JP5246600B2 - 車両におけるタンクの支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両におけるタンクの支持構造に関する。さらに詳述すると、本発明は、高圧水素タンクといったタンクを搭載するための支持構造の改良に関する。

タンクを搭載する車両、例えば高圧水素タンクを搭載する燃料電池車両においては、室内空間や他の部品の収容空間を確保しつつ、できるだけ容量の大きいタンクをいかに搭載するかが課題の一つとなっている。このような車両としては、例えば、リアシート近傍のリアフレーム側にタンクを配置するとともに、当該タンクをバンドで締め付けるようにして固定した構造の車両などが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１６１０５５号公報

しかしながら、例えば当該車両が後方から追突される（以下、後突ともいう）などの衝突が起こってしまった場合、搭載されているタンクにおいて衝撃を緩和することは従来の構造では困難である。

そこで、本発明は、車両衝突時の衝撃を搭載されているタンクにおいても効果的に緩和することが可能な構造の車両におけるタンクの支持構造を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。例えば、燃料電池車両に高圧水素タンクを搭載する場合、室内空間等を確保し、尚かつタンク容量を最大限とするため、当該タンクを車両後部の床下等に搭載することが有効であり、この場合には、リアシート下や左右のリアホイール間に当該タンクを横置きの状態として搭載するとより効率的である。従来、このようなタンク搭載構造において耐久性能や衝突性能（例えば後突時に乗員を外力から保護する性能）を確保するため、タンクをリアサスペンションメンバーと一体化した構造、タンク自体を強固なフレームに載せる構造などが提案されている。しかし、いずれも、タンク自体において衝撃を緩和するものではなかった。車両衝突時の衝撃を抑えてタンク損傷を抑えるべく検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

かかる知見に基づく本発明は、支持部材により片持ち支持されたタンクを少なくとも２本備え、これらのタンクを横置きした車両における当該タンクの支持構造であって、タンクは、その少なくとも一部が車両前後方向に重なり合う状態で、当該車両の衝突時に互いに接触する可能性のある位置に配置されており、タンクを各々支持する支持部材が、当該車両の左右に配置されている、というものである。かかる支持構造によれば、仮に当該車両が後方から追突（後突）されるなどの衝突が起こったとしても、あるタンクは車両右側に配置された支持部材を中心として右側へ回動し、他のタンクは車両左側に配置された支持部材を中心として左側へ回動するといった動作が起こり、タンクどうしがまともにぶつかり合うことを回避することができる。これによれば、搭載されているタンクに加わりうる衝撃を緩和することが可能となる。

また、本発明にかかる支持構造においては、支持部材が、タンクを当該タンクの軸方向にオフセットさせた状態でこれらタンクを支持していることが好ましい。このように、この車両におけるタンクの支持構造はタンクを軸方向にオフセットさせた状態で支持することにより、車両衝突時にタンクに加わることのある衝撃を緩和させるようにしている。また、例えばＦＲＰ製の水素タンクであれば、一般にはタンク半体の端面どうしを突き合わせた状態で溶着することによって成形されているため、当該突き合わせ部分の強度が比較的劣る場合があり得る。この点、この支持構造によれば、車両衝突時には支持部材を中心としてタンクが回動することを許容し、外力を逃がすことによって特に突き合わせ部分に加わる衝撃を緩和させることができる。

この車両におけるタンクの支持構造において、タンクは、当該タンクの口金の向きが互い違いとなる状態で配置されていることが好ましい。タンクをいわば交互に配置した支持構造とすることにより、車両衝突時、これらタンクに加わりうる衝撃を緩和することができる。

また、支持部材は、タンクの口金または該口金の付近を支持していることが好ましい。このような支持構造においては、車両衝突時、タンクのバルブや配管が受けうる影響を抑制することができる。

さらに、支持部材は、所定箇所を中心としてタンクが回動するのを許容するヒンジ部を含むことが好ましい。このような支持構造によれば、車両衝突時、当該ヒンジ部を中心としてタンクが回動しやすくなり、当該タンクに加わりうる衝撃を緩和させることができる。また、バルブのあるタンク口金側をヒンジ部を含む支持部材で支持することで、バルブが受けうる外力による負荷を抑制することができる。

また、かかる車両におけるタンクの支持構造においては、少なくとも２本のタンクの間に衝撃吸収材を介在させていることも好ましい。例えばクラッシュビードの入った発泡材等の衝撃吸収材をタンク間に介在させることにより、車両衝突時、当該タンクのライナー溶着部や口金等をさらに保護することが可能となる。

