JP5276356B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池車両に関するものである。

近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池を用いたシステムでは、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。そして、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８７７６１号公報

ところで、前記燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、衝突時に、仮に燃料電池から燃料ガスである水素が漏れた場合に、外部機器や外部環境等に悪影響を与えてしまう可能性がある。
しかしながら、前記した従来の特許文献１では、水素配管の保護について明確に記載されていなかった。
そこで、水素配管の保護の観点から燃料電池車両の車体を補強することが対策として考えられるが、想定以上の衝突を考慮すると必要以上に車体重量が増加してしまい、経済的ではない。

そこで、本発明は、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる燃料電池車両を提供することを課題とする。

前記目的を達成するために、本発明の燃料電池車両は、少なくとも燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と前記燃料電池スタックとを接続し、前記燃料ガスが通流する前記燃料電池スタックの上流側の配管に設けられた上流側遮断弁と、前記燃料電池スタックからの燃料オフガスが通流する前記燃料電池スタックの下流側の配管に設けられた下流側遮断弁と、前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間に設けられる前記配管において、当該配管の車幅方向両側に配置された保護部材と、を備え、前記保護部材は、少なくとも前記酸化剤ガスを加湿流体によって加湿する加湿器、および前記加湿器に取り付けられた前記酸化剤ガス用の補機であり、前記加湿器は、前記加湿器を構成する筐体の長手方向が車両前後方向に延在しており、前記加湿器は、前記筐体の一部に、車幅方向外側に向けて突出形成された車幅方向の最外部となる車幅方向最外部を有しており、前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間に設けられる前記配管のうち少なくとも一部は、前記加湿器の車両前後方向に沿って配置されるとともに、前記車幅方向最外部または前記補機よりも車幅方向内側に配置されており、かつ、前記筐体を平面視で見たときの前記筐体の車幅方向における側部よりも内側に配置される部分を有することを特徴とする。
ここで、「燃料ガスが通流する燃料電池スタックの上流側の配管」というのは、燃料ガスが通流する配管の他、燃料ガスが通流する配管に連通している配管がある。

この燃料電池車両によれば、燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と燃料電池スタックとを接続し、燃料ガスが通流する燃料電池スタックの上流側の配管に設けられた上流側遮断弁と、燃料電池スタックからの燃料オフガスが通流する燃料電池スタックの下流側の配管に設けられた下流側遮断弁との間に設けられる配管において、当該配管の車幅方向両側に保護部材が配置されているので、衝突（側突）等によって車体に変形が生じた場合にも、保護部材で好適に保護されるようになる。したがって、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができ、重衝突においてもガス漏れタフネスをより向上することが可能となる。

しかも、前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間における配管が保護部材で保護されることとなるので、他の部分に比べて燃料ガスの量が多い領域、つまり、燃料電池スタックを含んだ領域において、燃料ガスや燃料オフガスの漏れを好適に阻止することができる。

また、保護部材は、少なくとも酸化剤ガスを加湿流体によって加湿する加湿器、およびこの加湿器に取り付けられた酸化剤ガス用の補機の少なくとも一つであるので、加湿器や酸化剤ガス用の補機を保護部材として利用することによって配管を好適に保護することができ、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる。

また、少なくとも一部の配管が、加湿器の車両前後方向に沿って配置されるとともに、加湿器を構成する筐体の車幅方向最外部または補機よりも車幅方向内側に配置され、かつ、筐体を平面視で見たときの筐体の車幅方向における側部よりも内側に配置される部分を有するので、衝突等による外部からの衝撃から逃れるように配管を位置させることができ、加湿器の筐体を好適に利用して配管を保護することができる。したがって、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる。

また、本発明は、前記保護部材は、その長手方向の長さが、当該長手方向における、少なくとも一部の前記配管の長さよりも長くされている構成とするのがよい。

この燃料電池車両によれば、少なくとも一部の配管を、保護部材の長手方向にも好適に保護することができる。したがって、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる。

また、本発明は、前記上流側遮断弁が、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスの圧力を、前記酸化剤ガスの系統からの信号圧によって調整するレギュレータであり、前記レギュレータは、前記信号圧が入力されないときに、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスの通流を遮断する構成とするのがよい。

