JP2015148234A - 燃料電池車 - Google Patents

Abstract

【課題】配管構成を簡略化すること。【解決手段】燃料電池車１は、燃料の減圧を行う高圧減圧弁１６２と、高圧減圧弁１６２で減圧された燃料を用いて発電を行うスタック１６１と、を有するスタックケース１６と、燃料電池車１の外部から燃料を充填する充填口１３と、タンク軸が車両の車幅方向に設けられ、充填口１３から供給された燃料を蓄積する第１のタンク部１１と、タンク軸が車両の前後方向に設けられ、第１のタンク部１１から供給された燃料を蓄積し、スタックケース１６に燃料を供給する第２のタンク部１２と、を備え、第１のタンク部１１及び第２のタンク部１２のタンクは直列に接続している。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池車に関する。

近年、例えば水素ガスを燃料とした燃料電池を用いて走行する燃料電池車が開発されている。車両に燃料電池を搭載する場合には、燃料タンクも車両に搭載する必要がある。

燃料電池車の航続距離を伸ばすためには、燃料はより多く車両に搭載する必要がある。ここで、車両のスペースを有効活用するために、複数の形状の異なる燃料タンクを搭載するのが一般的である。複数の燃料タンクは、それぞれが配管で接続されている。

特許文献１には、逆止弁を使うことなくガスを逆流させない、燃料ガス充填・供給システムの発明が開示されている。

特開２０１１−２４１９４０号公報

しかしながら、複数のタンクを使用している場合に、燃料タンク同士をつなぐ配管を分岐する必要がある。したがって、分岐部品及びそれぞれの配管について、充填系、供給系で必要であり、コスト高および圧力損失大によるタンクの燃料ガス充填率が上がらないという問題が有る。燃料電池車の走行距離を伸ばすためには、燃料ガスの充填率を向上させる必要があり、燃料ガスの配管経路を簡素化し、配管部品を削減したいという要望が有る。

本発明にかかる燃料電池車は、複数の燃料タンクが設けられた燃料電池車であって、燃料ガスの減圧を行う高圧減圧弁と、前記高圧減圧弁で減圧された燃料ガスを用いて発電を行うスタックと、を有するスタックケースと、前記燃料電池車の外部から燃料ガスを充填する充填口と、タンク軸が車両の車幅方向に設けられ、前記充填口から供給された燃料ガスを蓄積する第１のタンク部と、タンク軸が車両の前後方向に設けられ、前記第１のタンク部から供給された燃料ガスを蓄積し、前記スタックケースに燃料ガスを供給する第２のタンク部と、を備え、前記第１のタンク部及び前記第２のタンク部のタンクは直列に接続している。
これにより、複数の燃料タンクへの分配配管、配管部品を削減することができる。

配管経路を簡素化し、配管の部品点数を削減することができる。

実施の形態１にかかる燃料電池車のブロック図である。 実施の形態１にかかる燃料電池車の模式図である。 実施の形態１にかかる第１の燃料タンク部と充填口が対向しない状態を示す図である。 実施の形態１にかかる第１の燃料タンク部と第２の燃料タンク部に同時に燃料を充填させる場合の配管を示す図である。 実施の形態１にかかるスタックケース及びクーリングシステムの関係を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、燃料電池車１の構成を示すブロック図である。燃料電池車１は、本体部２と、複数の車輪３を備える。本体部２は、第１のタンク部１１と、第２のタンク部１２と、充填口１３と、第１の配管１４と、第２の配管１５と、スタックケース１６と、クーリングシステム１７を備える。また図２は、燃料電池車１の模式図である。

第１のタンク部１１は、燃料を保持するタンクを有する。以下では第１のタンク部１１に備えられたタンクは１つであり、第１のタンク部１１はタンクを示すものとして説明する。例えば第１のタンク部１１は、燃料電池車１の後部において、タンク軸方向が車幅方向となるように設置されている。第１のタンク部１１は、ＩＮポートと、ＯＵＴポートを有している。典型的には第１のタンク部１１のＩＮポートは、充填口１３と対向して配置されており、充填口１３と連結している。第１のタンク部１１のＯＵＴポートは、第１の配管１４を介して、第２のタンク部１２にと接続している。第１のタンク部１１は、充填口１３からＩＮポートを介して流入された燃料を蓄積し、ＯＵＴポート及び第１の配管１４を介して第２のタンク部１２に送出する。
なお第１のタンク部１１は、充填口１３と対向していなくても良く、例えば図３に示すように配置されていても良い。また図４に示すように、充填口１３から流入された燃料を、また第１のタンク部１１と第２のタンク部１２に同時に充填するよう、配管の経路を分岐させる構造としても良い。

