JP4645006B2

JP4645006B2 - In-vehicle fuel cell system

Info

Publication number: JP4645006B2
Application number: JP2003079869A
Authority: JP
Inventors: 宗久堀口; 真規岡田; 亮一沖本
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004288496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池は発電効率が高く、有害物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置として、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック等の車両用の動力源として開発が進んでいる。燃料電池には、種々の形式のものが知られており、アルカリ水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、直接型メタノール等のものであってもよいが、固体電解質、特に、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池が有望視されている。この場合、固体電解質と燃料極、酸素極、空気流路、燃料流路とを併せて燃料電池セルが構成され、さらに、該燃料電池セルを複数積層させたものを燃料電池スタックとして構成される。
【０００３】
そして、燃料電池システムを自動車等の車両に搭載する場合、乗員や荷物を積載するためのスペースを広くとるために、燃料電池スタックや補機類を前後の車軸間の床下に配設する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、燃料電池スタックに空気を供給するために、車両の前方部分にスーパーチャージャーを配設し、該スーパーチャージャーによって加圧された空気を車両の側部に配設された空気供給路を介して、前記燃料電池スタックに供給するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７１７５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の燃料電池システムにおいては、空気供給路の形状や取り回しが複雑となり、該空気供給路において大きな圧力損失が生じるので、特に加圧されていない空気を燃料電池セルの空気流路に供給する常圧型の燃料電池スタックを使用することができなくなってしまう。
【０００６】
一般に、燃料電池セルの酸素極に空気を供給する燃料電池スタックには、加圧された空気を燃料電池セルの空気流路に供給する加圧型の燃料電池スタックと、加圧されていない空気を燃料電池セルの空気流路に供給する常圧型の燃料電池スタックとがある。加圧型の燃料電池スタックを使用する燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックに供給する空気をスーパーチャージャー等によって加圧するために、空気供給路の形状や取り回しが複雑で該空気供給路において大きな圧力損失が生じても、前記燃料電池スタックには十分な空気が供給されるので格別な問題は発生しない。しかし、加圧型の燃料電池スタックを使用する場合、スーパーチャージャー等の複雑で大型の空気加圧装置やインタークーラー等の冷却器を使用する必要があり、また、空気供給路や燃料電池スタックを加圧された空気の圧力に耐え得るだけの強度を備えたものとする必要があるので、燃料電池システムの構造が複雑、かつ、大型となり、コストも高くなってしまう。
【０００７】
これに対し、常圧型の燃料電池スタックを使用する場合、空気加圧装置や大容量の冷却器が不要であり、空気供給路や燃料電池スタックを加圧された空気の圧力に耐え得るだけの強度を備えたものとする必要もないので、燃料電池システムの構造を簡素、かつ、小型にすることができ、コストを低減させることができる。しかし、前記従来の燃料電池システムに常圧型の燃料電池スタックを使用すると、空気供給路の形状や取り回しが複雑となり、該空気供給路において大きな圧力損失が生じ、また、圧力分布が不均一になるので、空気の流れが滞り、酸素極に十分な酸素が供給されなくなるので、燃料電池セルの出力が低下してしまう。そのため、前記従来の燃料電池システムにおいては、常圧型の燃料電池スタックを使用することができない。
【０００８】
本発明は、前記従来の燃料電池システムの問題点を解決して、常圧型の燃料電池スタックに供給される空気の流れをスムーズにし、大きな圧力損失が生じることがなく、かつ、圧力分布が均一になるようすることによって、燃料電池セルの酸素極に常に燃料電池セルの出力が最大となるために必要な空気の量よりも十分に多い量の空気を供給して、燃料電池セルの出力が高く安定し、かつ、燃費も良い車載燃料電池システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の車載燃料電池システムにおいては、常圧の空気が流通する空気流路を備える燃料電池セル、前記空気流路の空気入口端に接続し、前記空気中に水を供給する水供給ノズルを備える空気供給室、並びに、前記空気流路の空気出口端に接続する空気排出室を備え、車両に搭載された燃料電池スタックと、前記車両に搭載され、外部から空気を導入して前記空気供給室に常圧の空気を供給する空気供給ファンユニットと、前記車両に搭載され、前記空気排出室から排出された空気を、該空気中の水分を凝縮させて除去して外部に排出する凝縮器ユニットとを有し、前記空気供給ファンユニットは、回転軸が鉛直方向に延在する遠心式のファンと、該ファンの周囲に配設された渦巻状の昇圧ダクトと、該昇圧ダクトの出口と前記空気供給室の空気導入ダクトを接続する接続ダクトとを備え、前記昇圧ダクトの出口の横方向の寸法は、前記空気導入ダクトの横方向の寸法よりも小さく、かつ、前記昇圧ダクトの出口の横方向に関する中心は、前記空気導入ダクトの横方向に関する中心及び前記回転軸に対して横方向に左右いずれか一方に偏倚し、前記接続ダクトは、前記昇圧ダクトの出口側の横方向の寸法が前記空気導入ダクト側の横方向の寸法より小さく、かつ、前記一方に位置する側壁が他方に位置する側壁よりも短く形成されている。
【００１０】
本発明の他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記凝縮器ユニット、燃料電池スタック及び空気供給ファンユニットは、前記車両の前方から後方に向かって順次配設される。
【００１１】
本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記凝縮器ユニットは、前記車両の前方部分に配設され、前記車両の走行風を利用して前記空気中の水分を凝縮する。
【００１２】
本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記空気供給ファンユニットは、空気吹出口の位置が前記空気供給室の最も高い部位よりも高い位置になるように配設される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態における車載燃料電池システムの模式平面図、図２は本発明の実施の形態における車載燃料電池システムの模式側面図である。
【００１５】
図において、１１は複数の燃料電池セル（ＦＣ）から構成される燃料電池スタックであり、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として使用される。ここで、車両１０は、照明装置、ラジオ、パワーウインドウ等の車両１０の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様であり、動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源として燃料電池スタック１１と蓄電手段としての２次電池３６とを併用して使用することが望ましい。
【００１６】
そして、燃料電池セルは、アルカリ水溶液型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、直接型メタノール（ＤＭＦＣ）等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であることが望ましい。
【００１７】
なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料とし、酸素又は空気を酸化剤とするＰＥＭＦＣ（ＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）型燃料電池、又は、ＰＥＭ（ＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅ）型燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該ＰＥＭ型燃料電池は、一般的に、プロトン等のイオンを透過する固体高分子電解質膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合したセル（ＦｕｅｌＣｅｌｌ）を複数及び直列に結合したスタック（Ｓｔａｃｋ）から成る。
【００１８】
この場合、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該ガス拡散電極の一方を燃料極とし、該燃料極表面に接する燃料流路を介し前記燃料極に燃料として水素ガスを供給すると、水素が水素イオン（プロトン）と電子とに分解され、水素イオンが固体高分子電解質膜を透過する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極とし、該酸素極表面に接する空気流路を介し前記酸素極に酸化剤として空気を供給すると、空気中の酸素、前記水素イオン及び電子が結合して、水が生成される。このような電気化学反応によって起電力が生じるようになっている。なお、本実施の形態において、前記燃料電池スタック１１はいわゆる常圧型の燃料電池であり、前記空気流路には常圧の空気が流通する。ここで、常圧とは、大気圧から大気圧より約１００〔ｍｍＡｑ〕高い程度の圧力までの範囲である。
【００１９】
例えば、本実施の形態においては、１例として、ＰＥＭ型燃料電池であり、１００枚のセルを直列に接続したスタックを使用する。この場合、出力は約８０〔ｋＷ〕である。そして、定常動作時の温度は５０〜９０〔℃〕程度である。
【００２０】
なお、改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して取り出した燃料である水素ガスを燃料電池セルに直接供給することもできるが、車両１０の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素を供給することができるようにするためには、燃料貯蔵手段１２に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。
【００２１】
ここで、前記燃料貯蔵手段１２は、水素吸蔵合金を格納した容器であることが望ましいが、デカリンのような水素吸蔵液体を格納した容器、水素ガスボンベのように水素ガスを格納した容器等であってもよい。これにより、水素ガスがほぼ一定の圧力で常に十分に供給されるので、前記燃料電池セルは車両１０の負荷の変動に遅れることなく追随して、必要な電流を供給することができる。この場合、前記燃料電池セルの出力インピーダンスは極めて低く、０に近似させることが可能である。
