JP2017202699A - 燃料電池車 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池車の進行方向において、燃料電池車が何らかの物体と衝突した際に、タンクの口金に加わる力を抑制する技術を提供する。【解決手段】燃料電池車は、前記燃料電池車に固定された燃料電池５と、前記燃料電池に対して前記燃料電池車の後方側に配置されており、前記燃料電池に供給する燃料ガスを収容し、長尺方向が前記燃料電池車の前後方向に沿うように配置されたタンク１と、前記タンクの前方側の端部に設けられた口金３０と前記燃料電池の少なくとも一部とを連結する連結部材４０と、を備え、前記連結部材は、貫通孔を有し、前記貫通孔に設けられた弾性部材を介して前記口金を保持する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池車に関する。

従来より、燃料電池を搭載する燃料電池車において、水素ガス等の燃料ガスを収容するタンクの長尺方向が車両の前後方向となるように配置されたタンクと、タンクに対して車両の前方方向に配置した燃料電池とを備える構造が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２１２５１３号公報 特開２００９−２２０６８０号公報

特許文献１に記載の構造では、車両の進行方向において何らかの物体と車両とが衝突した際に、タンクと燃料電池が衝突する虞がある。このため、タンクと燃料電池が衝突する虞を低減させる方法として、予めタンクの口金と燃料電池とを連結部材によって連結する方法が考えられる。しかし、この方法を採用した場合、車両の進行方向において何らかの物体と車両とが衝突した際に、タンクの口金に過大な力が加わる虞があり、その結果として、口金が損傷する虞がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池車が提供される。この燃料電池車は、前記燃料電池車に固定された燃料電池と、前記燃料電池に対して前記燃料電池車の後方側に配置されており、前記燃料電池に供給する燃料ガスを収容し、長尺方向が前記燃料電池車の前後方向に沿うように配置されたタンクと、前記タンクの前方側の端部に設けられた口金と前記燃料電池の少なくとも一部とを連結する連結部材と、を備え、前記連結部材は、貫通孔を有し、前記貫通孔に設けられた弾性部材を介して前記口金を保持する。この形態の燃料電池車によれば、燃料電池車の進行方向において、燃料電池車が何らかの物体と衝突した際に、タンクの口金に加わる力を弾性部材により抑制できるため、口金が損傷することを抑制できる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンクの搭載構造などの形態で実現することができる。

本発明の一実施形態である燃料電池車を示す概略図。 タンクの搭載方法を説明する断面模式図。 タンクと燃料電池とを連結する構成を説明する模式図。 連結部材を説明する模式図。 連結部材を組み立てる様子を示す図。 燃料電池車が完成時における連結部材の状態を示す模式図。 何らかの物体と燃料電池車が衝突した際の様子を示す模式図。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態である燃料電池車１０を示す概略図である。本明細書において、燃料電池車１０における方向に関する記載（「右」、「左」、「前」、「後」、「上」、「下」）は、それぞれ、燃料電池車１０に搭乗しているときの運転者を基準とする方向である。図１において、Ｘ軸正方向は車両前方を示し、Ｙ軸正方向は車両上方を示し、Ｚ軸正方向は車両右方を示す。つまり、Ｘ軸方向は車両の前後方向を示し、Ｚ軸方向は車両の幅方向を示す。ＸＹＺ軸は、図１以降の図においても同じである。

図１は、燃料電池車１０を幅方向（Ｚ軸方向）から見たときの概略図である。燃料電池車１０は、車体内部の空間として、客室１１０と、フロントルーム１２０とを有する。客室１１０は、運転者を含む燃料電池車１０の乗員が搭乗する空間である。フロントルーム１２０は、客室１１０よりも前方にある空間である。

燃料電池車１０は、車体Ａと、車体Ａに固定された燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）５と、燃料電池５に供給する燃料ガスを収容するタンク１とを備える。燃料電池車１０は、燃料電池５において発電された電力を車輪駆動用のモータ（図示せず）に供給し、車輪７０を回転させることにより走行する。

燃料電池５は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素との供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池５は、フロントルーム１２０に搭載されている。本実施形態において、燃料電池５は、車体Ａに固定されている。