さらには、少なくとも２本のタンクが異なる高さに配置されていることも好ましい。タンクを高さ方向にずらして搭載することで、車両衝突時における衝撃を一層緩和することが可能である。

上述のような車両におけるタンクの支持構造においては、タンクが当該車両のクラッシャブルゾーンに配置されていることが好ましい。

本発明によれば、車両衝突時の衝撃を搭載されているタンクにおいても効果的に緩和することが可能となる。

本発明の一実施形態における燃料電池車両の側面図である。 燃料電池車両の後部（図１中の破線参照）に搭載された水素タンクの平面図である。 水素タンクの口金付近の断面図および該口金に組み付けられるバルブを示す図である。 口金にバルブが組み付けられた水素タンクの全体を示す図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４に本発明の一実施形態における燃料電池車両（燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle））１や該燃料電池車両に搭載されている水素タンク１０（２０）を示す。なお、燃料電池車両１に搭載される燃料電池システムは例えばこのような燃料電池車両１の車載発電システムとして利用可能なものであるが、これに限られることはなく例えば電車、船舶、航空機等の各種輸送機関、さらにはロボットといった自走可能なものを含む各種移動体に搭載される発電システムとしても適用可能なものである。

燃料電池システムを構成する燃料電池（図示省略）は、ＭＥＡ（膜−電極アッセンブリ）などを備えた複数の単セルが積層してなるスタック構造の高分子電解質形燃料電池などで構成されるものであり、供給される反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）を利用して電力を生じさせる。燃料電池の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源たる水素タンク１０，２０から水素ガスなどの燃料ガスが供給され、酸素極（カソード）には空気などの酸化ガスが供給されるようになっている。

燃料ガス供給源は、例えば水素タンクやバルブ、レギュレータなどから構成されており、弁開度やＯＮ／ＯＦＦ時間などを制御することにより燃料電池に供給する燃料ガス量が調整されている。本実施形態の燃料電池車両１においては、このような燃料ガス供給源として、例えば当該車両の前後方向に配置される２つの水素タンク（フロントタンク１０、リアタンク２０）を利用している（図１等参照）。水素タンクを単数とした場合、所定の水素貯蔵量を確保するために大型化し、ＦＲＰ層が厚くなって重量が嵩張りやすい傾向があり、その場合、車両搭載上、室内の空間が犠牲にならざるを得ないが、このように水素タンクを複数とした場合にはそれぞれのタンクの大型化・重量増加を適度に抑えることができる。また、こうした場合には、各タンクの配置の種類を増やせるという利点もある。

水素タンク（フロントタンク１０、リアタンク２０）は、両端が略半球状である円筒形状のタンク本体と、当該タンク本体の長手方向の一端部に取り付けられた口金（図３において符号１０ａまたは２０ａで示す）を有する。本明細書では、ドーム状の略半球状部分を肩部と呼び、符合１０ｄ（２０ｄ）で示す（図３等参照）。タンク本体は例えば二層構造としての例えばＦＲＰ層からなる構造となっている。また、フロントタンク１０とリアタンク２０の大きさを異ならせても構わない。水素タンク１０（２０）の口金１０ａ（２０ａ）には、バルブ１１（２１）が組み付けられている（図３、図４参照）。

２次バッテリー（図示省略）は、充放電可能な二次電池であり、例えばＮｉ水素バッテリーやＬｉイオンバッテリーなどにより構成されている。この２次バッテリーは、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示省略）を介して燃料電池と並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、２次バッテリーから入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧して燃料電池側に出力する機能、燃料電池などから入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧して２次バッテリー側に出力する機能を備えている。

ここで、燃料電池車両１においては、室内空間を確保しつつ、航続距離を延ばすためできるだけ大容量の水素タンクを搭載するには、リアシート３２下や後輪３４間およびリアラゲージ３３の下部にタンクを配置することが一般的である。例えば本実施形態では、燃料電池車両１のリアラゲージ３３の下部に、２本の水素タンク（フロントタンク１０、リアタンク２０）を横置きしている（図１参照）。さらに、後突への対応という観点からすれば、これらフロントタンク１０およびリアタンク２０はリアバンパー３５からのある程度以上の距離をおいて配置されていることが好ましい。いずれにせよ、水素タンク１０，２０は、当該燃料電池車両１のクラッシャブルゾーン（車両衝突時に潰れて変形し、運動エネルギーを吸収して乗員に対する衝撃を緩和するための当該車両の前後部で、一般的にはキャビン（車室）を除く部分）に配置されていることが好ましい。