【００２２】
本実施の形態においては、燃料貯蔵手段１２として複数本（例えば、４本）の水素ガスボンベを使用する。この場合、該水素ガスボンベは、図示されない搭乗員用シートの後方において、図示されないフレームに立てかけるようにして着脱可能に取り付けられる。なお、取扱の観点から、前記水素ガスボンベは単一の容器等に梱（こん）包されて、単一のカートリッジとして取り扱うことができるようになっていることが望ましい。
【００２３】
そして、燃料電池スタック１１は、車両フレーム３１の右側のサイドメンバー３１Ｒ及び左側のサイドメンバー３１Ｌの間に、取付ブラケット３２を介して、取り付けられる。この場合、該取付ブラケット３２は固着手段としての取付ボルト３３によって前記車両フレーム３１に取り付けられ、前記燃料電池スタック１１は固着手段としての取付ボルト３３によって取付ブラケット３２に取り付けられている。ここで、前記取付ブラケット３２と車両フレーム３１との間、又は、燃料電池スタック１１と取付ブラケット３２との間には、樹脂等の電気的に絶縁性の材料から成る図示されない絶縁部材が介在し、車両フレーム３１と燃料電池スタック１１とが電気的に絶縁された状態となっている。そのため、燃料電池スタック１１の出力が車両フレーム３１を流れることがない。
【００２４】
この場合、燃料電池スタック１１は、運転者、同乗者等が乗車したり荷物等を搭載する図示されない車室の床板の下に配設される。また、前記燃料電池スタック１１の下方には、図２に示されるように、車両１０の底板１５が、前記燃料電池スタック１１の下面から距離を開けて配設されている。前記底板１５は、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒの下面に取り付けられ、車両１０の底面を覆うようになっている。
【００２５】
また、前記燃料電池スタック１１の後方（図における右方）には、燃料貯蔵手段１２に貯蔵した燃料としての水素ガスを燃料電池スタック１１に供給するために燃料供給管路、燃料圧力調整弁、燃料供給電磁弁、逆止弁、圧力センサ等の補機類を備える燃料供給用補機類ユニット１３、及び、燃料電池スタック１１に供給される酸化剤としての空気が流通する空気流路内に水を供給するために水供給管路、電磁弁、流量調整弁、水タンク、水供給ポンプ等の補機類を備える水供給用補機類ユニット１４が、前記車両フレーム３１の右側のサイドメンバー３１Ｒ及び左側のサイドメンバー３１Ｌの間に配設される。なお、本実施の形態においては、水がスプレー又は噴射されることによって空気流路内に供給されるものとして説明する。
【００２６】
そして、燃料としての水素ガスは、前記燃料貯蔵手段１２から、燃料供給用補機類ユニット１３を通って、燃料電池スタック１１の各燃料電池セルに供給される。この場合、各燃料電池セルに供給される水素ガスがあらかじめ設定した一定の圧力に維持されるように、圧力センサで前記燃料供給管路内の水素ガスの圧力をモニターしながら、燃料圧力調整弁を調整して、水素ガスを燃料貯蔵手段１２から供給する。そして、燃料電池セルから排出される水素ガスは、図示されない燃料排出管路を通って大気中へ排出される。なお、前記水素ガスをそのまま大気中へ排出せずに、酸素と結合させて水にした後で、排出させるようにしてもよい。さらに、燃料電池セルから排出される水素ガスを回収して、再度、燃料電池セルに供給するようにしてもよい。また、前記燃料排出管路には、図示されないフィルタ、燃料排出電磁弁、逆止弁等が配設される。
【００２７】
さらに、前記燃料供給用補機類ユニット１３及び水供給用補機類ユニット１４の後方であり、かつ、燃料貯蔵手段１２の下方には、前記２次電池３６が前記車両フレーム３１の右側のサイドメンバー３１Ｒ及び左側のサイドメンバー３１Ｌの間に配設される。なお、前記２次電池３６としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等のいわゆるバッテリ（蓄電池）が一般的である。また、前記２次電池３６は、電気２重層キャパシタのようなキャパシタ（コンデンサ）、フライホイール、超伝導コイル、蓄圧器等のように、エネルギを電気的に蓄積し放出する機能を有するものであれば、いかなる形態のものであってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用してもよい。本実施の形態においては、２次電池３６として、キャパシタを使用する。この場合、開放端子電圧は約５０〔Ｖ〕であり、約１〔ｋＷ〕の電流を５〜２０分程度供給することができる程度の容量を有する。
【００２８】
また、前記２次電池３６の後方には、図示されない駆動モータを含む車両１０の駆動装置を制御するための駆動装置制御ユニット３５が配設される。該駆動装置制御ユニット３５は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備える一種のコンピュータであり、車両１０の駆動装置の動作を制御する。
【００２９】
ここで、前記車両フレーム３１は、右側のサイドメンバー３１Ｒ及び左側のサイドメンバー３Ｌ、並びに、左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒを連結する複数のクロスメンバー３１ｃを有する。なお、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒは、例えば、断面矩（く）形の角筒部材であるが、断面円形の円筒部材、断面楕（だ）円形の筒部材、断面Ｉ字状の棒部材、断面Ｈ字状の棒部材、断面コ字状の棒部材等いかなる形状のものであってもよい。また、材質は、強度の高い材質であることが望ましく、例えば、鋼、アルミニウム合金、ＦＲＰ、カーボン複合材等であるが、いかなる材質であってもよい。
【００３０】
さらに、前記クロスメンバー３１ｃも、断面矩形の角筒部材であるが、断面円形の円筒部材、断面楕円形の筒部材、断面Ｉ字状の棒部材、断面Ｈ字状の棒部材、断面コ字状の棒部材等いかなる形状のものであってもよい。また、材質も、鋼、アルミニウム合金、ＦＲＰ、カーボン複合材等いかなる材質であってもよいが、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒと同じ材質であることが望ましい。なお、前記クロスメンバー３１ｃの数は、幾つであってもよいが、強度の観点からは多い方が望ましい。そして、前記クロスメンバー３１ｃの両端は、溶接、接着、ボルト止等の手段によって、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒに固着される。なお、前記クロスメンバー３１ｃの両端は、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒの内側の側面に固着されることが望ましいが、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒの上面又は下面に固着されてもよい。
【００３１】
そして、前記車両１０の底板１５は、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒの下面に取り付けられ、車両１０の底面を覆うようになっている。ここで、前記車両１０の底板１５は車両１０の全ての範囲に亘（わた）って底面を覆うようなものであってもよいし、車両１０の一部分の底面を覆うものであってもよい。本実施の形態においては、図２に示されるように、ほぼ左右の前輪２８Ｌ、２８Ｒと左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒとの間の範囲であり、かつ、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒの間の範囲を覆うようになっている。
【００３２】
なお、前記底板１５は、前記車両１０の強度部材としての機能を果たすものであってもよいし、強度部材としての機能を果たすことなく、単に車両１０の底面を覆うだけの板部材であってもよい。そして、底板１５が強度部材である場合、底板１５の材質は、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒやクロスメンバー３１ｃと同じ材質であることが望ましい。
【００３３】
また、前記底板１５は、車両１０の強度部材としての機能を果たすものでなくても、ある程度の強度及び弾性を備えることが望ましい。これにより、車両１０が、例えば、悪路等を走行中に突起に乗り上げたときのように、車両１０の下方から衝撃を受けた場合でも、前記底板１５が衝撃を吸収し、該衝撃が燃料電池スタック１１やその他の装置に伝わることを防止することができる。
【００３４】
前記燃料電池スタック１１の幅、すなわち、車両１０の横方向（図１における上下方向）の寸法は、前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒの間隔と等しくなっている。そして、前記燃料電池スタック１１の幅方向（図１における上下方向）に関する中心は、車両１０の横方向に関する中心と一致するようになっている。すなわち、前記燃料電池スタック１１は車両１０の横方向に関する中心に配設される。また、重量物である燃料電池スタック１１が低い位置に配設されるので、車両１０の重心位置が低くなり、車両１０の安定性が向上する。さらに、前記燃料電池スタック１１が、左右の前輪２８Ｌ、２８Ｒの車軸と左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒの車軸との間に配設されているので、車両１０の重心位置近傍に重量物が集中し、重心回りの慣性モーメントが低減され、車両１０の旋回性が向上する。
【００３５】
なお、図に示される車両１０の左右の前輪２８Ｌ、２８Ｒ及び左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒは、サスペンション機構等を介して前記左右のサイドメンバー３１Ｌ、３１Ｒやクロスメンバー３１ｃに取り付けられることが望ましい。
【００３６】
そして、前記燃料電池スタック１１の後方であり、かつ、燃料供給用補機類ユニット１３及び水供給用補機類ユニット１４の上方には、前記燃料電池スタック１１に酸化剤としての常圧の空気を供給するために、酸化剤供給源としての空気供給ファンユニット２６が配設される。該空気供給ファンユニット２６は、一般的にシロッコファンと称されるものであり、羽根車として遠心式の多翼ファンを備え、該多翼ファンの回転軸が鉛直方向（図２における上下方向）に延伸するように、すなわち、水平面内において回転するように配設される。この場合、前記空気供給ファンユニット２６は、回転する多翼ファンの中心に上方から空気を吸引し、前記多翼ファンの外周側に空気を排出し、該空気を前記多翼ファンの周囲に配設された概略渦巻状の昇圧ダクトを通過させて、空気供給ファンユニット２６の外部に常圧の空気を吐出する。
【００３７】
また、前記空気供給ファンユニット２６の上面には、図２に示されるように、エアフィルタ２７が配設され、前記空気供給ファンユニット２６に吸引される空気中の塵埃（じんあい）、汚染物質、有害成分等を除去するようになっている。なお、前記エアフィルタ２７の上方には図示されない搭乗員用シートが配設されるが、空気がスムーズにエアフィルタ２７内に流入するように、前記搭乗員用シートの下面と前記エアフィルタ２７の上面との間にはある程度の間隙（げき）が形成されることが望ましい。
