JP2020117179A - 高圧タンク搭載車両 - Google Patents

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暁 河瀬
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Naoki Ogiwara
直貴 荻原
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和幸 門脇
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Abstract

【課題】高圧タンクへの水素ガスの充填時にも良好にタンク室の通気を行って、一時放出ガスを効果的に車体の外部に排出することが可能な高圧タンク搭載車両を提供する。【解決手段】高圧タンク搭載車両１０は、樹脂製のライナ１６及び補強層１８を有する高圧タンク１２を車体１４の内部に搭載し、タンク室３６と、充填口２４と、充填口２４及び通気口５８が設けられる凹部５４と、凹部５４の開口６８を開閉可能なフューエルリッド７２と、通気口５８とタンク室３６とを連通させる通気路４４とを備える。フューエルリッド７２が開いているとき、通気口５８は車体１４の外部に開放され、フューエルリッド７２が閉じているとき、通気口５８と車体１４の外部とを連通させた状態で通気口５８がフューエルリッド７２に覆われる。【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガスを貯蔵可能な樹脂製のライナと、ライナの外面を覆う補強層とを有する高圧タンクを車体の内部に搭載する高圧タンク搭載車両に関する。
例えば、特許文献１に示されるように、樹脂製のライナと、該ライナの外面を覆う補強層とを有する高圧タンクでは、ライナ内に貯蔵された水素ガスがライナを透過して、該ライナの外面と補強層との間（以下、被覆部ともいう）に進入することがある。被覆部に進入した水素ガスは、補強層をさらに透過して高圧タンクの外部に放出されたり、高圧タンクの口金を露出させるべく補強層に設けられた開口等から高圧タンクの外部に放出されたりする。このようにライナを透過して高圧タンクの外部に放出される水素ガス（以下、一時放出ガスともいう）は、一時的に限定された量で生じるため、高圧タンクの通常動作の一環として、高圧タンク搭載車両の外部に排出することが好ましい。
特開２００９−２４３６７５号公報
ところで、高圧タンク搭載車両の走行時等に、燃料電池に供給するべく高圧タンクから水素ガスを排気すると、タンク内圧（ライナ内のガスの圧力）が低下する。タンク内圧が低下すると、水素ガスがライナを補強層に向かって押圧する押圧力も低下するため、ライナ内の水素ガスがライナを透過して被覆部へと進入し易くなる。
一般的に、高圧タンクへの水素ガスの充填は、タンク内圧が低下した状態で行われる。このため、水素ガスの充填が必要とされる高圧タンクは、満充填時等の高圧タンクに比して被覆部に多量の水素ガスが進入し易くなっている。また、高圧タンクに水素ガスを充填することにより、タンク内圧が増大すると、水素ガスがライナを補強層に向かって押圧する押圧力も増大する。このため、上記のように被覆部に多量に進入した水素ガスがライナによって押しやられ、高圧タンクの外部に放出され易くなる。つまり、一時放出ガスは、高圧タンクへの水素ガスの充填時に特に生じ易くなる。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、高圧タンクへの水素ガスの充填時にも良好にタンク室の通気を行って、一時放出ガスを効果的に車体の外部に排出することが可能な高圧タンク搭載車両を提供する。
本発明の一態様は、水素ガスを貯蔵可能な樹脂製のライナと、前記ライナの外面を覆う補強層とを有する高圧タンクを車体の内部に搭載する高圧タンク搭載車両であって、前記高圧タンクを収納するタンク室と、前記高圧タンクの内部に前記水素ガスを充填するために前記車体の外部の水素ガス供給源と接続される充填口と、前記車体の外板に設けられ、前記充填口が固定された凹部と、前記凹部の開口を開閉可能なフューエルリッドと、前記凹部に設けられた通気口と、前記通気口と前記タンク室とを連通させる通気路と、を備え、前記フューエルリッドが開いているとき、前記通気口は前記車体の外部に開放され、前記フューエルリッドが閉じているとき、前記通気口と前記車体の外部とを連通させた状態で前記通気口が前記フューエルリッドに覆われる。