タンク１は、略円筒状であり、燃料電池５と配管を介して接続されている（図示は省略）。タンク１には、燃料電池５に供給するための高圧水素が充填されている。本実施形態において、タンク１は、高強度のアルミニウムやステンレス鋼から形成されたライナーに、レーヨン系カーボン繊維や、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維や、ピッチ系カーボン繊維などの繊維が巻かれることにより形成されている。

タンク１は、燃料電池５に対して燃料電池車１０の後方側（−Ｘ軸方向側）に配置されている。また、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、タンク１は、燃料電池５と重ならない位置に配置されている。本実施形態では、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、タンク１は、燃料電池５よりも下方に配置されている。

また、タンク１は、長尺方向が燃料電池車１０の前後方向（Ｘ軸方向）に沿うように燃料電池車１０に配置されている。本明細書において、「長尺方向が燃料電池車１０の前後方向（Ｘ軸方向）に沿うように燃料電池車１０に搭載されている」とは、長尺方向が燃料電池車１０の前後方向（Ｘ軸方向）に対して±２０°以内の方向となるように燃料電池車１０に搭載されていることを示す。また、本実施形態では、「長尺方向」とは、円筒状のタンク１の中心軸に沿った方向である。

図２は、タンク１の搭載方法を説明する断面模式図である。図２は、タンク１の中央部分に形成された略円筒状の部分を、＋Ｘ軸方向側から見た断面図である。図２に示すように、タンク１は、燃料電池車１０のフロアパネル６０の下方に、バンド６１，６２を介して固定されている。バンド６１，６２と、フロアパネル６０とは、ボルトとナットにより固定されている。本実施形態において、タンク１は、前後方向（Ｘ軸方向）に延びセンタートンネル６５内に搭載されている。

図３は、タンク１と燃料電池５とを連結する構成を説明する模式図である。図３において、タンク１には、タンク本体２５の後方側（−Ｘ軸方向側）の端部にバルブ２０が設けられている。バルブ２０には、不図示の配管が接続されており、バルブ２０を介してタンク本体２５から燃料電池５に水素ガスが供給される。また、タンク１には、タンク本体２５の前方側（＋Ｘ軸方向側）の端部に口金３０が設けられている。一方、燃料電池５は、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、前方側の端部よりも下方側の端部のほうが下方となるように、傾斜して配置されている。燃料電池５をこのように傾斜して配置することにより、燃料電池５において発生した水を後方側に流れさせた上で、排出することができる。

図３に示すように、タンク１と燃料電池５とは、連結部材４０により連結されている。具体的には、連結部材４０は、タンク本体２５の前方側（＋Ｘ軸方向側）の端部に設けられた口金３０と、燃料電池５とを連結している。連結部材４０は、幅方向（Ｚ軸方向）から見たときに略直線状となっており、上部においては、燃料電池５の後方側（−Ｘ軸方向側）の側面に沿うように、後方側（−Ｘ軸方向側）にやや屈曲している。連結部材４０は、ボルトＢにより燃料電池５と固定されている。一方、連結部材４０は、タンク１の口金３０を挿入する貫通孔を備え、口金３０をこの貫通孔に挿入することにより、タンク１の口金３０を保持している。

図４は、連結部材４０を説明する模式図である。連結部材４０は、燃料電池５と固定される上方部材４２と、上方部材４２の下方に設けられている下方部材４６と、上方部材４２と下方部材４６との間に設けられている環状の弾性部材４４と、を備える。上方部材４２及び下方部材４６は、金属により形成されており、弾性部材４４は弾性体により形成されている。本実施形態において、弾性部材４４は、樹脂により形成されている。弾性部材４４は、貫通孔ＨＬ１を備えており、タンク１の口金３０を貫通孔ＨＬ１に挿入することによって、連結部材４０は、タンク１の口金３０を保持する。なお、上方部材４２には、軽量化を達成する観点から、略中央部分に貫通孔ＨＬ２が設けられている。また、上方部材４２は、貫通孔ＨＬ２よりも上方（＋Ｙ軸方向側）に３つのボルトＢ１〜Ｂ３を備え、これらのボルトＢ１〜Ｂ３によって、連結部材４０は、燃料電池５に固定される。

