JP2008074291A

JP2008074291A - 車両の配管構造

Info

Publication number: JP2008074291A
Application number: JP2006257087A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yoshizumi; 潔吉積
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】高圧タンクからの燃料ガス放出時の断熱膨張による低温化の影響を抑制することが可能な車両の配管構造を提供する。
【解決手段】高圧タンク６から燃料電池３へ供給管７を介して水素ガスが供給される車両Ｓの配管構造において、燃料電池３の運転時に熱を生じる燃料電池３、エアコンプレッサ８、ラジエータ１０、トラクションモータ１１などの発熱部材を、供給管７に対して車両Ｓの前方側Ｓｆに配置する。供給管７を複数箇所にて屈曲させることにより、車両Ｓの幅方向に蛇行した放熱部２１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池やガスエンジンなどの燃料消費装置へ燃料ガスを供給する配管を備えた車両の配管構造に関する。

一般に、燃料電池やガスエンジンなどの燃料消費装置を備えた車両では、高圧タンクから供給管を介して当該燃料消費装置へ燃料ガスを供給している。そして、この燃料ガスを燃料消費装置へ送り込む供給管を備えた車両に関しては、この供給管を車両のフロアパネルの下面に沿って配設する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２３１５４９号公報特開２００３−１８２６２４号公報特開２００３−１９１７５６号公報

ところで、高圧タンクから燃料ガスが放出される供給管は、燃料ガスの放出時の断熱膨張により冷却される。そして、この断熱膨張による冷却が、供給管の高圧タンク下流側のバルブあるいは燃料電池スタックなどの耐久性に影響を与える。このため、高圧タンクから燃料消費装置へ供給管を介して燃料ガスが供給される車両においては、断熱膨張時の低温化による影響が抑えられた配管構造が要求されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高圧タンクからの燃料ガス放出時の断熱膨張による低温化の影響を抑制することが可能な車両の配管構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の車両の配管構造は、高圧タンクから燃料電池へ供給管を介して燃料ガスが供給される車両の配管構造であって、前記燃料電池の運転時に熱を生じる発熱部材が、前記供給管に対して前記車両の前方側に配置されている。この構成において、前記供給管の少なくとも一部は、前記発熱部材との熱交換に供した走行風の流路内に配置されていてもよい。

以上の構成によれば、車両の前方側に設置した発熱部材からの熱が、車両の走行時に生じる走行風によって供給管へ送られる。これにより、供給管が暖められ、断熱膨張による燃料ガスの低温化を抑えることができるので、供給管のシール材、バルブあるいは燃料電池等への低温化の影響を抑制することができる。

前記供給管は、複数箇所にて屈曲して蛇行する放熱部を有していても良い。

かかる構成によれば、供給管の全長が長くなり、これにより、供給管の放熱効果を高めることができるとともに、走行風との熱交換を良好に行わせることができるので、供給管内の燃料ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

前記供給管の前記放熱部は、前記車両の幅方向に蛇行していても良い。

かかる構成によれば、車両の幅方向のスペースを有効利用して、走行風との熱交換をより良好に行わせることができ、供給管内の燃料ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

前記供給管は、前記車両の車体と前記発熱部材との間に配置されていても良い。

かかる構成によれば、発熱部材からの熱によって、この発熱部材と車体との間の供給管を効率的に暖めることができるので、供給管内の燃料ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

前記供給管は、前記車両の車体底面に沿って配設されていても良い。

かかる構成によれば、車体底面に沿って流れる走行風によって供給管を効率的に暖めることができるので、供給管内の燃料ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

本発明によれば、高圧タンクからの燃料ガス放出時の断熱膨張による低温化の影響を抑制することができる。

以下、本発明に係る車両の配管構造の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、反応ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池を備えた燃料電池車を例にとって説明する。

まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は車両の概略側面図、図２は車両の概略平面図である。図１及び図２に示すように、車両Ｓは、底面を構成するシャーシ１と、このシャーシ１の上方に設けられたボディ２とを有しており、この車両Ｓには、その走行方向前方側である車両Ｓの前方側Ｓｆに燃料電池３が設置されている。なお、図中符号４は車輪、５はドアミラーである。

この燃料電池３は、反応ガスである燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて電気化学反応により発電するセルを所要数積層して発電部を構成する燃料電池スタックを有しており、この燃料電池スタックを構成するセルは、電解質膜及びその両面に配置した一対の電極からなるＭＥＡ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）と、ＭＥＡの両面に配置した一対のセパレータとで構成されている。

そして、この燃料電池３を構成する燃料電池スタックでは、ＭＥＡを介した両面側に、燃料ガスとしての水素ガス及び酸化ガスとしての空気が流され、水素ガスと空気中の酸素とがＭＥＡを介して電気化学反応することにより発電する。