本発明では、タンク室と車両の外部とを連通するための通気口が、車体の外部とを連通した状態でフューエルリッドにより覆われる。このため、例えば、高圧タンク搭載車両の走行時等において、通気口がフューエルリッドにより覆われた状態であっても、通気口を介してタンク室を通気することができる。
また、フューエルリッドは、高圧タンクへの水素ガス充填時に開かれる。これによって、通気口を車体の外部に臨ませることができるため、通気口を介して良好にタンク室の通気を行うことが可能になる。このため、タンク室内に一時放出ガスが生じ易くなる水素ガスの充填時にも良好にタンク室の通気を行って、一時放出ガスを効果的に車体の外部に排出することが可能になる。
本発明の実施形態に係る高圧タンク搭載車両の要部概略断面図である。 図１の高圧タンク搭載車両の通気口周辺の拡大斜視図である。 図２の通気口にルーバー構造が設けられた例を示す拡大斜視図である。
本発明に係る高圧タンク搭載車両について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。
図１に示すように、本実施形態に係る高圧タンク搭載車両（以下、単に搭載車両ともいう）１０は、例えば、燃料電池車両であり、不図示の燃料電池に供給する水素ガスを貯蔵する高圧タンク１２を車体１４の内部に搭載する。
高圧タンク１２は、内部に水素ガスを貯蔵可能な中空体からなる樹脂製のライナ１６と、ライナ１６の外面を覆う繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の補強層１８と、高圧タンク１２の軸方向の一端部に設けられる金属製の口金２０とを有する。なお、口金２０は、高圧タンク１２の軸方向の両端部にそれぞれ設けられてもよい。
口金２０には、不図示ではあるが、例えば、ライナ１６の内部と外部を連通する挿入孔が貫通形成され、該挿入孔に挿入部材が挿入されている。挿入部材には、主止弁（不図示）等が一体に組み込まれている。高圧タンク１２は、挿入部材を介して水素ガスの給排ライン２２に接続され、主止弁が開状態にあるとき、給排ライン２２とライナ１６の内部との間で水素ガスの給排が可能となり、主止弁が閉状態にあるとき、水素ガスの給排が停止される。
なお、図１には、給排ライン２２のうち、高圧タンク１２（ライナ１６）の内部と、後述する充填口２４とを連通させて、車体１４の外部から充填口２４を介して供給される水素ガスをライナ１６の内部に流入させる充填流路２６を形成する充填配管２８が図示されている。給排ライン２２には、充填流路２６の他に、例えば、高圧タンク１２から排気された水素ガスを燃料電池に供給するための排気流路等（不図示）が含まれる。
この高圧タンク１２では、ライナ１６内に貯蔵された水素ガスが、ライナ１６を透過して、ライナ１６の外面と補強層１８との間（以下、被覆部ともいう）に進入することがある。被覆部に進入した水素ガスは、補強層１８をさらに透過して高圧タンク１２の外部に放出されたり、口金２０を露出させるべく補強層１８に設けられた開口（不図示）等を介して高圧タンク１２の外部に放出されたりする。このようにライナ１６を透過して高圧タンク１２の外部に放出される水素ガスを、以下、「一時放出ガス」ともいう。
高圧タンク１２は、例えば、車体１４のキャビン３０及びアンダーパネル３２の下方であって、車幅方向における車輪３４同士の間に設けられたタンク室３６に収納される。タンク室３６は、アンダーパネル３２の一部と、カバー３８とにより形成され、一時放出ガスを収容することが可能となっている。なお、カバー３８を備えず、アンダーパネル３２の一部のみからタンク室３６が形成されていてもよい。カバー３８の下部には、車体１４の外部からタンク室３６に空気を流入可能とする複数個の開口部４０が設けられている。なお、開口部４０の形状、個数、配置等は、特に限定されるものではない。
タンク室３６の内部の高圧タンク１２よりも上方には、タンク室３６内の水素ガスの濃度を検出する濃度センサ４２が設けられる。また、タンク室３６には通気路４４が連通している。通気路４４は通気路形成壁４６の内部に形成され、タンク室３６から上方に向かって延在する。つまり、通気路形成壁４６の下端と、アンダーパネル３２との接続部４８、換言すると、通気路４４とタンク室３６との接続部４８は、タンク室３６の天井部５０に配置される。
車体１４の外板５２には、車体１４の内部に向かって陥没する凹部５４が形成され、通気路形成壁４６の上端は、凹部５４の底壁５６に接続される。図１及び図２に示すように、凹部５４の内側に、充填口２４及び通気口５８が設けられている。
