JP6311744B2 - 空冷式燃料電池車 - Google Patents

Description

本発明は、空冷式燃料電池車に関する。

走行用のモータへの電力の供給を、燃料電池の発電電力により行う燃料電池車が知られている。このような燃料電池には空気を車両外部に排出するための排気管が接続されており、例えば特許文献１には、排気管内への水の侵入を防止するために、燃料電池の発電停止中に排気管に設けられた弁を閉じる技術がある。

特開２０１２−２０５３３０号公報

ところで燃料電池には、発電に利用される空気を冷媒としても利用する空冷式の燃料電池があり、水冷式と比較して多くの空気が必要とする。このため、このような空冷式の燃料電池を搭載した車両においては、ボディに形成された通気口とボディ内に収納された燃料電池との間を繋ぐようにダクトを配置して、ファンによりダクト内に空気を流通させて、多くの空気を空冷式の燃料電池に供給している。

このような空冷式燃料電池車において、例えば停車中に高水圧により洗車が行われる場合がある。このような場合に、ボディの通気口からダクト内に水が浸入して燃料電池にまで到達し、燃料電池に何らかの影響を与える可能性がある。ここで、上述した特許文献１の技術のようにダクトに弁を設けてこの弁を閉じるとすると、このような問題の発生を抑制できる。

しかしながら停車中であっても燃料電池が発電中の場合があり、又は停車中であって発電停止中であっても空気により燃料電池が冷却中の場合があり、燃料電池への空気の供給を確保する必要がある。このような場合に、ダクトに設けられた弁が閉じられると、燃料電池に空気を供給できずに、燃料電池の発電や冷却が妨げられる可能性がある。

本発明は、停車中にダクト内から空冷式の燃料電池に水が到達することを抑制しつつ、空冷式の燃料電池に空気を供給できる空冷式燃料電池車を提供することを目的とする。

上記目的は、空冷式の燃料電池を搭載した空冷式燃料電池車において、前記燃料電池の発電電力が供給される走行用のモータと、第１開口と、前記燃料電池に対向した第２開口と、前記第１開口から前記第２開口を繋ぐ周壁部と、を有したダクトと、前記ダクト内に空気を流通させるファンと、前記第１開口と前記燃料電池との間を連通又は遮断する第１弁と、前記第１開口に対向した通気口を有し、前記燃料電池、前記ダクト、前記ファン、及び前記第１弁を収納したボディと、当該車両が停車中であるか否かを判定する停車判定部と、前記第１弁を制御する制御部と、を備え、前記周壁部には、前記第１弁と前記燃料電池との間の位置であって前記第１開口よりも前記通気口から離れている第３開口と、前記第３開口を開閉する第２弁と、が設けられ、前記第１開口から前記第２開口の方向に順に、前記第３開口、前記燃料電池、及び前記ファンが並び、又は前記第３開口、前記ファン、及び前記燃料電池が並び、前記制御部は、当該車両は停車中であると判定された場合に、前記第１弁により前記第１開口と前記燃料電池との間を遮断し、前記第２弁は、前記ファンが駆動しており前記第１弁により前記第１開口と前記燃料電池との間が遮断されている場合に、前記第３開口を開く、空冷式燃料電池車によって達成できる。

停車中に第１弁により第１開口と燃料電池との間が遮断され、ファンが駆動することにより第２弁は第３開口を開く。第１開口と燃料電池との間が遮断されることにより、例え洗車中であったとしても、水が通気口からダクト内に侵入して燃料電池にまで到達することを抑制できる。また、第３開口が開かれることにより、ファンによって第３開口を介してダクト内外の空気が流通し、燃料電池への空気の供給を確保できる。また、第３開口は、第１開口よりも通気口から離れているため、通気口からボディ内に侵入した水が第３開口を介して燃料電池にまで到達することも抑制される。

前記通気口は、前記ボディ内から空気が排出される通気出口を含み、前記ダクトは、前記燃料電池から排出された空気を前記通気出口へ案内する排気ダクトを含み、前記第１開口は、第１排気出口を含み、前記第２開口は、排気入口を含み、前記第１弁は、前記第１排気出口と前記燃料電池との間を連通又は遮断する第１排気弁を含み、前記第３開口は、前記排気ダクトの前記周壁部に形成された第２排気出口を含み、前記第２弁は、前記第２排気出口を開閉する第２排気弁を含む、構成であってもよい。

前記通気口は、前記ボディ内に空気が導入される通気入口を含み、前記通気入口は、当該車両の前方側に位置し、前記第２排気出口は、前記排気ダクトの前記周壁部の、当該車両の後方側に形成されている、構成であってもよい。

前記ファンが駆動中であるか否かを判定するファン駆動判定部と、前記燃料電池に供給される空気の流量に相関するパラメータが前記空気の流量が閾値以下であることを示すか否かを判定する空気流量判定部と、を更に備え、前記通気出口は、前記ボディの上面に形成されており、前記制御部は、当該車両は停車中ではなく前記ファンは駆動中であり前記パラメータは前記空気の流量が前記閾値以下を示すと判定された場合に、前記第１排気弁により前記第１排気出口と前記燃料電池との間を遮断する、構成であってもよい。

前記第２排気弁は、前記排気ダクトの外面側に配置され、当該第２排気弁自体の弾性復元力により又は当該第２排気弁に外部から加えられた付勢力により前記第２排気出口を閉じ、前記排気ダクトの内圧が前記排気ダクトの外圧よりも所定以上高くなると前記弾性復元力又は前記付勢力に抗して前記第２排気出口を開く、構成であってもよい。

前記第２排気弁は、前記排気ダクトの外面側に支持された基端部と、前記基端部よりも下方側に位置した自由端である先端部と、を有する、構成であってもよい。

前記通気口は、前記ボディ内に空気が導入される通気入口を含み、前記ダクトは、前記通気入口から前記ボディ内に導入された空気を前記燃料電池へ案内する吸気ダクトを含み、前記第１開口は、第１吸気入口を含み、前記第２開口は、吸気出口を含み、前記第１弁は、前記第１吸気入口と前記燃料電池との間を連通又は遮断する第１吸気弁を含み、前記第３開口は、前記吸気ダクトの前記周壁部に形成された第２吸気入口を含み、前記第２弁は、前記第２吸気入口を開閉する第２吸気弁を含む、構成であってもよい。

前記第２吸気入口は、前記吸気ダクトの下方側に位置している、構成であってもよい。

前記第２吸気入口の下方側には、前記モータ、又は前記モータの動力を車輪に伝達するトランスアクスルが配置されている、構成であってもよい。

前記第２吸気弁は、前記吸気ダクトの内面側に配置され、当該第２吸気弁自体の弾性復元力により又は当該第２吸気弁に外部から加えられた付勢力により前記第２吸気入口を閉じ、前記吸気ダクトの内圧が前記吸気ダクトの外圧よりも所定以上低くなると前記弾性復元力又は前記付勢力に抗して前記第２吸気入口を開く、構成であってもよい。

前記第２吸気弁は、前記吸気ダクトの内面側に支持された基端部と、前記基端部よりも当該車両の前方側に位置した自由端である先端部と、を有する、構成であってもよい。

前記第３開口の開口面積は、前記ダクトの前記第１開口の開口面積よりも小さい、構成であってもよい。

本発明によれば、停車中にダクトから空冷式の燃料電池に水が到達することを抑制しつつ、空冷式の燃料電池に空気を供給できる空冷式燃料電池車を提供できる。

図１は、車両の前方側の内部構造の概略図である。 図２は、吸気ダクトと吸気ダクトの下方側に位置するクロスメンバとを、下方側から見た図である。 図３Ａは、閉状態での吸気リード弁周辺の断面図であり、図３Ｂは、閉状態での吸気リード弁周辺を下方側から見た図であり、図３Ｃは、開状態での吸気リード弁周辺の断面図である。 図４Ａは、閉状態での排気リード弁周辺の断面図であり、図４Ｂは、開状態での排気リード弁周辺の断面図である。 図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、エアフローメータ周辺の拡大図である。 図６は、車両のシステム構成図である。 図７は、制御装置が実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図８Ａは、開状態での変形例の吸気フラップ弁周辺の断面図であり、図８Ｂは、閉状態での変形例の吸気フラップ弁周辺を下方側から見た図であり、図８Ｃは、開状態での変形例の排気フラップ弁周辺の断面図である。 図９Ａは、開状態での変形例の吸気フラップ弁周辺の断面図であり、図９Ｂは、閉状態での変形例の吸気フラップ弁周辺を下方側から見た図であり、図９Ｃは、開状態での変形例の排気フラップ弁周辺の断面図である。 １０Ａは、開状態での変形例の吸気リフト弁周辺の断面図であり、図１０Ｂは、閉状態での変形例の吸気リフト弁周辺を下方側から見た図であり、図１０Ｃは、開状態での変形例の排気リフト弁周辺の断面図である。

