JP2002370550A - 車両用高圧タンクアッセンブリ - Google Patents
車両用高圧タンクアッセンブリInfo
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- JP2002370550A JP2002370550A JP2001181107A JP2001181107A JP2002370550A JP 2002370550 A JP2002370550 A JP 2002370550A JP 2001181107 A JP2001181107 A JP 2001181107A JP 2001181107 A JP2001181107 A JP 2001181107A JP 2002370550 A JP2002370550 A JP 2002370550A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Abstract
部品数を低減すること、高圧タンクと高圧配管との接続
信頼性、高圧タンク搭載位置の精度を向上させること。 【解決手段】高圧タンクアッセンブリ30は、2つの高
圧水素ガスタンク300と、高圧水素ガスタンク300
を車体に取り付けるための共通フレーム310、端部フ
レーム311、結合フレーム312、高圧水素ガスタン
ク300を各フレーム310、311に固定するための
固定バンド320、330と、各高圧水素ガスタンク3
00を連通する高圧配管32を備えている。共通フレー
ム310は、隣接する2つの高圧水素ガスタンク300
の間に配置されるフレームであり、各高圧水素ガスタン
ク300を固定する際に共有される。
Description
に搭載する技術に関し、さらに詳細には、水素を貯蔵す
る高圧タンクを車両に搭載する技術に関する。
ガス車両、水素貯蔵タンクを備える燃料電池車両といっ
た低公害車両が提案され、徐々に実用化されている。こ
れらの車両には、例えば、図11に示すようにして、1
本、または、複数本の高圧タンクTNがパネル材PMで
覆われてトランク内に搭載されている。また、高圧タン
クから供給される燃料ガスは高圧であるため、高圧タン
クと、エンジンまたは燃料電池とは、高圧配管にて接続
されている。
だ、試験導入的な段階、試験走行段階にあることから、
高圧タンクを車両に搭載するにあたり、量産性は考慮さ
れていないのが現状である。したがって、複数本の高圧
タンクを車両に搭載する際には、各高圧タンクを車両に
固定し、車両に固定された各高圧タンクを高圧配管にて
接続しなければならなかった。また、車両に各高圧タン
クを搭載し、各高圧タンクと高圧配管を接続した後でな
ければ、各高圧タンクと高圧配管との接続信頼性の検査
を実行することができなかった。さらに、各車両毎に、
複数の高圧タンクを精度良く搭載位置に固定することは
容易な作業ではない。
れたものであり、高圧タンクを車両に搭載する際の工程
数、部品数を低減することを目的とする。また、高圧タ
ンクと高圧配管との接続信頼性、高圧タンク搭載位置の
精度を向上させることを目的とする。
記課題を解決するために本発明の第1の態様は、複数の
高圧タンクを備える車両を提供する。本発明の第1の態
様に係る車両は、車両側形状に合わせて配置され、車両
に固定されている複数のフレームと、前記複数の高圧タ
ンクを前記複数のフレームに対して固定する固定部材
と、前記高圧タンクと接続されると共に車両側形状に応
じて配管された高圧配管とを備えることを特徴とする。
高圧タンクおよび高圧配管が車両側形状に応じて配置お
よび配管されているので、高圧タンクおよび高圧配管と
車両側との干渉を防止することができる。また、複数の
高圧タンク、フレーム、固定部材、高圧配管をアッセン
ブリ化しておき、高圧タンクアッセンブリとして車両に
搭載することによって、高圧タンクを車両に搭載する際
の工程数、部品数を低減することができると共に、高圧
タンクと高圧配管との接続信頼性、高圧タンク搭載位置
の精度を向上させることができる。
前記複数の高圧タンクは、並列に配置され、前記複数の
フレームは、隣接する2つの高圧タンクの間に配置され
ると共に、前記車両に固定される共通フレームと、前記
高圧タンク列の両端の高圧タンクにおいて、他の高圧タ
ンクと隣接しない側に配置されると共に、前記車両に固
定される端部フレームと、前記共通フレームおよび前記
端部フレームを結合する結合フレームとを備え、前記固
定部材は、前記各高圧タンクを前記共通フレーム、また
は前記共通フレームおよび前記端部フレームに固定して
も良い。
クを車載する際に必要なフレーム数を低減することが可
能となり、高圧タンクアッセンブリの重量を軽減するこ
とができる。
前記固定部材は、長尺状の固定バンドであって、前記固
定バンドの一端に形成された、前記固定バンドを前記共
通フレームまたは前記端部フレームに取り付けるための
第1の取付孔と、前記固定バンドの略中央部から他端に
かけて形成された長孔と、前記長孔と前記第1の取付孔
との間であって、前記固定バンドの略中央部に形成され
ると共に、前記長孔に向かって形成された切り欠き部を
有する、前記固定バンドを前記共通フレームに取り付け
るための第2の取付孔とを備えるても良い。
に張力が掛かった場合であっても、固定部材の破断を防
止することができると共に、高圧タンクの落下を防止す
ることができる。
前記各高圧タンクは、タンク内にガスを充填するための
充填バルブと、タンク内のガスを放出するための放出バ
ルブとをそれぞれ備え、前記高圧配管は、前記各高圧タ
ンクの充填バルブを連通すると共に、その一旦に充填口
を有する充填用配管と、前記各高圧タンクの放出バルブ
を連通する放出用配管とを備えても良い。かかる場合に
は、各配管数を低減することが可能となり、高圧タンク
