JP5024588B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば燃料電池などの燃料ガス消費装置へ燃料ガスを供給する配管を備えた燃料電池車両に関する。
一般に、車両前方側に燃料電池やガスエンジンなどの消費装置を備えた車両では、車両後方側に設置された高圧タンクから供給管を介して消費装置へ燃料ガスを供給している。そして、この燃料ガスを消費装置へ供給する供給管を備えた車両では、この供給管を車両の車体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２０００−３４３９５９号公報
しかしながら、上記のように、供給管を車体フロアパネルの下面に沿って単に配設しただけだと、車両の下方側にて供給管が露出した状態となってしまうだけでなく、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ため、この供給管の接続部分等に設けられるシール材などの性能に影響を与える虞がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高圧タンクから放出された燃料ガスの断熱膨張時の低温化の影響を抑制することが可能な燃料電池車両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、本発明の燃料電池車両は、前後方向一側に消費時の圧力を超える圧力にて燃料を貯蔵する燃料タンクが設置され、前後方向他側に前記燃料タンクから放出された燃料ガスを消費する消費装置が設置され、前記燃料タンクから放出された前記燃料ガスを前記消費装置に供給する供給管が設けられた燃料電池車両であって、前記消費装置は、前記燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池であり、車体フロアにおける前後方向に沿って車室側へ凸となる形状に形成されたトンネル部内に、前記燃料電池から排出されるオフガスを外部へ導く排気管と前記供給管とが併設されて収納されていると共に、燃料電池システムにおけるエアコンプレッサ、加湿器及び水素ポンプの少なくとも一つが収納されており、前記トンネル部内にある燃料ガスを検知するガス検知センサを備えたものである。
かかる構成によれば、車両の特に捩れに対する車体剛性を高めるために形成されるトンネル部内に供給管を収納させたので、前後方向他側（例えば、車両前方側）の消費装置にて燃料ガスを消費する際に生じる熱がトンネル部に沿って前後方向一側（例えば、車両後方側）へ伝わることにより、トンネル部を画成する各車体フロア壁面に囲まれた供給管が暖められ、燃料ガスが断熱膨張することによる供給管の低温化を抑えることができる。これにより、供給管のシール材等への低温化の影響を抑制することができる。また、排気管内を流れるオフガスの排熱により、この排気管が併設された供給管の低温化をさらに良好に抑えることができる。
また、燃料電池にて発電時に生じる熱がトンネル部に沿って伝わることにより、消費装置が内燃機関のように所定温度以上の高熱発生源となる場合に比して、供給管を穏やかに加熱することが可能となり、燃料ガスの断熱膨張による低温化を良好に抑えることができる。つまり、一般に燃料電池の排気管は、内燃機関等の排気管と比して温度が低いため、より穏やかに供給管を加熱できる点で有利である。
上記燃料電池車両においては、前記トンネル部の下方側の開口部分がアンダーカバーによって覆われていてもよい。
本発明によれば、高圧タンクから放出された燃料ガスの断熱膨張時の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体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両を例にとって説明する。また、燃料電池車両の前進方向を「前」、後進方向を「後」というものとする。
図１は車両の概略平面図、図２は車両の概略底面図、図３は図１におけるＡ−Ａ断面図、図４は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
図に示すように、車両Ｓは、車体フロア（フロアパネル）１と、この車体フロア１の上方に設けられた車体ボディ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（Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを挟持する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、燃料ガスである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、消費時の圧力（例えば、２００ｋＰａ）を超える圧力（例えば、３５ＭＰａ、７０ＭＰａ等）にて燃料ガスである水素ガスが充填された高圧タンク（燃料タンク）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。
また、燃料電池３には、発電後に生成された燃料電池オフガス（酸化オフガス、水素オフガス）を排出するための排気管８が接続されており、この排気管８は、供給管７に併設されて車両Ｓの後方側Ｓｒへ導かれている。