図５は、連結部材４０を組み立てる様子を示す図である。連結部材４０は、上方部材４２の湾曲部４２Ｒと下方部材４６の湾曲部４６Ｒから形成される貫通孔ＨＬ３を有し、貫通孔ＨＬ３には、弾性部材４４が設けられている。弾性部材４４には、外周の中央部分に、周方向に亘って窪みが設けられている。この窪みを、上方部材４２の湾曲部４２Ｒと下方部材４６の湾曲部４６Ｒとに嵌め合せた上で、ボルトＢ４，Ｂ５を用いて上方部材４２と下方部材４６とを結合することにより、弾性部材４４は、上方部材４２及び下方部材４６に固定される。

図６は、燃料電池車１０の完成時における連結部材４０の状態を示す模式図ある。図６において、連結部材４０は、燃料電池５と固定されており、連結部材４０はタンク１の口金３０を保持していることが分かる。上述の通り、連結部材４０に設けられた貫通孔ＨＬ１に口金３０を挿入することによってタンク１が保持されているため、前後方向（Ｘ軸方向）において、口金３０の連結部材４０に対する位置は多少ずれていてもよい。このような構造を備えるため、タンク１の製造時の寸法ばらつきを吸収でき、また、熱や圧力に起因するタンク１の膨張量の変化を吸収することができる。

図７は、燃料電池車１０の前方方向（＋Ｘ軸方向）において、何らかの物体と燃料電池車１０が衝突した際の様子を示す模式図である。このような場合、タンク１は、燃料電池５に対して前方方向（＋Ｘ軸方向）に移動するが、連結部材４０は、弾性部材４４を介してタンク１の口金３０を保持しているため、口金３０に加わる力を弾性部材４４により抑制できる。この結果として、口金３０が損傷することを抑制できる。

また、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、タンク１は、燃料電池５と重ならない位置に配置されている。このため、タンク１は、燃料電池５に対して前方方向（＋Ｘ軸方向）に移動した場合においても、タンク１が燃料電池５に直接衝突することを回避できる。また、タンク１と燃料電池５との間に連結部材４０が配されているため、衝突時に連結部材４０が変形することによって、衝突時にタンク１に加わる応力を緩和できる。本実施形態では、燃料電池５は、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、前方側の端部よりも下方側の端部のほうが下方となるように、配置されている。しかし、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、タンク１は、燃料電池５と重ならない位置に配置されているため、燃料電池５の後方かつ下方の角がタンク１に衝突することを回避できる。

また、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、タンク１は、燃料電池５と重ならない位置に配置されているため、燃料電池車１０の前方衝突に備えて、前後方向（Ｘ軸方向）において、タンク１と燃料電池５との間に間隔を設ける必要がなくなる。このため、その間隔を設けることに起因してタンク１を小さく設計する必要が無くなり、燃料電池車１０に適した容量のタンク１を採用できる。

また、燃料電池車１０の前方衝突時にタンク１にかかる慣性力が比較的小さい場合、弾性部材４４が弾性変形をするのみで連結部材４０全体の変形が起こることを回避できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上述の実施形態では、タンク１には、高圧水素が充填されているが、本発明では、これに限定されない。タンク１には、水素以外の気体や液体が充填されていてもよい。

Ｂ２．変形例２：
上述の実施形態では、弾性部材４４は、環状の部材により形成されているが、本発明はこれに限定されない。弾性部材４４は、環状部分の少なくとも一部に隙間があってもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…タンク
５…燃料電池
１０…燃料電池車
２０…バルブ
２５…タンク本体
３０…口金
４０…連結部材
４２…上方部材
４２Ｒ…湾曲部
４４…弾性部材
４６…下方部材
４６Ｒ…湾曲部
６０…フロアパネル
６１…バンド
７０…車輪
１１０…客室
１２０…フロントルーム
Ａ…車体
Ｂ…ボルト
ＨＬ１…貫通孔
ＨＬ２…貫通孔
ＨＬ３…貫通孔

Claims (1)

1. 燃料電池車であって、
   前記燃料電池車に固定された燃料電池と、
   前記燃料電池に対して前記燃料電池車の後方側に配置されており、前記燃料電池に供給する燃料ガスを収容し、長尺方向が前記燃料電池車の前後方向に沿うように配置されたタンクと、
   前記タンクの前方側の端部に設けられた口金と前記燃料電池の少なくとも一部とを連結する連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、貫通孔を有し、前記貫通孔に設けられた弾性部材を介して前記口金を保持する、燃料電池車。

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