本実施例の空冷式燃料電池車１（以下、車両と称する）について説明する。図１は、車両１の前方側の内部構造を、側面から見た場合の概略図である。尚、本明細書で、「前方側」及び「後方側」は車両１の車幅方向と直交する前後方向での前方側及び後方側を意味し、「上方側」及び「下方側」は車両１の鉛直上方側及び鉛直下方側をそれぞれ意味する。

車両１のボディ２内には、乗員室３を画定するダッシュパネルＰよりも前方側に収納室Ｒが設けられている。また、ボディ２の前方側には、収納室Ｒの上面を開閉するフロントフード４が設けられている。収納室Ｒ内には、モータＭＧ、トランスアクスルＴＡ、空冷式の燃料電池スタック（以下、燃料電池と称する）８０、保持フレーム９０、吸気ダクト４０、排気ダクト５０、吸気シャッタ弁６０、排気シャッタ弁７０が収納されている。尚、車両１には収納室Ｒ以外の空間に、燃料電池８０に供給される水素を貯蔵したタンクや、モータＭＧに電力を供給可能な二次電池等が収容される。

モータＭＧは、車両１の走行用のモータであり、燃料電池８０の発電電力が供給されて駆動する。モータＭＧは、三相交流式であるがこれに限定されない。トランスアクスルＴＡは、モータＭＧと一体に形成され、モータＭＧの動力を車幅方向に延びたドライブシャフトＤＳに伝達して、ドライブシャフトＤＳに連結された前方側の車輪Ｗを駆動する。トランスアクスルＴＡは、減速機構及び差動機構を含む動力伝達機構である。モータＭＧ及びトランスアクスルＴＡは、車幅方向に並んで配置されている。尚、車両１は前輪駆動車であるが、これに限定されない。例えば車両１は、後輪駆動車又は両輪駆動車であってもよく、モータＭＧ及びトランスアクスルＴＡは収納室Ｒ内に配置されていてもよいし、車両１の後方側に配置されていてもよい。

モータＭＧ及びトランスアクスルＴＡは、フロントサスペンションメンバ（以下、サスペンションメンバと称する）１２とフロントクロスメンバ（以下、クロスメンバと称する）１４との間でマウント機構ｍを介して支持されている。サスペンションメンバ１２は、不図示の一対のフロントサイドメンバに不図示のインシュレータを介して吊り下げられ、モータＭＧ、トランスアクスルＴＡ、ステアリングギアＳＧを下方側から支持している。フロントサイドメンバは、収納室Ｒの下部における車幅方向での左右に一対設けられている。

クロスメンバ１４は、一対のフロントサイドメンバを繋ぐように車幅方向に延びて連結しており、モータＭＧ及びトランスアクスルＴＡよりも上方側に位置し、吸気ダクト４０よりも下方側に位置している。

燃料電池８０は、反応ガスである水素及び酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池であり、液体ではなく空気によって冷却される空冷式である。燃料電池８０は、所定の厚みを有した略矩形状であり、その周縁部は保持フレーム９０により覆われている。

燃料電池８０の前方側には、吸気ダクト４０が配置されている。吸気ダクト４０は、筒状の金属製であるが樹脂製であってもよい。吸気ダクト４０は、第１吸気入口４１、燃料電池８０に対向した吸気出口４２、及び第１吸気入口４１から吸気出口４２を繋ぐ周壁部４３を有したダクトの一例である。第１吸気入口４１は第１開口の一例である。吸気出口４２は、燃料電池８０に対向した第２開口の一例である。第１吸気入口４１は前方側に位置し、吸気出口４２は後方側に位置している。第１吸気入口４１は、フロントバンパリインフォース１８よりも上方側のボディ２の部分に形成された通気入口６ａに対向している。吸気ダクト４０内部では、後述するファンＦの駆動によって空気が流れ、これにより空気が第１吸気入口４１から燃料電池８０へと案内される。従って、通気入口６ａを介して車両１の外部から取り入れた空気を効率的に燃料電池８０に案内でき、燃料電池８０に供給される空気の流量を確保できる。尚、図１には、吸気ダクト４０の中心軸線Ｃ４を示している。

燃料電池８０の後方側には、排気ダクト５０が配置されている。排気ダクト５０は、筒状の金属製であるが樹脂製であってもよい。排気ダクト５０は、第１排気出口５１、燃料電池８０に対向した排気入口５２、及び第１排気出口５１から排気入口５２を繋ぐ周壁部５３を有したダクトの一例である。第１排気出口５１は第１開口の一例である。排気入口５２は、燃料電池８０に対向した第２開口の一例である。第１排気出口５１は上方側に位置し、排気入口５２は下方側に位置している。第１排気出口５１は、ボディ２のフロントフード４に形成された通気出口４ａと対向している。従って排気ダクト５０は、燃料電池８０から上方側に延びている。排気ダクト５０の内部は、ファンＦの駆動によって燃料電池８０を通過した空気が流れ、空気は燃料電池８０よりも上方側の第１排気出口５１側へと案内されて、通気出口４ａを介して車両１の外部へと排出する。従って、燃料電池８０を通過した流量の多い空気を、車両１の外部に適切に排出できる。尚、図１には、排気ダクト５０の中心軸線Ｃ５を示している。

保持フレーム９０は、吸気ダクト４０の吸気出口４２側、及び排気ダクト５０の排気入口５２側にボルト等により固定されている。これにより、燃料電池８０は、その厚み方向が吸気ダクト４０及び排気ダクト５０を流れる空気の方向に沿うように保持されている。また、保持フレーム９０は、上述したように燃料電池８０の周縁を覆い、燃料電池８０の吸気ダクト４０側の面及び排気ダクト５０側の面を露出して空気の通過を許容する額縁状である。また、保持フレーム９０は、マウント機構Ｍ１及びＭ２により、車両骨格部材に固定されている。具体的には保持フレーム９０は、マウント機構Ｍ１により、車両１の左右のサイドメンバの上方側に位置して車両１の前方側から後方側に延びたエプロンアッパメンバに固定され、マウント機構Ｍ２によりクロスメンバ１４の後方側に固定されている。

排気ダクト５０内には、燃料電池８０に空気を通過させるファンＦが配置されている。ファンＦは、燃料電池８０よりも下流側に配置され、吸気ダクト４０側から空気を吸引し排気ダクト５０側に排出する。このようにして空気が燃料電池８０を通過することにより、燃料電池８０に発電に供される酸素が供給されると共に燃料電池８０が冷却される。図１には、吸気ダクト４０内で燃料電池８０に向かう空気の方向と、排気ダクト５０から排出される空気の方向とを矢印で示している。

尚、吸気ダクト４０の第１吸気入口４１と、排気ダクト５０の第１排気出口５１とには、外部からの異物の侵入を抑制する金網が設けられている。また、吸気ダクト４０の第１吸気入口４１は、フロントバンパリインフォース１８よりも下方側ではなく上方側に位置しているため、例えば車両１の走行中に路面から水や石が吸気ダクト４０内に侵入することが抑制される。尚、フロントフード４の内面側には、通気出口４ａ周りと第１排気出口５１周りとの隙間からの空気の漏れを防止するシール部材ｓが設けられている。シール部材ｓは例えばゴム製やスポンジ製である。

