JP6102603B2 - 燃料電池システムのタンク搭載ユニット - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池にアノードガスを供給するためのタンクを車両に搭載するタンク搭載ユニットに関する。

従来の燃料電池システムとして、高圧タンクからアノードガスを燃料電池に供給するものがある（特許文献１参照）。

特開２００５−２４３４７６号公報

現在開発中の燃料電池システムでは、車体の後方に、高圧のアノードガスを充填した円筒状の高圧タンクを４本横に並べて搭載する。これらの高圧タンクのうち前方の２本は、後部座席の下に隣接して配置され、後方の２本は、後輪のサスペンションと干渉しないように前方の２本よりも高い位置に隣接して配置される。

高圧タンクの両端には、４本の高圧タンクを支持するフレームが互いに平行に設けられている。両端の各フレームは、車両の配置スペースの制約から、前方の２本の高圧タンクを連結するフレーム部分と、後方の２本の高圧タンクを連結するフレーム部分とによって階段状に形成される。

各フレームの先端部分と末端部分には、フレーム同士を連結する連結フレームが高圧タンクに対して平行に設けられている。また、前方の高圧タンクと後方の高圧タンクとの間には所定のスペースが開いているため、スペースが開いた部分にも、フレームの強度を確保するために、連結フレームが設けられている。

このようなタンク搭載ユニットでは、車体の側面に設けられた充填口から１本目の高圧タンクのバルブまでガス管が接続されると共に、１本目のバルブから４本目のバルブまで１本ずつガス管が接続される。そして４本目の高圧タンクから減圧弁までガス管が接続され、この減圧弁によって減圧されたアノードガスが燃料電池へ供給される。

このタンク搭載ユニットの配管に関しては、配管に伴うアノードガスの圧力損失を極力小さくするために、隣接する高圧タンク同士をガス管で連続して接続しようとすると、全体の管路長は短くなるものの、車両の振動によって生じるガス管の振動を吸収しにくくなる。特に、車両が衝突したときには、前方の高圧タンク同士と後方の高圧タンク同士との間隔が大きく変動するため、２本目の高圧タンクと３本目の高圧タンクとを結ぶガス管に亀裂が入りやすくなってしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、高圧タンク間の配管に伴う圧力損失の増加を抑制しつつ、配管の耐久性を確保する燃料電池システムのタンク搭載ユニットを提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明による燃料電池システムのタンク搭載ユニットのある態様は、燃料電池にアノードガスを供給する少なくとも４本の高圧タンクを車両に並べて搭載する。このタンク搭載ユニットは、前記４本の高圧タンクに設けられた各バルブの間を結ぶ３本の配管と、前記高圧タンクのバルブ位置に対して反対側に配置された充填口と、いずれかの高圧タンクのバルブとの間を結ぶ充填管と、を含む。そしてタンク搭載ユニットは、前記４本の高圧タンクの両端にそれぞれ設けられる固定フレームを含む。２本の固定フレームのそれぞれは、前記アノードガスの調圧弁から後方に配列される第１高圧タンクと第２高圧タンクとを連結する前方フレーム部と、さらに後方に配列される第３高圧タンクと第４高圧タンクとを連結する後方フレーム部とで構成される。またタンク搭載ユニットは、前記後方フレーム部のうち前記第３高圧タンクよりも前記第２高圧タンク側の部分に設けられ、前記２本の固定フレームを連結する連結フレームを含む。そして前記充填管は、前記充填口から前記固定フレームの上に沿って前記第３高圧タンクのバルブに接続され、第１配管は、前記第３高圧タンクのバルブから前記第４高圧タンクのバルブに接続される。そして第２配管は、前記第４高圧タンクのバルブから前記第２高圧タンクのバルブに接続され、第３配管は、前記第２高圧タンクのバルブから前記第１高圧タンクのバルブに接続されることを特徴とする。

この態様によれば、充填管は、高圧タンクのバルブと反対側の充填口から、連結フレームの上に沿って第３高圧タンクのバルブに接続される。これにより、車両の振動に伴う充填管の振動を連結フレームによって抑制することができる。

さらに第１配管が、後方フレーム部において第３高圧タンクから第４高圧タンクに接続され、第２配管が、第４高圧タンクから前方フレーム部の第２高圧タンクに接続され、第３配管が、第２高圧タンクから第１高圧タンクに接続される。