この燃料電池車両によれば、酸化剤ガスの系統の破損等によって、レギュレータに入力されるはずの信号圧が入力されないという事態が生じた場合には、レギュレータが自動的に閉じられるようになり、レギュレータの下流側の燃料電池スタックに対する燃料ガスの供給が、好適に遮断される。
したがって、ガス漏れタフネスをより向上することが可能となる。

また、一枚の板材からなるフロアパネルを備え、前記フロアパネルは、下床部と、前記下床部の車幅方向中央部において前記下床部から上凸形状に折り曲げ隆起してセンタートンネルの側壁をなす一対の側壁部と、前記一対の側壁部に連続して前記センタートンネルの上壁をなす上床部と、を有しており、少なくとも一部の前記配管、前記加湿器、および前記補機は、前記センタートンネル内に配置されており、前記配管は、前記下床部よりも上に配置されている構成とするのがよい。

この燃料電池車両によれば、フロアパネルのセンタートンネル内に、少なくとも一部の配管、加湿器、および補機が配置されているので、衝突（側突）等によって車体に変形が生じた場合にも、フロアパネルによって燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる。
また、衝突（側突）等によって、仮に、フロアパネルが車幅方向外側から内側へ向けて変形しても、その変形による侵入が、加湿器や補機の存在によって好適に阻止されることとなり、配管が好適に保護される。

本発明によれば、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる燃料電池車両が得られる。

以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
はじめに、本実施形態の燃料電池車両として、燃料電池自動車について説明する。

図１に示すように、燃料電池自動車１００は、燃料電池システム１を搭載している。燃料電池システム１は、主として燃料電池スタック１０と、水素タンク２１と、加湿器３２と、とを備えている。燃料電池スタック１０の出力側には、電動式の走行モータ（図示しない）が接続されており、燃料電池スタック１０が発電すると、前記走行モータが駆動し、これを動力として、燃料電池自動車１００が走行するようになっている。

燃料電池スタック１０および加湿器３２は、燃料電池自動車１００のフロアパネル３（図５（ａ）参照、以下同じ）下のセンタートンネル３ａ（図５（ａ）参照、以下同じ）内に配置されるとともに、サブフレーム２，２に渡されたメンバ２ａ，２ｂに搭載されてリジッド（堅固）に固定されており、燃料電池自動車１００の低床化が図られている（図４参照、図４では、加湿器３２の固定のみ図示）。そして、サブフレーム２の上部にフロアパネル（車体）３が取り付けられている。また、サブフレーム２とサイドフレーム４との間がクロスメンバ５，６で接続され、クロスメンバ５に、燃料電池スタック１０の前部が支持されている。この例では、サブフレーム２とメンバ２ａ，２ｂで井桁を呈するフレーム構造が構築されている（図３（ａ）、図４参照）。
ここで、フロアパネル３は、上床部３ｂと下床部３ｃとを含んで上凸形状とされており、そのセンタートンネル３ａ内に、前記した加湿器３２を含め、後記する配管２２ａや補機としての導入口部材３２ｂが配置されている（図５（ａ）参照）。

また、燃料ガスとしての水素が、燃料電池自動車１００の後側で横置きされた水素タンク２１から、燃料電池スタック１０の後方の加湿器３２の車幅方向側方に設けられた、燃料電池スタック１０に最も近い上流側遮断弁としての二次遮断弁２２に供給されるようになっている。また、酸素を含む外部の空気が、ボンネット下のコンプレッサ３１から加湿器３２に送られ、この加湿器３２で加湿された後、燃料電池スタック１０に供給されるようになっている。

そして、本実施形態では、図２に示すように、燃料電池スタック１０よりも上流側の上流側遮断弁として燃料電池スタック１０に近い側の二次遮断弁２２（レギュレータ２２Ａ）、掃気ガス導入弁４１と、燃料電池スタック１０よりも下流側の下流側遮断弁として機能するパージ弁２６、掃気ガス排出弁２７と、の間に設けられる配管（例えば、図３において太線で図示した燃料ガスが通流する配管２２ａ）の車幅方向両側に、保護部材を備えている。
ここで、保護部材としては、加湿器３２や加湿器３２に接続された酸化剤ガス用の補機が挙げられる。これらの加湿器３２や補機についての詳細は後記する。
また、上流側遮断弁と下流側遮断弁との間に設けられる配管（後記する配管２２ａ、２４ｂ等）は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、燃料電池スタック１０のエンドプレート１０ａよりも後方側に集中して配置されている。