また、車両Ｓの後方側Ｓｒには、燃料ガスである水素ガスが常圧よりも高圧（例えば、７０ＭＰａ）で充填された複数の高圧タンク６が設置されている。そして、燃料電池３と高圧タンク６とは、燃料ガス供給用の供給管７により接続されており、この供給管７によって、高圧タンク６内の水素ガスが燃料電池３へ供給されるようになっている。

車両Ｓの前方側Ｓｆには、燃料電池３とともに、燃料電池３へ酸化ガスである空気を圧縮して送り込むエアコンプレッサ８、燃料電池３を冷却させる冷却水を外気と熱交換させるファン９を備えたラジエータ１０、及び燃料電池３の電力によって駆動力を発生させるトラクションモータ１１が設置されている。

また、図示はしないが、車両Ｓの前方側Ｓｆには、燃料電池３から排出される空気オフガス（酸化オフガス）が流通する排気管等の排気系部品、水素オフガスを循環させる水素ポンプも設置されている。

この車両Ｓには、その底部に、アンダーカバー１２が設けられており、このアンダーカバー１２によって車両Ｓの底部が覆われ、供給管７がシャーシ１とアンダーカバー１２との間の空間内に配置されている。また、シャーシ１とアンダーカバー１２との間に配置された供給管７は、複数箇所にて屈曲して蛇行し、車両Ｓの幅方向に沿う複数の放熱管部７ａと、これら放熱管部７ａ同士の間にて屈曲された折り返し部７ｂとを有する放熱部２１が形成されている。

そして、上記第１実施形態に係る車両の配管構造によれば、供給管７に対して車両Ｓの前方側Ｓｆに、燃料電池３の運転時に発熱する燃料電池３、エアコンプレッサ８、ラジエータ１０、トラクションモータ１１、空気オフガスの排気系部品、及び水素ポンプなどの発熱部材を配置したので、言い換えれば、シャーシ１とアンダーカバー１２との間の空間内に配置された供給管７が、これら発熱部材との熱交換に供した走行風が流通する流路内に配置されているので、車両Ｓの前方側に設置した発熱部材からの熱が、車両Ｓの走行によって後方側Ｓｒへ流れる走行風によって供給管７へ送られる。

これにより、シャーシ１とアンダーカバー１２との間の空間内に配置された供給管７が暖められ、断熱膨張による水素ガスの低温化を抑えることができるので、供給管７のシール材、バルブあるいは燃料電池３等への低温化の影響を抑制することができる。

特に、供給管７に、複数の折り返し部７ｂを形成して蛇行させることにより、供給管７の全長が必要最小限の全長よりも敢えて長く構成されているので、供給管７の放熱効果を高めることができるとともに、走行風との熱交換を良好に行わせることができ、これにより、供給管７内の水素ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

また、この放熱部２１が車両Ｓの幅方向に蛇行しているので、当該幅方向のスペースを有効利用して、走行風との熱交換をより良好に行わせることができ、供給管７内の水素ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

さらに、供給管７は、車両Ｓのフロアを形成するシャーシ１の下面に沿って配設されているので、シャーシ１の下面に沿って流れる走行風によって効率的に暖められることになり、当該供給管７内の水素ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

なお、供給管７の放熱部２１における各放熱管部７ａの高さ位置をそれぞれ異ならせることにより、より放熱性を高めることも可能である。

次に、本発明の第２実施形態に係る車両の配管構造について説明する。なお、上記第１実施形態と同一構成及び構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。

図３及び図４に示すように、この配管構造では、供給管７の途中に、熱交換器３１が設けられている。この熱交換器３１には、燃料電池３とラジエータ１０とに繋がる冷却水排出配管３２及び冷却水供給配管３３が途中で分岐した分岐排出配管３４及び分岐供給配管３５が接続されている。図５に示すように、熱交換器３１は、円筒状の本体３６内に供給管７が挿通された構成とされている。

このような構成により、燃料電池３から送り出される冷却水は、冷却水排出配管３２を介してラジエータ１０へ送り込まれ、このラジエータ１０にて冷却されて冷却水供給配管３３を介して燃料電池３へ戻される。また、冷却水排出配管３２へ送り出された冷却水の一部は、この冷却水排出配管３２から分岐して分岐排出配管３４を介して熱交換器３１の本体３６内へ送り込まれる。

そして、この熱交換器３１の本体３６内に送り込まれた冷却水は、供給管７との間にて熱交換を行い、分岐供給配管３５へ送り出され、その後、冷却水供給配管３３を流れる冷却水に合流されて燃料電池３へ戻される。