これにより、第２配管の管路長は、第２高圧タンクと第３高圧タンクとを結ぶ管路に比べて長くなるので、車両の振動をより吸収しやすくなる。このため、万一車両の衝突よって、前方フレーム部で連結される高圧タンク同士と、後方フレーム部で連結される高圧タンク同士とが共に大きく振動しても第２配管に亀裂が入り難くなり、配管の耐久性を確保することができる。

また、第１配管を第３高圧タンクから第４管路に接続することにより、第３高圧タンクから第２高圧タンクに接続する場合に比べて、第１配管から第３配管までの全体の管路長は短くなるので、配管に伴う圧力損失の増加を抑制することができる。

したがって、高圧タンク間の配管に伴う圧力損失の増加を抑制しつつ、配管の耐久性を確保することができる。

図１は、本発明の実施形態における燃料電池システムに関する概略構成図である。 図２は、燃料電池システムで用いられるタンク搭載ユニットを示す図である。 図３は、本発明の実施形態におけるタンク搭載ユニットの配管手法を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１に関する概略構成図である。

燃料電池システム１は、燃料電池スタック２にアノードガス及びカソードガスを供給して、燃料電池スタック２に接続される負荷に応じて発電する電源システムである。本実施形態では、燃料電池システム１は車両に搭載される。

燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、アノードガス供給装置３と、コントローラ４と、を備える。

燃料電池スタック２は、複数枚の燃料電池を積層したものである。燃料電池スタック２は、車両を駆動する駆動モータなどの負荷に必要な電力を発電する。

燃料電池は、電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とで挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）と、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）とを外部から供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。

アノード電極 ： ２Ｈ₂ →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ …(２)

この（１）及び（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。

燃料電池を自動車の動力源として使用する場合には、駆動モータから要求される電力が大きいため、燃料電池を数百枚積層させている。

燃料電池スタック２にカソードガスを供給・排出するカソードガス給排装置、及び燃料電池スタック２を冷却する冷却装置については、本発明の主要部ではないので図示を省略している。

アノードガス供給装置３は、高圧タンク３１と、アノードガス供給通路３２と、調圧弁３３と、圧力センサ３４と、アノードガス排出通路３５と、バッファタンク３６と、パージ通路３７と、パージ弁３８と、を備える。

高圧タンク３１は、燃料電池スタック２に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。

アノードガス供給通路３２は、高圧タンク３１から排出されたアノードガスを燃料電池スタック２に供給するための通路である。アノードガス供給通路３２の一端部が高圧タンク３１に接続され、他端部が燃料電池スタック２のアノードガス入口孔２１に接続される。

調圧弁３３は、アノードガス供給通路３２に設けられる。調圧弁３３は、高圧タンク３１から排出されたアノードガスを所望の圧力に調節して燃料電池スタック２に供給する。調圧弁３３は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ４によって制御される。

圧力センサ３４は、調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２に設けられる。圧力センサ３４は、調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２を流れるアノードガスの圧力を検出する。

アノードガス排出通路３５の一端部は燃料電池スタック２のアノードガス出口孔２２に接続され、他端部がバッファタンク３６の上部に接続される。アノードガス排出通路３５には、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からアノードガス流路にクロスリークしてきた窒素や水蒸気などの不純ガスと、の混合ガス（以下「アノードオフガス」という。）が排出される。

バッファタンク３６は、アノードガス排出通路３５を通って流れてきたアノードオフガスを一旦蓄える。アノードオフガス中の水蒸気の一部は、バッファタンク３６内で凝縮して液水となり、アノードオフガスから分離される。

パージ通路３７の一端部は、バッファタンク３６の下部に接続され、パージ通路３７の他端部は、開口端となっている。バッファタンク３６に溜められたアノードオフガス及び液水は、パージ通路３７を通って開口端から外気へ排出される。

パージ弁３８は、パージ通路３７に設けられる。パージ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ４によって制御される。

コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ４には、前述した圧力センサ３４の他にも、燃料電池スタック２から取り出される出力電流を検出する電流センサや、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサなどの各種センサからの信号が入力される。

コントローラ４は、これらの入力信号に基づいて調圧弁３３やパージ弁３８の開度を調節してバッファタンク３６から排出するアノードオフガスの流量を調節し、バッファタンク３６内のアノードガス濃度を一定以下に保つ。