次に、燃料電池システム１の構成について説明する。
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を備えている。

ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノードおよびカソードとを備えている。アノードおよびカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノードおよびカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。

アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔および溝が、図２に示すアノード流路１１（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セルの積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セルの面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔および溝がカソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。

このようなアノード流路１１を介して各アノードに水素が供給されると、後記式（１）の電極反応が起こり、また、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、後記式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。そして、燃料電池スタック１０と走行モータ等の外部回路とが電気的に接続されて電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏ …（２）

このようにして燃料電池スタック１０が発電すると、カソードで生成した水（水蒸気）の一部は、電解質膜を透過し、アノードに移動する。したがって、カソードから排出されるカソードオフガス、およびアノードから排出される燃料オフガスとしてのアノードオフガスは、いずれも多湿となる。

＜アノード系＞
アノード系は、図２に示すように、燃料電池スタック１０よりも上流側に備えられる、水素タンク２１（燃料ガス供給手段）、水素タンク２１に備えられる図示しない一次遮断弁、上流側遮断弁としての常閉型の二次遮断弁２２、エゼクタ２３、および燃料電池スタック１０よりも下流側に備えられる、下流側遮断弁としての常閉型のパージ弁２６、下流側遮断弁としての常閉型の掃気ガス排出弁２７、を備えている。

水素タンク２１は、図示しない一次遮断弁、配管２１ａ、二次遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２３、および配管２３ａを介して、アノード流路１１の入口側に接続されている。二次遮断弁２２の下流には、水素を所定圧力に減圧して調整するレギュレータ２２Ａが設けられている。この例では、レギュレータ２２Ａが二次遮断弁２２に一体的に設けられており、カソード流路１２に向かう空気の圧力が信号圧（パイロット圧）として入力されるようになっている。そして、レギュレータ２２Ａは、前記空気の圧力とアノード流路１１における水素の圧力とが極間差圧を守るように制御するようになっている。

そして、燃料電池自動車のイグニッションがオンされ、燃料電池スタック１０の起動が要求されて図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）により遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を介してアノード流路１１に供給されるようになっている。

二次遮断弁２２は、図２に示すように、燃料電池スタック１０からみて上流側の配管２３ａ，２２ａにおける最初の遮断弁（上流側遮断弁）である。
また、二次遮断弁２２に一体的に設けられるレギュレータ２２Ａは、上流側遮断弁として機能することも可能である。つまり、レギュレータ２２Ａは、減圧弁としての機能の他に、遮断弁としての機能を併せ備えており、そのための構成として、前記した信号圧の入力がないときには、燃料電池スタック１０への水素の流れを遮断するように、内蔵された図示しない弁が作動するようになっている。
したがって、例えば、後記するカソード系の破損等によって、レギュレータ２２Ａに入力されるはずの信号圧（空気の圧力）が入力されないという事態が生じた場合には、レギュレータ２２Ａが自動的に閉じられるようになり、レギュレータ２２Ａの下流側への水素の供給が遮断される。

二次遮断弁２２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、加湿器３２の筐体の側部に、図示しないボルトで取り付けられている。二次遮断弁２２には、連結配管２１ａ’の一端が接続され、この連結配管２１ａ’の他端は、図３（ａ）に示すように、後方へ延びている。連結配管２１ａ’の他端部には、連結用のナット２１ｂが設けられており、このナット２１ｂに、図１に示す水素タンク２１からの配管２１ａが水素漏れ不能に接続されている。
また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、二次遮断弁２２の上部には、二次遮断弁２２とエゼクタ２３とを接続する前記配管２２ａが接続されている。

ここで、まず、二次遮断弁２２が固定される加湿器３２について説明すると、図２に示すように、加湿器３２は、コンプレッサ３１からカソード流路１２に向かう空気を加湿するため、カソード流路１２に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとを水分交換させる中空糸膜３２ｄを備えている。そして、加湿器３２は、図４に示すように、その下部に設けられた４本の脚部３２Ａ（図４では３本のみ図示）が、サブフレーム２，２に渡された２本の支持体２ａ，２ｂに図示しないボルトでリジッドに固定されている。なお、図４においては、パージ弁２６、掃気ガス排出弁２７の記載を省略してある。