吸気ダクト４０の第１吸気入口４１及び吸気出口４２との間には、第１吸気入口４１と燃料電池８０との間を連通又は遮断する吸気シャッタ弁６０が配置されている。従って吸気シャッタ弁６０は、第１吸気入口４１と燃料電池８０との間を連通又は遮断する第１吸気弁の一例であり、第１弁の一例でもある。また、吸気ダクト４０の周壁部４３には、下方側であってクロスメンバ１４に対向する位置に第２吸気入口４４と、第２吸気入口４４を開閉する第２吸気弁の一例である吸気リード弁４５とが設けられている。更に、第２吸気入口４４及び吸気リード弁４５の近傍に、燃料電池８０に供給される空気の流量を検出するエアフローメータＡＦが配置されている。排気ダクト５０の第１排気出口５１側には、第１排気出口５１と燃料電池８０との間を連通又は遮断する排気シャッタ弁７０が配置されている。従って排気シャッタ弁７０は、第１排気出口５１と燃料電池８０との間を連通又は遮断する第１排気弁の一例であり、第１弁の一例でもある。また、排気ダクト５０の周壁部５３には、ダッシュパネルＰに対向する位置に形成された第２排気出口５４と、第２排気出口５４を開閉する第２排気弁の一例である排気リード弁５５とが設けられている。これらについては詳しくは後述する。

収納室Ｒ内には、吸気ダクト４０よりも下方にエアコンコンデンサＡＣが収納されている。ボディ２には、フロントバンパリインフォース１８よりも下方側であってエアコンコンデンサＡＣの前方側に通気入口６ｂが形成されている。エアコンコンデンサＡＣは、エアコン用の冷媒と、通気入口６ｂを介して収納室Ｒ内を流れる空気と熱交換することにより、エアコン用の冷媒を放熱する。

エアコンコンデンサＡＣは、吸気ダクト４０の下方側に配置されている。エアコンコンデンサＡＣの下方側及び上方側は、それぞれ、車幅方向に延びたサポートロアメンバ２１及びサポートメンバ２３に支持されている。また、吸気ダクト４０の下方側及び上方側は、それぞれ、サポートメンバ２３及びサポートアッパメンバ２５により支持されている。サポートメンバ２３及びサポートアッパメンバ２５は、サポートロアメンバ２１に固定された、不図示の柱部材により支持されている。

尚、吸気ダクト４０とエアコンコンデンサＡＣとの位置関係は上記に限定されない。例えば、エアコンコンデンサＡＣと吸気ダクト４０とが車幅方向に並ぶように配置されていてもよい。また、エアコンコンデンサＡＣが吸気ダクト４０の上方側に配置され、エアコンコンデンサＡＣは通気入口６ａと対向し、吸気ダクト４０の第１吸気入口４１が通気入口６ｂと対向するように配置されていてもよい。

吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の構造について簡単に説明する。吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０は、車両１の走行中では原則的に開状態に維持され、車両１が停車中の場合には閉状態にされる。吸気シャッタ弁６０は、複数のフィンを有し、モータによって複数のフィンが回転されることによって第１吸気入口４１と燃料電池８０との間を連通又は遮断する。排気シャッタ弁７０も同様の構成により、第１排気出口５１と燃料電池８０との間を連通又は遮断する。尚、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の少なくとも一方は、バタフライ弁であってもよい。

次に、第２吸気入口４４、吸気リード弁４５、第２排気出口５４、及び排気リード弁５５について説明する。まず、第２吸気入口４４の位置について説明する。吸気ダクト４０の第１吸気入口４１から吸気出口４２の方向に順に、第２吸気入口４４、燃料電池８０、及びファンＦが並ぶように配置されている。ファンＦが駆動しつつ吸気シャッタ弁６０が閉じられた場合に、第２吸気入口４４を介して吸気ダクト４０内に空気を吸引するためである。また、第２排気出口５４の位置は、排気ダクト５０の第１排気出口５１から排気入口５２の方向に順に、第２排気出口５４、ファンＦ、及び燃料電池８０が並ぶように配置されている。ファンＦが駆動しつつ排気シャッタ弁７０が閉じられた場合に、第２排気出口５４を介して排気ダクト５０から外部に空気を排出するためである。

図２は、吸気ダクト４０と吸気ダクト４０の下方側に位置するクロスメンバ１４とを、下方側から見た図である。クロスメンバ１４には、その中央部に開口１４ａが形成されており、第２吸気入口４４は開口１４ａ内に位置している。これにより、詳しくは後述するが吸気リード弁４５が第２吸気入口４４を開くことにより、クロスメンバ１４によって妨げられることなく、吸気ダクト４０の外部から第２吸気入口４４を介して吸気ダクト４０内に空気を導入することができる。

図３Ａは、閉状態での吸気リード弁４５周辺の断面図である。図３Ｂは、閉状態での吸気リード弁４５周辺を下方側から見た図である。図３Ｃは、開状態での吸気リード弁４５周辺の断面図である。吸気リード弁４５は、吸気ダクト４０の周壁部４３の内面側に配置され、弾性を有した金属製の薄板状である。吸気リード弁４５は、基端４５１、先端４５３、湾曲部４５５を有している。基端４５１は、吸気ダクト４０の内面に固定部材Ｂにより固定されている。固定部材Ｂは、例えばボルトとナットである。先端４５３は、基端４５１とは異なり吸気ダクト４０には固定されていない自由端である。即ち吸気リード弁４５は、吸気ダクト４０に対して片持ち支持されている。

湾曲部４５５は、第２吸気入口４４よりも基端４５１側に形成され、吸気ダクト４０の外側であって下方側に凸となり、車幅方向を中心軸線の方向とする半筒状である。また、湾曲部４５５に対応するように吸気ダクト４０にも下方側に凸となる窪部４６が形成されており、湾曲部４５５が支持されている。ここで、湾曲部４５５は湾曲しているため、湾曲部４５５の中心軸線周りでの弾性変形は、吸気リード弁４５の他の部位での弾性変形よりも容易である。また、湾曲部４５５の弾性復元力により、先端４５３が吸気ダクト４０の内面に押し付けられて第２吸気入口４４は閉状態に維持されている。

ここで、吸気シャッタ弁６０が開状態で第１吸気入口４１から吸気ダクト４０内に空気が導入されている状態では、上述した吸気リード弁４５自体の弾性復元力により第２吸気入口４４は閉状態に維持される。これに対して、ファンＦが駆動しつつ吸気シャッタ弁６０が閉状態となると、ファンＦは第１吸気入口４１から吸気ダクト４０内に空気を吸引できないため、吸気シャッタ弁６０と燃料電池８０との間での吸気ダクト４０の内圧が低下する。このように内圧が低下する区間に、上述したように第２吸気入口４４及び吸気リード弁４５は設けられている。このため、この内圧が外圧、即ち大気圧よりも所定以上低くなると、吸気リード弁４５自体の弾性復元力に抗して、先端４５３が吸気ダクト４０の内面から離れるように湾曲部４５５が弾性変形する。これにより吸気リード弁４５が吸気ダクト４０の内側に開き、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内に空気が吸引される。図３Ｃでは、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内に吸引される空気の流れる方向を矢印で示している。

また、吸気シャッタ弁６０が閉状態から開かれることにより、吸気ダクト４０の内圧が上昇して、吸気リード弁４５の弾性復元力により第２吸気入口４４が閉じられる。従って、吸気リード弁４５は、第２吸気入口４４を介して吸気ダクト４０の外部から内部への空気の流通は許容するが、逆方向の空気の流通は規制する逆止弁として機能する。尚、吸気リード弁４５は、吸気ダクト４０の内側に開くため、吸気リード弁４５周辺に配置された他の部材との干渉が防止されている。

