JP6604306B2

JP6604306B2 - 高圧タンクユニット

Info

Publication number: JP6604306B2
Application number: JP2016208774A
Authority: JP
Inventors: 聡鯵坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2036-10-25
Also published as: JP2018069795A

Description

本発明は、高圧タンクユニットに関する。

特許文献１には、車室内空間を広く確保するために、フロアパネル下面の形状に倣った外形形状を有するケーシング内に収納された燃料電池システムを車両床下に搭載することが提案されている。この際、水供給手段によって供給される水が外気温の低い場合に凍結して配管や部品を破損させることを回避するために、水供給手段の部品を貯水タンクよりも高い位置に配置して凍結による破損を回避する技術が開示されている。

特許第４０６１５８９号公報

しかし、上記特許文献１には、システムケース内における各構造の具体的な構成は開示されておらず、車体の剛性を向上させる観点からは改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、車体に取り付けることによって車体の剛性を向上させる高圧タンクユニットを得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る高圧タンクユニットは、ロアケースとアッパケースとで構成されて車両本体の下部に組みつけられると共に、トンネル内に配置される前部と、リアフロアパネルの下方に配置される後部とを有するケース本体と、車両前後方向を長手方向として前記前部に収納される第１高圧タンクと、車幅方向を長手方向として前記後部に収納される第２高圧タンクと、前記第１高圧タンクの外周面に固定される第１固定部と、前記第１固定部の周方向端部から車幅方向に延出されて前記アッパケース及び前記ロアケースと共締めされる第１フランジ部とを有する第１ブラケットと、前記第２高圧タンクの外周面に固定される第２固定部と、前記第２固定部の周方向端部から車両前後方向に延出されて前記アッパケース及び前記ロアケースと共締めされる第２フランジ部とを有する第２ブラケットと、を備える。

請求項１記載の本発明では、第１高圧タンクの外周面に第１ブラケットの第１固定部を固定すると共に、第２高圧タンクの外周面に第２ブラケットの第２固定部を固定する。この状態で、ロアケース内において前部の位置に車両前後方向を長手方向として第１高圧タンクを配置すると共に、後部の位置に車幅方向を長手方向として第２高圧タンクを配置する。その後、ロアケースにアッパケースを被せて閉塞する際に、第１ブラケットの第１フランジ部、第２ブラケットの第２フランジ部とロアケース、アッパケースとを共締めする。これにより、第１高圧タンク、第２高圧タンクとケース本体（ロアケース、アッパケース）が一体化される。この結果、第１高圧タンク、第２高圧タンクの剛性によって高圧タンクユニット（ケース本体）の剛性が向上する。この高圧タンクユニットを車両本体の下部に固定することにより、車両本体の剛性を向上させることができる。特に、ケース本体の前部がトンネル内に配置されることにより、車両本体のトンネルの剛性が向上し、衝突荷重をトンネルを介して車幅方向に伝達させることができる。

請求項１記載の本発明に係る高圧タンクユニットは、車体（車両本体）に取り付けることによって車体（車両本体）の剛性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る高圧タンクユニットの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る高圧タンクユニットの斜視図である。図２におけるＡーＡ線断面図である。図２におけるＢーＢ線断面図である。

次に、図１〜図４を用いて本発明の一実施形態に係る高圧タンクユニットについて説明する。なお、車両前後方向前方側を矢印ＦＲで示し、車幅方向を矢印Ｗで示し、車両上下方向上側を矢印ＵＰで示す。

（構成）
高圧タンクユニット１０は、図１及び図２に示すように、ケース本体１２と、ケース本体１２内に収納される第１〜第３高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃと、第１〜第３高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃをケース本体１２に固定させるための第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂとから基本的に構成されている。

ケース本体１２は、アッパケース１８とロアケース２０とから構成されている。アッパケース１８は、図１、図３、図４に示すように、車幅方向及び車両前後方向に延在する平面である上面２２と、上面２２の車幅方向端部又は車両前後方向の端部から車両下方に延在する縦壁部２４と、縦壁部２４の下端から車幅方向又は車両前後方向に延在するフランジ部２６とを備えた、車両下方側が開口した略箱型形状とされている。また、アッパケース１８は、平面視において、車両前後方向を長手方向とされた矩形の前部２８Ａと、車幅方向を長手方向とされた矩形の後部３０Ａとが連結された形状である。

フランジ部２６は、アッパケース１８の車両下側端部の全周にわたって形成されているが、説明の便宜上、前部２８Ａに形成されたフランジ部２６をフランジ部２６Ａ、後部３０Ａに形成されたフランジ部２６をフランジ部２６Ｂという。また、フランジ部２６Ａ、２６Ｂにおいて、後述する第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂと共締めする箇所には、締結用の複数の孔部３２、３４がそれぞれ形成されている。