図２は、本発明の実施形態におけるタンク搭載ユニット１０を例示する斜視図である。

タンク搭載ユニット１０は、図１に示したような燃料電池システムに用いられる。タンク搭載ユニット１０は、調圧弁３３よりも後方に４本の高圧タンク３１１〜３１４を順に並べて搭載するものである。本実施形態では、タンク搭載ユニット１０は、高圧タンク３１１〜３１４が車両の前方ＦＲ、すなわち車両の進行方向に対して横方向に配列されるように車両に据え付けられる。

高圧タンク３１１〜３１４は、図１に示した高圧タンク３１に対応する。高圧タンク３１１は、高圧タンク３１２〜３１４よりも内部の容積が大きく、高圧タンク３１２〜３１４の各々の容積は、互いに同一である。高圧タンク３１１〜３１４の先端部分には、それぞれバルブ装置３１１ａ〜３１４ａが設けられている。

バルブ装置３１１ａ〜３１４ａは、高圧タンク３１１〜３１４を開閉するものである。バルブ装置３１１ａ〜３１４ａは、コントローラ４によって制御される。バルブ装置３１１ａ〜３１４ａを開けることにより、高圧タンク３１１〜３１４から調圧弁３３を介して燃料電池スタック２にアノードガスが供給される。一方、バルブ装置３１１ａ〜３１４ａを閉じることにより、アノードガスの供給が停止される。

バルブ装置３１１ａには、逆止弁と電磁弁とが並列に設けられており、逆止弁によって高圧タンク３１１にアノードガスが充填され、電磁弁に対する開閉制御によって高圧タンク３１１から燃料電池スタック２にアノードガスが供給される。

また、バルブ装置３１１ａには、アノードガスを通すガス管が接続されるコネクタが左右に１個ずつ設けられている。ここでは、高圧タンク３１２側のコネクタを「第１コネクタ」といい、調圧弁３３側のコネクタを「第２コネクタ」という。第１コネクタと第２コネクタとは、バルブ装置３１１ａの内部で連通している。バルブ装置３１２ａ〜３１４ａについても、バルブ装置３１１ａと同様の構成である。

タンク搭載ユニット１０は、調圧弁固定部１１と、タンク先端固定部１２ａ〜１２ｄと、タンク末端固定部１２ｅ〜１２ｈと、固定フレーム１３ａ及び１３ｂと、連結フレーム１４ａ〜１４ｅと、を有する。

固定フレーム１３ａ及び１３ｂは、高圧タンク３１１〜３１４の両端に互いに平行に設けられる。

固定フレーム１３ａは、高圧タンク３１１〜３１４の先端同士を連結するフレームである。固定フレーム１３ａには、タンク先端固定部１２ａ〜１２ｄが設けられている。

タンク先端固定部１２ａ〜１２ｄは、それぞれ高圧タンク３１１〜３１４の先端部分を固定フレーム１３ａに固定する。

固定フレーム１３ａは、前方フレーム部１３１ａ、後方フレーム部１３２ａ、及び連結部１３３ａにより形成される。

前方フレーム部１３１ａは、車両の後部座席の下部に配置され、高圧タンク３１１及び高圧タンク３１２を隣接して連結する。

後方フレーム部１３２ｂは、車両後輪のサスペンションの上部に配置され、高圧タンク３１３及び高圧タンク３１４を隣接して連結する。後方フレーム部１３２ｂは、前方フレーム部１３１ａよりも所定の距離だけ高い位置に配置される。このため、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間隔は、他の高圧タンク同士（例えば高圧タンク３１１及び３１２）の間隔よりも広い。

連結部１３３ａは、後方フレーム部１３２ｂを前方フレーム部１３１ａよりも高くするために設けられており、前方フレーム部１３１ａと後方フレーム部１３２ａとを連結する。

一方、固定フレーム１３ｂは、高圧タンク３１１〜３１４の末端同士を連結するフレームである。固定フレーム１３ｂには、タンク末端固定部１２ｅ〜１２ｈが設けられている。

タンク末端固定部１２ｅ〜１２ｈは、それぞれ高圧タンク３１１〜３１４の末端部分を固定フレーム１３ｂに固定する。

固定フレーム１３ｂは、前方フレーム部１３１ｂ、後方フレーム部１３２ｂ、及び連結部１３３ｂにより形成される。固定フレーム１３ｂは、先端側の固定フレーム１３ａと同じ構成であるため、ここでの説明を省略する。