加湿器３２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、その筐体の右側部に酸化剤ガスの導入部３２ａが一体的に突出形成されている。そして、この導入部３２ａには、後記するコンプレッサ３１（図２参照）からの配管３１ａ（図２参照）が接続される導入口部材３２ｂがボルト固定されている。
このような、加湿器３２の筐体および加湿器３２に接続される導入口部材３２ｂは、例えばアルミニウム合金製の鋳造品を用いることができ、前記したように支持体２ａ，２ｂにリジッドに固定されることと相俟って、衝突（側突）等による周囲からの衝撃等に対して剛性を備えたものとなっている。

このように剛性を備えた加湿器３２は、その前部３２ｃが、燃料電池スタック１０のエンドプレート１０ａ側に接続されている。前部３２ｃは、エンドプレート１０ａの幅に対応する幅を有しており（図４参照）、前部３２ｃの側部３２ｃ’が、後記する鉛直面Ｆ１よりも車幅方向外側に位置している（図４参照）。

配管２２ａは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、加湿器３２の長手方向（車両前後方向）に沿うようにして二次遮断弁２２からエゼクタ２３に向けて昇り傾斜状に配置されている。そして、配管２２ａは、図３（ａ）に示すように、加湿器３２の側方に突出された導入部３２ａの車幅方向の最外部となる側端部３２ａ’よりも平面視で内側に、つまり、側端部３２ａ’を含む車両前後方向の鉛直面Ｆ１よりも内側となる、平面視で加湿器３２の筐体の中央を通る軸線Ｏ側寄りに位置している。

また、本実施形態では、加湿器３２の筐体を平面視で見たときの側部３２’（図３（ａ）参照）よりも内側に、配管２２ａのほとんどの部分が位置するように（平面視で見たときに加湿器３２の筺体に配管２２ａの大部分が重なるように）配管２２ａを配置してある。したがって、配管２２ａは、当該配管２２ａの車幅方向両側に位置する導入部３２ａおよび加湿器３２の筺体によって、衝突（側突）等による周囲からの衝撃等に対して、二重に保護されるようになっている。

また、加湿器３２の導入部３２ａには、加湿器３２に接続される補機として、酸化剤ガスの導入口部材３２ｂがボルト固定されており、この導入口部材３２ｂによっても配管２２ａが好適に保護されるようになっている。つまり、導入口部材３２ｂは、導入部３２ａよりも車幅方向外側に位置しており、導入口部材３２ｂの側端部３２ｂ’を含む車両前後方向の鉛直面Ｆ２よりも内側に配管２２ａが配置されることとなって、前記した二重の保護に加えて補機としての導入口部材３２ｂによっても配管２２ａがさらに保護される構造となっている。

なお、加湿器３２および加湿器３２に接続される導入口部材３２ｂは、前記したように、アルミニウム合金製の鋳造品を用いることができるので、衝突（側突）等による周囲からの衝撃等に対して剛性を有し、配管２２ａを好適に保護する。

また、配管２２ａは、図３（ｂ）に示すように、加湿器３２の長さＬ１よりも、配管２２ａの長さＬ２が短くなるように設定してある。換言すれば、加湿器３２は、その長手方向の長さＬ１が、当該長手方向における配管２２ａの長さＬ２よりも長くなるように設定してある。したがって、配管２２ａは、これよりも長くされた加湿器３２によって、車両前後方向においても保護されるようになっている。
なお、図４に示すように、導入口部材３２ｂの側端部３２ｂ’を含む車両前後方向の鉛直面Ｆ２は、二次遮断弁２２の車幅方向最外部２２’よりも外側に位置している。つまり、導入口部材３２ｂは、衝突（側突）等による周囲からの衝撃等に対して、二次遮断弁２２を好適に保護する。
さらに、配管２２ａは、図３（ｂ）に示すように、加湿器３２の筐体の上部３２ｈよりも鉛直方向で下側となる位置に収まっており、衝突（側突）等による上方からの衝撃等に対して加湿器３２の筺体で好適に保護されるようになっている。