次に、第２排気出口５４及び排気リード弁５５について説明する。図４Ａは、排気リード弁５５が閉状態での排気リード弁５５周辺の断面図である。図４Ｂは、排気リード弁５５が開状態での排気リード弁５５周辺の断面図である。排気リード弁５５は、排気ダクト５０の周壁部５３の外面側に配置され、弾性を有した金属製の薄板状であり、所謂リード弁である。排気リード弁５５は、基端５５１、先端５５３、湾曲部５５５を有している。基端５５１は、排気ダクト５０の外面に固定部材Ｂにより固定されている。先端５５３は、基端５５１とは異なり排気ダクト５０には固定されていない自由端であり、排気リード弁５５は排気ダクト５０に対して片持ち支持されている。

湾曲部５５５は、第２排気出口５４よりも基端５５１側に形成され、排気ダクト５０の内側であって前方側に凸となり、車幅方向を中心軸線の方向とする半筒状である。また、湾曲部５５５に対応するように排気ダクト５０にも前方側に凸となる窪部５６が形成されており、湾曲部５５５が支持されている。ここで、湾曲部５５５は湾曲しているため、湾曲部５５５の中心軸線周りでの弾性変形は、他の部位での弾性変形よりも容易である。また、湾曲部５５５の弾性復元力により、先端５５３が排気ダクト５０の外面に押し付けられて第２排気出口５４が閉状態に維持されている。

ここで、排気シャッタ弁７０が開状態で第１排気出口５１から排気シャッタ弁７０内の空気が排出されている状態では、排気リード弁５５自体の弾性復元力により第２排気出口５４は閉じた状態に維持される。これに対して、ファンＦが駆動しつつ排気シャッタ弁７０が閉状態となると、第１排気出口５１から空気を排出できないため、燃料電池８０と排気シャッタ弁７０との間であってファンＦよりも下流側の排気ダクト５０の内圧が上昇する。このように内圧が上昇する区間に、上述したように第２排気出口５４及び排気リード弁５５は設けられている。このため、この内圧が外圧、即ち大気圧よりも所定以上高くなると、排気リード弁５５自体の弾性復元力に抗して、先端５５３が排気ダクト５０の外面から離れるように湾曲部５５５が弾性変形する。これにより、排気リード弁５５が排気ダクト５０の外側に開き、第２排気出口５４から排気ダクト５０外に空気が排出される。図４Ｂには、第２排気出口５４から排気ダクト５０外に排出される空気が流れる方向を矢印で示している。

また、排気シャッタ弁７０が閉状態から開かれることにより、排気ダクト５０の内圧が低下して、排気リード弁５５の弾性復元力により第２排気出口５４が閉じられる。従って排気リード弁５５は、第２排気出口５４を介して排気ダクト５０の内部から外部への空気の流通は許容するが、逆方向の空気の流通は規制する逆止弁として機能する。

また、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が開状態では、吸気リード弁４５及び排気リード弁５５自体の弾性復元力によりそれぞれ第２吸気入口４４及び第２排気出口５４を閉状態に維持する。このため、例えば第２吸気入口４４及び第２排気出口５４が閉状態に維持されるように吸気リード弁４５及び排気リード弁５５をそれぞれ付勢する付勢部材を設ける場合と比較して、部品点数が削減されている。

以上のように、ファンＦの駆動中に吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉じられると、又は吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉状態でファンＦが駆動を開始すると、吸気リード弁４５及び排気リード弁５５が開いて、空気は第２吸気入口４４から燃料電池８０を通過して第２排気出口５４から排出される。また、ファンＦの駆動中に吸気シャッタ弁６０が開状態で排気シャッタ弁７０のみが閉じられると、吸気リード弁４５は閉状態に維持されたまま排気リード弁５５が開いて、空気は吸気ダクト４０の第１吸気入口４１から燃料電池８０を通過して第２排気出口５４から排出される。このように、燃料電池８０に供給される空気の流通経路を切り替える理由については後述する。

次に、燃料電池８０に供給される空気の流通経路とエアフローメータＡＦとの位置関係について説明する。図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、エアフローメータＡＦ周辺の拡大図である。図５Ａでは、ファンＦが駆動中であり吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が開状態での、空気の流れる方向を矢印で示している。図５Ｂでは、ファンＦが駆動中であり吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉状態であって吸気リード弁４５及び排気リード弁５５が開状態の場合での、空気の流れる方向を矢印で示している。図５Ｃでは、ファンＦが駆動中であり吸気シャッタ弁６０及び排気リード弁５５が開状態であり吸気リード弁４５及び排気シャッタ弁７０が閉状態の場合での、空気の流れる方向を矢印で示している。エアフローメータＡＦは、上記の何れの状態においても空気が流れる位置に設けられている。具体的には、エアフローメータＡＦは、第２吸気入口４４よりも下流側であり、第２排気出口５４及び燃料電池８０よりも上流側であって、吸気ダクト４０の周壁部４３の下方側に配置されている。従って、エアフローメータＡＦは、上記の何れの状態においても燃料電池８０に供給される空気の流量を検出できる。

尚、エアフローメータＡＦは、例えば燃料電池８０よりも下流側であって第２排気出口５４よりも上流側の排気ダクト５０に設けられていてもよい。この場合、エアフローメータＡＦは、第２排気出口５４の近傍であって排気ダクト５０の周壁部５３の後方側に設けられていることが望ましい。

次に、車両１の制御システムについて簡単に説明する。図６は、車両１のシステム構成図である。制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータである。制御装置１００は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従って、センサからの情報や予めＲＯＭに格納されている情報等に基づいて、後述する制御を実行する。この制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される、停車判定部、制御部、ファン駆動判定部、及び空気流量判定部により機能的に実現される。詳しくは後述する。

制御装置１００は、アクセル開度センサからの入力を受けて、電力変換器ＰＣを制御することによりモータＭＧの駆動を制御する。電力変換器ＰＣは、燃料電池８０から供給された電力を昇圧する燃料電池用コンバータと、二次電池ＳＢから供給された電力を昇圧する二次電池用コンバータと、これら昇圧された電力を直流から交流に変換してモータＭＧやそのほかの補機に供給するインバータと、を備えている。制御装置１００は、例えば二次電池ＳＢの蓄電量に応じて、燃料電池８０の発電電力、又は二次電池ＳＢの蓄電電力によりモータＭＧを駆動して車両１を走行させる。電力変換器ＰＣや二次電池ＳＢは、例えば車両１のフロアパネルの下方側に配置される。制御装置１００は、詳しくは後述するが、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の開閉を制御する。制御装置１００には、エアフローメータＡＦや車速センサＶＳ、ファン回転速度センサＦＳ等の出力信号が出力される。車速センサＶＳは、ドライブシャフトＤＳの回転速度を検出して車両１の走行速度を示す出力信号を制御装置１００に出力する。ファン回転速度センサＦＳは、ファンＦの回転速度を検出してファンの回転速度を示す出力信号を制御装置１００に出力する。

次に、上述したように吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の開閉状態を切り替えることにより、空気の流通経路を切り替える理由について説明する。車両１の停車中であっても、補機等への電力供給のために燃料電池８０への発電要求があり、また発電停止中であっても、燃料電池８０への冷却要求や、燃料電池８０内の水分を排出する必要が生じる場合がある。この場合には、停車中であっても燃料電池８０に空気を供給する必要がある。

このような停車中に、車両１が洗車されることがあり得る。車両１が洗車されると、高圧水がボディ２の通気入口６ａから吸気ダクト４０を介して、又は通気出口４ａから排気ダクト５０を介して、燃料電池８０に到達して燃料電池８０に何らかの影響を与える可能性がある。また、排気ダクト５０内に配置されたファンＦにも影響を与える可能性もある。

この際に、制御装置１００は、上述したように吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０を閉状態にする。これにより、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０から燃料電池８０やファンＦに水が到達することを抑制できる。更に、図５Ｂに示したように吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０を閉状態にすることにより吸気リード弁４５及び排気リード弁５５は開状態になるため、燃料電池８０への空気の供給も確保できる。これにより、燃料電池８０の発電及び冷却を確保できる。