【００３８】
そして、前記空気供給ファンユニット２６から吐出された空気は、該空気供給ファンユニット２６の空気吹出口に接続された接続ダクト２５、及び、該接続ダクト２５に接続された空気導入ダクト２４を通って、燃料電池スタック１１上側に取り付けられた空気供給室１７内に供給される。なお、該空気供給室１７内には、水をスプレーする図示されない水供給ノズルが配設されている。
【００３９】
ここで、前記空気導入ダクト２４の前記空気供給室１７に接続される側の端部、すなわち、空気出口端部は、車両１０の横方向に関し、燃料電池スタック１１の少なくとも１／２以上の幅を備える。さらに、前記空気導入ダクト２４の空気出口端部及び前記空気供給室１７は、幅方向の中心が前記燃料電池スタック１１の幅方向の中心と一致する。また、空気供給ファンユニット２６の空気吹出口の位置が空気供給室１７の最も高い部位よりも高い位置になるように配設される。そのため、前記空気導入ダクト２４は、図２に示されるように、車両１０の前方に向かって下方向に傾斜して、前記空気供給室１７の上面に形成された空気導入口に接続される。
【００４０】
これにより、車両１０が障害物や段差を乗り越えたり、悪路を走行したりする場合に車両１０が傾いたり跳ねたときであっても、水供給ノズルから空気供給室１７内にスプレーされた水が、空気供給ファンユニット２６の内部に到達するまで逆流してしまうことがない。
【００４１】
なお、前記接続ダクト２５は、空気導入ダクト２４と一体的に形成されたものであってもよいし、別個に形成されて取り付けられたものであってもよい。また、前記空気導入ダクト２４は、前記空気供給ファンユニット２６の昇圧ダクトと一体的に形成されたものであってもよいし、別個に形成されて接続されたものであってもよい。
【００４２】
また、燃料電池スタック１１の空気供給室１７の上面の高さは、その上を覆うように配設される車室や荷室の床板の高さを低くするために、できる限り低くすることが望ましい。さらに、前記燃料電池スタック１１の空気排出室１８の下面も、前記燃料電池スタック１１の取付位置及び車室や荷室の床板の高さを低くするために、できる限り下方に突出しないことが望ましい。すなわち、前記空気排出室１８の厚さはできる限り薄いことが望ましい。
【００４３】
そして、車両１０の前方部分には、凝縮器ユニット２１が配設されている。該凝縮器ユニット２１は、燃料電池スタック１１から排出された空気に含まれる水分を凝縮して分離するためのものであり、車両１０の走行風を適切に利用して、前記燃料電池スタック１１から排出された空気を冷却して、水分を凝縮するようになっている。そのため、前記凝縮器ユニット２１の下面の排気導入口には、排気導入ダクト２２が接続され、該排気導入ダクト２２に接続された排気接続ダクト２３は、燃料電池スタック１１の下側に取り付けられた空気排出室１８に接続されている。
【００４４】
これにより、燃料電池スタック１１から空気排出室１８内に排出された空気は、排気接続ダクト２３及び排気導入ダクト２２を通って、凝縮器ユニット２１の下面の排気導入口から凝縮器ユニット２１内に導入される。そして、前記空気は、凝縮器ユニット２１内を上昇する間に冷却され、凝縮した水分を分離して、凝縮器ユニット２１の上面の排気口２１ａから大気中に放出される。なお、分離された水分は、図示されない配水管を通って、水供給用補機類ユニット１４の水タンクに回収されるようになっていることが望ましい。
【００４５】
また、車両１０の前方部分には、車両１０の補機類用の蓄電手段としての補機類用２次電池３７が配設されている。該補機類用２次電池３７は、前記２次電池３６と同様にキャパシタであってもよいが、本実施の形態においては、補機類用２次電池３７としてバッテリを使用する。
【００４６】
なお、本実施の形態において、車載燃料電池システムは図示されない制御装置を有する。該制御装置は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、圧力センサ、その他のセンサから燃料電池セルに供給される水素、酸素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出して、前記空気供給ファンユニット２６、燃料圧力調整弁、燃料供給電磁弁、燃料排出電磁弁等の動作を制御する。さらに、前記制御装置は、他のセンサ及び駆動装置制御ユニット３５等の他の制御装置と連携して、車載燃料電池システムの動作を統括的に制御する。なお、前記制御装置は、駆動装置制御ユニット３５等の他の制御装置と一体的に構成されてもよい。
【００４７】
次に、前記構成の車載燃料電池システムの動作について説明する。
【００４８】
図３は本発明の実施の形態における空気供給ファンユニットの平断面図、図４は本発明の実施の形態における車載燃料電池システムの空気の流れを示す模式側面図である。
【００４９】
本実施の形態の車載燃料電池システムにおける運転時には、空気供給ファンユニット２６が作動して、燃料電池スタック１１に酸化剤としての空気を供給する。ここで、前記空気供給ファンユニット２６は、図４に示されるように、下方部分にモータ２６ｄを備え、該モータ２６ｄが回転することによって、図３に示されるような羽根車としての多翼ファン２６ａが回転させられる。この場合、該多翼ファン２６ａは、回転軸が鉛直方向（図４における上下方向）に延伸するように配設されている。そのため、前記多翼ファン２６ａの回転軸方向の長さを短くすることによって、空気供給ファンユニット２６の鉛直方向の寸法を抑制することができる。これにより、車両フレーム３１と図示されない搭乗員用シートとの間のわずかな間隙に前記空気供給ファンユニット２６及びエアフィルタ２７を配設することができる。
【００５０】
しかし、遠心式の多翼ファン、すなわち、シロッコファンは、同一直径の羽根車で同一の回転速度では、最も多くの流量と圧力を得ることができるものであるから、空気供給ファンユニット２６の鉛直方向の寸法を抑制しても、十分な量の空気を十分な圧力で外部に吐出することができる。一般的なシロッコファンの場合、吐出圧力（ヘッド）は静圧で１００〔ｍｍＡｑ〕程度である。なお、前記多翼ファン２６ａを大径化すると、吐出圧力をより高くすることができる。これに対し、車両用ラジエータ等に使用される軸流送風機であるディスクファンの場合、吐出圧力は静圧で５〜１０〔ｍｍＡｑ〕程度なので、空気を十分な圧力で外部に吐出することができなくなってしまう。もっとも、スーパーチャージャー等に使用することができる軸流圧縮機であれば、高い吐出圧力を得ることができるが、この場合、構造が複雑なためコストが高くなり、かつ、大型化してしまうので、前記車両フレーム３１と搭乗員用シートとの間のわずかな間隙に配設することができなくなる。
【００５１】
そして、前記多翼ファン２６ａが回転すると、空気が上方から前記多翼ファン２６ａの中心に吸引され、該多翼ファン２６ａの外周側に排出される。なお、前記多翼ファン２６ａの中心に吸引される空気は、エアフィルタ２７を通過することによって、浮遊する塵埃、汚染物質、有害成分等が除去されたものである。そして、前記多翼ファン２６ａの外周側に排出された空気は、前記多翼ファン２６ａの周囲に配設された概略渦巻状の昇圧ダクト２６ｂ内を図３において矢印Ａで示されるように流動し、ダクト出口２６ｃから吐出される。
【００５２】
ここで、該ダクト出口２６ｃにおける空気の速度分布は、図３において一群の矢印Ｂで示されるようになっている。なお、圧力分布もほぼ同様である。一般的に、遠心式の多翼ファンの場合、ダクト出口２６ｃにおける速度及び圧力は、多翼ファン２６ａの中心に近い側、すなわち、空気供給ファンユニット２６の内側ほど高く外側ほど低くなっている。そこで、本実施の形態においては、ダクト出口２６ｃの中心Ｄが空気導入ダクト２４の中心Ｅよりも、空気供給ファンユニット２６の外側に位置するように配設されている。これにより、ダクト出口２６ｃにおいて空気供給ファンユニット２６の内側から吐出された空気は、外側から吐出された空気よりも拡散する。そのため、図３において一群の矢印Ｃで示されるように、空気導入ダクト２４の空気出口端部、すなわち、空気供給室１７の上面に形成された空気導入口に接続される位置において、空気の速度及び圧力は、平準化されたものとなる。なお、前記ダクト出口２６ｃに接続された接続ダクト２５及び空気導入ダクト２４における前側の壁が、図４に示されるように、前方に向かって下方向に傾斜しているので、空気供給ファンユニット２６から吐出された空気は、図４における矢印で示されるように、前記前側の壁に衝突して下方向に向きを変えることによって大きく拡散する。そのため、空気の速度及び圧力がいっそう平準化される。
【００５３】
このように、燃料電池スタック１１及び空気供給ファンユニット２６が車両１０の横方向に関する中心に配設されているので、空気流の圧力損失が低く、空気導入ダクト２４の空気出口端部から燃料電池スタック１１の空気供給室１７に流入する空気は、車両１０の横方向に関して速度分布及び圧力分布が均一となった状態となっている。また、前記空気出口端部は、車両１０の横方向に関し、燃料電池スタック１１の少なくとも１／２以上の幅を備え、さらに、前記空気出口端部及び前記空気供給室１７は幅方向の中心が一致する。そのため、空気は、空気供給室１７内において、車両１０の横方向に関して均一な速度分布及び圧力分布で流動する。
【００５４】
なお、前記燃料電池セル内には、鉛直方向に延在する多数の空気流路が形成され、該空気流路の一面が酸素極に接している。そして、該酸素極の反対側には固体高分子電解質膜を挟んで燃料極が配設され、該燃料極に接して水素ガスの通路としての燃料流路が形成されている。また、前記空気供給室１７の幅は、空気流路の集合体が分布している領域の幅とほぼ同一、すなわち、集合体としての空気流路の幅とほぼ同一である。しかも、空気供給ファンユニット２６のダクト出口２６ｃ、接続ダクト２５、空気導入ダクト２４及び空気供給室１７の順で、空気流路の幅が順々に広がっているので、前記空気供給ファンユニット２６から送出された空気の流れは、スムーズに幅方向に広がって、空気供給室１７内において均一な流れとなる。
【００５５】
そのため、空気導入ダクト２４から送り込まれた酸化剤としての空気は、燃料電池セル内のすべての空気流路へ均等に導入され、図４における矢印で示されるように、下向きに流れる。したがって、空気流の圧力損失が低く、すべての空気流路に空気が均等に、スムーズに導入されるので、燃料電池セルの出力が安定して向上する。また、空気排出室１８の幅も集合体としての空気流路の幅とほぼ同一である。そのため、空気流路から排出された空気はスムーズに排気接続ダクト２３に向けて排出される。
【００５６】
ところで、前記空気供給室１７内には水供給ノズルが配設され、水がスプレーされる。前記水供給ノズルからスプレーされた水は、重力及び空気の流れによって、多数の前記空気流路内に進入する。そして、酸素極を湿潤な状態に保つので、酸素極と燃料極とに挟まれた固体高分子電解質膜が良好に機能する。さらに、セパレータや酸素極や燃料極をスプレーされた水が蒸発する時の潜熱冷却により冷却することが可能となる。また、燃料である水素と酸化剤である酸素が結合して水を生成する電気化学反応において、反応熱が発生するが、該反応熱は前記スプレーされた水によって吸収される。すなわち、前記スプレーされた水は冷却作用も果たすものである。
【００５７】