再び図２を参照して、アノード流路１１の出口は、配管２４ａ、配管２４ｂを介して、エゼクタ２３の吸込口に接続されている。そして、アノード流路１１（アノード）から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスは、燃料電池スタック１０の上流側のエゼクタ２３に戻されるようになっている。
そして、エゼクタ２３に戻されたアノードオフガスは、水素タンク２１からの水素と混合された後、アノード流路１１に再供給されるようになっている。つまり、本実施形態では、配管２４ａおよび配管２４ｂによって、水素を循環させて再利用する水素循環ラインが構成されている。

このように水素循環ラインを構成する配管２４ｂは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、加湿器３２の前部３２ｃに内蔵されており、前部３２ｃで覆われることによって外部から保護された状態となっている。配管２４ｂは、例えば、図３（ａ）（ｂ）に模式的に示すように、エゼクタ２３側へ向けて上方へ立ち上げられてエゼクタ２３に接続されている。そして、配管２４ｂは、その途中で、配管２６ａを通じてパージ弁２６に接続されており、また、配管２７ａを通じて掃気ガス排出弁２７に接続されている。
ここで、配管２６ａ、２７ａ、およびパージ弁２６、掃気ガス排出弁２７は、図３（ａ）に示すように、加湿器３２の前部３２ｃの側部３２ｃ’よりも平面視で内側に、つまり、側部３２’よりも平面視で加湿器３２の筐体の中央を通る軸線Ｏ側寄りに位置している。したがって、前部３２ｃが、これらの保護部材として機能し、衝突（側突）等の衝撃を受けた際には、配管２６ａ、２７ａ、およびパージ弁２６、掃気ガス排出弁２７が前部３２ｃによって好適に保護されることとなる。

［パージ弁］
パージ弁２６は、常閉型の電磁弁であり、燃料電池スタック１０の発電時において、配管２４ａおよび配管２４ｂを循環するアノードオフガス（水素）に含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合に、ＥＣＵによって開かれる弁である。パージ弁２６の上流側は、前記のように、配管２６ａを介して配管２４ｂに接続され、下流側は、配管２６ｂを介して、後記する希釈器３３に接続されている。

［掃気ガス排出弁］
図２に戻って、掃気ガス排出弁２７は、常閉型の電磁弁であり、燃料電池スタック１０の掃気時に開かれる弁である。詳細に、掃気ガス排出弁２７は、燃料電池スタック１０のアノード流路１１の掃気時に、ＥＣＵからの指令により開かれるようになっている。なお、掃気ガス排出弁２７は、後記する掃気ガス導入弁４１とともに開かれる設定となっている。

さらに説明すると、燃料電池スタック１０を掃気時とは、例えばシステム停止時において、温度センサ（図示しない）によって検出されるシステム温度が所定温度未満であり、この後、燃料電池スタック１０内が凍結する虞のある時である。
そして、燃料電池スタック１０内が凍結する虞がある判定される場合、ＥＣＵは、コンプレッサ３１を作動すると共に、掃気ガス導入弁４１及び掃気ガス排出弁２７を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガス（空気）を、アノード流路１１及びカソード流路１２に押し込む。これによって、アノード流路１１等の水分（水蒸気、結露水等）が押し出され、燃料電池スタック１０が掃気される。

この場合において、アノード流路１１から押し出された水分は、掃気ガスと共に、配管２４ａ、配管２４ｂ、配管２７ａ、掃気ガス排出弁２７、配管２７ｂを介し、希釈器３３を介して車外に排出されるようになっている。一方、カソード流路１２から押し出された水分は、掃気ガスと共に、後記する配管３２ｆ、配管３２ｇ、配管３３ｂ、配管３３ｄを介して車外に排出される。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段、掃気手段）と、加湿器３２と、希釈器３３（ガス処理装置）とを備えている。

コンプレッサ３１は、配管３１ａ、加湿器３２、配管３２ｅを介して、カソード流路１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵの指令にしたがって作動すると、コンプレッサ３１は、酸素を含む空気を取り込み、空気をカソード流路１２に供給するようになっている。また、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０の掃気時には、これを掃気する掃気手段として機能するようになっている。配管３１ａは、前記したように、加湿器３２の導入口部材３２ｂに接続されている。
また、配管３１ａには、レギュレータ２２Ａに信号圧（パイロット圧）を出力するための信号圧配管３１ｂが接続されている。
なお、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０および／又は燃料電池スタック１０の発電電力を充放電する図示しない高圧バッテリを電源として作動する。