続いて、燃料電池車両１における、衝突時の衝撃を緩和するためのタンク搭載構造について説明する（図１等参照）。

上述したように、この燃料電池車両１においては、２本の水素タンク１０，２０が横置き状態で搭載されている（図１参照）。ここで、本実施形態では、例えばバルブ１１が車両進行方向右側を向くようにフロントタンク１０を搭載し、さらにバルブ２１が左側を向くようにリアタンク２０を搭載するといったように、これら２本の水素タンク１０，２０の向きを互いに異ならせるようにしている（図２参照）。

また、本実施形態では、これら水素タンク１０，２０を支持部材１２，２２によって片持ち支持し、尚かつ、水素タンク１０，２０がタンク軸方向にオフセットした状態となるようにしている（図２参照）。このように、水素タンク１０，２０をいわば交互に配置した構造とし、しかも軸方向にオフセットさせることにより、車両衝突時、これら水素タンク１０，２０に加わりうる衝撃を緩和することが可能となっている。支持部材１２，２２の外側端は、燃料電池車両１の例えばサイドフレーム１ｓに取り付けられて支持されている（図２参照）。

加えて、これら２本の水素タンク１０，２０が異なる高さに配置されていることも好ましい。例えば本実施形態では、リアタンク２０をフロントタンク１０よりも低い位置に配置している（図１参照）。このように水素タンク１０，２０を高さ方向にずらした状態で燃料電池車両１に搭載することで、車両衝突時における衝撃を一層緩和することが可能である。

さらに本実施形態では、支持部材１２，２２として、ヒンジ部１２ｈ，２２ｈを含むものを用いている（図２参照）。ヒンジ部１２ｈ，２２ｈは、各水素タンク１０，２０が所定箇所を中心として水平に回動するのを許容する。このような支持構造によれば、車両衝突時、水素タンク１０，２０が回動しやすくなり、当該水素タンク１０，２０に加わりうる衝撃を緩和させることができる。また、本実施形態のように、ヒンジ部１２ｈ，２２ｈを含む構成の支持部材１２，２２によって水素タンク１０，２０のバルブ１１，２１付近を支持することにより、当該バルブ１１，２１に外部からの負荷が作用するのを抑制することができる。

また、支持部材１２，２２は、水素タンク１０，２０の口金１０ａ，２０ａまたは該口金１０ａ，２０ａ付近を支持することが好ましい。このような支持構造によれば、車両衝突時、水素タンク１０，２０のバルブ１１，２１や配管等が受けうる影響を抑制することが可能である。例えば本実施形態では、特に詳しく図示していないが、水素タンク１０，２０の口金１０ａ，２０ａまたは該口金１０ａ，２０ａの付近を挟持する少なくとも一対の部材を備えた支持部材１２，２２を利用している。このように挟持可能な一対の部材により例えば口金１０ａ，２０ａを挟持する支持構造は、機構が簡素でありながらも使いやすいという利点がある。

さらには、これら水素タンク１０，２０の間に衝撃吸収材３０が介在していることも好ましい（図２参照）。このように衝撃吸収材３０を介在させておけば、車両衝突時、当該水素タンク１０，２０のライナー溶着部や口金１０ａ，２０ａ等、比較的衝撃に弱い部分をさらに保護することが可能となる。例えば本実施形態では、クラッシュビード３０ａの入った発泡材等の部材を衝撃吸収材３０として水素タンク１０，２０の間に介在させている（図２参照）。クラッシュビード３０ａは、車両衝突時の圧壊変形の起点となるよう、衝突軸方向に垂直に形成されている溝である。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池車両１においては、タンク１０，２０を例えばクラッシャブルゾーンであるリアラゲージ３３の付近に配置する際、当該水素タンク１０，２０のバルブ１１，２１側を片持ち支持するとともに、向きが交互となるように配置することで、後突時の衝撃を緩和できるようにしている。しかも、ヒンジ部１２ｈ，２２ｈを含む支持部材１２，２２を用いて水素タンク１０，２０を片持ち支持する構造としているため、水素タンク１０，２０に加わりうる衝撃を緩和させることができる。この場合、車両衝突時（例えば後突時）においては、水素タンク１０，２０のそれぞれがヒンジ部１２ｈ，２２ｈを中心に観音開きのように回動するから、水素タンク１０，２０どうしがぶつかり合うことを回避することができる。したがって、車両衝突時に過大な荷重（外力）が水素タンク１０，２０に作用するのを抑制し、燃料電池用の水素タンク１０，２０が損傷するのを回避することが可能である。とくに、例えばＦＲＰ製の水素タンク１０，２０であれば、タンク半体を突き合わせて溶着することによって成形されているため当該突き合わせ部分の強度が比較的劣る場合があり得るが、本実施形態の支持構造によれば、水素タンク１０，２０が受けうる外力を極力逃がすことによって特に突き合わせ部分に加わる衝撃を緩和させることができる。しかも、上述した水素タンク１０，２０の支持構造は、車両構造を大きく変更しなくても構成することができるものである。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態では水素タンク１０，２０を例示したがこれは車両に搭載されるタンクの一例にすぎず、その他各種高圧タンクなどに対しても本発明を適用することが当然に可能である。