ここで、スプレーされた水は液体の状態、すなわち、液相であり、反応熱を吸収して気化する。そのため、気化潜熱によって空気流路内の酸素極等を冷却するので、冷却効率が極めて高い。また、常圧の空気中に液相の水をスプレーするだけなので、前記水供給ノズルは通常のものであってよく、特別の構成を有する必要がない。なお、前記スプレーされた水は前記空気流路の下端から、空気とともに排出されるので、前記空気流路から排出された空気は水分を含んでいる。
【００５８】
そして、前記排気接続ダクト２３の空気排出室１８に接続された部分は、車両１０の横方向に関して燃料電池スタック１１の少なくとも１／２以上の幅を備える。さらに、前記排気接続ダクト２３と前記空気排出室１８は、幅方向の中心が前記燃料電池スタック１１の幅方向の中心と一致する。そのため、前記燃料電池セルの空気流路以降の空気流の圧力損失も低いので、前記空気流路から排出された空気は、空気排出室１８及び排気接続ダクト２３を通って、スムーズに排気導入ダクト２２に流入する。
【００５９】
そして、前記空気流路から空気排出室１８内に排出された空気は、図４における矢印で示されるように、排気接続ダクト２３及び排気導入ダクト２２を通って、凝縮器ユニット２１の下面の排気導入口から凝縮器ユニット２１内に導入される。ここで、前記空気は、水分を含むものであるが、凝縮器ユニット２１内を上昇する間に冷却されて凝縮した水分を分離して、凝縮器ユニット２１の上面の排気口２１ａから大気中に放出される。この場合、前記凝縮器ユニット２１は、車両１０の前方部分に配設されているので、車両１０の走行風を適切に利用して、前記空気を冷却し、水分を凝縮することができる。なお、分離された水分は、水供給用補機類ユニット１４の水タンクに回収されることが望ましい。これにより、水はほとんどがリサイクルされて使用されるので、水の補給量を少なくすることができる。
【００６０】
また、本実施の形態において、燃料電池スタック１１が常圧型なので、燃料電池セルの空気流路に供給される空気の圧力は大気圧程度の常圧であり、特段加圧される必要がない。そのため、前記空気供給ファンユニット２６、空気導入ダクト２４、接続ダクト２５、空気供給室１７、空気排出室１８、排気接続ダクト２３、排気導入ダクト２２、凝縮器ユニット２１等は、耐圧性を有する必要がないので構成を簡素化することができる。
【００６１】
なお、前記燃料電池セルは図示されない負荷に接続され、発生した電流を前記負荷に供給する。ここで、該負荷は、駆動装置制御ユニット３５における駆動制御装置としてのインバータ装置であり、前記燃料電池セル又は２次電池３６からの直流電流を交流電流に変換して、車両１０の左右の前輪２８Ｌ、２８Ｒ又は左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒを回転させる駆動モータに供給する。ここで、該駆動モータは発電機としても機能するものであり、車両１０の減速運転時には、いわゆる、回生電流を発生する。この場合、前記駆動モータは左右の前輪２８Ｌ、２８Ｒ又は左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒによって回転させられて発電するので、前記左右の前輪２８Ｌ、２８Ｒ又は左右の後輪２９Ｌ、２９Ｒにブレーキをかける、すなわち、車両１０の制動装置（ブレーキ）として機能する。そして、前記回生電流が２次電池３６に供給されて該２次電池３６が充電される。
【００６２】
このように、本実施の形態においては、燃料電池スタック１１及び該燃料電池スタック１１に常圧の空気を供給する空気供給ファンユニット２６が車両１０の横方向に関する中心に配設されているので、空気流の圧力損失が低く、かつ、空気導入ダクト２４の空気出口端部から燃料電池スタック１１の空気供給室１７に流入する空気は、車両１０の横方向に関して速度分布及び圧力分布が均一となった状態となっている。
【００６３】
そのため、常圧型の燃料電池スタック１１に供給される空気の流れをスムーズにすることができ、大きな圧力損失が生じることがない。これにより、空気供給ファンユニット２６として、通常のシロッコファンを備えるものを使用することができ、車載燃料電池システムの構成を簡素化し、コストを低くすることができる。また、空気供給室１７に流入する空気の速度分布及び圧力分布が均一になるので、燃料電池セルの酸素極に常に燃料電池セルの出力が最大となるために必要な空気の量よりも十分に多い量の空気を供給することができる。そのため、燃料電池セルの出力が高く安定し、かつ、燃料の消費量を抑制することができる。
【００６４】
また、車両１０の前方部分に凝縮器ユニット２１が配設され、空気供給ファンユニット２６から燃料電池スタック１１に供給されて凝縮器ユニット２１から排出される空気は、車両１０の後方から前方へ向かって流れるようになっている。そのため、車両１０の走行風を適切に利用して、前記燃料電池スタック１１から排出された空気を冷却して、該空気に含まれる水分を凝縮して除去することができる。この場合、燃料電池スタック１１に空気を供給するために車両１０の走行風を利用することができないが、前述したように、燃料電池スタック１１に供給される空気の流れをスムーズにすることができ、大きな圧力損失が生じることがないので、車両１０の走行風を利用しなくても、十分に多い量の空気を燃料電池スタック１１に供給することができる。
【００６５】
さらに、空気供給ファンユニット２６の空気吹出口の位置が燃料電池スタック１１の空気供給室１７の最も高い部位よりも高い位置になるように配設される。そのため、車両１０が障害物や段差を乗り越えたり、悪路を走行したりする場合に車両１０が傾いたり跳ねたときであっても、水供給ノズルから空気供給室１７内にスプレーされた水が、空気供給ファンユニット２６の内部に到達するまで逆流してしまうことがない。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、車載燃料電池システムにおいては、常圧の空気が流通する空気流路を備える燃料電池セル、前記空気流路の空気入口端に接続し、前記空気中に水を供給する水供給ノズルを備える空気供給室、並びに、前記空気流路の空気出口端に接続する空気排出室を備え、車両に搭載された燃料電池スタックと、前記車両に搭載され、外部から空気を導入して前記空気供給室に常圧の空気を供給する空気供給ファンユニットと、前記車両に搭載され、前記空気排出室から排出された空気を、該空気中の水分を凝縮させて除去して外部に排出する凝縮器ユニットとを有し、前記空気供給ファンユニットは、前記燃料電池スタックにおける車両の横方向に関する中心に配設される。
【００６８】
この場合、空気供給ファンユニットから供給される空気流の圧力損失が低く、かつ、燃料電池スタックの空気供給室に流入する空気は、車両の横方向に関して速度分布及び圧力分布が均一となった状態となる。そのため、空気供給ファンユニットとして、通常のシロッコファンを備えるものを使用することができ、車載燃料電池システムの構成を簡素化し、コストを低くすることができる。また、空気供給室に流入する空気の速度分布及び圧力分布が均一になるので、燃料電池セルの酸素極に常に燃料電池セルの出力が最大となるために必要な空気の量よりも十分に多い量の空気を供給することができる。そのため、燃料電池セルの出力が高く安定し、かつ、燃料の消費量を抑制することができる。
【００６９】
他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記凝縮器ユニット、燃料電池スタック及び空気供給ファンユニットは、前記車両の前方から後方に向かって順次配設される。
【００７０】
この場合、燃料電池スタックに供給される空気の流れをスムーズにすることができ、大きな圧力損失が生じることがないので、車両の走行風を利用しなくても、十分に多い量の空気を燃料電池スタックに供給することができる。
【００７１】
更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記凝縮器ユニットは、前記車両の前方部分に配設され、前記車両の走行風を利用して前記空気中の水分を凝縮する。
【００７２】
この場合、車両の走行風を適切に利用して、燃料電池スタックから排出された空気を冷却して、該空気に含まれる水分を凝縮して除去することができる。
【００７３】
更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記空気供給ファンユニットは、空気吹出口の位置が前記空気供給室の最も高い部位よりも高い位置になるように配設される。
【００７４】
この場合、車両が障害物や段差を乗り越えたり、悪路を走行したりする場合に車両が傾いたり跳ねたときであっても、水供給ノズルから空気供給室内にスプレーされた水が、空気供給ファンユニットの内部に到達するまで逆流してしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における車載燃料電池システムの模式平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における車載燃料電池システムの模式側面図である。
【図３】本発明の実施の形態における空気供給ファンユニットの平断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における車載燃料電池システムの空気の流れを示す模式側面図である。
【符号の説明】
１０車両
１１燃料電池スタック
１７空気供給室
１８空気排出室
２１凝縮器ユニット
２６空気供給ファンユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-vehicle fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, since fuel cells have high power generation efficiency and do not emit harmful substances, they have been put into practical use as power generators for industrial and household use, or as power sources for artificial satellites and spacecrafts. Development is progressing as a power source for vehicles such as buses and trucks. Various types of fuel cells are known, and may be of alkaline aqueous solution type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, direct type methanol, etc. In particular, fuel cells using solid polymer electrolyte membranes are promising. In this case, a fuel cell is configured by combining a solid electrolyte, a fuel electrode, an oxygen electrode, an air channel, and a fuel channel, and further, a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of the fuel cells. .