カソード流路１２の出口は、配管３２ｆ、加湿器３２、配管３２ｇを介して、希釈器３３に接続されている。そして、カソード流路１２（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管３２ｆ等を介して、希釈器３３に供給されるようになっている。なお、配管３２ｇには、カソード流路１２における空気の圧力を制御する図示しない背圧弁（バタフライ弁等）が設けられている。

＜希釈器＞
希釈器３３は、パージ弁２６から導入されるアノードオフガスと、配管３２ｇから導入されるカソードオフガス（希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する容器である。生成した混合ガスは、配管３３ｄを介して車外に排出されるようになっている。

＜掃気系＞
掃気系は、燃料電池スタック１０の掃気時に、コンプレッサ３１からの掃気ガス（非加湿の空気）をアノード系に導く系であり、上流側遮断弁としての常閉型の掃気ガス導入弁４１を備えている。掃気ガス導入弁４１の上流は、配管４１ａを介して配管３１ａに接続されており、掃気ガス導入弁４１の下流は、配管４１ｂを介して配管２３ａに接続されている。つまり、配管４１ｂには、掃気ガス導入弁４１が閉じられているときに、配管２３ａから燃料ガスが流入可能である。本実施形態では、図示は省略するが、図３（ａ）（ｂ）に示した加湿器３２の前部３２ｃの側部３２ｃ’よりも平面視で内側に、つまり、側部３２’よりも平面視で加湿器３２の筐体の中央を通る軸線Ｏ側寄りに、配管４１が位置するように構成している。
なお、掃気ガス導入弁４１は、前記した掃気ガス排出弁２７とともに開かれる設定となっている。

次に、燃料電池自動車１００において、衝突（側突）が起きた時の作用を、配管２２ａに対する保護を例にとって説明する。
図５（ａ）に示すように、燃料電池スタック１０および加湿器３２は、前記したように、燃料電池自動車１００のフロアパネル３のセンタートンネル３ａ内に配置されるとともに、サブフレーム２上にリジッドに固定されており、センタートンネル３ａやサブフレーム２等によって、外部から保護された配置構造で設けられている。また、前記したように、フレームが井桁構造となっているので、外部からの強い衝撃に対しても耐え得るようになっている。

ここで、仮に、燃料電池自動車１００が衝突（側突）の衝撃を受けると、図５（ｂ）に示すように、フロアパネル３が車幅方向外側（右側）から内側（左側）へ向けて変形して、フロアパネル３等がセンタートンネル３ａ内に侵入してくることがある。
仮に、このような変形を生じたとしても、配管２２ａは、前記したように、加湿器３２の側方に突出した導入部３２ａの側端部３２ａ’を含む鉛直面Ｆ１よりも内側に位置しているので、導入部３２ａの存在によって（この場合は、導入部３２ａおよび導入口部材３２ｂの存在によって）、変形してきたフロアパネル３の侵入が好適に阻止されることとなる。

これによって、配管２２ａに変形してきたフロアパネル３が当接することが阻止され、配管２２ａが衝突（側突）により破損するのを阻止することができる。

また、図５（ｃ）に示すように、衝突（側突）の衝撃を受けて、仮に、フロアパネル３の下床部３ｃが車幅方向外側（右側）から内側（左側）へ向けて変形しても、その変形による侵入が、加湿器３２や導入口部材３２ｂの存在によって好適に阻止されることとなり、配管２２ａが好適に保護されることとなる。

また、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、加湿器３２の筐体を平面視で見たときの側部３２’よりも内側に、配管２２ａのほとんどの部分が位置するように設定してあるので、配管２２ａは、これよりも車幅方向外側に位置する導入部３２ａおよび加湿器３２の筺体によって、二重に保護される。

さらに、導入部３２ａに固定された導入口部材３２ｂによって、変形してきたフロアパネル３の侵入がさらに阻止されることとなり、前記した導入部３２ａの存在による保護、加湿器３２の筺体による保護と相俟って、配管２２ａに変形してきたフロアパネル３が当接することが阻止され、配管２２ａが衝突（側突）によって破損するのをより一層確実に阻止することができる。