この第２実施形態に係る車両の配管構造の場合も、供給管７に対して車両Ｓの前方側Ｓｆに、発熱部材を配置したので、言い換えれば、シャーシ１とアンダーカバー１２との間の空間内に配置された供給管７が、これら発熱部材との熱交換に供した走行風が流通する流路内に配置されているので、車両Ｓの前方側に設置した発熱部材からの熱が、車両Ｓの走行によって後方側Ｓｒへ流れる走行風によって供給管７へ送られる。

これにより、シャーシ１とアンダーカバー１２との間の空間内に配置された供給管７が暖められ、断熱膨張による水素ガスの低温化を抑えることができので、供給管７のシール材、バルブあるいは燃料電池３等への低温化の影響を抑制することができる。

特に、熱交換器３１にて、燃料電池３からの暖かい冷却水との間で熱交換が行われるので、供給管７をより効率的に暖めることができ、供給管７内の燃料ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る車両の配管構造について説明する。なお、上記第１実施形態と同一構成及び構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。

図６及び図７に示すように、車両Ｓの底部には、加湿モジュール４１が設けられている。この加湿モジュール４１には、エアコンプレッサ８から送り込まれる空気を燃料電池３へ導く空気供給管４２と、燃料電池３から排出される空気オフガスを外部へ排出する空気排出管４３とが接続されており、この加湿モジュール４１は、燃料電池３からの空気オフガスの水分によって、エアコンプレッサ８から燃料電池３へ送り込まれる空気を加湿する。

なお、空気供給管４２には、エアコンプレッサ８からの空気を冷却するインタクーラ４４が設けられている。また、空気排出管４３には、図示しない水素オフガスの排出管が接続され、この水素オフガスの排出管から合流される水素オフガスの水素濃度を空気オフガスによって希釈させる希釈器４５及び排気音を抑制するマフラ４６が順に設けられている。

そして、この車両Ｓの配管構造では、シャーシ１と加湿モジュール４１との間に、供給管７が配設されている。また、シャーシ１と加湿モジュール４１との間には、その前後及び左右に、壁部４７が設けられ、これら壁部４７によって供給管７の周囲が囲われている。

この第３実施形態に係る車両の配管構造の場合も、供給管７に対して車両Ｓの前方側Ｓｆに発熱部材を配置したので、言い換えれば、シャーシ１とアンダーカバー１２との間の空間内に配置された供給管７が、これら発熱部材との熱交換に供した走行風が流通する流路内に配置されているので、車両Ｓの前方側に設置した発熱部材からの熱が、車両Ｓの走行によって後方側Ｓｒへ流れる走行風によって供給管７へ送られる。

特に、供給管７が、車両Ｓのシャーシ１と発熱部材である加湿モジュール４１との間に配置されているので、加湿モジュール４１からの熱によって、この加湿モジュール４１とシャーシ１との間の供給管７を効率的に暖めることができ、供給管７内の水素ガスの低温化をより良好に抑えることができる。

なお、上記実施形態では、燃料電池３を設置した車両Ｓを例にとって説明したが、ガスエンジン等を搭載した車両にも適用可能であるのは勿論である。

第１実施形態に係る車両の配管構造を説明する車両の概略側面図である。第１実施形態に係る車両の配管構造を説明する車両の概略平面図である。第２実施形態に係る車両の配管構造を説明する車両の概略側面図である。第２実施形態に係る車両の配管構造を説明する車両の概略平面図である。熱交換器の構造を説明する熱交換器の断面図である。第３実施形態に係る車両の配管構造を説明する車両の概略側面図である。第３実施形態に係る車両の配管構造を説明する車両の概略平面図である。

符号の説明

１…シャーシ（車体）、３…燃料電池（発熱部材）、６…高圧タンク、７…供給管、８…エアコンプレッサ（発熱部材）、１０…ラジエータ（発熱部材）、１１…トラクションモータ（発熱部材）、２１…放熱部、Ｓ…車両、Ｓｆ…前方側。

Claims

高圧タンクから燃料消費装置へ供給管を介して燃料ガスが供給される車両の配管構造であって、
前記燃料消費装置の運転時に熱を生じる発熱部材が、前記供給管の少なくとも一部に対して前記車両の前方側に配置されている車両の配管構造。
請求項１に記載の車両の配管構造であって、
前記供給管の少なくとも一部は、前記発熱部材との熱交換に供した走行風の流路内に配置されている車両の配管構造。
請求項１又は２に記載の車両の配管構造であって、
前記供給管は、複数箇所にて屈曲して蛇行する放熱部を有する車両の配管構造。
請求項３に記載の車両の配管構造であって、
前記供給管の前記放熱部は、前記車両の幅方向に蛇行している車両の配管構造。
請求項１から４のいずれかに記載の車両の配管構造であって、
前記供給管は、前記車両の車体と前記発熱部材との間に配置されている車両の配管構造。
請求項１から５のいずれかに記載の車両の配管構造であって、
前記供給管は、前記車両の車体底面に沿って配設されている車両の配管構造。