[0003]
When a fuel cell system is mounted on a vehicle such as an automobile, a technology for arranging a fuel cell stack and auxiliary equipment under the floor between the front and rear axles in order to increase the space for loading passengers and luggage. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this case, in order to supply air to the fuel cell stack, a supercharger is disposed in the front portion of the vehicle, and the air pressurized by the supercharger is passed through an air supply path disposed on the side of the vehicle. Thus, the fuel cell stack is supplied.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-71753 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fuel cell system, since the shape and handling of the air supply path are complicated and a large pressure loss occurs in the air supply path, particularly unpressurized air is used as the air flow path of the fuel cell. The normal-pressure fuel cell stack to be supplied cannot be used.
[0006]
In general, a fuel cell stack that supplies air to the oxygen electrode of a fuel cell includes a pressurized fuel cell stack that supplies pressurized air to the air flow path of the fuel cell, and uncompressed air. There is a normal pressure type fuel cell stack that supplies air flow paths of fuel cells. In a fuel cell system that uses a pressurized fuel cell stack, the air supplied to the fuel cell stack is pressurized by a supercharger or the like, so the shape and handling of the air supply path is complicated and large pressure loss occurs in the air supply path. Even if this occurs, there is no particular problem because sufficient air is supplied to the fuel cell stack. However, when using a pressurized fuel cell stack, it is necessary to use a complicated and large air pressurizer such as a supercharger or a cooler such as an intercooler, and pressurize the air supply path or fuel cell stack. Therefore, the structure of the fuel cell system is complicated, large, and high in cost.
[0007]
On the other hand, when an atmospheric pressure type fuel cell stack is used, an air pressurizing device and a large-capacity cooler are unnecessary, and the air supply path and the fuel cell stack can only withstand the pressure of pressurized air. Since it is not necessary to have strength, the structure of the fuel cell system can be simplified and reduced in size, and the cost can be reduced. However, when a normal pressure fuel cell stack is used in the conventional fuel cell system, the shape and handling of the air supply path become complicated, a large pressure loss occurs in the air supply path, and the pressure distribution becomes uneven. As a result, the flow of air is stagnated and sufficient oxygen is not supplied to the oxygen electrode, so that the output of the fuel cell is lowered. Therefore, the conventional fuel cell system cannot use a normal pressure type fuel cell stack.
[0008]
The present invention solves the problems of the conventional fuel cell system, smoothes the flow of air supplied to the normal pressure fuel cell stack, does not cause a large pressure loss, and has a uniform pressure distribution. As a result, a sufficient amount of air is supplied to the oxygen electrode of the fuel cell so that the output of the fuel cell always becomes the maximum so that the output of the fuel cell is increased. An object of the present invention is to provide an in-vehicle fuel cell system that is highly stable and has good fuel efficiency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the in-vehicle fuel cell system of the present invention, a fuel cell having an air flow path through which atmospheric air flows, water connected to the air inlet end of the air flow path, and supplying water into the air An air supply chamber provided with a supply nozzle, and an air discharge chamber connected to an air outlet end of the air flow path; a fuel cell stack mounted on the vehicle; and mounted on the vehicle, introducing air from outside An air supply fan unit that supplies normal pressure air to the air supply chamber, and the air that is mounted on the vehicle and exhausted from the air discharge chamber is condensed and removed from the air, and discharged to the outside. The air supply fan unit, A centrifugal fan having a rotating shaft extending in the vertical direction, a spiral booster duct disposed around the fan, and a connection duct connecting an outlet of the booster duct and an air introduction duct of the air supply chamber The lateral dimension of the outlet of the booster duct is smaller than the lateral dimension of the air introduction duct, and the center of the lateral direction of the outlet of the booster duct is the lateral direction of the air introduction duct The center and the rotational axis is laterally biased to either the left or right, and the connecting duct has a lateral dimension on the outlet side of the boost duct smaller than a lateral dimension on the air introduction duct side, And the side wall located on one side is formed shorter than the side wall located on the other side. The
[0010]
In another in-vehicle fuel cell system of the present invention, the condenser unit, the fuel cell stack, and the air supply fan unit are sequentially arranged from the front to the rear of the vehicle.
[0011]
In still another in-vehicle fuel cell system according to the present invention, the condenser unit is disposed in a front portion of the vehicle, and condenses moisture in the air using traveling wind of the vehicle.
[0012]
In still another in-vehicle fuel cell system of the present invention, the air supply fan unit is further arranged such that the position of the air outlet is higher than the highest part of the air supply chamber.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a schematic plan view of an in-vehicle fuel cell system in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view of the in-vehicle fuel cell system in an embodiment of the present invention.
[0015]
In the figure, reference numeral 11 denotes a fuel cell stack composed of a plurality of fuel battery cells (FC), which is used as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, passenger carts, and luggage carts. Here, the vehicle 10 includes a large number of auxiliary devices that consume electricity even when the vehicle 10 is stopped, such as a lighting device, a radio, and a power window. Therefore, it is desirable to use the fuel cell stack 11 as the power source and the secondary battery 36 as the power storage means in combination.
[0016]
The fuel cell may be an alkaline aqueous solution type (AFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC), direct methanol (DMFC), or the like. A solid polymer type fuel cell (PEMFC) is preferable.
[0017]
More preferably, it is called a PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) type fuel cell or PEM (Proton Exchange Membrane) type fuel cell using hydrogen gas as fuel and oxygen or air as oxidant. Here, the PEM type fuel cell is generally a stack in which a plurality of cells (Fuel Cell) in which a catalyst, an electrode and a separator are combined on both sides of a solid polymer electrolyte membrane that transmits ions such as protons are connected in series. (Stack).
[0018]
In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes and integrated to join. Then, when one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode, and hydrogen gas is supplied as fuel to the fuel electrode via a fuel flow path in contact with the fuel electrode surface, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons, Hydrogen ions permeate the solid polymer electrolyte membrane. Further, when the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode and air is supplied as an oxidant to the oxygen electrode through an air channel in contact with the oxygen electrode surface, oxygen in the air, the hydrogen ions, and electrons are combined. , Water is produced. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction. In the present embodiment, the fuel cell stack 11 is a so-called normal pressure type fuel cell, and normal pressure air flows through the air flow path. Here, the normal pressure is a range from atmospheric pressure to a pressure of about 100 [mmAq] higher than atmospheric pressure.
[0019]
For example, in the present embodiment, as an example, a PEM type fuel cell is used, and a stack in which 100 cells are connected in series is used. In this case, the output is about 80 [kW]. And the temperature at the time of a steady operation is about 50-90 [degreeC].
[0020]
In addition, hydrogen gas, which is a fuel taken out by reforming methanol, gasoline, etc. by the reformer, can be directly supplied to the fuel cell, but a sufficient amount can be stably supplied even when the vehicle 10 is operated at a high load. In order to be able to supply hydrogen, it is desirable to supply hydrogen gas stored in the fuel storage means 12.
[0021]
Here, the fuel storage means 12 is preferably a container storing a hydrogen storage alloy, but is a container storing a hydrogen storage liquid such as decalin, a container storing hydrogen gas such as a hydrogen gas cylinder, or the like. May be. Thereby, hydrogen gas is always sufficiently supplied at a substantially constant pressure, so that the fuel cell can follow the fluctuation of the load of the vehicle 10 and supply a necessary current. In this case, the output impedance of the fuel cell is extremely low and can be approximated to zero.
[0022]
In the present embodiment, a plurality of (for example, four) hydrogen gas cylinders are used as the fuel storage means 12. In this case, the hydrogen gas cylinder is detachably attached so as to lean against a frame (not shown) behind a passenger seat (not shown). From the viewpoint of handling, it is desirable that the hydrogen gas cylinder is packed in a single container or the like so that it can be handled as a single cartridge.
[0023]
The fuel cell stack 11 is attached via a mounting bracket 32 between the right side member 31R and the left side member 31L of the vehicle frame 31. In this case, the mounting bracket 32 is attached to the vehicle frame 31 by mounting bolts 33 as fixing means, and the fuel cell stack 11 is attached to the mounting bracket 32 by mounting bolts 33 as fixing means. Here, an insulating member (not shown) made of an electrically insulating material such as resin is interposed between the mounting bracket 32 and the vehicle frame 31 or between the fuel cell stack 11 and the mounting bracket 32. The vehicle frame 31 and the fuel cell stack 11 are electrically insulated. Therefore, the output of the fuel cell stack 11 does not flow through the vehicle frame 31.
[0024]
In this case, the fuel cell stack 11 is disposed under a floor plate of a passenger compartment (not shown) on which a driver, a passenger, etc. get on or load luggage. A bottom plate 15 of the vehicle 10 is disposed below the fuel cell stack 11 at a distance from the lower surface of the fuel cell stack 11 as shown in FIG. The bottom plate 15 is attached to the lower surfaces of the left and right side members 31L, 31R and covers the bottom surface of the vehicle 10.