ここで、衝突（側突）によって、カソード系の部材、例えば、導入口部材３２ｂに接続される配管３１ａ（図２参照）等が破損し、レギュレータ２２Ａに入力されるはずの信号圧が入力されないという事態が生じたときには、レギュレータ２２Ａの図示しない弁が自動的に閉じられるようになり、レギュレータ２２Ａの下流側への水素の供給が遮断される。

以上説明した本実施形態の燃料電池車両によれば、燃料電池スタック１０からみて最初の上流側遮断弁である二次遮断弁２２、掃気ガス導入弁４１と、燃料電池スタック１０からのアノードオフガスが通流する下流側の配管に設けられたパージ弁２６、掃気ガス排出弁２７と、の間に設けられた配管（例えば配管２２ａ）において、当該配管の車幅方向両側に、保護部材としての加湿器３２や加湿器３２に固定される補機（導入口部材３２ｂ）を備えているので、衝突（側突）等による車両の変形が生じた場合にも、前記配管（例えば配管２２ａ）をこれらの保護部材で好適に保護することができる。したがって、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができ、重衝突においてもガス漏れタフネスをより向上することが可能となる。

しかも、二次遮断弁２２、掃気ガス導入弁４１と下流側の配管に設けられたパージ弁２６、掃気ガス排出弁２７との間における配管が保護部材で保護されることとなるので、他の部分に比べて燃料ガスの量が多い領域、つまり、燃料電池スタック１０を含んだ領域において、燃料ガスの漏れを好適に阻止することができ、燃料漏れの阻止に効果的である。

また、加湿器３２や酸化剤ガス用の補機としての導入口部材３２ｂを保護部材として利用することによって配管（例えば配管２２ａ）を好適に保護することができ、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスや燃料オフガスが通流する配管を好適に保護することができる。

また、配管２２ａは、そのほとんどの部分が、加湿器３２を構成する筐体の側部３２’よりも内側に配置されているので、加湿器３２の筐体を好適に利用して配管２２ａを保護することができる。したがって、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスが通流する配管２２ａを好適に保護することができる。

加湿器３２は、その長手方向の長さＬ１が、当該長手方向における配管２２ａの長さＬ２よりも長くされているので、配管２２ａを長手方向にも好適に保護することができる。したがって、必要以上の補強を不要としながらも、燃料ガスが通流する配管２２ａを好適に保護することができる。

また、レギュレータ２２Ａは、上流側遮断弁として機能することも可能であるので、例えば、車幅方向外側にあるカソード系の部材の破損等によって、レギュレータ２２Ａに入力されるはずの信号圧（空気の圧力）が入力されないという事態が生じた場合には、レギュレータ２２Ａが自動的に閉じられるようになり、レギュレータ２２Ａの下流側にある燃料電池スタック１０に水素が供給されるのを好適に遮断することができる。

前記実施形態では、二次遮断弁２２、掃気ガス導入弁４１と、燃料電池スタック１０からの燃料オフガスが通流する下流側の配管に設けられた下流側遮断弁との間に設けられるすべての配管の車幅方向両側に保護部材を備える構成としたが、これに限られることはなく、前記配管うち、少なくとも一部の配管の車幅方向片側に保護部材を備えるように構成してもよい。この場合にも、衝突（側突）等による車両の変形が生じた際に、燃料ガスや燃料オフガスが通流する少なくとも一部の配管を保護部材で好適に保護することができる。

また、上流側遮断弁として、二次遮断弁２２、掃気ガス導入弁４１を例示したが、これらのうちいずれか一つを上流側遮断弁として、少なくとも一部の配管を保護部材で保護するように構成してもよい。
また、下流側遮断弁として、パージ弁２６、掃気ガス排出弁２７を例示したが、これらのうちいずれかを下流側遮断弁として、それに至る少なくとも一部の配管を保護部材で保護するように構成してもよい。