この車両Ｓを構成する車体フロア１には、車両Ｓの幅方向略中央に、トンネル部１１が車両Ｓの前後方向に沿って形成されている。このトンネル部１１は、車体フロア１に、例えば、車両Ｓの前後方向に延在するように形成したリブからなるもので、上方側（車室側）へ凸となる形状に形成されている。つまり、このトンネル部１１は、車体フロア１の断面２次モーメントを大きくして剛性、特に捩りに対する車体剛性を高める目的で形成されている。
そして、この車両Ｓの車体フロア１の剛性を高めるために形成されたトンネル部１１には、その内部に、供給管７及び排気管８が収納されている。また、このトンネル部１１には、下方側の開口部分に、例えば樹脂製のアンダーカバー１２が取り付けられており、これにより、トンネル部１１は、アンダーカバー１２によって閉鎖されている。
また、このトンネル部１１を構成する天井部１１ａには、車両Ｓの後方寄りに、燃料ガスである水素ガスを検出するガス検知センサ１３が取り付けられている。さらに、このトンネル部１１の内部には、図示はしないが、水素オフガスを循環させる水素ポンプ、燃料電池３に酸化ガスとしての空気を供給するエアコンプレッサ、供給する空気を加湿する加湿器も収納されている。
そして、上記実施形態に係る車両の配管構造体によれば、車両Ｓの車体フロア１に形成されたトンネル部１１に、高圧タンク６からの供給管７が収納されているので、車両Ｓの前方側Ｓｆに設置した消費装置である燃料電池３にて燃料ガスを消費して発電する際に生じる熱がトンネル部１１に沿って車両Ｓの後方側Ｓｒへ伝わることにより、トンネル部１１を画成する各車体フロア壁面に囲まれた供給管７が暖められることになる。
これにより、燃料ガスの断熱膨張による供給管７の低温化を抑えることができ、供給管７のシール材等への低温化の影響を抑制することができる。
また、本実施形態では消費装置が燃料電池３であることから、消費装置が内燃機関（例えば、ガスエンジン）である場合に比して、燃料電池３から排気管８を通って排出される燃料電池オフガスの温度は高温ではない。これにより、供給管７と排気管８をトンネル部１１内に併設しても、排気管８内を流れる燃料電池オフガスの排熱によって供給管７を穏やかに加熱することが可能となり、燃料ガスの断熱膨張による供給管７への低温化の影響を抑制することができる。
そして、供給管７に限らず、このトンネル部１１の内部に収納した水素ポンプ、エアコンプレッサ及び加湿器などの低温化による影響も抑制することができる。
さらに、トンネル部１１は、車両Ｓの車体フロア１の剛性を高めるために必然的に形成されるものであるから、このトンネル部１１内に供給管７を収納することにより、車両Ｓのスペースの有効利用を図ることができ、しかも、供給管７の露出を抑えることができる。
また、上記車両の配管構造体によれば、車両Ｓの側方から大きな力が加わったとしても、車体剛性を高めるために形成されたトンネル部１１内に供給管７が収納されているので、側方からの外力の供給管７への影響も抑えることができる。
また、車両Ｓの後方寄りにおけるトンネル部１１の天井部１１ａに、燃料ガスである水素ガスを検出するガス検知センサ１３を取り付けたので、万一、供給管７から燃料ガスが漏出しても、天井部１１ａに沿って溜まる水素ガスを含む燃料ガスを確実に検出することができる。
なお、上記実施形態では、消費装置として燃料電池３を設置した車両Ｓを例にとって説明したが、ガスエンジン等の消費装置を搭載した車両にも適用可能であるのは勿論である。ただし、一般に燃料電池３の排気管８は、内燃機関等の排気管と比して温度が低いため、トンネル部１１内に供給管７と併設する場合には、燃料電池３を設置した車両Ｓの方が穏やかに供給管を加熱できる点で有利である。
また、本発明の高圧タンクは、例えば高圧水素ガスタンク等のようなガスタンクに限らず、例えば液体水素タンク等のような液体燃料タンクでもよい。さらに、本発明の高圧タンクは、水素吸蔵合金を有するタンクでもよい。
本実施形態に係る車両の概略平面図である。 本実施形態に係る車両の概略底面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
符号の説明
３…燃料電池（消費装置）、６…高圧タンク（燃料タンク）、７…供給管、８…排気管、１１…トンネル部、Ｓ…車両、Ｓｆ…前方側、Ｓｒ…後方側。

Claims (3)

  1. 前後方向一側に消費時の圧力を超える圧力にて燃料を貯蔵する燃料タンクが設置され、前後方向他側に前記燃料タンクから放出された燃料ガスを消費する消費装置が設置され、前記燃料タンクから放出された前記燃料ガスを前記消費装置に供給する供給管が設けられた燃料電池車両であって、
    前記消費装置は、前記燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池であり、
    車体フロアにおける前後方向に沿って車室側へ凸となる形状に形成されたトンネル部内に、前記燃料電池から排出されるオフガスを外部へ導く排気管と前記供給管とが併設されて収納されていると共に、燃料電池システムにおけるエアコンプレッサ、加湿器及び水素ポンプの少なくとも一つが収納されており、
    前記トンネル部内にある燃料ガスを検知するガス検知センサを備えた、燃料電池車両。
  2. 請求項１に記載の燃料電池車両であって、
    前記ガス検知センサは、前記トンネル部の天井部に取り付けられている燃料電池車両。
  3. 請求項１又は２に記載の燃料電池車両であって、
    前記トンネル部の下方側の開口部分がアンダーカバーによって覆われている燃料電池車両。
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