[0025]
Further, behind the fuel cell stack 11 (on the right side in the figure), a fuel supply line, a fuel pressure regulating valve, and the like are provided for supplying the fuel cell stack 11 with hydrogen gas stored in the fuel storage means 12. A fuel supply auxiliary equipment unit 13 including auxiliary equipment such as a fuel supply solenoid valve, a check valve, and a pressure sensor, and an air passage through which air as an oxidant supplied to the fuel cell stack 11 flows. A water supply auxiliary equipment unit 14 including auxiliary equipment such as a water supply pipe, a solenoid valve, a flow rate adjusting valve, a water tank, and a water supply pump for supplying water is a right side member of the vehicle frame 31. It is arranged between 31R and the left side member 31L. In the present embodiment, it is assumed that water is supplied into the air flow path by spraying or spraying.
[0026]
Then, hydrogen gas as fuel is supplied from the fuel storage unit 12 to each fuel cell of the fuel cell stack 11 through the fuel supply auxiliary equipment unit 13. In this case, the fuel pressure regulating valve is monitored while monitoring the pressure of the hydrogen gas in the fuel supply line with a pressure sensor so that the hydrogen gas supplied to each fuel cell is maintained at a predetermined constant pressure. Then, hydrogen gas is supplied from the fuel storage means 12. And the hydrogen gas discharged | emitted from a fuel cell is discharged | emitted in air | atmosphere through the fuel discharge pipe line which is not shown in figure. The hydrogen gas may be discharged after being combined with oxygen to form water without being discharged into the atmosphere as it is. Further, the hydrogen gas discharged from the fuel battery cell may be recovered and supplied to the fuel battery cell again. Further, a filter, a fuel discharge electromagnetic valve, a check valve and the like (not shown) are disposed in the fuel discharge pipe.
[0027]
Further, behind the fuel supply auxiliary unit 13 and the water supply auxiliary unit 14 and below the fuel storage means 12, the secondary battery 36 is located on the right side of the vehicle frame 31. It is disposed between the member 31R and the left side member 31L. The secondary battery 36 is generally a so-called battery (storage battery) such as a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, or a sodium sulfur battery. The secondary battery 36 has a function of electrically storing and discharging energy, such as a capacitor (capacitor) such as an electric double layer capacitor, a flywheel, a superconducting coil, a pressure accumulator, and the like. Any form may be used. Furthermore, any of these may be used alone, or a plurality of them may be used in combination. In the present embodiment, a capacitor is used as the secondary battery 36. In this case, the open terminal voltage is about 50 [V], and has a capacity capable of supplying a current of about 1 [kW] for about 5 to 20 minutes.
[0028]
A drive device control unit 35 for controlling the drive device of the vehicle 10 including a drive motor (not shown) is disposed behind the secondary battery 36. The drive device control unit 35 is a kind of computer including a calculation means such as a CPU and an MPU, a storage means such as a semiconductor memory, an input / output interface and the like, and controls the operation of the drive device of the vehicle 10.
[0029]
Here, the vehicle frame 31 includes a right side member 31R, a left side member 3L, and a plurality of cross members 31c that connect the left and right side members 31L and 31R. The left and right side members 31L and 31R are, for example, rectangular tube members having a rectangular cross section, but are cylindrical members having a circular cross section, cylindrical members having an elliptical cross section, and bars having an I-shaped cross section. It may have any shape such as a member, a bar member having an H-shaped cross section, or a bar member having a U-shaped cross section. The material is preferably a material having high strength, such as steel, aluminum alloy, FRP, and carbon composite material, but may be any material.
[0030]
Further, the cross member 31c is also a rectangular tube member having a rectangular cross section, but a cylindrical member having a circular cross section, a cylindrical member having an elliptical cross section, a bar member having an I-shaped cross section, a bar member having an H-shaped cross section, a U-shaped cross section. Any shape such as a bar member may be used. The material may be any material such as steel, aluminum alloy, FRP, or carbon composite material, but is preferably the same material as the left and right side members 31L and 31R. The number of the cross members 31c may be any number, but a larger number is desirable from the viewpoint of strength. Then, both ends of the cross member 31c are fixed to the left and right side members 31L and 31R by means such as welding, adhesion, and bolting. Note that both ends of the cross member 31c are preferably fixed to the inner side surfaces of the left and right side members 31L and 31R, but may be fixed to the upper or lower surfaces of the left and right side members 31L and 31R.
[0031]
And the baseplate 15 of the said vehicle 10 is attached to the lower surface of the said left and right side members 31L and 31R, and covers the bottom face of the vehicle 10. FIG. Here, the bottom plate 15 of the vehicle 10 may cover the entire bottom surface of the vehicle 10 and may cover the bottom surface of a part of the vehicle 10. . In the present embodiment, as shown in FIG. 2, it is substantially in the range between the left and right front wheels 28L, 28R and the left and right rear wheels 29L, 29R, and between the left and right side members 31L, 31R. It is designed to cover the range.
[0032]
The bottom plate 15 may function as a strength member of the vehicle 10 or may be a plate member that simply covers the bottom surface of the vehicle 10 without functioning as a strength member. Also good. When the bottom plate 15 is a strength member, the bottom plate 15 is preferably made of the same material as the left and right side members 31L and 31R and the cross member 31c.
[0033]
Further, it is desirable that the bottom plate 15 has a certain degree of strength and elasticity even if it does not function as a strength member of the vehicle 10. Thus, even when the vehicle 10 receives an impact from below the vehicle 10 such as when the vehicle 10 rides on a protrusion while traveling on a rough road or the like, the bottom plate 15 absorbs the impact, and the impact is a fuel. Transmission to the battery stack 11 and other devices can be prevented.
[0034]
The width of the fuel cell stack 11, that is, the dimension in the lateral direction (vertical direction in FIG. 1) of the vehicle 10 is equal to the distance between the left and right side members 31L and 31R. The center of the fuel cell stack 11 in the width direction (vertical direction in FIG. 1) coincides with the center of the vehicle 10 in the lateral direction. That is, the fuel cell stack 11 is disposed at the center in the lateral direction of the vehicle 10. Further, since the heavy fuel cell stack 11 is disposed at a low position, the position of the center of gravity of the vehicle 10 is lowered, and the stability of the vehicle 10 is improved. Further, since the fuel cell stack 11 is disposed between the axles of the left and right front wheels 28L and 28R and the axles of the left and right rear wheels 29L and 29R, heavy objects are concentrated near the center of gravity of the vehicle 10. , The moment of inertia around the center of gravity is reduced, and the turning performance of the vehicle 10 is improved.
[0035]
The left and right front wheels 28L and 28R and the left and right rear wheels 29L and 29R of the vehicle 10 shown in the figure are preferably attached to the left and right side members 31L and 31R and the cross member 31c via a suspension mechanism or the like.
[0036]
At the rear of the fuel cell stack 11 and above the fuel supply auxiliary unit 13 and the water supply auxiliary unit 14, normal pressure air as an oxidant is added to the fuel cell stack 11. Is supplied with an air supply fan unit 26 as an oxidant supply source. The air supply fan unit 26 is generally called a sirocco fan, and includes a centrifugal multi-blade fan as an impeller, and the rotation axis of the multi-blade fan is in the vertical direction (vertical direction in FIG. 2). Extending in the horizontal direction, i.e., rotating in a horizontal plane. In this case, the air supply fan unit 26 sucks air from above into the center of the rotating multi-blade fan, discharges air to the outer periphery of the multi-blade fan, and distributes the air around the multi-blade fan. Normal pressure air is discharged to the outside of the air supply fan unit 26 through an approximately spiral pressure boosting duct provided.
[0037]
Further, as shown in FIG. 2, an air filter 27 is disposed on the upper surface of the air supply fan unit 26, and dust (dust) in the air sucked by the air supply fan unit 26, contaminants To remove harmful components. Although a passenger seat (not shown) is disposed above the air filter 27, the lower surface of the passenger seat and the air filter 27 are arranged so that the air smoothly flows into the air filter 27. It is desirable that a certain gap is formed between the upper surface.
[0038]
The air discharged from the air supply fan unit 26 passes through the connection duct 25 connected to the air outlet of the air supply fan unit 26 and the air introduction duct 24 connected to the connection duct 25. The air is supplied into an air supply chamber 17 attached to the upper side of the fuel cell stack 11. In the air supply chamber 17, a water supply nozzle (not shown) for spraying water is disposed.
[0039]
Here, the end of the air introduction duct 24 on the side connected to the air supply chamber 17, that is, the air outlet end, is at least half the width of the fuel cell stack 11 in the lateral direction of the vehicle 10. Is provided. Further, the center of the air outlet end of the air introduction duct 24 and the air supply chamber 17 in the width direction coincides with the center of the fuel cell stack 11 in the width direction. Further, the air outlet of the air supply fan unit 26 is disposed so as to be higher than the highest portion of the air supply chamber 17. Therefore, as shown in FIG. 2, the air introduction duct 24 is inclined downward toward the front of the vehicle 10 and is connected to an air introduction port formed on the upper surface of the air supply chamber 17.
[0040]
Thus, even when the vehicle 10 leans or jumps when the vehicle 10 gets over an obstacle or a step or travels on a rough road, the water sprayed into the air supply chamber 17 from the water supply nozzle However, it does not flow backward until it reaches the inside of the air supply fan unit 26.
[0041]
The connection duct 25 may be formed integrally with the air introduction duct 24, or may be formed separately and attached. Further, the air introduction duct 24 may be formed integrally with the boosting duct of the air supply fan unit 26, or may be formed separately and connected.