また、保護部材として、加湿器３２や加湿器３２に接続された酸化剤ガス用の導入口部材３２ｂを例示したが、加湿器３２に固定されるその他の酸化剤ガス用の部材や加湿器３２に固定されるブラケット等の部材を保護部材として用いてもよい。また、ブラケット等の部材が保護部材として機能するように、ブラケット等の部材の一部を配管の車幅方向両側へ突出させてもよい。

また、前記実施形態では、加湿器３２の長さＬ１が配管２２ａの長さＬ２よりも長くなるように構成したが、これに限られるものではなく、加湿器３２に固定される補機の長手方向の長さが、配管２２ａの長さＬ２よりも長くなるように構成してもよい。

さらにまた、前記した実施形態では、燃料電池車両として燃料電池自動車１００を例示したが、その他に例えば、燃料電池システムを搭載した自動二輪車に適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る燃料電池車両としての燃料電池自動車の主要構成を示す図である。 同じく燃料電池自動車に適用される燃料電池システムを示すシステム図である。 （ａ）は加湿器周りの構成を示す平面図、（ｂ）は同じく加湿器周りの構成を示す側面図である。 加湿器周りの構成を加湿器の後方斜め上方から見た斜視図である。 （ａ）は加湿器周りの構造を燃料電池自動車の後方から見た模式図、（ｂ）、（ｃ）は同じく衝突（側突）時の状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
３ フロアパネル
３ｂ 上床部
３ｃ 下床部
１０ 燃料電池スタック
２１ 水素タンク
２２ 二次遮断弁（上流側遮断弁）
２２Ａ レギュレータ（上流側遮断弁）
２２’ 車幅方向最外部
２２ａ 配管
２５ ドレン弁（下流側遮断弁）
２６ パージ弁（下流側遮断弁）
２７ 掃気ガス排出弁（下流側遮断弁）
２６ａ、２７ａ 配管
３１ コンプレッサ
３２ 加湿器
３２ａ 導入部
３２ａ’ 側端部（車幅方向最外部）
３２ｂ 導入口部材（補機）
４１ 掃気ガス導入弁（上流側遮断弁）
４１ａ 配管
４１ｂ 配管
１００ 燃料電池自動車
Ｆ１ 鉛直面
Ｆ２ 鉛直面
Ｏ 軸線

Claims (4)

1. 少なくとも燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池スタックと、
   前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と前記燃料電池スタックとを接続し、前記燃料ガスが通流する前記燃料電池スタックの上流側の配管に設けられた上流側遮断弁と、
   前記燃料電池スタックからの燃料オフガスが通流する前記燃料電池スタックの下流側の配管に設けられた下流側遮断弁と、
   前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間に設けられる前記配管において、当該配管の車幅方向両側に配置された保護部材と、を備え、
   前記保護部材は、少なくとも前記酸化剤ガスを加湿流体によって加湿する加湿器、および前記加湿器に取り付けられた前記酸化剤ガス用の補機であり、
   前記加湿器は、前記加湿器を構成する筐体の長手方向が車両前後方向に延在しており、
   前記加湿器は、前記筐体の一部に、車幅方向外側に向けて突出形成された車幅方向の最外部となる車幅方向最外部を有しており、
   前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間に設けられる前記配管のうち少なくとも一部は、
   前記加湿器の車両前後方向に沿って配置されるとともに、前記車幅方向最外部または前記補機よりも車幅方向内側に配置されており、かつ、前記筐体を平面視で見たときの前記筐体の車幅方向における側部よりも内側に配置される部分を有することを特徴とする燃料電池車両。
2. 前記保護部材は、その長手方向の長さが、当該長手方向における、少なくとも一部の前記配管の長さよりも長くされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記上流側遮断弁は、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスの圧力を、前記酸化剤ガスの系統からの信号圧によって調整するレギュレータであり、
   前記レギュレータは、前記信号圧が入力されないときに、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスの通流を遮断することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
4. 一枚の板材からなるフロアパネルを備え、
   前記フロアパネルは、下床部と、前記下床部の車幅方向中央部において前記下床部から上凸形状に折り曲げ隆起してセンタートンネルの側壁をなす一対の側壁部と、前記一対の側壁部に連続して前記センタートンネルの上壁をなす上床部と、を有しており、
   少なくとも一部の前記配管、前記加湿器、および前記補機は、前記センタートンネル内に配置されており、前記配管は、前記下床部よりも上に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両。

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