また、図１に示したように、第２吸気入口４４は、吸気シャッタ弁６０と燃料電池８０との間の位置であって第１吸気入口４１よりも通気入口６ａ及び６ｂから離れている第３開口の一例である。同様に、第２排気出口５４は、排気シャッタ弁７０と燃料電池８０との間の位置であって第１排気出口５１よりも通気出口４ａから離れている第３開口の一例である。このため、吸気リード弁４５及び排気リード弁５５は開状態となっても、通気入口６ａ及び６ｂや通気出口４ａから第２吸気入口４４や第２排気出口５４にまで水が到達することが抑制されている。

尚、収納室Ｒは、通気入口６ａ及び６ｂや車両１の底部で車両１の外部と連通している。このため、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉状態であっても、第２吸気入口４４から空気を吸引でき、第２排気出口５４から収納室Ｒの外部へと排出できる。

また、車両１が走行中であっても、燃料電池８０に供給される空気の流量が比較的小さい場合がある。例えば、低速走行中のような燃料電池８０への要求発電量が小さい場合や、二次電池ＳＢの蓄電力により車両１が走行中であり燃料電池８０は発電停止中ではあるが空気による冷却中の場合や燃料電池８０内の水分を排出する場合等である。このように燃料電池８０に供給される空気流量が小さい場合に排気シャッタ弁７０が開状態にあるとすると、排気ダクト５０の第１排気出口５１から通気出口４ａを介して外部に排出される空気流量も少ない。ここで、図１に示したように通気出口４ａはボディ２のフロントフード４の上面に形成されている。このため、例えば雨天走行中において通気出口４ａから排出される空気流量が少ない場合には、重力によって通気出口４ａ内に浸入しようとする水を吹き飛ばすことができずに、排気ダクト５０内に侵入する可能性がある。このような場合に図５Ｃに示したように排気シャッタ弁７０のみを閉じることにより、車両１が走行中であっても、排気ダクト５０から燃料電池８０に水が到達することを抑制しつつ燃料電池８０への空気の供給を確保できる。

次に、制御装置１００が実行する制御について説明する。図７は、制御装置１００が実行する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は所定の期間毎に繰り返し実行される。

制御装置１００は、車速センサＶＳからの出力信号に基づいて、車両１が停車中であるか否か、即ち車速がゼロであるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１で肯定判定の場合、制御装置１００は吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０を閉じる（ステップＳ２）。ステップＳ２は、車両１は停車中であると判定された場合に、吸気シャッタ弁６０により第１吸気入口４１と燃料電池８０との間を遮断し、排気シャッタ弁７０により第１排気出口５１と燃料電池８０との間を遮断する制御部が実行する処理の一例である。この状態で燃料電池８０へ発電要求や冷却要求等があってファンＦが駆動している場合には、図５Ｂに示したように吸気リード弁４５及び排気リード弁５５が開く。このため、車両１が停車中に例え洗車されたとしても、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０から燃料電池８０に水が到達することを抑制しつつ燃料電池８０への空気の供給を確保できる。尚、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉状態であってファンＦが停止中の場合には、吸気リード弁４５及び排気リード弁５５も閉状態に維持される。このため、この状態で車両１が例え洗車されたとしても、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０から燃料電池８０に水が到達することを抑制できる。

ステップＳ１で否定判定の場合、即ち車両１が走行中の場合には、制御装置１００はファンＦが駆動中であるか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、制御装置１００は、ファン回転速度センサＦＳに基づいて上記判定を行う。ステップＳ３の処理は、ファンＦが駆動中であるか否かを判定するファン駆動判定部が実行する処理の一例である。否定判定の場合には、上述したように制御装置１００は、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０を閉じる（ステップＳ２）。ここでステップＳ３において否定判定がなされる場合とは、燃料電池８０への発電要求等がなく、二次電池ＳＢに基づいて車両１が走行しているような場合である。この場合に吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉状態となることにより、例え雨天走行時であっても吸気ダクト４０及び排気ダクト５０を介して燃料電池８０に水が到達することを抑制できる。

ステップＳ３で肯定判定の場合、即ちファンＦが駆動中の場合には、制御装置１００は、吸気シャッタ弁６０を開き（ステップＳ４）、エアフローメータＡＦの出力信号に基づいて、燃料電池８０に供給される空気の流量が閾値以下を示すか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５の処理は、燃料電池８０に供給される空気の流量に相関するパラメータがこの空気の流量が閾値以下であることを示すか否かを判定する空気流量判定部が実行する処理の一例である。この閾値は、詳しくは後述するが、空気が排気ダクト５０の第１排気出口５１から排出された場合に通気出口４ａを介して排気ダクト５０内に水が浸入する可能性がある空気流量の範囲の上限値である。この閾値は、予め実験により取得されて制御装置１００のＲＯＭに記憶されている。

ステップＳ５で肯定判定の場合、即ち燃料電池８０に供給される空気流量が閾値以下の場合には、制御装置１００は排気シャッタ弁７０を閉じる（ステップＳ６）。これにより、図５Ｃに示したように、車両１が走行中であっても、排気ダクト５０から燃料電池８０に水が到達することを抑制しつつ燃料電池８０への空気の供給を確保できる。

ステップＳ５で否定判定の場合、即ち燃料電池８０に供給される空気流量が閾値を超えている場合には、制御装置１００は排気シャッタ弁７０を開く（ステップＳ７）。この場合には通気出口４ａから排出される空気流量も大きいため、通気出口４ａ内への水の侵入を抑制できる。尚、この場合では図５Ａに示したように吸気リード弁４５及び排気リード弁５５は閉状態に維持される。

また、例えば故障や凍結等により吸気シャッタ弁６０が開かず、又はボディ２上での積雪により通気入口６ａ及び６ｂが塞がれ、吸気ダクト４０内に空気を導入できない場合であったとしても、ファンＦが駆動することにより吸気リード弁４５は開く。同様に、排気シャッタ弁７０が開かず、又は積雪により通気出口４ａが塞がれ、排気ダクト５０により空気を排出できない場合であったとしても、ファンＦが駆動することにより排気リード弁５５は開く。このため、燃料電池８０への空気の供給を確保できる。

尚、上述したように図７に示した制御は一定周期で繰り返し実行される。このため、例えばステップＳ６で排気シャッタ弁７０が閉じられた後にファンＦの回転数が増大して空気流量が閾値を超えた場合には、再度実行されるステップＳ５で否定判定がなされて、ステップＳ７で排気シャッタ弁７０は開かれる。また、ステップＳ７で排気シャッタ弁７０が開かれた後にファンＦの回転数が低下して空気流量が閾値以下となった場合には、再度実行されるステップＳ５で肯定判定がなされて、ステップＳ６で排気シャッタ弁７０は閉じられる。このように、排気シャッタ弁７０の開閉状態に関わらずに、ステップＳ５の判定を実行できる理由は、図５Ａ及び図５Ｃに示したように、排気シャッタ弁７０の開閉状態に関わらずに、空気が通過する位置にエアフローメータＡＦが設けられているからである。

尚、ステップＳ２において、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の一方のみを全閉にしてもよい。この場合であってもファンＦが駆動している限り、吸気リード弁４５及び排気リード弁５５の一方が開くため、燃料電池８０への空気の供給を確保しつつ、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０の一方から燃料電池８０に水が到達することを抑制できる。例えば、洗車時に吸気ダクト４０よりも排気ダクト５０内に水が浸入する可能性が高いのであれば、排気シャッタ弁７０のみを閉じてもよい。

上記実施例では、当該車両が停車中であるか否かの判定は、車速センサＶＳに基づいて行われるがこれに限定されない。例えば、車輪Ｗの回転速度を検出するセンサや、ドライブシャフトＤＳ又は車輪Ｗの回転の加速度を検出するセンサ、パーキングブレーキの状態を検出するセンサ等の少なくとも一つに基づいて、停車中であるか否かを判定してもよい。また、上記実施例では、ファンＦが駆動中であるか否かの判定は、ファン回転速度センサＦＳに基づいて行われるがこれに限定されない。例えば、ファンＦに電力が供給されているか否かを検出するセンサに基づいて、ファンＦが駆動中であるか否かを判定してもよい。