アッセンブリをコンパクトにまとめることができる。
数の高圧タンクを車両に搭載するための車載用フレーム
を提供する。本発明の第2の態様に係る車載用フレーム
は、隣接する2つの高圧タンクの間に配置されると共
に、前記車両に固定される共通フレームと、前記高圧タ
ンク列の両端の高圧タンクにおいて、他の高圧タンクと
隣接しない側に配置されると共に、前記車両に固定され
る端部フレームと、前記共通フレームおよび前記端部フ
レームを結合する結合フレームと、前記各高圧タンクを
前記共通フレーム、または前記共通フレームおよび前記
端部フレームに固定する固定部材とを備えることを特徴
とする。
によれば、高圧タンクを車載する際に必要なフレーム数
を低減することが可能となり、高圧タンクを車載するた
めに必要な部材の重量を軽減することができる。
において、前記高圧タンク列は、前記車両の前後方向に
対して交差するように配置されていても良い。かかる場
合には、車載スペースを効率的に使用することができ
る。
に搭載するための車載用フレームに対して高圧タンクを
固定するための長尺状の固定バンドを提供する。本発明
の第3の態様に係る固定バンドは、前記固定バンドの一
端に形成され、前記固定バンドを前記車載用フレームに
取り付けるための第1の取付孔と、前記第1の取付孔と
の間隔が拡大可能であるように前記固定バンドの略中央
部と他端との間に形成され、前記固定バンドを前記車載
用フレームに取り付けるための第2の取付孔とを備える
ことを特徴とする。
れば、固定バンドに張力が掛かった場合であっても、固
定バンドの破断を防止することができると共に、高圧タ
ンクの落下を防止することができる。
いて、前記第2の取付孔は、組み付け時に用いられる組
み付け時取付孔と、前記組み付け時取付孔の近傍から他
端にかけて形成されている長孔と、前記組み付け時取付
孔と前記長孔とを連通する、前記組み付け時取付孔およ
び前記長孔の幅よりも狭い連通部とを備えても良い。か
かる場合には、固定バンドの破断を容易に防止すること
ができる。
に搭載するための車載用フレームに対して高圧タンクを
固定するための長尺状の固定バンドを提供する。本発明
の第4の態様に係る固定バンドは、前記固定バンドの一
端に形成されている、前記固定バンドを前記車載用フレ
ームに取り付けるための第1の取付孔と、前記固定バン
ドの略中央部から他端にかけて形成されている長孔と、
前記長孔と前記第1の取付孔との間であって、前記固定
バンドの略中央部に形成されると共に、前記長孔に向か
って形成された切り欠き部を有する、前記固定バンドを
前記車載用フレームに取り付けるための第2の取付孔と
を備えることを特徴とする。
れば、固定バンドに張力が掛かった場合であっても、固
定バンドの破断を防止することができると共に、高圧タ
ンクの落下を防止することができる。
タンクアッセンブリを提供する。本発明の第5の態様に
係る高圧タンクアッセンブリは、車両搭載時における車
両側の形状に合わせて、車両の左右方向に平行に並列配
置された複数の高圧タンクと、前記複数の高圧タンクの
軸方向と平行に配置されていると共に、車両側に固定さ
れる複数のフレームと、前記複数の高圧タンクを前記複
数のフレームに対して固定する固定部材と、前記高圧タ
ンクと接続されていると共に、前記複数の高圧タンクの
接地面よりも高い位置に配置されている高圧配管とを備
えることを特徴とする。
センブリによれば、高圧タンクを車両に搭載する際の工
程数、部品数を低減することができると共に、高圧タン
クと高圧配管との接続信頼性、高圧タンク搭載位置の精
度を向上させることができる。
センブリは、この他にも、本発明の第1の態様に係る車
両と同様にして、種々の態様にて実現可能であり、かか
る場合には、本発明の第1の態様に係る車両と同様の作
用効果を得ることができる。
に搭載する方法を提供する。本発明の第6の態様に係る
方法は、車両側形状に合わせて複数の高圧タンクを配置
し、前記配列された複数の高圧タンクを車載用フレーム
に固定し、前記高圧タンクに接続されている高圧配管を
車両搭載時における車両側形状に応じて配管して高圧タ
ンクアッセンブリを組み上げ、前記組み上げた高圧タン
クアッセンブリを車両に搭載することを特徴とする。
高圧タンクを車両に搭載する際の工程数、部品数を低減
することができると共に、高圧タンクと高圧配管との接
続信頼性、高圧タンク搭載位置の精度を向上させること
ができる。
例に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例として
の燃料電池車両における燃料電池システムの構成図であ
る。また、図2は、車両における各部品の概略の配置を
示す説明図、図3は、この車両の電気的な系統を動力系
と共に示す説明図である。本実施例では、燃料電池搭載
機器として、燃料電池車両を取り上げる。この車両にお
ける燃料電池システム100は、水素ガスの供給を受け
て電力を発生する燃料電池200と、その燃料電池20
0に水素ガスを供給する高圧水素ガスタンク300と、
を備えている。
電池200は、水素を含んだ水素ガスの他、酸素を含ん
だ酸化ガス(例えば、空気)が供給され、水素極と酸素
極において、下記の反応式で示される電気化学反応を起
こし、電力を発生する。
酸化ガスがそれぞれ供給され、水素極側では式(1)の
反応が、酸素極側では式(2)の反応がそれぞれ起こ
り、燃料電池全体としては、式(3)の反応が起きたこ
とになる。
る場合、燃料電池200が作り出した電力によって駆動
モータ110を駆動し、その発生トルクをギア120に
よって車軸130に伝達して、車輪141ないし142
を駆動し、車両の推進力を得る。
層した燃料電池スタックとして構成されている。1つの