また、本発明はタンクの搭載本数に異存することなく１本または２本あるいはこれ以上の本数のタンクを一の車両に搭載する場合のいずれにも適用可能である。上述の実施形態では２本の水素タンクを搭載する場合について説明したが、これは一例に過ぎず、タンクの本数が２本に限定されることはない。

また、ここまでは乗用車のような一般的な大きさの車両を例示しつつ説明したが（図１等参照）、トラックなどといった大型車両においても本発明を適用することが可能である。

また、上述の実施形態ではとくに後突の場合（当該車両が追突された場合）を想定しつつ説明したが、車両衝突の態様は様々であり、例えば前突（当該車両の前部を他の車両等に衝突させてしまう場合）、側突（車両側部での衝突等）、オフセット衝突などの場合にも、タンクが受ける衝撃を緩和させることが可能である。ちなみに、本明細書では詳述しないが、複数のタンクを横置き以外の態様で車両に搭載し、とくに側突などに強い構造などとすることも可能である。

また、従来の一般的な構造において、タンクはバンド等で車両内に固定されており、例えば後突時、リアバンパー３５あるいは当該タンクに設置されているセンサに所定値を超える荷重が作用するとバンド等が外れる構造としているものがあるが、このような構造を上述した支持構造の車両に適用することもできる。この場合には、センサの検出結果を受けて、口金１０ａ，２０ａ付近を挟持する部材や、支持部材１２，２２そのものが外れるようにすることができる。

本発明は、クロスフレーム等によりタンクを支持する構造の車両に適用して好適である。

１…燃料電池車両（車両）、１０…水素タンク（タンク）、１０ａ…口金、１１…バルブ、１２…支持部材、１２ｈ…ヒンジ部、２０…水素タンク（タンク）、２０ａ…口金、２１…バルブ、２２…支持部材、２２ｈ…ヒンジ部、３０…衝撃吸収材

Claims (8)

1. 支持部材により片持ち支持されたタンクを少なくとも２本備え、これらのタンクを横置きした車両における当該タンクの支持構造であって、
   前記タンクは、その少なくとも一部が車両前後方向に重なり合う状態で、当該車両の衝突時に互いに接触する可能性のある位置に配置されており、
   前記タンクを各々支持する支持部材が、当該車両の左右に配置されており、
   前記支持部材が、前記タンクを当該タンクの軸方向にオフセットさせた状態でこれらタンクを支持している、車両におけるタンクの支持構造。
2. 前記タンクは、当該タンクの口金の向きが互い違いとなる状態で配置されている、請求項１に記載の車両におけるタンクの支持構造。
3. 前記支持部材は、前記タンクの前記口金または該口金の付近を支持している、請求項２に記載の車両におけるタンクの支持構造。
4. 前記支持部材は、所定箇所を中心として前記タンクが回動するのを許容するヒンジ部を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両におけるタンクの支持構造。
5. 少なくとも２本の前記タンクの間に衝撃吸収材を介在させている、請求項１から４のいずれか一項に記載の車両におけるタンクの支持構造。
6. 少なくとも２本の前記タンクが異なる高さに配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の車両におけるタンクの支持構造。
7. 前記タンクが当該車両のクラッシャブルゾーンに配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の車両におけるタンクの支持構造。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のタンクの支持構造を備えた車両。

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