタック4から排気された水素オフガスを前記第1流路16に循環させる循環用の第2流路18と、第2流路18の途中部位に接続させ、水素オフガスを排出する排出用の第3流路20とからなる。
The hydrogen
そして、前記水素供給用の第1流路16途中には、水素タンク12側から、自動遮断弁22と、減圧弁24、流量調整弁26と、熱交換器28とを順次配設するとともに、前記循環用の第2流路18途中には、前記燃料電池スタック4側から、気液分離器30と、循環ポンプ32とを順次配設し、下流端部を、流量調整弁26と熱交換器28との間の前記水素供給用の第1流路16に接続して設けるとともに、気液分離器30と循環ポンプ32との間に前記排気用の第3流路20を接続して設け、この第3流路20途中に圧力調整弁34を配設する。
And in the middle of the
更に、前記空気系システム8は、外部から前記燃料電池スタック4に酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路36と、燃料電池スタック4から外部に酸素オフガスを排出する酸素オフガス排出流路38とを有している。
Further, the air system 8 includes an oxidizing gas
そして、前記酸化ガス供給流路36途中には、上流側から、フィルタ40と、ポンプ42と、熱交換器44とを順次配設するとともに、前記酸素オフガス排出流路38途中には、気液分離器46と、圧力調整弁48とを順次配設する。
A
前記燃料電池システム2を車両50のエンジンルーム52に搭載する際には、図2〜図5に示す如く、車両50の左右の両前輪54、54に連絡すべく車両50の幅方向に延びる左右のドライブシャフト56−1、56−2を設け、これらのドライブシャフト56−1、56−2を介して両前輪54、54を駆動するギヤボックス58を中央部位に配設し、このギヤボックス58を挟むように、ギヤボックス58の右側に走行用モータ60を搭載するとともに、ギヤボックス58の左側には前記燃料電池スタック4を搭載する。
When the
この燃料電池スタック4は、図5及び図6に示す如く、燃料電池スタック4の上部側を車両50の後方側に傾斜させて搭載する。この傾斜角度としては、3〜45度の範囲に設定する。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
更にまた、前記車両50の後部には、車両50の燃料タンクとして機能する水素タンク12を搭載する。
Furthermore, a
このとき、前記燃料電池スタック4を、図5に示す如く、前記ドライブシャフト56−1、56−2の前側に配置し、前記燃料電池スタック4の下端部に接続される前記水素オフガス循環用の第2流路18と酸素オフガス排出流路38とを、図1に示す如く、前記ドライブシャフト56−1、56−2の下側を通して車両後方に延出する構成とする。
At this time, as shown in FIG. 5, the
詳述すれば、前記水素オフガス循環用の第2流路18及び前記酸素オフガス排出流路38の少なくとも一方には、左側のドライブシャフト56−1の後側に近接する位置に気液分離器30、46を介装する。
More specifically, at least one of the
また、前記気液分離器30、46は、図6に示す如く、前記水素オフガス循環用の第2流路18または前記酸素オフガス排出流路38の一部を構成する出口側管体62、64を介して前記燃料電池スタック4に夫々支持される。
Further, as shown in FIG. 6, the gas-
更に、前記出口側管体62、64は、図1に示す如く、通路下流側が車両幅方向の中心側に湾曲され、前記気液分離器30、46が、図1、図3及び図4に示す如く、前記ギヤボックス58近傍に配設される。
Further, as shown in FIG. 1, the
なお、符号66、66は、前記車両50の左右の両後輪、68は前記ギヤボックス58近傍に配設される冷却水配管、70、72は前記水素ガス供給用の第1流路16または前記酸素ガス供給流路36の一部を構成する入口側管体、74は前記燃料電池スタック4用の放熱器である。
次に作用を説明する。 Next, the operation will be described.
前記燃料電池スタック4を、図5に示す如く、前記ドライブシャフト56−1、56−2の前側に配置し、前記燃料電池スタック4の下端部に接続される前記水素オフガス循環用の第2流路18と酸素オフガス排出流路38とを、図1に示す如く、前記ドライブシャフト56−1、56−2の下側を通して車両後方に延出する。
As shown in FIG. 5, the
そして、前記水素オフガス循環用の第2流路18及び前記酸素オフガス排出流路38の少なくとも一方には、左側のドライブシャフト56−1の後側に近接する位置に気液分離器30、46を介装する。
At least one of the
これにより、前記燃料電池スタック4を前記ドライブシャフト56−1、56−2の前側に配置し、前記燃料電池スタック4の下端部に接続される前記水素オフガス循環用の第2流路18と酸素オフガス排出流路38とを、前記ドライブシャフト56−1、56−2の下側を通して車両後方に延出したことによって、燃料電池スタック4の下端部を車両50の最下部近傍まで延長して発電容量を拡大できるとともに、燃料電池スタック4の下端部から車両後方に延出される水素ガス循環流路14と酸素オフガス排出流路38とが前記ドライブシャフト56−1、56−2の影響で湾曲されることがなく、燃料電池スタック4からの生成水の排出を容易にすることができる。
As a result, the
また、前記水素オフガス循環用の第2流路18及び前記酸素オフガス排出流路38の少なくとも一方には、左側のドライブシャフト56−1の後側に近接する位置に気液分離器30、46を介装することにより、左側のドライブシャフト56−1周りの空間を有効利用しつつ、車両の低い位置に気液分離器30、46を配設し、前記燃料電池スタック4から気液分離器30、46への生成水の排出を容易としている。
Further, at least one of the
更に、前記気液分離器30、46を、前記水素オフガス循環用の第2流路18または前記酸素オフガス排出流路38の一部を構成する出口側管体62、64を介して前記燃料電池スタック4に夫々支持することにより、気液分離器30、46の支持方策が簡略化、すなわち気液分離器30、46専用の支持部材を不要とするとともに、出口側管体62、64と気液分離器30、46とを前記ドライブシャフト56−1、56−2に所定の隙間を介して位置決めし易くできる。
Further, the gas-
更にまた、前記出口側管体62、64は、通路下流側が車両幅方向の中心側に湾曲され、前記気液分離器30、46が、前記ギヤボックス58近傍に配設されることにより、気液分離器30、46をギヤボックス58の近傍で前記ドライブシャフト56−1、56−2の揺動の少ない位置、あるいは干渉しない位置に配設することができ、実用上有利である。
Furthermore, the
また、前記燃料電池スタック4の車両50への搭載位置を低くして、車両50のフロントボックス、いわゆるエンジンルーム52の小型化に寄与している。
Further, the mounting position of the
2 燃料電池システム
4 燃料電池スタック
6 水素系システム
8 空気系システム
10 冷却システム
12 水素タンク
14 水素ガス循環流路
16 第1流路
18 第2流路
20 第3流路
22 自動遮断弁
24 減圧弁
26 流量調整弁
28 熱交換器
30 気液分離器
32 循環ポンプ
34 圧力調整弁
36 酸化ガス供給流路
38 酸素オフガス排出流路
40 フィルタ
42 ポンプ
44 熱交換器
46 気液分離器
48 圧力調整弁
50 車両
52 エンジンルーム
54、54 左右の両前輪
56−1、56−2 左右のドライブシャフト
58 ギヤボックス
60 走行用モータ
62、64 出口側管体
66、66 車両の左右の両後輪
68 冷却水配管
70、72 入口側管体
74 放熱器
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