単セルは、ナフィオン(デュポン社の商標)といった電
解質膜、それを両側から挟み込む拡散電極である水素極
及び酸素極(カーボンの不織布とし構成)、さらにそれ
らを両側から挟み込む2枚の焼結カーボンにより成形さ
れたセパレータなどを備えている。セパレータの両面に
は、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極
との間で、単セル内ガス流路を形成している。このう
ち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、
前述したごとく供給された水素ガスが、一方、酸素極と
の間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、
それぞれ流れている。なお、燃料電池スタックは、車両
への搭載に際しては、スタックケース内に収納して、取
り付けられている。
の水素ガスを蓄えており、根本に取り付けられたシャッ
トバルブ302を開くことにより、およそ20〜35M
Paの圧力を有する水素ガスが放出する。実施例の場
合、図2に示すように、高圧水素ガスタンク300は、
車両後部床下に、計4本搭載されている。
0は、図1に示すように、システム内で水素ガスを流通
させるための水素ガス流路(図1では実線で表示)と、
酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路(図1では一
点鎖線で表示)と、酸素オフガスに含まれる水を循環さ
せるための水循環流路601(図1では破線で表示)
と、システム全体を制御するためのパワーコントロール
ユニット700を備えている。
タンク300の放出口から燃料電池200の供給口に至
る本流流路401と、燃料電池200の排出口からポン
プ410を介して本流流路401に戻る循環流路403
と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための
排出流路405と、圧力異常時に水素ガスを排出するた
めのリリーフ流路407,409と、水素ガス漏れをチ
ェックする際に用いるリークチェック流路411と、水
素ガス供給ポート428から高圧水素ガスタンク300
の充填口に至る供給流路413と、を備えている。本実
施例では、水素ガスの供給源として高圧水素ガスタンク
300を用いており、高圧の水素ガスを放出することが
できる。
300の放出口にシャットバルブ302および放出マニ
ュアルバルブ304が配置されており、流路途中に減圧
バルブ418,熱交換器420および減圧バルブ422
がそれぞれ配置されており、燃料電池200の供給口に
シャットバルブ202が配置されている。また、循環流
路403には、燃料電池200の排出口にシャットバル
ブ204が配置されており、流路途中に、気液分離器4
06,ポンプ410及び逆止弁419がそれぞれ配置さ
れている。また、供給流路413には、高圧水素ガスタ
ンク300の充填口に逆止弁306および充填マニュア
ルバルブ308が配置されている。さらに、排出流路4
05にはシャットバルブ412および水素希釈器424
が、リリーフ流路407にはリリーフバルブ414が、
同じくリリーフ流路409にはリリーフバルブ416
が、リークチェック流路411にはリークチェックボー
ト426が、それぞれ配置されている。
ガス流路は、燃料電池200に酸化ガスを供給する酸化
ガス供給流路501と、燃料電池200から排出された
酸素オフガスを排出する酸素オフガス排出流路503
と、水素希釈器424に酸素オフガスを導く酸素オフガ
ス導入流路505とを備えている。
ナ502と、コンプレッサ504と、加湿モジュール5
06とが配置されている。また、酸素オフガス排出流路
503には、調圧弁508と、前述の加湿モジュール5
06と、気液分離器510と、消音器512と、オフガ
ス排出口514が配されている。
2,606と、加湿水タンク604と、インジェクタ6
08とが配されている。
0は、図示せざる各種センサから得られた検出結果を入
力すると共に、各バルブ202,204,302,41
2や、ポンプ410,602,606や、コンプレッサ
504をそれぞれ制御する。制御線等は、図示の都合上
省略した。ポンプ410や、コンプレッサ504、ある
いはポンプ602,606などは、それぞれ、駆動用の
モータが設けられているが、モータの図示は省略した。
なお、放出マニュアルバルブ304および充填マニュア
ルバルブ308は、それぞれ、手動で開閉されるように
なっている。
パワーコントロールユニット700によってコンプレッ
サ504を駆動すると、大気中の空気が、エアクリーナ
502を介して酸化ガスとして取り込まれる。空気は、
エアクリーナ502によって浄化され、さらに、コンプ
レッサ504によって加圧された後、酸化ガス供給流路
501を通り、加湿モジュール506を介して燃料電池
200に供給される。
において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素
オフガスとして排出される。排出された酸素オフガス
は、酸素オフガス排出流路503を通り、調圧弁508
を介した後、再び、加湿モジュール506に流入され
る。
極側では、式(2)に従って水(H 2 O)が生成される
ため、燃料電池200から排出される酸素オフガスは、
非常にウェットで、多くの水分を含んでいる。一方、大
気中から取り入れて、コンプレッサ504によって加圧
された酸化ガス(空気)は、湿度の低いガスである。本
実施例では、酸化ガス供給流路501と酸素オフガス排
出流路503を一つの加湿モジュール506を通過さ
せ、両者の間で水蒸気交換を行なうことにより、非常に
ウェットな酸素オフガスからドライな酸化ガスへ水分を