連結フレーム１４ａ〜１４ｅは、固定フレーム１３ａと固定フレーム１３ｂとの間隔を固定する。また、連結フレーム１４ａ〜１４ｅには、固定フレーム１３ａ及び１３ｂを車体に締結する締結穴１４１が設けられている。さらに、連結フレーム１４ａ〜１４ｅには、軽量化を図るために複数の孔１４２が形成されている。

連結フレーム１４ａは、調圧弁３３と高圧タンク３１１との間に設けられ、タンク先端側の前方フレーム部１３１ａと、タンク末端側の前方フレーム部１３１ｂとを連結する。連結フレーム１４ｂは、高圧タンク３１１と高圧タンク３１２との間に設けられ、タンク先端側の前方フレーム部１３１ａと、タンク末端側の前方フレーム部１３１ｂとを連結する。

連結フレーム１４ｃは、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間に設けられ、タンク先端側の後方フレーム部１３２ａと、タンク末端側の後方フレーム部１３２ｂとを互いに連結する。具体的には、連結フレーム１４ｃは、高圧タンク３１３よりも高圧タンク３１２側の後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂに設けられる。

これにより、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間隔が、他の高圧タンク同士に比べて広いことに起因する、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間の固定フレーム１３ａ及び１３ｂの変形を抑制することができる。

連結フレーム１４ｄは、高圧タンク３１３と高圧タンク３１４との間に設けられ、タンク先端側の後方フレーム部１３２ａと、タンク末端側の後方フレーム部１３２ｂとを連結する。連結フレーム１４ｅは、後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂの先端部分に設けられ、タンク先端側の後方フレーム部１３２ａと、タンク末端側の後方フレーム部１３２ｂとを連結する。

このようにタンク搭載ユニット１０によって、車両の前方ＦＲから、第１の高圧タンク３１１、第２の高圧タンク３１２、第３の高圧タンク３１３、第４の高圧タンク３１４が順番に配列される。また、車両の搭載スペースの制約から、高圧タンク３１１及び３１２の高さと高圧タンク３１３及び３１４の高さとを変える必要があるため、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間には、水平方向及び垂直方向の各方向に所定のスペースが開いている。

タンク搭載ユニット１０に配置される４本の高圧タンク３１１〜３１４を互いに連通するには、５本のガス管が必要となるが、これらの配管についてはアノードガスの圧力損失を極力小さくするために、配管全体の管路長を短くすることが望ましい。

例えば、１本目のガス管を、車体に設けられた充填口からバルブ装置３１４ａに接続し、２本目のガス管を、バルブ装置３１４ａからバルブ装置３１３ａに接続し、３本目のガス管を、バルブ装置３１３ａからバルブ装置３１２ａに接続する。そして４本目のガス管を、バルブ装置３１２ａからバルブ装置３１１ａに接続し、５本目のガス管を、バルブ装置３１１ａから調圧弁３３に接続する。このように５本のガス管を調圧弁３３から遠い位置にある高圧タンク３１４から順に接続しようとすると、全体の管路長は短くなるものの、車両の振動を吸収しにくくなる。

特に高圧タンク３１２及び３１３間には所定のスペースが開いているため、車両が大きく揺れたときには、高圧タンク３１１及び３１２と、高圧タンク３１３及び３１４との振動によって、スペースが開いた部分の固定フレーム１３ａ及び１３ｂが変形しやすい。万一車両が衝突したときには高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間隔（車両の進行方向の間隔）が大きく変動するため、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３とを結ぶガス管には亀裂が入りやすい。

そこで本実施形態では、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３とをガス管で直接結ぶことなく、タンク搭載ユニット１０の配管による圧力損失の増加を抑制しつつ、配管の耐久性を確保できるようにガス管を接続する。

図３は、本実施形態におけるタンク搭載ユニット１０の配管手法を示す模式図である。

高圧タンク３１１〜３１４には、アノードガスを充填するための１本の充填管１５と、アノードガスを供給するための４本の配管１６ａ〜１６ｄとが接続される。充填管１５及び配管１６ａ〜１６ｄに用いられる材料は、金属等の硬性材料である。

充填管１５は、充填口（レセプタ）２０と、高圧タンク３１１〜３１４のうちいずれか１本の高圧タンクとを結ぶガス管である。充填口２０は、水素ステーションと接続される。

配管１６ａ〜１６ｄは、バルブ装置３１１ａからバルブ装置３１４ａまでのバルブ装置間を結ぶガス管である。充填口２０から充填されるアノードガスが配管１６ａ〜１６ｃを介して高圧タンク３１１〜３１４に充填される。また、高圧タンク３１１〜３１４から配管１６ａ〜１６ｄを介して調圧弁３３にアノードガスが供給される。