[0042]
In addition, the height of the upper surface of the air supply chamber 17 of the fuel cell stack 11 may be made as low as possible in order to reduce the height of the floor plate of the passenger compartment or the cargo compartment disposed so as to cover it. desirable. Further, it is desirable that the lower surface of the air discharge chamber 18 of the fuel cell stack 11 does not protrude downward as much as possible in order to reduce the mounting position of the fuel cell stack 11 and the height of the floor plate of the vehicle compartment or cargo compartment. . That is, it is desirable that the thickness of the air discharge chamber 18 be as thin as possible.
[0043]
A condenser unit 21 is disposed in the front portion of the vehicle 10. The condenser unit 21 is for condensing and separating moisture contained in the air discharged from the fuel cell stack 11. The condenser unit 21 appropriately uses the traveling wind of the vehicle 10 to remove the moisture from the fuel cell stack 11. The exhausted air is cooled to condense moisture. Therefore, an exhaust introduction duct 22 is connected to the exhaust introduction port on the lower surface of the condenser unit 21, and the exhaust connection duct 23 connected to the exhaust introduction duct 22 is attached to the lower side of the fuel cell stack 11. It is connected to the air discharge chamber 18.
[0044]
As a result, the air discharged from the fuel cell stack 11 into the air discharge chamber 18 passes through the exhaust connection duct 23 and the exhaust introduction duct 22 and enters the condenser unit 21 from the exhaust introduction port on the lower surface of the condenser unit 21. be introduced. The air is cooled while rising in the condenser unit 21, separates the condensed moisture, and is released into the atmosphere from the exhaust port 21 a on the upper surface of the condenser unit 21. Desirably, the separated water is collected in a water tank of the auxiliary water supply unit 14 through a water distribution pipe (not shown).
[0045]
Further, in the front portion of the vehicle 10, a secondary battery 37 for auxiliary machinery is disposed as a power storage unit for auxiliary machinery of the vehicle 10. The secondary battery 37 for auxiliary machinery may be a capacitor similarly to the secondary battery 36, but in the present embodiment, a battery is used as the secondary battery 37 for auxiliary machinery.
[0046]
In the present embodiment, the in-vehicle fuel cell system has a control device (not shown). The control device includes a calculation means such as a CPU and MPU, a storage means such as a semiconductor memory, an input / output interface, etc., and a flow rate of hydrogen, oxygen, air, etc. supplied from the pressure sensor and other sensors to the fuel cell, Temperature, output voltage, and the like are detected, and operations of the air supply fan unit 26, fuel pressure adjustment valve, fuel supply solenoid valve, fuel discharge solenoid valve, and the like are controlled. Furthermore, the said control apparatus controls operation | movement of a vehicle-mounted fuel cell system centrally in cooperation with other control apparatuses, such as another sensor and the drive device control unit 35. FIG. The control device may be configured integrally with another control device such as the drive device control unit 35.
[0047]
Next, the operation of the on-vehicle fuel cell system having the above configuration will be described.
[0048]
FIG. 3 is a plan sectional view of the air supply fan unit according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic side view showing the air flow of the in-vehicle fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
[0049]
During operation in the in-vehicle fuel cell system of the present embodiment, the air supply fan unit 26 operates to supply air as an oxidant to the fuel cell stack 11. Here, as shown in FIG. 4, the air supply fan unit 26 includes a motor 26d at a lower portion thereof, and the multi-blade fan as an impeller as shown in FIG. 3 when the motor 26d rotates. 26a is rotated. In this case, the multiblade fan 26a is arranged such that the rotation axis extends in the vertical direction (the vertical direction in FIG. 4). Therefore, the vertical dimension of the air supply fan unit 26 can be suppressed by shortening the length of the multi-blade fan 26a in the rotation axis direction. Thereby, the air supply fan unit 26 and the air filter 27 can be disposed in a slight gap between the vehicle frame 31 and a passenger seat (not shown).
[0050]
However, the centrifugal multi-blade fan, that is, the sirocco fan, can obtain the most flow rate and pressure at the same rotational speed with the same diameter impeller, so that the vertical direction of the air supply fan unit 26 can be obtained. Even if the dimension in the direction is suppressed, a sufficient amount of air can be discharged to the outside with a sufficient pressure. In the case of a general sirocco fan, the discharge pressure (head) is about 100 mmAq in static pressure. Note that when the diameter of the multiblade fan 26a is increased, the discharge pressure can be increased. On the other hand, in the case of a disk fan that is an axial blower used for a vehicle radiator or the like, the discharge pressure is about 5 to 10 [mmAq] at static pressure, so that air can be discharged to the outside with sufficient pressure. It will disappear. However, if it is an axial compressor that can be used for a supercharger or the like, a high discharge pressure can be obtained, but in this case, since the structure is complicated, the cost increases and the size increases. It becomes impossible to arrange in the slight gap between the vehicle frame 31 and the passenger seat.
[0051]
When the multi-blade fan 26a rotates, air is sucked from above into the center of the multi-blade fan 26a and discharged to the outer peripheral side of the multi-blade fan 26a. The air sucked into the center of the multi-blade fan 26a passes through the air filter 27 to remove floating dust, contaminants, harmful components, and the like. Then, the air discharged to the outer peripheral side of the multiblade fan 26a flows in the substantially spiral boosting duct 26b disposed around the multiblade fan 26a as shown by an arrow A in FIG. The gas is discharged from the duct outlet 26c.
[0052]
Here, the air velocity distribution at the duct outlet 26c is shown by a group of arrows B in FIG. The pressure distribution is almost the same. In general, in the case of a centrifugal multiblade fan, the speed and pressure at the duct outlet 26c are higher on the side closer to the center of the multiblade fan 26a, that is, on the inner side of the air supply fan unit 26 and lower on the outer side. Thus, in the present embodiment, the center D of the duct outlet 26 c is disposed outside the air supply fan unit 26 with respect to the center E of the air introduction duct 24. Thereby, the air discharged from the inside of the air supply fan unit 26 at the duct outlet 26c diffuses more than the air discharged from the outside. Therefore, as indicated by a group of arrows C in FIG. 3, the air velocity at the position connected to the air outlet end of the air introduction duct 24, that is, the air inlet formed in the upper surface of the air supply chamber 17. And the pressure is leveled. Since the front wall of the connection duct 25 and the air introduction duct 24 connected to the duct outlet 26c is inclined downward toward the front as shown in FIG. 4, the air supply fan unit 26 As shown by the arrows in FIG. 4, the air discharged from the air collides with the front wall and greatly diffuses by changing its direction downward. Therefore, the speed and pressure of air are further leveled.
[0053]
Thus, since the fuel cell stack 11 and the air supply fan unit 26 are disposed in the center in the lateral direction of the vehicle 10, the pressure loss of the air flow is low, and the fuel cell starts from the air outlet end of the air introduction duct 24. The air flowing into the air supply chamber 17 of the stack 11 has a uniform velocity distribution and pressure distribution in the lateral direction of the vehicle 10. The air outlet end portion has a width of at least 1/2 or more of the fuel cell stack 11 in the lateral direction of the vehicle 10, and the air outlet end portion and the air supply chamber 17 are centered in the width direction. Match. Therefore, the air flows in the air supply chamber 17 with a uniform velocity distribution and pressure distribution in the lateral direction of the vehicle 10.
[0054]
A number of air passages extending in the vertical direction are formed in the fuel cell, and one surface of the air passage is in contact with the oxygen electrode. A fuel electrode is disposed on the opposite side of the oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, and a fuel flow path as a hydrogen gas passage is formed in contact with the fuel electrode. The width of the air supply chamber 17 is substantially the same as the width of the region where the aggregates of the air flow paths are distributed, that is, the width of the air flow paths as the aggregates. Moreover, since the width of the air flow path is increased in the order of the duct outlet 26c of the air supply fan unit 26, the connection duct 25, the air introduction duct 24, and the air supply chamber 17, the air supply fan unit 26 The flow of the delivered air smoothly spreads in the width direction and becomes a uniform flow in the air supply chamber 17.
[0055]
Therefore, the air as the oxidant sent from the air introduction duct 24 is evenly introduced into all the air flow paths in the fuel cell, and flows downward as indicated by arrows in FIG. Therefore, the pressure loss of the air flow is low, and air is uniformly and smoothly introduced into all the air flow paths, so that the output of the fuel cell is stably improved. Further, the width of the air discharge chamber 18 is substantially the same as the width of the air flow path as the aggregate. Therefore, the air discharged from the air flow path is smoothly discharged toward the exhaust connection duct 23.
[0056]
By the way, a water supply nozzle is disposed in the air supply chamber 17 to spray water. The water sprayed from the water supply nozzle enters into the plurality of air flow paths by gravity and air flow. Since the oxygen electrode is kept in a wet state, the solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the oxygen electrode and the fuel electrode functions well. Further, the separator, oxygen electrode, and fuel electrode can be cooled by latent heat cooling when the sprayed water evaporates. In addition, in an electrochemical reaction in which hydrogen, which is a fuel, and oxygen, which is an oxidant, combine to generate water, reaction heat is generated, which is absorbed by the sprayed water. That is, the sprayed water also performs a cooling function.
[0057]
Here, the sprayed water is in a liquid state, that is, in a liquid phase, and absorbs heat of reaction to vaporize. Therefore, the cooling efficiency is extremely high because the oxygen electrode or the like in the air flow path is cooled by the latent heat of vaporization. Further, since the liquid phase water is only sprayed into the atmospheric pressure air, the water supply nozzle may be a normal one and does not need to have a special configuration. In addition, since the sprayed water is discharged | emitted with air from the lower end of the said air flow path, the air discharged | emitted from the said air flow path contains the water | moisture content.