与えるようにしている。この結果、加湿モジュール50
6から流出され燃料電池200へ供給される酸化ガスは
ある程度ウェットになり、加湿モジュール506から流
出され車両外部の大気中へ排出される酸素オフガスはあ
る程度ドライになる。
ある程度ドライになった酸素オフガスは、次に、気液分
離器510に流入される。気液分離器510では、加湿
モジュール506からの酸素オフガスを気体分と液体分
に気液分離し、酸素オフガスに含まれている水分を液体
分としてさらに除去して、よりドライにしている。ま
た、除去された水分は回収水として回収され、ポンプ6
02によって汲み上げられて、加湿水タンク604に蓄
えられる。そして、この回収水はポンプ606によって
インジェクタ608に送り出され、コンプレッサ504
の流入口で、霧吹きされる。この結果、エアクリーナ5
02からの酸化ガスに、所望の水分(水蒸気)が混合さ
れる。こうして、酸化ガス供給流路501を通る酸化ガ
スは、加湿モジュール506による加湿に加えて、更に
ウェットにされる。
いてさらにドライになった酸素オフガスは、その後、消
音器512に導かれることで、圧力の変動が緩和されて
消音作用を受け、オフガス排出口514から車両外部の
大気中に排出される。
高圧水素ガスタンク300の放出マニュアルバルブ30
4は、通常時は、常に開いており、充填マニュアルバル
ブ308は、常に閉じている。また、高圧水素ガスタン
ク300のシャットバルブ302と、燃料電池200の
シャットバルブ202,204は、それぞれ、パワーコ
ントロールユニット700によって、燃料電池システム
の運転時には開いているが、停止時には閉じている。そ
の他、排出流路405のシャットバルブ412は、パワ
ーコントロールユニット700によって、運転時には、
基本的に閉じている。なお、リリーフバルブ414,4
16は、通常は綴じており、圧力異常時などの場合に開
いて、過剰な圧力を逃がす働きをなす。
コントロールユニット700がシャットバルブ302を
開くと、高圧水素ガスタンク300からは水素ガスが放
出される。放出された水素ガスは、本流流路401を通
って燃料電池200に供給され、燃料電池200内にお
いて前述の電気化学反応に使用される。使用後のガス
は、水素オフガスとして排出され、循環流路403を通
って本流流路401に戻され、再び、燃料電池200に
供給される。このとき、循環流路403の途中に設けら
れているポンプ410を駆動することによって、循環流
路403を通る水素オフガスは加圧されて、本流流路4
01に送り出される。こうして、水素ガスは、本流流路
401及び循環流路403を通って循環している。な
お、循環流路403中において、本流流路401との接
続点と、ポンプ410と、の間には、循環している水素
オフガスが逆流しないようにするために、逆止弁419
が設けられている。
1に戻して水素ガスを循環させることにより、燃料電池
200で使用される水素量は同じであっても、燃料電池
200に供給される水素ガスの見かけの流量が多くな
り、流速も速くなるため、燃料電池200に対する水素
の供給という観点から、有利な条件を作り出している。
この結果、燃料電池200の出力電圧も上がる。
質膜を透過して酸素極側から水素極側に漏れ出してくる
空気中の窒素などの不純物が、水素極に溜まるというこ
とがない。従って、窒素などの不純物の滞留により、燃
料電池200が発電動作に支障を来し、出力電圧が落ち
てしまうということもない。
たとしても、燃料電池200内において、酸素極側から
水素極側には不純物が常時漏れ出してくるため、長時間
経てば、均一化された水素ガス中の不純物の濃度は次第
に上がり、それに連れて水素の濃度は低下する。そのた
め、循環流路403から分岐した排出流路405に、シ
ャットバルブ412を設け、パワーコントロールユニッ
ト700によって、このシャットバルブ412を定期的
に開いて、循環している不純物を含む水素ガスの一部を
排出している。シャットバルブ412を開くことで、不
純物を含んだ水素ガスの一部は循環路から排出され、そ
の分だけ、高圧水素ガスタンク300からの純粋な水素
ガスが導入される。これにより、水素ガス中の不純物の
濃度は下がり、逆に水素の濃度は上がる。この結果、燃
料電池200は、発電を継続して適切に行なうことがで
きる。シャットバルブ412を開く時間間隔は、運転条
件や出力により異なるが、例えば5秒に1回程度として
も良い。
ットバルブ412を開けたとしても、燃料電池200の
出力電圧は一瞬下がるだけで、大きな電圧低下にはなら
ない。シャットバルブ412の開放時間としては、1秒
以下が好ましく、例えば、500msec程度がより好
ましい。
ガスは、排出流路405を通って、水素希釈器424に
供給される。水素希釈器424には、酸素オフガス排出
流路503から分岐した酸素オフガス導入流路505を
通って、酸素オフガスも供給されている。水素希釈器4
24では、これら供給された水素ガスと酸素オフガスと
を混合することによって、シャットバルブ412から排
出された水素ガスを希釈している。希釈された水素ガス
は、酸素オフガス排出流路503に送り込まれ、酸素オ
フガス排出流路503を流れる酸素オフガスとさらに混
合される。そして、混合されたガスは、オフガス排出口
514から車両外の大気中に排気される。
ルユニット700によって、その駆動が制御されてお
り、燃料電池200の発生した電力の消費量に応じて、
循環流路403を流れる水素オフガスの流速、即ち燃料
としての水素ガスの供給量を変化させている。
傍には、1次減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の
減圧バルブ422の2つ減圧バルブが設けられている。