充填口２４は、底壁５６に設けられた貫通孔６０を介して、通気路４４内から凹部５４の内側に向かって突出するように底壁５６に固定されている。また、充填口２４の基端側には、充填配管２８が接続されている。すなわち、本実施形態では、充填配管２８は、通気路４４の内部及びタンク室３６の内部を通って、充填口２４と、高圧タンク１２の挿入部材との間を延在する。
充填口２４の先端側には、高圧タンク１２への水素ガスの充填時に、何れも不図示であるが、水素ガスステーション等に設けられた水素ガス供給源である水素ガス供給装置の充填ノズルが接続される。これによって、車体１４の外部の水素ガス供給装置から充填口２４を介して充填流路２６に水素ガスが供給される。
充填口２４の近傍には、例えば、水素ガスの充填時に、充填ノズルと、該充填ノズルに接続された充填口２４との間で水素ガスの漏洩が生じていないか検知するための水素センサ（不図示）が設けられてもよい。
通気口５８は、凹部５４の底壁５６の、充填口２４よりも上方に貫通形成される。通気口５８とタンク室３６とは通気路４４を介して連通される。このため、カバー３８に設けられた開口部４０と、通気路４４と、通気口５８とを介して、タンク室３６が通気される。なお、通気口５８は、凹部５４の底壁５６に代えて、凹部５４の側壁６２等に設けられてもよい。この場合、通気口５８と通気路４４とを連通させるべく、通気路形成壁４６の上端は、凹部５４の側壁６２等に接続されてもよい。
また、通気口５８の形状、寸法、個数等は特に限定されるものではない。凹部５４の内側には、例えば、図２に示す形状の１個の通気口５８に代えて、該通気口５８よりも小さい開口の複数の通気口（不図示）が設けられてもよい。さらに、図３に示すように、通気口５８には、ルーバー構造６４が設けられてもよい。この場合、通気口５８を介して通気路４４やタンク室３６内に雨水等が進入することを抑制できる。
通気路４４の内部には送風機６６が設けられる。送風機６６を駆動することで、タンク室３６から通気口５８に向かって空気を流通させることが可能になる。なお、送風機６６は、通気路４４の内部に代えてタンク室３６の内部に設けられてもよい。
図２に示すように、凹部５４の開口６８の周辺には、例えば、ヒンジ７０を介して、該開口６８を開閉可能となるようにフューエルリッド７２が取り付けられている。フューエルリッド７２を開いて開口６８を解放状態することで、通気口５８及び充填口２４が車体１４の外部に臨む。
一方、図１に示すように、フューエルリッド７２が開口６８を覆うことで、凹部５４の内側に配設された充填口２４及び通気口５８もフューエルリッド７２で覆われる。例えば、フューエルリッド７２及び開口６８の各々の寸法関係を調整することや、互いの間にスペーサ（不図示）を設けること等によって、開口６８を覆ったフューエルリッド７２と、外板５２の開口６８の周縁部との間には隙間７４が形成される。このため、フューエルリッド７２で通気口５８が覆われた状態であっても、隙間７４を介して通気口５８と車体１４の外部とが連通可能となっている。すなわち、フューエルリッド７２を閉じた状態であっても、図１の矢印で示されるように、開口部４０と、通気路４４と、通気口５８と、隙間７４とを介して、タンク室３６が通気される。
本実施形態に係る搭載車両１０は、基本的には以上のように構成される。この搭載車両１０では、主止弁を開状態とすることで、高圧タンク１２内から排気流路に排気された水素ガスが燃料電池に供給され、該燃料電池での電気化学反応（発電反応）により消費される。この電気化学反応で得られる電力を利用して、搭載車両１０が走行すること等が可能となっている。
搭載車両１０の走行時等は、フューエルリッド７２は閉じられているが、上記の通り、隙間７４を介して通気口５８が車体１４の外部と連通する。すなわち、フューエルリッド７２は、通気口５８と車体１４の外部とを連通させた状態で通気口５８を覆う。このため、車体１４の外部から、開口部４０を介してタンク室３６に流入した空気は、通気路４４を流通して通気口５８に向かい、該通気口５８を介して凹部５４の内側に流出し、さらに、隙間７４を介して車体１４の外部に流出する。この空気の流れにより、タンク室３６内の一時放出ガスを、隙間７４を介して車体１４の外部に排出することができる。
搭載車両１０の走行時等は、車体１４の周りに走行風が生じる。また、後述するように、搭載車両１０の走行時は、水素ガスの充填時に比べると一時放出ガスが生じ難い。このため、上記のように通気口５８がフューエルリッド７２で覆われた状態であっても、タンク室３６内に一時放出ガスが溜まることを抑制できる。なお、必要であれば、送風機６６を駆動して、タンク室３６の通気を促してもよい。