上記実施例では、燃料電池８０に供給される空気の流量が閾値以下であるか否かの判定は、燃料電池８０に供給される空気の流量に相関するパラメータの一例であるエアフローメータＡＦの出力信号に基づいて行われるが、これに限定されない。例えば、上記パラメータは、アクセルペダル開度であってもよい。一般的に、アクセルペダル開度が小さいほど、モータＭＧが要する電力量は少なく燃料電池８０への要求発電量も少ないため、空気流量が小さくなるようにファンＦの回転が低速に制御されるからである。尚、アクセルペダル開度は、アクセルペダルへの操作量を検出するセンサにより検出され、制御装置１００に取得される。

また、上記パラメータは、燃料電池８０への要求発電量又は燃料電池８０の出力電流値であってもよい。燃料電池８０への要求発電量又は燃料電池８０の出力電流値が小さいほど、燃料電池８０に供給される空気流量が小さくなるようにファンＦの回転が低速に制御されるからである。燃料電池８０の要求発電量は、アクセル開度や補機の駆動状態に基づいて制御装置１００により算出、取得される。燃料電池８０の出力電流値は、電流センサにより検出され、制御装置１００により取得される。

また、上記パラメータは、燃料電池８０の温度であってもよい。燃料電池８０の温度が低いほど、燃料電池８０の冷却に必要は空気流量は少なくて済むため、ファンＦの回転が低速に制御されるからである。尚、燃料電池８０の温度は、例えば燃料電池８０の発電領域近傍の金属製セパレータの温度を検出する温度センサにより検出できる。このような温度センサは、例えば燃料電池８０の水素入口マニホールド近傍、水素出口マニホールド近傍、及び水素入口マニホールドと水素出口マニホールドとの中間近傍にそれぞれ設けられ、各温度センサが検出した温度の平均値を燃料電池８０の温度として制御装置１００が算出して取得される。

また、上記パラメータは、ファンＦの回転速度であってもよい。ファンＦの回転速度が遅いほど、燃料電池８０に供給される空気流量は小さいからである。尚、ファンＦの回転速度は、例えば燃料電池８０への要求発電量に応じて制御装置１００により算出されて取得され、又はファンＦの回転速度を検出するセンサに基づいて制御装置１００により取得される。

尚、上記パラメータとして、エアフローメータＡＦの出力値、アクセルペダル開度、燃料電池８０への要求発電量、燃料電池８０の出力電流値、燃料電池８０の温度、ファンＦの回転速度のうち、複数を用いてもよい。

次に、洗車時に第２吸気入口４４及び第２排気出口５４から吸気ダクト４０及び排気ダクト５０内への水の浸入を抑制する構造について説明する。まず第２吸気入口４４について説明する。図１、図３Ａ〜図３Ｃに示したように、第２吸気入口４４は吸気ダクト４０の周壁部４３の下方側に形成されている。このため、仮に洗車時に通気入口６ａや通気出口４ａと第１排気出口５１との隙間から収納室Ｒ内に水が侵入したとすると、この水は周壁部４３の外面の上方側に付着する可能性はあるが、外面の下方側には付着し難いと考えられる。このため、第２吸気入口４４を周壁部４３の下方側に形成することにより、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内に水が浸入することが抑制されている。尚、第２吸気入口４４は、周壁部４３のうち、吸気ダクト４０の中心軸線Ｃ４よりも低い位置に形成されていることが望ましい。

また、図３Ａ及び図３Ｃに示したように、吸気リード弁４５の先端４５３は、基端４５１よりも前方側に位置し、吸気リード弁４５は吸気ダクト４０の内側に配置されている。このため、図３Ｃに示すように、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内に導入される空気は、主に吸気リード弁４５の基端４５１側から先端４５３側に沿って流れ、即ち、車両１の後方側から前方側に流れる。このため、例えば停車中に通気入口６ａ又は６ｂから侵入した水が第２吸気入口４４よりも前方側の周壁部４３の外面の下方側に付着していたとしても、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内への空気の流れによって第２吸気入口４４側に水がつたわることが抑制される。これにより、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内に水が浸入することが抑制されている。

また、図１に示したように、第２吸気入口４４の下方側には、モータＭＧ及びトランスアクスルＴＡが配置され、第２吸気入口４４と対向している。このため、停車中であって洗車時に高圧水が路面から跳ね返った場合であっても、モータＭＧやトランスアクスルＴＡによって第２吸気入口４４から吸気ダクト４０内に水が浸入することが抑制される。

次に第２排気出口５４について説明する。図１、図４Ａ、及び図４Ｂに示したように、第２排気出口５４は、車両１の前方側の端部に位置する通気入口６ａ及び６ｂから離れた、排気ダクト５０の周壁部５３の、後方側に形成されている。このため、洗車時に高圧水が通気入口６ａ及び６ｂを介して収納室Ｒ内に侵入したとしても、第２排気出口５４にまで水が到達すること抑制されている。尚、第２排気出口５４は、周壁部５３のうち、排気ダクト５０の中心軸線Ｃ５よりも後方側の位置に形成されていることが望ましい。

また、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、排気リード弁５５は排気ダクト５０の周壁部５３の外面側に配置され、排気リード弁５５の先端５５３は、基端５５１よりも下方側に位置して、排気ダクト５０の外側に開く。このため、例えば仮に排気リード弁５５が開状態で通気出口４ａから水が浸入して排気ダクト５０の周壁部５３の外面の上方側に付着した水が排気リード弁５５にまで流れてきたとしても、水は排気リード弁５５の外面を流れる。このため、第２排気出口５４を介して排気ダクト５０内に侵入することが抑制される。

また、第２吸気入口４４及び第２排気出口５４の開口面積は、それぞれ第１吸気入口４１及び第１排気出口５１の開口面積よりも小さく形成されている。このため、第２吸気入口４４及び第２排気出口５４を介してそれぞれ吸気ダクト４０及び排気ダクト５０内に水が浸入することが抑制されている。

次に、第２吸気弁及び第２排気弁について複数の他の例について説明する。尚、これら他の例においては、類似する符号を用いることにより重複する説明は省略する。最初に、吸気フラップ弁４５ａについて説明する。図８Ａは、開状態での変形例の吸気フラップ弁４５ａ周辺の断面図である。図８Ｂは、閉状態での変形例の吸気フラップ弁４５ａ周辺を下方側から見た図である。吸気ダクト４０ａの周壁部４３の内面には、車幅方向に延びた軸４７が配置され、その両端部が固定金具であるサドルバンド４８により固定されている。軸４７に対応するように、周壁部４３には下側に凸となる窪部４６が形成されている。吸気フラップ弁４５ａの基端４５１ａは、軸４７に巻かれるように湾曲している。これにより、吸気フラップ弁４５ａは軸４７周りに揺動可能に支持されている。

また、図８Ｂに示すように、基端４５１ａの中央部には切欠４５７ａが形成され、切欠４５７ａから露出した軸４７にバネＳａが巻回されている。バネＳａはねじりコイルバネである。バネＳａの一端は周壁部４３の内面に接触し、バネＳａの他端は吸気フラップ弁４５ａに接触しており、吸気フラップ弁４５ａは、閉状態を維持するようにバネＳａにより外部から付勢力が加えられている。従って、吸気シャッタ弁６０が閉状態であってファンＦの駆動中であると、吸気ダクト４０ａの内圧が低下し、バネＳａの付勢力に抗して吸気フラップ弁４５ａが開く。よって、このような例においても、吸気シャッタ弁６０を閉じて吸気ダクト４０ａから燃料電池８０に水が到達することを抑制しつつ、燃料電池８０への空気の供給を確保できる。