第２のタンク部１２は、燃料を保持するタンクを有している。以下では第２のタンク部１２に備えられたタンクは１つであり、第２のタンク部１２はタンクを示すものとして説明する。第２のタンク部１２は、タンク軸方向が燃料電池車１の前後方向となるように設置されている。典型的には、第２のタンク部１２はセンタートンネル内に設置されている。第２のタンク部１２のＩＮポートは、第１の配管１４を介し、第１のタンク部１１のＯＵＴポートに連結している。また第２のタンク部１２のＯＵＴポートは、第２の配管１５を介して、スタックケース１６に連結している。第２のタンク部１２は、第１の配管を介して第１のタンク部１１から流入された燃料を蓄積し、第２の配管１５を介してスタックケース１６に送出する。

充填口１３は、燃料電池車の外部から燃料を充填するための充填口である。例えば充填口１３は、燃料電池車１の後方の側面部に設けられている。充填口１３は、第１のタンク部１１のＩＮポートと、配管を介して接続している。

第１の配管１４は、第１のタンク部１１と第２のタンク部１２を接続する配管である。より具体的には、第１の配管１４は、第１のタンク部１１のＯＵＴポートから送出された燃料を、第２のタンク部１２のＩＮポートに流入させるための搬送経路である。

第２の配管１５は、第２のタンク部１２とスタックケース１６を接続する配管である。より具体的には、第２の配管１５は、第２のタンク部１２のＯＵＴポートから送出された燃料を、後述するスタックケース１６の高圧減圧弁１６２に流入させるための搬送経路である。なお第２の配管１５は、連続走行等の燃料ガスの連続消費による断熱膨張によって、温度低下が発生する。

スタックケース１６は、スタック１６１と、高圧減圧弁１６２と、供給ユニット１６３を有する。なおスタックケース１６には、その他のシステム部品（図示せず）が備えられていても良い。図５は、スタックケース１６とクーリングシステム１７の関係を示した図である。

スタック１６１は、燃料電池のセルスタックである。典型的には、スタック１６１では、空気極、電解質、燃料極を有する複数のセルが、それぞれセパレーターにより仕切られ、積層された状態で設けられている。例えばスタック１６１では、供給ユニット１６３から燃料である水素ガス（水素分子）が流入すると、水素分子が水素イオンと電子に分離し、燃料極に水素イオンが充填される。このとき、水素分子から分離した電子により発電が行われる。なお水素イオンは、燃料極に隣接する電解質を通過し、空気極の酸素と結合して水分子となる。スタック１６１で生成された電力により、例えばモーターを駆動し、車輪３を動作させる。なおスタック１６１に設けられたセルは、燃料電池車１が連続走行することなどにより連続稼働した場合に発熱する。

高圧減圧弁１６２は、第２のタンク部１２から流入した高圧の燃料に対し、減圧を行う減圧弁である。高圧減圧弁１６２は減圧された燃料ガスを、供給ユニット１６３に送出する。なお高圧減圧弁１６２は、連続走行等の燃料ガスの連続消費による断熱膨張によって、温度低下が発生する。

供給ユニット１６３は、高圧減圧弁１６２から供給された燃料を、スタック１６１に燃料を供給する。より具体的には供給ユニット１６３は、スタック１６１に設けられたセルの燃料極に燃料を供給する。

クーリングシステム１７は、冷却装置である。クーリングシステム１７は、スタック１６１に設けられた燃料電池セルの冷却を行う。例えばクーリングシステム１７は、ラジエーターを有しており、クーラー液をスタック１６１に流出することにより、スタック１６１で発生する熱を冷却する。またクーリングシステム１７では、図３に示すように、高圧減圧弁１６２のボディに設けた冷却水路内を、クーラー液が通過することによって、クーラー液の冷却を行う。

車輪３は、燃料電池車１の前方の左右と、後方の左右に設けられた車輪である。例えば車輪３は、スタック１６１で生成された電力より駆動したモーターが回転駆動することにより、動作する。これにより燃料電池車１は、走行状態となる。

次に、燃料電池車１における燃料ガスを用いた発電動作、及びスタック１６１の冷却について説明する。

第１のタンク部１１は、充填口１３から流入した燃料ガスを、ＩＮポートから流入する。

第１のタンク部１１は、第１のタンク部１１のＯＵＴポート、及び第１の配管１４を介して、第２のタンク部１２に燃料ガスを送出する。第２のタンク部１２は、ＩＮポートから燃料ガスを流入し、燃料ガスを蓄積する。

第２のタンク部１２は、第２のタンク部１２のＯＵＴポート、及び第２の配管１５を介して、スタックケース１６に送出する。より具体的には、第２のタンク部１２は、スタックケース１６の高圧減圧弁１６２を介して、供給ユニット１６３に送出する。