[0058]
A portion of the exhaust connection duct 23 connected to the air discharge chamber 18 has a width of at least 1/2 of the fuel cell stack 11 in the lateral direction of the vehicle 10. Further, the center of the exhaust connection duct 23 and the air discharge chamber 18 in the width direction coincides with the center of the fuel cell stack 11 in the width direction. Therefore, since the pressure loss of the air flow after the air flow path of the fuel cell is low, the air discharged from the air flow path passes through the air discharge chamber 18 and the exhaust connection duct 23, and is smoothly discharged into the exhaust introduction duct. 22 flows in.
[0059]
Then, the air discharged from the air flow path into the air discharge chamber 18 passes through the exhaust connection duct 23 and the exhaust introduction duct 22 as shown by the arrows in FIG. It is introduced into the condenser unit 21 from the introduction port. Here, the air contains water, but the water cooled and condensed while rising in the condenser unit 21 is separated and released from the exhaust port 21a on the upper surface of the condenser unit 21 into the atmosphere. The In this case, since the condenser unit 21 is disposed in the front portion of the vehicle 10, the running air of the vehicle 10 can be appropriately used to cool the air and condense moisture. The separated water is desirably collected in the water tank of the auxiliary water supply unit 14. Thereby, since most of the water is recycled and used, the amount of water supply can be reduced.
[0060]
Further, in the present embodiment, since the fuel cell stack 11 is a normal pressure type, the pressure of the air supplied to the air flow path of the fuel cell is a normal pressure of about atmospheric pressure and does not need to be particularly pressurized. Therefore, the air supply fan unit 26, the air introduction duct 24, the connection duct 25, the air supply chamber 17, the air discharge chamber 18, the exhaust connection duct 23, the exhaust introduction duct 22, the condenser unit 21 and the like need to have pressure resistance. Since there is no, the configuration can be simplified.
[0061]
The fuel cell is connected to a load (not shown) and supplies the generated current to the load. Here, the load is an inverter device as a drive control device in the drive device control unit 35, and converts a direct current from the fuel cell or the secondary battery 36 into an alternating current, so that the left and right front wheels of the vehicle 10 are converted. 28L, 28R or the left and right rear wheels 29L, 29R are supplied to a drive motor. Here, the drive motor also functions as a generator, and generates a so-called regenerative current when the vehicle 10 is decelerated. In this case, since the drive motor is rotated by the left and right front wheels 28L and 28R or the left and right rear wheels 29L and 29R to generate electric power, the left and right front wheels 28L and 28R or the left and right rear wheels 29L and 29R are braked. That is, it functions as a braking device (brake) of the vehicle 10. Then, the regenerative current is supplied to the secondary battery 36, and the secondary battery 36 is charged.
[0062]
As described above, in the present embodiment, the fuel cell stack 11 and the air supply fan unit 26 that supplies the atmospheric pressure air to the fuel cell stack 11 are disposed in the center of the vehicle 10 in the lateral direction. Air flow pressure loss is low, and the air flowing from the air outlet end of the air introduction duct 24 into the air supply chamber 17 of the fuel cell stack 11 has a uniform velocity distribution and pressure distribution in the lateral direction of the vehicle 10. It is in the state.
[0063]
Therefore, the flow of air supplied to the normal pressure fuel cell stack 11 can be made smooth, and no large pressure loss occurs. Thereby, as the air supply fan unit 26, one having a normal sirocco fan can be used, and the configuration of the in-vehicle fuel cell system can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the velocity distribution and pressure distribution of the air flowing into the air supply chamber 17 become uniform, it is sufficiently larger than the amount of air necessary for the output of the fuel battery cell to always become the maximum at the oxygen electrode of the fuel battery cell. A large amount of air can be supplied. Therefore, the output of the fuel battery cell is high and stable, and the fuel consumption can be suppressed.
[0064]
Further, a condenser unit 21 is disposed in the front portion of the vehicle 10, and the air supplied from the air supply fan unit 26 to the fuel cell stack 11 and discharged from the condenser unit 21 is directed from the rear to the front of the vehicle 10. Is flowing. Therefore, the air discharged from the fuel cell stack 11 can be cooled by appropriately using the traveling wind of the vehicle 10, and moisture contained in the air can be condensed and removed. In this case, the traveling wind of the vehicle 10 cannot be used to supply air to the fuel cell stack 11, but as described above, the flow of air supplied to the fuel cell stack 11 can be made smooth. Since a large pressure loss does not occur, a sufficiently large amount of air can be supplied to the fuel cell stack 11 without using the traveling wind of the vehicle 10.
[0065]
Further, the air outlet of the air supply fan unit 26 is disposed so as to be higher than the highest part of the air supply chamber 17 of the fuel cell stack 11. Therefore, even when the vehicle 10 leans over or jumps when the vehicle 10 overcomes an obstacle or a step or travels on a rough road, the water sprayed from the water supply nozzle into the air supply chamber 17 The air flow does not flow backward until it reaches the inside of the air supply fan unit 26.
[0066]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
[0067]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, in the in-vehicle fuel cell system, the fuel cell having an air flow path through which atmospheric air flows is connected to the air inlet end of the air flow path, An air supply chamber having a water supply nozzle for supplying water into the air, and an air discharge chamber connected to an air outlet end of the air flow path, and a fuel cell stack mounted on the vehicle, and mounted on the vehicle An air supply fan unit that introduces air from the outside and supplies normal pressure air to the air supply chamber, and is mounted on the vehicle and condenses moisture in the air discharged from the air discharge chamber The air supply fan unit is disposed at the center of the fuel cell stack in the lateral direction of the vehicle.
[0068]
In this case, the pressure loss of the air flow supplied from the air supply fan unit is low, and the air flowing into the air supply chamber of the fuel cell stack has a uniform velocity distribution and pressure distribution in the lateral direction of the vehicle. It becomes. Therefore, an air supply fan unit having a normal sirocco fan can be used, and the configuration of the in-vehicle fuel cell system can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the velocity distribution and pressure distribution of the air flowing into the air supply chamber are uniform, the amount of air necessary for the fuel cell to always have the maximum output at the oxygen electrode of the fuel cell is sufficiently larger than the amount of air required. A quantity of air can be supplied. Therefore, the output of the fuel battery cell is high and stable, and the fuel consumption can be suppressed.
[0069]
In another in-vehicle fuel cell system, the condenser unit, the fuel cell stack, and the air supply fan unit are sequentially arranged from the front to the rear of the vehicle.
[0070]
In this case, since the flow of air supplied to the fuel cell stack can be made smooth and no large pressure loss occurs, a sufficiently large amount of air can be fueled without using the traveling wind of the vehicle. It can be supplied to the battery stack.
[0071]
In still another in-vehicle fuel cell system, the condenser unit is disposed in a front portion of the vehicle, and condenses moisture in the air using traveling wind of the vehicle.
[0072]
In this case, it is possible to cool the air discharged from the fuel cell stack by appropriately using the traveling wind of the vehicle, and to condense and remove moisture contained in the air.
[0073]
In still another in-vehicle fuel cell system, the air supply fan unit is further arranged such that the position of the air outlet is higher than the highest part of the air supply chamber.
[0074]
In this case, water sprayed from the water supply nozzle into the air supply chamber is supplied to the air supply even when the vehicle leans over or jumps when the vehicle goes over obstacles or steps or travels on rough roads. It does not flow backward until it reaches the inside of the fan unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of an in-vehicle fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view of the in-vehicle fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan sectional view of an air supply fan unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic side view showing an air flow of the in-vehicle fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Vehicle
11 Fuel cell stack
17 Air supply chamber
18 Air exhaust chamber
21 Condenser unit
26 Air supply fan unit

Claims

(A) a fuel battery cell having an air flow path through which air of normal pressure flows, an air supply chamber connected to an air inlet end of the air flow path and having a water supply nozzle for supplying water into the air, and An air discharge chamber connected to an air outlet end of the air flow path, and a fuel cell stack mounted on a vehicle;
(B) an air supply fan unit which is mounted on the vehicle and introduces air from the outside to supply atmospheric pressure air to the air supply chamber;
(C) having a condenser unit mounted on the vehicle and exhausting the air discharged from the air discharge chamber by condensing and removing moisture in the air;
(D) The air supply fan unit includes a centrifugal fan having a rotating shaft extending in a vertical direction, a spiral booster duct disposed around the fan, an outlet of the booster duct, and the air supply. A connection duct for connecting the air introduction duct of the room,
(E) The lateral dimension of the outlet of the boosting duct is smaller than the lateral dimension of the air introducing duct, and the center of the outlet duct in the lateral direction is related to the lateral direction of the air introducing duct. Biased to the left or right side in the lateral direction with respect to the center and the rotation axis,
(F) The connecting duct has a lateral dimension on the outlet side of the boost duct smaller than a lateral dimension on the air introduction duct side, and the side wall located on one side is shorter than the side wall located on the other side. vehicle fuel cell system characterized that you have been formed.

The in-vehicle fuel cell system according to claim 1, wherein the condenser unit, the fuel cell stack, and the air supply fan unit are sequentially arranged from the front to the rear of the vehicle.

The in-vehicle fuel cell system according to claim 2, wherein the condenser unit is disposed in a front portion of the vehicle and condenses moisture in the air using traveling wind of the vehicle.

The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the air supply fan unit is disposed such that a position of an air outlet is higher than a highest part of the air supply chamber. .