これらの減圧バルブは、高圧水素ガスタンク300内の
高圧の水素ガスを、2段階で減圧している。即ち、具体
的には、1次減圧用の減圧バルブ418によって、およ
そ20〜35MPaからおよそ0.8〜1MPaに減圧
し、さらに2次減圧用の減圧バルブ422によって、お
よそ0.8〜1MPaからおよそ0.2〜0.3MPa
に減圧する。この結果、高圧の水素ガスを燃料電池20
0に供給して、燃料電池200を傷めるということがな
い。
って、高圧の水素ガスをおよそ20〜35MPaからお
よそ0.8〜1MPaに減圧される。高圧水素ガスタン
ク300からの水素放出は、膨張を伴うために圧力、流
量によって、放出温度が変化する。本実施例では、1次
減圧用の減圧バルブ418と2次減圧用の減圧バルブ4
22との間に、熱交換器420を配置して、減圧後の水
素ガスに対して熱交換する仕組みを採用している。この
熱交換器420には、図示していないが、燃料電池20
0を循環した冷却水が供給されており、その冷却水と温
度変化した水素ガスとの間で熱交換が行なわれる。水素
ガスの温度は、この熱交換器420を通過することによ
って、ほぼ適正な温度範囲となり、燃料電池200に供
給することができる。従って、燃料電池200内では、
十分な反応温度が得られるため、電気化学反応が進み、
適正な発電動作を行なうことができる。
の酸素極側では、式(2)に従って水(H2 O)が生成
され、その水は水蒸気として酸素極側から電解質膜を通
して水素極側にも入ってくる。従って、燃料電池200
から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多
くの水分を含んでいる。本実施例では、循環流路403
の途中に気液分離器406を設け、この気液分離器40
6によって、水素オフガスに含まれる水分を気液分離
し、液体分を除去して、気体(水蒸気)分のみを他の気
体と共にポンプ410に送るようにしている。これによ
り、水素ガスに含まれる水分は気体分のみとなり、燃料
電池200には、水分が気液混合体として供給されるこ
とがなく、発電動作は良好に継続される。
るなどの異常が生じた場合には、燃料電池200に供給
される水素ガスの圧力が異常に高くなることがあり得
る。本実施例では、本流流路401における減圧バルブ
418の後段で分岐したリリーフ流路407に、リリー
フバルブ414を設けると共に、減圧バルブ422の後
段で分岐したリリーフ流路409に、リリーフバルブ4
16を設けている。この結果、減圧バルブ418から減
圧バルブ422に至る本流流路401中の水素ガスの圧
力が所定値以上に上がった場合に、リリーフバルブ41
4が開いて、また、減圧バルブ422から燃料電池20
0に至る本流流路401中の水素ガスの圧力が所定値以
上に上がった場合には、リリーフバルブ416が開い
て、車両外の大気中に水素ガスを排気して、水素ガスの
圧力がそれ以上過大になることを防止している。
填する場合には、車両の側面に設けられている水素ガス
供給ポート428に、水素ガス供給パイプ(図示せず)
をつなぎ、高圧水素ガスタンク300に取り付けられて
いる充填マニュアルバルブ308を手動で開く。こうす
ることで、水素ガス供給パイプから供給される高圧の水
素ガスは、供給流路413を介して高圧水素ガスタンク
300に充填される。なお、高圧水素ガスタンク300
の根本には逆止弁306が設けられており、ガス充填時
の逆流事故を防止している。
車両の縦断面を模式的に示した断面図である。本実施例
の燃料電池システム100は、図2に示すように、車両
10全体にわたって配置されている。このうち、車両1
0のフロント部10aには、主として、燃料電池200
や、パワーコントロールユニット700や、コンプレッ
サ504などが配置され、床下部10bには、水素ガス
流路401,403やポンプ410などが配置され、リ
ア部10cには、高圧水素ガスタンク300や水素ガス
供給ポート428などが配置されている。
ント部10aには、燃料電池200によって発生された
電力により車両10の推進力を生じさせる駆動モータ8
00や、駆動モータ800の発生したトルクを車軸に伝
えるギヤ810や、駆動モータ800を冷却させるため
のラジエタ820や、エアコン用のコンデンサ830
や、燃料電池200を冷却するためのメインラジエタ8
40などが配置され、床下部10bには、燃料電池20
0を冷却するためのサブラジエタ850などが配置さ
れ、リア部10cには、燃料電池200を補助するため
の2次電池860などが配置されている。
ンブリについて図3〜図9を参照して説明する。本実施
例では、4本の高圧水素ガスタンク300は高圧タンク
アッセンブリとして組み立てられた後に、車両に搭載
(固定)される。図3は本実施例における高圧タンクア
ッセンブリの全体構成を示す説明図である。図4は一対
の高圧水素ガスタンク300が車載用フレームに固定さ
れる状態を示す説明図である。図5は図4に示す車載用
フレームに固定された一対の高圧水素ガスタンク300
の平面図である。図6は図4に示す車載用フレームに固
定された一対の高圧水素ガスタンク300の正面図であ
る。図7は車載時に車両最後部に配置される高圧水素ガ
スタンク300を車載用フレームに固定する固定バンド
の斜視図である。図8は車載時に車両最後部に配置され
る高圧水素ガスタンク300が固定バンドによって固定
されている様子を示す説明図である。図9は車両最後部
に配置されている高圧水素ガスタンク300が移動した
場合における固定バンドの状態変化を示す説明図であ
る。
タンクアッセンブリ30は、車載位置に従って配置され
る2つの高圧水素ガスタンクモジュール31と、高圧水
素ガスタンクモジュール31の各高圧水素ガスタンク3