高圧減圧弁１６２は、第２のタンク部１２から流入した燃料ガスの圧力を低下させる。例えば高圧減圧弁１６２は、燃料ガスが流れる通路を絞ることにより流量を調節し、高圧減圧弁１６２を通過した後の燃料ガスの圧力を低下させる。ここで第２の配管１５と高圧減圧弁１６２は、連続走行による燃料ガスの連続消費による断熱膨張により、温度低下が発生する。ここで高圧減圧弁１６２及び第２の配管１５は、スタックケース１６内に収められていることにより、スタックケース１６内の温度を低下させる。

供給ユニット１６３は、高圧減圧弁１６２で減圧された燃料ガスを蓄積する。供給ユニット１６３は、燃料ガスをスタック１６１に送出する。

スタック１６１は、供給ユニット１６３から供給された燃料ガスを用い、内部に収められているセルで発電を行う。スタック１６１で発電された電力は、例えば燃料電池車１を走行するための動力の駆動に用いる。

ここでスタック１６１において、セルによる発電が連続的に行われると、セルが発熱し発電効率が低下する。したがってクーリングシステム１７は、スタック１６１の冷却を行う。例えばクーリングシステム１７は、クーラー液をスタック１６１に送出し、その後、クーラー液はスタック１６１の熱を吸収してクーリングシステム１７に戻る。これにより、スタック１６１の熱を冷却する。

ここでクーリングシステム１７は、冷却水路を高圧減圧弁１６２のボディ内に配置しておき、熱を吸収した後のクーラー液を、冷却水路を通過させることにより、高圧減圧弁１６２の温度低下を利用してクーラー液の冷却を行う。またクーリングシステム１７は、熱を吸収した後のクーラー液の熱を、ラジエーターによって大気中に放熱することによって冷却してもよい。

なお、高圧減圧弁１６２の断熱膨張効果による温度低下を、クーリングシステム１７のクーラー液の冷却にのみ用いる場合には、高圧減圧弁１６２をスタックケース１６の外に設けても良い。

これにより、センタートンネル内に燃料タンクを設置する場合の配管の取り回しを簡素化することができる。すなわち第１のタンク部１１と第２のタンク部１２とを直列接続し、第１のタンク部１１を充填系、第２のタンク部１２を供給系として、第２のタンク部１２からのみ高圧減圧弁１６２に燃料の供給を行う構成にすることにより、配管の取り回しを簡素化することができる。ここで、第１のタンク部１１のタンクバルブの中で継手の機能を満たせば、供給系は並列であっても良い。
高圧減圧弁をスタックケースに配置することにより、高圧減圧弁および高圧減圧弁に接続する配管における燃料ガスの連続消費に伴う断熱膨張によって発生する温度低下を、スタックの冷却に用いることができる。これにより高圧減圧弁の過度な温度低下が抑制され、高圧減圧弁の使用環境として極低温時をカバーせずに済む。したがって、高圧減圧弁の設計自由度が増す。また、高圧減圧弁の温度低下によりスタックの冷却を行うことから、クーリングユニットの低能力化が図れる。そのため、クーリングユニットをコンパクト化し、低コストにすることができる。
さらに、高圧減圧弁のボディ内にクーリングユニットの冷却水路を設けることで、クーラー液を冷却することができる。そのため、高圧減圧弁をスタックケース内に設置しない場合であっても、高圧減圧弁を冷却系のシステムとして利用することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、燃料電池車１において、第１のタンク部１１と、第２のタンク部１２には、それぞれ１つのタンクを有するものとして説明したが、それぞれのタンク部において複数のタンクを有していても良い。例えば第２のタンク部１２が複数のタンクを有している場合には、それぞれのタンクを直列で接続してもよい。

１ 燃料電池車
２ 本体部
３ 車輪
１１ 第１のタンク部
１２ 第２のタンク部
１３ 充填口
１４ 第１の配管
１５ 第２の配管
１６ スタックケース
１６１ スタック
１６２ 高圧減圧弁
１６３ 供給ユニット
１７ クーリングシステム

Claims (1)

1. 複数の燃料タンクが設けられた燃料電池車であって、
   燃料の減圧を行う高圧減圧弁と、
   前記高圧減圧弁で減圧された燃料を用いて発電を行うスタックと、を有するスタックケースと、
   前記燃料電池車の外部から燃料を充填する充填口と、
   タンク軸が車両の車幅方向に設けられ、前記充填口から供給された燃料を蓄積する第１のタンク部と、
   タンク軸が車両の前後方向に設けられ、前記第１のタンク部から供給された燃料を蓄積し、前記スタックケースに燃料を供給する第２のタンク部と、を備え、
   前記第１のタンク部及び前記第２のタンク部のタンクは直列に接続している、
   燃料電池車。

Images