高圧タンク１２の内圧が、水素ガスの充填が必要であると判断される値まで低下した場合、搭載車両１０を水素ガスステーション等に停車させて、高圧タンク１２に対する水素ガスの充填を行う。具体的には、停車させた搭載車両１０のフューエルリッド７２を開いて、車体１４の外部に露出させた充填口２４に、水素ガス供給装置の充填ノズルを接続する。そして、水素ガス供給装置から充填口２４を介して充填流路２６に水素ガスを供給する。
ところで、高圧タンク１２の内圧（ライナ１６内のガスの圧力）が低下すると、ライナ１６内の水素ガスがライナ１６を補強層１８側に向かって押圧する押圧力も低下するため、水素ガスがライナ１６を透過して被覆部に進入し易くなる。すなわち、水素ガスの充填が必要とされる高圧タンク１２は、満充填時等の高圧タンク１２に比して多量の水素ガスが被覆部に進入している場合がある。
このような状態で、高圧タンク１２に水素ガスを充填して、高圧タンク１２の内圧を増大させると、上記の押圧力が増大するため、被覆部に多量に進入していた水素ガスがライナ１６によって押しやられ、高圧タンク１２の外部に放出され易くなる。つまり、一時放出ガスは、高圧タンク１２への水素ガスの充填時に特に生じ易くなる。
このような水素ガスの充填時では、フューエルリッド７２が開かれた状態にあるため、充填口２４とともに通気口５８も車体１４の外部に露出した状態となる。これによって、車体１４の外部に直接臨む通気口５８を介して良好にタンク室３６の通気を行うことが可能になる。この際、送風機６６を駆動して、タンク室３６の通気を促すことで、タンク室３６から車体１４の外部へと一層効果的に一時放出ガスを排出することが可能になる。
従って、本実施形態に係る搭載車両１０では、タンク室３６内に一時放出ガスが生じ易くなる水素ガスの充填時にも良好にタンク室３６の通気を行って、一時放出ガスを効果的に車体１４の外部に排出することが可能になる。
また、搭載車両１０の走行時等、水素ガスの充填時を除くタイミングでは、通気口５８がフューエルリッド７２に通気可能に覆われる。このため、上記のように、車体１４の外部に連通するように通気口５８を設けても、搭載車両１０の意匠性が低下することや、走行中等の空気抵抗が増大することを抑制できる。また、通気口５８を介してタンク室３６に雨水等が進入することも抑制できる。
さらに、搭載車両１０の既存の構成であるフューエルリッド７２を利用して、通気口５８を覆うことができるため、例えば、通気口５８を覆うための部材（不図示）を新たに設けるような場合に比べ、部品点数が増大したり、製造工程が煩雑化したりすることを抑制できる。
上記の実施形態に係る搭載車両１０では、開口６８を覆ったフューエルリッド７２と、外板５２の開口６８の周縁部との間に隙間７４が形成され、隙間７４を介して通気口５８と車体１４の外部とが連通することとした。この場合、開口６８を覆ったフューエルリッド７２と、外板５２の開口６８の周縁部との間に隙間７４を設ける簡単な構成で、フューエルリッド７２により、通気口５８を車体１４の外部と連通可能に覆うことができる。
しかしながら、フューエルリッド７２と開口６８の周縁部との間に隙間７４を形成することに変えて、フューエルリッド７２に貫通孔（不図示）等を設けることで、フューエルリッド７２により通気口５８を車体１４の外部と連通可能に覆うこととしてもよい。この際、フューエルリッド７２の貫通孔にルーバー構造（不図示）を設けてもよい。
上記の実施形態に係る搭載車両１０では、通気口５８は、タンク室３６よりも上方に設けられることとした。水素ガスは空気より軽いため、一時放出ガスは、高圧タンク１２からタンク室３６の上方に向かい易い。このため、通気口５８をタンク室３６よりも上方に設けることで、タンク室３６内の一時放出ガスを通気口５８へと良好に導いて、車体１４の外部に効果的に排出することが可能になる。
上記の実施形態に係る搭載車両１０では、通気路４４とタンク室３６との接続部４８が、タンク室３６の天井部５０に配置されることとした。この場合も、空気よりも軽い水素ガスである一時放出ガスを、タンク室３６の天井部５０を介して通気路４４へと良好に導いて、車体１４の外部に効果的に排出することが可能になる。
上記の実施形態に係る搭載車両１０では、通気口５８が、充填口２４よりも上方に配置されることとした。この場合、上記の通り、充填口２４の近傍に水素センサが設けられていた場合であっても、通気口５８から排出された一時放出ガスが、水素センサに誤検知される懸念を払拭することができる。
上記の搭載車両１０では、タンク室３６から通気口５８に向かって空気を流通させる送風機６６をさらに備えることとした。この場合、通気口５８を介したタンク室３６の通気を一層効果的に行うことが可能になり、タンク室３６に一時放出ガスが滞留することを抑制できる。