00を連通する高圧配管32とを備えている。高圧水素
ガスタンクアッセンブリ30は、この状態のまま、車両
の所定位置に搭載される。
ジュール31は、2つの高圧水素ガスタンク300と、
高圧水素ガスタンク300を車体に取り付けるための共
通フレーム310、端部フレーム311、結合フレーム
312、高圧水素ガスタンク300を各フレーム31
0、311に固定するための固定バンド320、330
とを備えている。各高圧水素ガスタンク300には、既
述のように、水素ガス供給ポート428から供給される
水素ガスを高圧水素ガスタンク300内に充填するため
の充填マニュアルバルブ308、高圧水素ガスタンク3
00内に充填されている水素ガスを放出するための放出
マニュアルバルブ304が備えられている。
ム310は、隣接する2つの高圧水素ガスタンク300
の間に配置されるフレームであり、各高圧水素ガスタン
ク300を固定する際に共有される。共通フレーム31
0を用いることによって、各高圧水素ガスタンク300
を近接させて(例えば、10mm程度)配置することが
できるので、高圧水素ガスタンク300の搭載に要求さ
れるスペースを小さくすることができる。また、フレー
ムの共有化により、フレーム数を1本減らすことができ
るので、高圧水素ガスタンクアッセンブリ30の重量を
低減することができる。
スタンク300によって形成される列の両端部、すなわ
ち、隣の高圧水素ガスタンク300と隣接しない側に配
置されるフレームであり、各高圧水素ガスタンク300
によって占有される。両フレーム310、311は、結
合フレーム312によって格子状に結合されている。両
フレーム310、311には、車載時にボルト等の締結
具を用いてフレームを固定するための取付孔313がそ
れぞれ2つずつ形成されている。また、共通フレーム3
10、および端部フレーム311には、結合フレーム3
12を取り付けると共に、固定バンドを取り付けるため
の取付孔314がそれぞれ4つ、および2つずつ形成さ
れている。図面上では、各フレーム310、311取付
孔313が図示されているので、各フレーム310、3
11が厚く表されているが、各フレーム310、311
の厚さは、約1.6mm程度である。
0mm程度の長尺状の金属製のバンドであり、高圧水素
ガスタンク300の外周形状に沿った形状を有してい
る。固定バンド320は、フレーム310、311に変
形のおそれがある部位に使用されるバンドであり、たと
えば、車両搭載時に車両最後部に配置される高圧水素ガ
スタンク300をフレーム310、311に固定するた
めに用いられる。これに対して、固定バンド330は、
固定バンド320が用いられない、一般的な部位にて高
圧水素ガスタンク300をフレーム310、311に固
定するために用いられる固定バンドである。固定バンド
320は、図7に示すような形状を有し、図8に示すよ
うに各フレーム310、311に対して取り付けられて
いる。一方、固定バンド330は図10に示すような形
状を有している。
端部フレーム311に固定される際に用いられる第1の
取付孔321を一端に有し、共通フレーム310に固定
される際に用いられる第2の取付孔322を略中央部に
有している。また、固定バンド320は、略中央部から
他端にかけて、スリット323を有している。
に向けて切り欠き部324が形成されており、固定バン
ド320が取付孔321へ向かって引っ張られた場合に
は、第2の取付孔322がスリット323に向かって切
れ、スリット323が第2の取付孔322として機能す
る。この状態について図9を参照して説明する。例え
ば、後方から他の車両によって追突された場合には、端
部フレーム311が固定されている車両のメインフレー
ムが破線で示すように変形する。変形に伴って、固定バ
ンド320には、矢印で示す方向に張力が加わり、第2
の取付孔322を介して固定バンド320を共通フレー
ム310に対して結合しているボルトB1によって、第
2の取付孔322は、切り欠き部322の方向に切り裂
かれる。この結果、第2の取付孔322とスリット32
3とが連通状態となり、固定バンド320は破線で示す
位置に移動する。すなわち、張力によって固定バンド3
20は破断せず、高圧水素ガスタンク300は、依然と
して固定バンド320によって保持され、高圧水素ガス
タンク300の落下を防止することができる。
は、端部フレーム311に固定される際に用いられる第
1の取付孔331を一端に有し、共通フレーム310に
固定される際に用いられる第2の取付孔332を他端に
有している。
ュール31を構成する各高圧水素ガスタンク300の充
填マニュアルバルブ308を接続(結合)する水素ガス
充填管413、並びに各高圧水素ガスタンク300の放
出マニュアルバルブ304を接続する水素ガス放出管4
01aを備える。水素ガス充填管413の一端には、水
素ガス供給ポート428が備えられている。水素ガス放
出管401aの最下流には、減圧バルブ418が取り付
けられている。
2、すなわち、水素ガス充填管413および水素ガス放
出管401aは、車載時における車両側の形状を考慮し
て配管されており、車両側の構造物との干渉を防止して
いる。
圧タンクアッセンブリによれば、複数の高圧水素ガスタ
ンクモジュール31と高圧配管32とを、高圧水素ガス
タンクアッセンブリ30の状態で車両に搭載することが
できる。したがって、高圧水素ガスタンクアッセンブリ
30を構成する高圧水素ガスタンク300を初めとする
各構成部品を個々に搭載、取り付けする場合と比較し
て、車載時における工程数を大幅に低減することができ
る。また、車載前に、高圧配管32の結合状態、高圧配
管32と各バルブ304、308との接続状態を検査す
ることができるので、高圧配管32の結合信頼性を向上