図８Ｃは、開状態での変形例の排気フラップ弁５５ａ周辺の断面図である。吸気フラップ弁４５ａと同様に、排気フラップ弁５５ａの基端５５１ａは、排気ダクト５０の周壁部４３の外面に固定された軸５７に巻かれるように湾曲しており、排気フラップ弁５５ａは軸５７周りを揺動可能に支持されている。また、排気フラップ弁５５ａは、閉状態を維持するようにバネＳａにより外部から付勢力が加えられている。従って、排気シャッタ弁７０が閉状態であってファンＦが駆動中であると、排気ダクト５０ａの内圧が上昇し、バネＳａの付勢力に抗して排気フラップ弁５５ａが開く。従って、この例においても、排気シャッタ弁７０を閉じて排気ダクト５０ａから燃料電池８０に水が到達することを抑制しつつ、燃料電池８０への空気の供給を確保できる。

図９Ａは、開状態での変形例の吸気フラップ弁４５ｂ周辺の断面図である。図９Ｂは、閉状態での変形例の吸気フラップ弁４５ｂ周辺を下方側から見た図である。吸気フラップ弁４５ｂの基端４５１ｂは軸４７周りを揺動可能に支持されている。また、吸気ダクト４０ｂの第２吸気入口４４周辺には、吸気ダクト４０ｂの周壁部４３ｂから外側に突出して第２吸気入口４４を外側から覆うようにハウジング４９が形成されている。ハウジング４９は、第２吸気入口４４を囲うように周壁部４３ｂの下方側から突出した側壁部４９３と、側壁部４９３の先端を塞ぐように連続した下底部４９１とを有している。側壁部４９３は、図９Ｂに示すように、下方側から見て略矩形状に形成されている。

ハウジング４９と吸気フラップ弁４５ｂとの間には、バネＳｂが配置されている。バネＳｂは、引張コイルバネである。バネＳｂの一端は下底部４９１の内側に固定され、バネＳｂの他端は吸気フラップ弁４５ｂの先端４５３側に固定され、吸気フラップ弁４５ｂは閉状態に維持されるようにバネＳｂにより外部から付勢力が加えられている。側壁部４９３には、複数の通気孔４９５が形成されている。この例においても、吸気シャッタ弁６０が閉状態でファンＦが駆動中であると、吸気ダクト４０ｂの内圧が低下し、バネＳｂの付勢力に抗してバネＳｂが伸びて吸気フラップ弁４５ｂが開く。これにより、吸気ダクト４０ｂの外部の空気は、通気孔４９５から第２吸気入口４４を通過して吸気ダクト４０ｂ内に導入される。また、第２吸気入口４４がハウジング４９により外側から覆われているため、第２吸気入口４４から吸気ダクト４０ｂ内への水の侵入が抑制されている。

図９Ｃは、開状態での変形例の排気フラップ弁５５ｂ周辺の断面図である。排気フラップ弁５５ｂの基端５５１ｂは軸５７周りを揺動可能に支持されている。また、排気ダクト５０ｂの第２排気出口５４周辺には、排気ダクト５０ｂの周壁部５３ｂから内側に突出して第２排気出口５４を内側から覆うようにハウジング５９が形成されている。ハウジング５９は、第２排気出口５４を囲うように周壁部５３ｂの内面から突出した側壁部５９３と、側壁部５９３の先端を塞ぐように連続した下底部５９１とを有している。

バネＳｂの一端は下底部５９１の内側が固定され、バネＳｂの他端は排気フラップ弁５５ｂの先端５５３に固定され、排気フラップ弁５５ｂは閉状態に維持されるようにバネＳｂにより外部から付勢力が加えられている。側壁部５９３には、複数の通気孔５９５が形成されている。排気シャッタ弁７０が閉状態でファンＦが駆動中であると、排気ダクト５０ｂの内圧が上昇し、バネＳｂの付勢力に抗してバネＳｂが伸びて排気フラップ弁５５ｂが開く。これにより、排気ダクト５０ｂ内の空気が、通気孔５９５から第２排気出口５４を通過して排気ダクト５０ｂの外部に排出される。

図１０Ａは、開状態での変形例の吸気リフト弁４５ｃ周辺の断面図である。図１０Ｂは、閉状態での変形例の吸気リフト弁４５ｃ周辺を下方側から見た図である。吸気リフト弁４５ｃは、吸気ダクト４０ｃには固定されておらず、ハウジング４９ｃ内に収納されている。ハウジング４９ｃは、吸気ダクト４０ｃの周壁部４３ｃから内側に突出しており、第２吸気入口４４ｃを覆うように形成されている。ハウジング４９ｃは、第２吸気入口４４ｃを囲うように周壁部４３ｃの内側から突出した略円筒状の側壁部４９３ｃと、側壁部４９３ｃの上端を塞ぐように連続した上底部４９１ｃとを有している。第２吸気入口４４ｃは略円筒状の側壁部４９３ｃに対応して略円状であり、吸気リフト弁４５ｃも側壁部４９３ｃの内面を摺動するように略円板状である。

バネＳｃは、ハウジング４９ｃと吸気リフト弁４５ｃとの間に配置された圧縮コイルバネである。バネＳｃの一端は上底部４９１ｃの内側に固定され、バネＳｃの他端は吸気リフト弁４５ｃに固定され、吸気リフト弁４５ｃは閉状態に維持されるようにバネＳｃにより外部から付勢力が加えられている。側壁部４９３ｃには、複数の通気孔４９５ｃが形成されている。この例においても、吸気シャッタ弁６０が閉状態でファンＦが駆動中であると、吸気ダクト４０ｃの内圧が低下し、バネＳｃの付勢力に抗してバネＳｃが収縮して吸気リフト弁４５ｃが開く。これにより、吸気ダクト４０ｃの外部の空気は、第２吸気入口４４ｃから通気孔４９５ｃを通過して吸気ダクト４０ｃ内に導入される。

図１０Ｃは、開状態での変形例の排気リフト弁５５ｃ周辺の断面図である。排気リフト弁５５ｃは、排気ダクト５０ｃには固定されておらず、ハウジング５９ｃ内に収納されている。ハウジング５９ｃは、排気ダクト５０ｃの周壁部５３ｃから外側に突出しており、第２排気出口５４ｃを外側から覆うように形成されている。ハウジング５９ｃは、第２排気出口５４ｃを囲う略円筒状の側壁部５９３ｃと、側壁部５９３ｃの先端から連続した上底部５９１ｃとを有している。

上底部５９１ｃの内側にはバネＳｃの一端が固定され、バネＳｃの他端は排気リフト弁５５ｃに固定され、排気リフト弁５５ｃは閉状態に維持されるようにバネＳｃにより外部から付勢力が加えられている。側壁部５９３ｃには、複数の通気孔５９５ｃが形成されている。この変形例においても、排気シャッタ弁７０が閉状態でファンＦが駆動中であると、排気ダクト５０ｃの内圧が上昇し、バネＳｃの付勢力に抗してバネＳｃが収縮して排気リフト弁５５ｃが開く。これにより、排気ダクト５０ｃ内の空気が、第２排気出口５４ｃを通過して通気孔５９５ｃを介して排気ダクト５０ｃ外に排出される。また、第２排気出口５４ｃがハウジング５９ｃにより外側から覆われているため、第２排気出口５４ｃから排気ダクト５０ｃ内への水の侵入が抑制されている。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例において、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０の双方と吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の双方が設けられているがこれに限定されない。例えば、排気ダクト５０が設けられていない場合には、吸気ダクト４０、第２吸気入口４４、吸気リード弁４５、及び吸気シャッタ弁６０が設けられていればよい。また、吸気ダクト４０は設けられていない場合には、排気ダクト５０、第２排気出口５４、排気リード弁５５、及び排気シャッタ弁７０が設けられていればよい。また、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０の双方が設けられているが吸気シャッタ弁６０が設けられていない場合には、第２排気出口５４、排気リード弁５５、及び排気シャッタ弁７０が設けられていればよい。また、吸気ダクト４０及び排気ダクト５０の双方が設けられているが排気シャッタ弁７０が設けられていない場合には、第２吸気入口４４、吸気リード弁４５、及び吸気シャッタ弁６０が設けられていればよい。