なお、充填管１５及び配管１６ａ〜１６ｄについては、実際には固定フレーム１３ａに沿って配設されるが、ここでは配管を見やすくするために観念的に示している。

図３（Ａ）は、タンク搭載ユニット１０を上から見たときの平面図である。図３（Ａ）では、調圧弁３３から高圧タンク３１１の方向が車両の後方であり、車両の左側面に充填口２０が設けられている。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したタンク搭載ユニット１０を高圧タンク３１１〜３１４の先端側から見たときの側面図である。

図３（Ａ）に示すように、充填口２０は、高圧タンク３１１〜３１４に設けられたバルブ装置３１４ａに対して反対側に配置される。

まず、充填管１５の一端は、充填口２０に接続され、他端は、高圧タンク３１３のバルブ装置３１３ａの第１コネクタに接続される。充填管１５は、連結フレーム１４ｃの上面を這うように配設される。

充填管１５を連結フレーム１４ｃの上面に這わせることにより、車両の振動による充填管１５の撓みの発生を抑制することができる。仮に、充填管を連結フレーム１４ｄ又は１４ｅの上面に這わせようとすると、車両の衝突時に高圧タンク３１３及び３１４の位置が変動することによって充填管が踏みつぶされて損傷する可能性がある。これに対して充填管１５を連結フレーム１４ｃの上面に這わせることにより、高圧タンク３１３又は３１４の変動による充填管１５の損傷の可能性を排除することができる。

さらに充填管１５を連結フレーム１４ｃの上面に這わせることにより、車輪によって下から上に飛来する飛び石から充填管１５を保護することができる。また、車両が縁石に乗り上げたときに縁石が充填管１５に接触して撓むことも防止できる。

また、充填管１５の他端をバルブ装置３１３ａに接続することにより、他のバルブ装置３１１ａ、３１２ａ及び３１４ａに接続する場合に比べて、配管１６ａから１６ｄまでの全体の管路長が最も短くなり、配管による圧力損失を最小限に抑えることができる。

仮に充填管をバルブ装置３１４ａに接続しようとすると、１本目の配管でバルブ装置３１４ａとバルブ装置３１３ａとを接続し、２本目の配管でバルブ装置３１３ａとバルブ装置３１１ａとを接続することになる。さらに３本目の配管でバルブ装置３１１ａとバルブ装置３１２ａとを接続し、４本目の配管でバルブ装置３１２ａと調圧弁３３とを接続することになる。この場合には４本目の配管が長くなってしまう。

あるいは充填管をバルブ装置３１２ａに接続しようとすると、１本目の配管でバルブ装置３１２ａとバルブ装置３１４ａとを接続し、２本目の配管でバルブ装置３１４ａとバルブ装置３１３ａとを接続することになる。さらに３本目の配管１６でバルブ装置３１３ａとバルブ装置３１１ａとを接続し、４本目の配管でバルブ装置３１１ａと調圧弁３３とを接続することになる。この場合には、１本目の配管と３本目の配管とが共に長くなってしまう。

このように、充填管１５をバルブ装置３１３ａに接続することにより、バルブ装置３１２ａとバルブ装置３１３ａとを直接結ぶことなく、全体の管路長を短くすることができる。

次に、配管１６ａの一端は、バルブ装置３１３ａの第２コネクタに接続され、他端は、バルブ装置３１４ａの第１コネクタに接続される。すなわち、配管１６ａは、高圧タンク３１４のバルブ装置３１４ａから、高圧タンク３１２のバルブ装置３１２ａに接続される。

図３（Ｂ）に示すように、高圧タンク３１３と高圧タンク３１４とは隣接して連結されるので、バルブ装置３１３ａとバルブ装置３１４ａとの間隔は、車両が振動しても変動しにくい。このため、配管１６ａの他端をバルブ装置３１４ａに接続することにより、バルブ装置３１１ａ又は３１２ａに接続する場合に比べて、車両の振動による配管１６ａの伸縮が小さくなるので、配管１６ａの耐久性能の低下を抑制することができる。

次に、配管１６ｂの一端は、バルブ装置３１４ａの第１コネクタに接続され、他端はバルブ装置３１２ａの第２コネクタに接続される。すなわち、配管１６ｂは、高圧タンク３１４のバルブ装置３１４ａから高圧タンク３１２のバルブ装置３１２ａに接続される。