させることができる。仮に、高圧配管32の結合不良が
発見された場合であっても、車載前であるため、車載後
と比較してその対応作業を容易に行うことができる。
ブリによれば、車載時の車両形状を考慮して、高圧水素
ガスタンク300が配置され、高圧配管32が配管され
ているので、車載作業が容易である。また、予め、高圧
水素ガスタンク300の車載位置を考慮して組み立てる
ので、水素ガスタンク300の搭載位置の精度を高くす
ることができる。
ンブリを車両の床下に搭載するので、客室、トランクル
ームスペースを犠牲にすることなく、高圧水素ガスタン
ク300を車載することができる。また、重量物である
高圧水素ガスタンク300を床下に搭載することによっ
て、高圧タンクを屋根上に搭載する場合と比較して車両
の重心を低くすることが可能となり、車両の操舵性を向
上させることができる。また、本実施例に係る高圧タン
クアッセンブリが搭載される車両の後部床下スペース
は、ガソリン車両における燃料タンクの搭載スペースと
して利用されてきたスペースであるから、他の車両構成
部品の再配置を必要とすることなく、高圧タンクアッセ
ンブリを車両に搭載することができる。
する2つの高圧水素ガスタンク300で共有するので、
高圧水素ガスタンクモジュール31をコンパクト化する
ことができると共に、軽量化することができる。また、
部品点数を削減することが可能となり、製品コストも削
減することができる。
水素ガスタンク300をフレーム310、311に対し
て固定する固定バンド320の取付孔322に、スリッ
ト323に向かって形成されている切り欠き部324が
形成されている。したがって、後方から他の車両によっ
て追突される等して固定バンド320に張力が掛かった
場合であっても固定バンド320は破断せず、高圧水素
ガスタンク300は、依然として固定バンド320によ
って保持され、高圧水素ガスタンク300の落下を防止
することができる。
あって、高圧水素ガスタンク300の底面よりも高い位
置に配管されているので、高圧水素ガスタンクアッセン
ブリ30を床面に置く場合にも、高圧配管32に荷重が
かかり、変形、接続部位の信頼性の低下といった事態を
防止することができる。したがって、アッセンブリ化し
た状態での取り扱い性を向上させることができる。
ンクアッセンブリを説明してきたが、上記した発明の実
施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであ
り、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣
旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改
良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれるこ
とはもちろんである。
ュール31が2つの高圧水素ガスタンク300によって
構成されているが、高圧水素ガスタンクモジュール31
は、3つ以上の高圧水素ガスタンク300によって構成
されていても良い。かかる場合には、2つの高圧水素ガ
スタンク300が隣接する位置には、共通フレーム31
0が用いられ、水素ガスタンク300の列の両端部に位
置する水素ガスタンク300の非隣接側に端部フレーム
311が用いられる。
水素ガスタンク300を連通するように接続されている
が、各高圧水素ガスタンク300を連通することなく、
例えば、減圧バルブ418の手前に配管結合器を設け、
各高圧水素ガスタンク300と配管結合器とをそれぞれ
独立して結合するようにしても良い。
が掛かった際に、切り欠き部324によって第2の取付
孔322とスリット323との連通を容易化している
が、第2の取付孔322をスリット323とを予めスリ
ット323よりも狭いスリットによって連通させておい
ても良い。かかる場合には、第2の取付孔322からス
リット323へのボルトB1の移動をより容易化するこ
とができる。
配管しているが、例えば、高圧水素ガスタンクモジュー
ル単位にて、異なる側に配管しても良い。
能な車載用燃料電池システムの一実施例を示す構成図で
ある。
面を模式的に示した断面図である。
体構成を示す説明図である。
ームに固定される状態を示す説明図である。
高圧水素ガスタンク300の平面図である。
高圧水素ガスタンク300の正面図である。
タンク300を車載用フレームに固定する固定バンド3
20の斜視図である。
タンク300が固定バンドによって固定されている様子
を示す説明図である。
ク300が移動した場合における固定バンドの状態変化
を示す説明図である。
0を車載用フレームに固定する固定バンド330の斜視
図である。
明図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 複数の高圧タンクを備える車両であっ
て、 車両側形状に合わせて配置され、車両に固定されている
複数のフレームと、 前記複数の高圧タンクを前記複数のフレームに対して固
定する固定部材と、 前記高圧タンクと接続されると共に車両側形状に応じて
配管された高圧配管とを備える車両。 - 【請求項2】 請求項1に記載の車両において、 前記複数の高圧タンクは、並列に配置され、 前記複数のフレームは、 隣接する2つの高圧タンクの間に配置されると共に、前
記車両に固定される共通フレームと、 前記高圧タンク列の両端の高圧タンクにおいて、他の高
圧タンクと隣接しない側に配置されると共に、前記車両
に固定される端部フレームと、 前記共通フレームおよび前記端部フレームを結合する結
合フレームとを備え、 前記固定部材は、前記各高圧タンクを前記共通フレー
ム、または前記共通フレームおよび前記端部フレームに