上述した吸気リード弁４５等の代わりに、制御装置１００により開閉が制御される電磁弁を設けてもよい。この場合、制御装置１００は、ファンＦが駆動しており吸気シャッタ弁６０が第１吸気入口４１と燃料電池８０との間を遮断している場合に電磁弁を開状態にすればよい。同様に、排気リード弁５５等の代わりに電磁弁を設けてもよい。

上記実施例では、図７のステップＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、及びＳ７に示したように、停車中ではなくファンＦが駆動中の場合には、燃料電池８０に供給される空気の流量に応じて排気シャッタ弁７０の開閉状態が切り替えられるがこれに限定されない。即ち、停車中でありファンＦが駆動中の場合には、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０の双方とも開いてもよい。

ファンＦの位置は、上記実施例に限定されない。例えば、第２吸気入口４４と燃料電池８０との間に配置してもよい。この場合、吸気ダクト４０の第１吸気入口４１から吸気出口４２の方向に順に、第２吸気入口４４、ファンＦ、及び燃料電池８０が並び、排気ダクト５０の第１排気出口５１から排気入口５２の方向に順に、第２排気出口５４、燃料電池８０、及びファンＦが並ぶことになる。この場合であっても、吸気シャッタ弁６０及び排気シャッタ弁７０が閉状態であってファンＦが駆動していれば、第２吸気入口４４及び第２排気出口５４を介して燃料電池８０に空気を供給できるからである。

上記実施例では、ファンは前方側から空気を吸引して後方側に排出するが、これに限定されない。例えば、後方側から空気を吸引して前方側に排出してもよい。

１ 空冷式燃料電池車
２ ボディ
４ａ 通気出口（通気口）
６ａ、６ｂ 通気入口（通気口）
４０ 吸気ダクト（ダクト）
４１ 第1吸気入口（第１開口）
４２ 吸気出口（第２開口）
４４ 第２吸気入口（第３開口）
４５ 吸気リード弁（第２弁、第２吸気弁）
５０ 排気ダクト（ダクト）
５１ 第１排気出口（第1開口）
５２ 排気入口（第２開口）
５４ 第２排気出口（第３開口）
５５ 排気リード弁（第２弁、第２排気弁）
６０ 吸気シャッタ弁（第１弁、第１吸気弁）
７０ 排気シャッタ弁（第１弁、第１排気弁）
８０ 燃料電池
１００ 制御装置（停車判定部、制御部、ファン駆動判定部、及び空気流量判定部）
ＭＧ モータ
ＴＡ トランスアクスル
ＡＦ エアフローメータ

Claims (12)

1. 空冷式の燃料電池を搭載した空冷式燃料電池車において、
   前記燃料電池の発電電力が供給される走行用のモータと、
   第１開口と、前記燃料電池に対向した第２開口と、前記第１開口から前記第２開口を繋ぐ周壁部と、を有したダクトと、
   前記ダクト内に空気を流通させるファンと、
   前記第１開口と前記燃料電池との間を連通又は遮断する第１弁と、
   前記第１開口に対向した通気口を有し、前記燃料電池、前記ダクト、前記ファン、及び前記第１弁を収納したボディと、
   当該車両が停車中であるか否かを判定する停車判定部と、
   前記第１弁を制御する制御部と、を備え、
   前記周壁部には、前記第１弁と前記燃料電池との間の位置であって前記第１開口よりも前記通気口から離れている第３開口と、前記第３開口を開閉する第２弁と、が設けられ、
   前記第１開口から前記第２開口の方向に順に、前記第３開口、前記燃料電池、及び前記ファンが並び、又は前記第３開口、前記ファン、及び前記燃料電池が並び、
   前記制御部は、当該車両は停車中であると判定された場合に、前記第１弁により前記第１開口と前記燃料電池との間を遮断し、
   前記第２弁は、前記ファンが駆動しており前記第１弁により前記第１開口と前記燃料電池との間が遮断されている場合に、前記第３開口を開く、空冷式燃料電池車。
2. 前記通気口は、前記ボディ内から空気が排出される通気出口を含み、
   前記ダクトは、前記燃料電池から排出された空気を前記通気出口へ案内する排気ダクトを含み、
   前記第１開口は、第１排気出口を含み、
   前記第２開口は、排気入口を含み、
   前記第１弁は、前記第１排気出口と前記燃料電池との間を連通又は遮断する第１排気弁を含み、
   前記第３開口は、前記排気ダクトの前記周壁部に形成された第２排気出口を含み、
   前記第２弁は、前記第２排気出口を開閉する第２排気弁を含む、請求項１の空冷式燃料電池車。
3. 前記通気口は、前記ボディ内に空気が導入される通気入口を含み、
   前記通気入口は、当該車両の前方側に位置し、
   前記第２排気出口は、前記排気ダクトの前記周壁部の、当該車両の後方側に形成されている、請求項２の空冷式燃料電池車。
4. 前記ファンが駆動中であるか否かを判定するファン駆動判定部と、
   前記燃料電池に供給される空気の流量に相関するパラメータが前記空気の流量が閾値以下であることを示すか否かを判定する空気流量判定部と、を更に備え、
   前記通気出口は、前記ボディの上面に形成されており、
   前記制御部は、当該車両は停車中ではなく前記ファンは駆動中であり前記パラメータは前記空気の流量が前記閾値以下を示すと判定された場合に、前記第１排気弁により前記第１排気出口と前記燃料電池との間を遮断する、請求項２又は３の空冷式燃料電池車。
5. 前記第２排気弁は、前記排気ダクトの外面側に配置され、当該第２排気弁自体の弾性復元力により又は当該第２排気弁に外部から加えられた付勢力により前記第２排気出口を閉じ、前記排気ダクトの内圧が前記排気ダクトの外圧よりも所定以上高くなると前記弾性復元力又は前記付勢力に抗して前記第２排気出口を開く、請求項２乃至４の何れかの空冷式燃料電池車。
6. 前記第２排気弁は、前記排気ダクトの外面側に支持された基端部と、前記基端部よりも下方側に位置した自由端である先端部と、を有する、請求項２乃至５の何れかの空冷式燃料電池車。
7. 前記通気口は、前記ボディ内に空気が導入される通気入口を含み、
   前記ダクトは、前記通気入口から前記ボディ内に導入された空気を前記燃料電池へ案内する吸気ダクトを含み、
   前記第１開口は、第１吸気入口を含み、
   前記第２開口は、吸気出口を含み、
   前記第１弁は、前記第１吸気入口と前記燃料電池との間を連通又は遮断する第１吸気弁を含み、
   前記第３開口は、前記吸気ダクトの前記周壁部に形成された第２吸気入口を含み、
   前記第２弁は、前記第２吸気入口を開閉する第２吸気弁を含む、請求項１の空冷式燃料電池車。
8. 前記第２吸気入口は、前記吸気ダクトの下方側に位置している、請求項７の空冷式燃料電池車。
9. 前記第２吸気入口の下方側には、前記モータ、又は前記モータの動力を車輪に伝達するトランスアクスルが配置されている、請求項８の空冷式燃料電池車。
10. 前記第２吸気弁は、前記吸気ダクトの内面側に配置され、当該第２吸気弁自体の弾性復元力により又は当該第２吸気弁に外部から加えられた付勢力により前記第２吸気入口を閉じ、前記吸気ダクトの内圧が前記吸気ダクトの外圧よりも所定以上低くなると前記弾性復元力又は前記付勢力に抗して前記第２吸気入口を開く、請求項７乃至９の何れかの空冷式燃料電池車。
11. 前記第２吸気弁は、前記吸気ダクトの内面側に支持された基端部と、前記基端部よりも当該車両の前方側に位置した自由端である先端部と、を有する、請求項７乃至１０の何れかの空冷式燃料電池車。
12. 前記第３開口の開口面積は、前記ダクトの前記第１開口の開口面積よりも小さい、請求項１の空冷式燃料電池車。
    

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