配管１６ｂの他端をバルブ装置３１２ａの第２コネクタに接続することにより、図３（Ｂ）に示すように、バルブ装置３１２ａとバルブ装置３１３ａとを直接結ぶ場合に比べて、配管１６ｂの管路長を長くすることができる。これにより、車両の振動による配管１６ｂの撓みが軽減されるので、配管１６ｂの耐久性の低下を抑制することができる。また、配管１６ｂの管路長を長くすることで、配管１６ｂの接続がしやすくなる。このため、タンク搭載ユニット１０に設置される高圧タンク３１１〜３１４の設置誤差が原因で配管１６ｂを接続できなくなることを防止できる。

さらに、配管１６ｂの他端をバルブ装置３１２ａに接続することにより、バルブ装置３１２ａの第１コネクタに接続する場合やバルブ装置３１４ａの第２コネクタに接続する場合に比べて、配管１６ｂの管路長が長くなるので、車両の振動をより吸収しやすくなる。また、バルブ装置３１１ａに接続する場合に比べて、配管１６ｂから１６ｄまでの全体の管路長が短くなるので、アノードガスの圧力損失を低減することができる。

次に、配管１６ｃの一端は、バルブ装置３１２ａの第１コネクタに接続され、他端はバルブ装置３１１ａの第１コネクタに接続される。すなわち、配管１６ｃは、高圧タンク３１２のバルブ装置３１２ａから高圧タンク３１１のバルブ装置３１１ａに接続される。

図３（Ｂ）に示すように、高圧タンク３１１と高圧タンク３１２とは隣接して連結されるので、バルブ装置３１１ａとバルブ装置３１２ａとの間隔は、車両が振動しても変動しにくい。このため、配管１６ｃの他端をバルブ装置３１１ａに接続することにより、車両の振動による配管１６ｃの伸縮が小さくなるので、配管１６ｃの耐久性の低下を抑制することができる。

そして配管１６ｄの一端は、バルブ装置３１１ａの第２コネクタに接続され、他端は調圧弁３３に接続される。これにより、高圧タンク３１１から調圧弁３３までの管路長が最も短くなるので、配管１６ｄによる圧力損失を最小限に抑えることができる。

このように本実施形態では、充填口２０に接続された充填管１５を連結フレーム１４ｃの上を這わせてバルブ装置３１３ａに接続する。これにより、車両の振動による充填管１５の撓みを抑制し、充填管１５の耐久性の低下を抑制することができる。

また、配管１６ａをバルブ装置３１３ａからバルブ装置３１４ａに接続し、配管１６ｂをバルブ装置３１４ａからバルブ装置３１２ａに接続する。これにより、バルブ装置３１２ａとバルブ装置３１３ａとをガス管で直接結ぶことなく、バルブ装置３１１ａ〜３１４ａの配管の管路長の短縮化を図ることができる。

本発明の実施形態によれば、タンク搭載ユニット１０は、４本の高圧タンク３１１〜３１４の両端に平行に設けられた固定フレーム１３ａ及び１３ｂと、２本の固定フレーム１３ａ及び１３ｂを互いに連結する連結フレーム１４ｃと、を有する。

タンク先端側の固定フレーム１３ａは、前方フレーム部１３１ａと後方フレーム部１３２ａとで構成される。タンク末端側の固定フレーム１３ｂは、前方フレーム部１３１ｂと後方フレーム部１３２ｂとで構成される。

前方フレーム部１３１ａ及び１３１ｂのそれぞれは、調圧弁３３よりも後方に順番に配列される第１高圧タンク３１１と第２高圧タンク３１２とを連結する。後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂは、高圧タンク３１２の後方に順番に配列される第３高圧タンク３１３と第４高圧タンク３１４とを連結する。

連結フレーム１４ｃは、高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間にスペースが存在するため、後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂのうち高圧タンク３１３よりも高圧タンク３１２側の部分に設けられる。

このようにタンク搭載ユニット１０では、車両の搭載スペースの制約から４本の高圧タンク３１１〜３１４の全てを連接させることができず、２本ずつ連結される。そのため、高圧タンク３１１及び高圧タンク３１２の隣接タンク群と、高圧タンク３１３及び高圧タンク３１４の隣接タンク群との間にはスペースが開いている。

タンク搭載ユニット１０が据え付けられた車体には、高圧タンク３１４のバルブ装置３１４ａとは反対側に充填口２０が設けられており、充填口２０と接続される充填管１５は、連結フレーム１４ｃの上を這わせて高圧タンク３１３のバルブ装置３１３ａに接続される。