固定する車両。 - 【請求項3】 請求項2に記載の車両において、 前記固定部材は、長尺状の固定バンドであって、 前記固定バンドの一端に形成された、前記固定バンドを
前記共通フレームまたは前記端部フレームに取り付ける
ための第1の取付孔と、 前記固定バンドの略中央部から他端にかけて形成された
長孔と、 前記長孔と前記第1の取付孔との間であって、前記固定
バンドの略中央部に形成されると共に、前記長孔に向か
って形成された切り欠き部を有する、前記固定バンドを
前記共通フレームに取り付けるための第2の取付孔とを
備える車両。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の車両において、 前記各高圧タンクは、タンク内にガスを充填するための
充填バルブと、タンク内のガスを放出するための放出バ
ルブとをそれぞれ備え、 前記高圧配管は、前記各高圧タンクの充填バルブを連通
すると共に、その一旦に充填口を有する充填用配管と、
前記各高圧タンクの放出バルブを連通する放出用配管と
を備える車両。 - 【請求項5】 並列配置される複数の高圧タンクを車両
に搭載するための車載用フレームであって、 隣接する2つの高圧タンクの間に配置されると共に、前
記車両に固定される共通フレームと、 前記高圧タンク列の両端の高圧タンクにおいて、他の高
圧タンクと隣接しない側に配置されると共に、前記車両
に固定される端部フレームと、 前記共通フレームおよび前記端部フレームを結合する結
合フレームと、 前記各高圧タンクを前記共通フレーム、または前記共通
フレームおよび前記端部フレームに固定する固定部材と
を備える車載用フレーム。 - 【請求項6】 請求項5に記載の車載用フレームにおい
て、 前記高圧タンク列は、前記車両の前後方向に対して交差
するように配置される車載用フレーム。 - 【請求項7】 高圧タンクを車両に搭載するための車載
用フレームに対して高圧タンクを固定するための長尺状
の固定バンドであって、 前記固定バンドの一端に形成され、前記固定バンドを前
記車載用フレームに取り付けるための第1の取付孔と、 前記第1の取付孔との間隔が拡大可能であるように前記
固定バンドの略中央部と他端との間に形成され、前記固
定バンドを前記車載用フレームに取り付けるための第2
の取付孔とを備える固定バンド。 - 【請求項8】 請求項7に記載の固定バンドにおいて、 前記第2の取付孔は、 組み付け時に用いられる組み付け時取付孔と、 前記組み付け時取付孔の近傍から他端にかけて形成され
ている長孔と、 前記組み付け時取付孔と前記長孔とを連通する、前記組
み付け時取付孔および前記長孔の幅よりも狭い連通部と
を備える固定バンド。 - 【請求項9】 高圧タンクを車両に搭載するための車載
用フレームに対して高圧タンクを固定するための長尺状
の固定バンドであって、 前記固定バンドの一端に形成されている、前記固定バン
ドを前記車載用フレームに取り付けるための第1の取付
孔と、 前記固定バンドの略中央部から他端にかけて形成されて
いる長孔と、 前記長孔と前記第1の取付孔との間であって、前記固定
バンドの略中央部に形成されると共に、前記長孔に向か
って形成された切り欠き部を有する、前記固定バンドを
前記車載用フレームに取り付けるための第2の取付孔と
を備える固定バンド。 - 【請求項10】 車両搭載用の高圧タンクアッセンブリ
であって、 車両搭載時における車両側の形状に合わせて、車両の左
右方向に平行に並列配置された複数の高圧タンクと、 前記複数の高圧タンクの軸方向と平行に配置されている
と共に、車両側に固定される複数のフレームと、 前記複数の高圧タンクを前記複数のフレームに対して固
定する固定部材と、 前記高圧タンクと接続されていると共に、前記複数の高
圧タンクの接地面よりも高い位置に配置されている高圧
配管とを備える高圧タンクアッセンブリ。 - 【請求項11】 請求項10に記載の高圧タンクアッセ
ンブリにおいて、 前記複数の高圧タンクは、並列に配置され、 前記複数のフレームは、 隣接する2つの高圧タンクの間に配置されると共に、前
記車両に固定される共通フレームと、 前記高圧タンク列の両端の高圧タンクにおいて、他の高
圧タンクと隣接しない側に配置されると共に、前記車両
に固定される端部フレームとを備え、 前記固定部材は、前記各高圧タンクを前記共通フレー
ム、または前記共通フレームおよび前記端部フレームに
固定する高圧タンクアッセンブリ。 - 【請求項12】 請求項11に記載の高圧タンクアッセ
ンブリにおいて、 前記固定部材は、長尺状の固定バンドであって、 前記固定バンドの一端に形成された、前記固定バンドを
前記共通フレームまたは前記端部フレームに取り付ける
ための第1の取付孔と、 前記固定バンドの略中央部から他端にかけて形成された
長孔と、 前記長孔と前記第1の取付孔との間であって、前記固定
バンドの略中央部に形成されると共に、前記長孔に向か
って形成された切り欠き部を有する、前記固定バンドを
前記共通フレームに取り付けるための第2の取付孔とを
備える高圧タンクアッセンブリ。 - 【請求項13】 請求項10ないし請求項12のいずれ
かに記載の高圧タンクアッセンブリであって、 前記複数のフレームは、車両の床下面に固定される高圧
タンクアッセンブリ。 - 【請求項14】 高圧タンクを車両に搭載する方法であ
って、 車両側形状に合わせて複数の高圧タンクを配置し、 前記配列された複数の高圧タンクを車載用フレームに固
定し、 前記高圧タンクに接続されている高圧配管を車両搭載時
における車両側形状に応じて配管して高圧タンクアッセ
ンブリを組み上げ、 前記組み上げた高圧タンクアッセンブリを車両に搭載す
る方法。
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