上記の実施形態に係る搭載車両１０は、水素ガス供給源により供給される水素ガスを充填口２４から高圧タンク１２の内部に流入させる充填流路２６を形成する充填配管２８は、通気路４４の内部に配設され、タンク室３６の内部の高圧タンク１２よりも上方に、水素ガスの濃度を検出する濃度センサ４２が設けられることとした。
例えば、高圧タンク１２と充填配管２８との接続部等の、通常時には水素ガスの漏洩が生じないように設定された箇所から、該箇所の不具合により水素ガスが漏洩することが考えられる。このような漏洩ガスが生じた場合には、高圧タンク１２の異常時であると判断して、高圧タンク１２の主止弁が閉じられる。
上記のようにタンク室３６と連通する通気路４４の内部に充填配管２８を配設し、且つタンク室３６に濃度センサ４２を設けることで、濃度センサ４２により検出されるタンク室３６内の水素ガス濃度が所定の大きさを超えたときに、漏洩ガスが生じており、高圧タンク１２の異常時であると判断することができる。
この搭載車両１０では、上記の通り、高圧タンク１２の通常動作時において、タンク室３６を良好通気することができるため、水素センサが、一時放出ガスに晒される機会を低減することができる。その結果、濃度センサ４２の測定精度を良好に維持したり、濃度センサ４２の長寿命化を図ったりすることが可能になる。
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
１０…高圧タンク搭載車両 １２…高圧タンク
１４…車体 １６…ライナ
１８…補強層 ２０…口金
２２…給排ライン ２４…充填口
２６…充填流路 ２８…充填配管
３２…アンダーパネル ３６…タンク室
４０…開口部 ４２…濃度センサ
４４…通気路 ４６…通気路形成壁
４８…接続部 ５０…天井部
５２…外板 ５４…凹部
５６…底壁 ５８…通気口
６６…送風機 ６８…開口
７２…フューエルリッド ７４…隙間

Claims (7)

  1. 水素ガスを貯蔵可能な樹脂製のライナと、前記ライナの外面を覆う補強層とを有する高圧タンクを車体の内部に搭載する高圧タンク搭載車両であって、
    前記高圧タンクを収納するタンク室と、
    前記高圧タンクの内部に前記水素ガスを充填するために前記車体の外部の水素ガス供給源と接続される充填口と、
    前記車体の外板に設けられ、前記充填口が固定された凹部と、
    前記凹部の開口を開閉可能なフューエルリッドと、
    前記凹部に設けられた通気口と、
    前記通気口と前記タンク室とを連通させる通気路と、
    を備え、
    前記フューエルリッドが開いているとき、前記通気口は前記車体の外部に開放され、
    前記フューエルリッドが閉じているとき、前記通気口と前記車体の外部とを連通させた状態で前記通気口が前記フューエルリッドに覆われる、高圧タンク搭載車両。
  2. 請求項１記載の高圧タンク搭載車両において、
    前記開口を覆った前記フューエルリッドと、前記外板の前記開口の周縁部との間に隙間が形成され、前記隙間を介して前記通気口と前記車体の外部とが連通する、高圧タンク搭載車両。
  3. 請求項１又は２記載の高圧タンク搭載車両において、
    前記通気口は、前記タンク室よりも上方に設けられる、高圧タンク搭載車両。
  4. 請求項３記載の高圧タンク搭載車両において、
    前記通気路と前記タンク室との接続部は、前記タンク室の天井部に配置される、高圧タンク搭載車両。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の高圧タンク搭載車両において、
    前記通気口は、前記充填口よりも上方に配置される、高圧タンク搭載車両。
  6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の高圧タンク搭載車両において、
    前記タンク室から前記通気口に向かって空気を流通させる送風機をさらに備える、高圧タンク搭載車両。
  7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の高圧タンク搭載車両において、
    前記水素ガス供給源により供給される前記水素ガスを前記充填口から前記高圧タンクの内部に流入させる充填流路を形成する充填配管が、前記通気路の内部に配設され、
    前記タンク室の内部の前記高圧タンクよりも上方に、前記水素ガスの濃度を検出する濃度センサが設けられる、高圧タンク搭載車両。
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