充填管１５を連結フレーム１４ｃの上を這わせることにより、車両の振動に伴う充填管１５の振動を連結フレーム１４ｃによって抑制することができると共に、車輪による飛び石などから充填管１５を保護することができる。

また、充填管１５をバルブ装置３１３ａに接続することにより、連絡フレーム１４eを経由してバルブ装置３１４ａに接続する場合に比べて、充填管１５の管路長が長くなるため、車両の振動を吸収しやすくなると共に、充填管１５をバルブ装置３１３ａに接続することが容易になる。

また本実施形態では、第１配管１６ａは、バルブ装置３１３ａから、高圧タンク３１３と隣接する高圧タンク３１４のバルブ装置３１４ａに接続され、第２配管１６ｂは、バルブ装置３１４ａから、高圧タンク３１２のバルブ装置３１２ａと接続される。そして第３配管１６ｃは、バルブ装置３１２ａから高圧タンク３１１のバルブ装置３１１ａに接続される。

このように、配管１６ｂをバルブ装置３１４ａからバルブ装置３１２ａに接続することにより、配管１６ｂの管路長を、バルブ装置３１２ａとバルブ装置３１３ａとを結ぶ管路よりも長くしている。

その理由は、搭載スペースの制約によって、前方フレーム部１３１ａ及び１３１ｂで連結される高圧タンク３１１及び３１２と、後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂで連結される高圧タンク３１３及び３１４との間に所定のスペースが設けられているからである。このスペースによって車両の衝突時などに高圧タンク３１２と高圧タンク３１３との間隔が大きく伸縮する。

この対策として、配管１６ｂの管路長を長くすることにより、車両の振動をより吸収しやすくして、配管１６ｂを撓みにくくしている。このため、車両の衝突時に、高圧タンク３１１及び３１２の固まりと、高圧タンク３１３及び３１４の固まりとが互いに大きく振動しても、配管１６ｂに亀裂が入り難くなる。

また、充填管１５をバルブ装置３１３ａに接続することにより、バルブ装置３１２ａ又は３１４ａに接続する場合に比べて、配管１６ａから配管１６ｄまでの全体の管路長を短くするこができる。

仮に充填管をバルブ装置３１２ａに接続しようとすると、１本目の配管でバルブ装置３１２ａとバルブ装置３１４ａとを接続し、２本目の配管でバルブ装置３１４ａとバルブ装置３１３ａとを接続することになる。さらに３本目の配管１６でバルブ装置３１３ａとバルブ装置３１１ａとを接続し、４本目の配管でバルブ装置３１１ａと調圧弁３３とを接続することになる。この場合には、１本目の配管と３本目の配管との管路長が共に長くなってしまう。

あるいは充填管をバルブ装置３１４ａに接続しようとすると、１本目の配管でバルブ装置３１４ａとバルブ装置３１３ａとを接続し、２本目の配管でバルブ装置３１３ａとバルブ装置３１１ａとを接続することになる。さらに３本目の配管でバルブ装置３１１ａとバルブ装置３１２ａとを接続し、４本目の配管でバルブ装置３１２ａと調圧弁３３とを接続することになる。この場合には４本目の配管が長くなってしまう。

このように、充填管１５をバルブ装置３１３ａに接続することにより、バルブ装置３１２ａとバルブ装置３１３ａとをガス管で結ぶことなく、全体の管路長を最も短くすることができる。

したがって本実施形態によれば、タンク搭載ユニット１０での配管に伴う圧力損失の増加を抑制しつつ、配管の耐久性を確保することがきできる。

また、高圧タンク３１１〜３１４を互いに連通させてアノードガスを燃料電池スタック２に供給するシステムでは、高圧タンク３１１〜３１４の各内圧が互いに等しいときには、一般的に容積が最も大きな高圧タンク３１１から最も多くのアノードガスが供給される。

このため、本実施形態では、高圧タンク３１１〜３１４のうち、タンク内部の容積が最も大きな高圧タンク３１１を調圧弁３３の隣に配置し、第４配管１６ｄによって高圧タンク３１１のバルブ装置３１１ａを調圧弁３３に接続する。

これにより、高圧タンク３１１から最も多くのアノードガスが供給される状況で、高圧タンク３１１から調圧弁３３までの管路長を、高圧タンク３１２〜３１４から調圧弁３３までの各管路長よりも短くできる。

このため、高圧タンク３１１から供給されるアノードガスの圧力損失が最も小さくなるで、全体的に調圧弁３３の圧力制御に対する応答性が良くなり、アノードガスの最大流量の低下を抑制できる。その結果、車両の加速時に燃料電池スタック２に素早く、かつ、大量にアノードガスを供給できるようになり、車両の加速に必要な大きな電力を燃料電池スタック２から迅速に駆動モータに供給することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、本実施形態では、タンク搭載ユニット１０をアノードガス非循環型の燃料電池システム１で使用する例について説明したが、タンク搭載ユニット１０をアノードガス循環型の燃料電池システムで使用することも可能である。

また、本実施形態では、前方フレーム部１３１ａ及び１３１ｂと、後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂとの高さが互いに異なる固定フレーム１３ａ及び１３ｂについて説明したが、これに限られるものではない。高圧タンク３１１及び３１２の隣接タンク群と、高圧タンク３１３及び３１４の隣接タンク群との間にスペースが存在するものであれば、本実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、タンク搭載ユニット１０によって４本の高圧タンク３１１〜３１４を搭載する例について説明したが、タンク搭載ユニット１０に５本以上の高圧タンクを固定するようにしてもよい。例えば、前方フレーム部１３１ａ及び１３１ｂで２本の高圧タンクを連結し、後方フレーム部１３２ａ及び１３２ｂで３本の高圧タンクを連結するタンク搭載ユニットを使用してもよい。

例えば、調圧弁３３から順番に１番目、２番目、３番目、４番目、５番目の高圧タンクが配列されている場合には、充填管によって、充填口２０から３番目の高圧タンクのバルブ装置を接続する。次に第１配管によって、３番目のバルブ装置から４番目のバルブ装置を接続し、第２配管によって、４番目のバルブ装置から５番目のバルブ装置に接続し、第３配管によって、５番目のバルブ装置から２番目のバルブ装置に接続する。そして第４配管によって、２番目のバルブ装置から１番目のバルブ装置に接続し、第５配管によって、１番目のバルブ装置から調圧弁３３に接続する。これにより、本実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック
１０ タンク搭載ユニット
１３ａ、１３ｂ 固定フレーム
１３１ａ、１３１ｂ 前方フレーム部
１３２ａ、１３２ｂ 後方フレーム部
１４ｃ 連結フレーム
１５ 充填管
１６ａ〜１６ｄ 配管
２０ 充填口
３３ 調圧弁
３１１〜３１４ 高圧タンク（第１高圧タンク〜第４高圧タンク）
３１１ａ〜３１４ａ バルブ装置（バルブ）

Claims (2)

1. 燃料電池にアノードガスを供給する少なくとも４本の高圧タンクを車両に並べて搭載する燃料電池システムのタンク搭載ユニットであって、
   前記４本の高圧タンクに設けられた各バルブの間を結ぶ３本の配管と、
   前記高圧タンクのバルブ位置に対して反対側に配置された充填口と、いずれかの前記高圧タンクのバルブとの間を結ぶ充填管と、
   前記４本の高圧タンクの両端にそれぞれ設けられ、前記アノードガスの調圧弁よりも後方に配列される第１高圧タンクと第２高圧タンクとを連結する前方フレーム部と、さらに後方に配列される第３高圧タンクと第４高圧タンクとを連結する後方フレーム部とで構成される固定フレームと、
   前記後方フレーム部のうち前記第３高圧タンクよりも前記第２高圧タンク側の部分に設けられ、前記２本の固定フレームを連結する連結フレームと、を含み、
   前記充填管は、前記充填口から前記固定フレームの上に沿って前記第３高圧タンクのバルブに接続され、
   第１配管は、前記第３高圧タンクのバルブから前記第４高圧タンクのバルブに接続され、
   第２配管は、前記第４高圧タンクのバルブから前記第２高圧タンクのバルブに接続され、
   第３配管は、前記第２高圧タンクのバルブから前記第１高圧タンクのバルブに接続される、
   燃料電池システムのタンク搭載ユニット。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムのタンク搭載ユニットにおいて、
   前記第１高圧タンクは、前記４本の高圧タンクのうち最も容積が大きな高圧タンクであり、
   前記調圧弁は、前記第１高圧タンクから前記燃料電池に供給されるアノードガスの圧力を調整する、
   燃料電池システムのタンク搭載ユニット。

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