ロアケース２０は、アッパケース１８と車両上下方向で略対称に形成されている。異なっているのは、深さ（車両上下方向高さ）がアッパケース１８よりも浅い点のみである。すなわち、ロアケース２０は、車幅方向及び車両前後方向に延在する平面である下面３６と、下面３６の車幅方向端部又は車両前後方向の端部から車両上方に延在する縦壁部３８と、縦壁部３８の上端から車幅方向又は車両前後方向に延在するフランジ部４０とを備えた、車両上方側が開口した略箱型形状とされている。また、ロアケース２０は、平面視において、車両前後方向を長手方向とされた矩形の前部２８Ｂと、車幅方向を長手方向とされた矩形の後部３０Ｂとが連結された形状である。

フランジ部４０は、ロアケース２０の車両上側端部の全周にわたって形成されているが、説明の便宜上、前部２８Ｂに形成されたフランジ部４０をフランジ部４０Ａ、後部３０Ｂに形成されたフランジ部４０をフランジ部４０Ｂという。また、フランジ部４０Ａ、４０Ｂにおいて、後述する第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂと共締めする箇所には、締結用の複数の孔部４２、４４がそれぞれ形成されている。

さらに、ロアケース２０の前部２８Ｂの車両前端部には、後述する高圧水素タンク用の配管５４を外部に導出するための導出口４６が形成されている。

なお、アッパケース１８とロアケース２０が一体化されてケース本体１２とされた場合に、アッパケース１８の前部２８Ａとロアケース２０の前部２８Ｂで構成される部分を前部２８と、アッパケース１８の後部３０Ａとロアケース２０の後部３０Ｂで構成される部分を後部３０という。

ところで、ケース本体１２を車体に組み付ける場合、前部２８が車両下部のトンネルの内部（下部）に取り付けられる（固定される）と共に、後部３０がリアフロアパネルの下部に取り付けられる（固定される）。

高圧水素タンク１４Ａは、略円筒形をした円筒部５０Ａと、円筒部５０Ａの軸方向一端部に形成された口金部５２Ａを有する。また、高圧水素タンク１４Ａは、軸方向（長手方向）が車両前後方向となるようにして、ケース本体１２の前部２８に収納（配置）されるものである。なお、高圧水素タンク１４Ａが、本発明の第１高圧タンクに相当する。

高圧水素タンク１４Ｂ、１４Ｃも高圧水素タンク１４Ａと同様に円筒部５０Ｂ、５０Ｃと口金部５２Ｂ、５２Ｃとを有する形状であるが、軸方向（長手方向）が車幅方向となるようにして、ケース本体１２の後部３０に収納（配置）されるものである。なお、各高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃは、その口金部５２Ａ〜５２Ｃが配管５４で接続されてりおり、その端部が導出口４６からケース本体１２の外側に導出されている。なお、高圧水素タンク１４Ｂ、１４Ｃが、本発明の第２高圧タンクに相当する。

第１ブラケット１６Ａは、高圧水素タンク１４Ａの円筒部５０Ａの外周面に沿って配置されるものであり、図３に示すように、断面が略半円形で円筒部５０Ａに溶接で固定される固定部５６と、固定部５６の周方向端部から車幅方向（固定部５６と反対側）に延出されたフランジ部５８とを備える。フランジ部５８には、後述する共締め用の孔部６０がアッパケース１８の孔部３２及びロアケース２０の孔部４２に対応する位置に形成されている。

なお、固定部５６が本発明の第１固定部に相当し、フランジ部５８が本発明の第１フランジ部に相当する。

なお、第１ブラケット１６Ａをアッパケース１８及びロアケース２０と共締めする場合には、間隔を調整するために第１ブラケット１６Ａ（フランジ部５８）とロアケース２０（フランジ部４０Ａ）との間にフランジ部５８と同一形状で同一厚さのプレート６２が配置される。なお、このプレート６２にも、フランジ部５８の孔部６０に対応する位置に図示しない孔部が形成されている。

第２ブラケット１６Ｂは、図４に示すように、高圧水素タンク１４Ｂ、１４Ｃの円筒部５０Ｂ、５０Ｃの外周面の略上半分に沿って配置される上固定部材６４と、略下半分に沿って配置される下固定部材６６とを有する。

上固定部材６４は、断面が略半円形を２つ並列した形状であり円筒部５０Ｂ、５０Ｃに溶接で固定される固定部６８と、固定部６８の周方向端部から車両前後方向（円筒部５０Ｂ、５０Ｃと反対側）に延出されたフランジ部７０とを備える。フランジ部７０には、図１に示すように、後述する共締め用の孔部７２がアッパケース１８の孔部３４及びロアケース２０の孔部４４に対応する位置に形成されている。

下固定部材６６も、断面が略半円形を２つ並列した形状であり円筒部５０Ｂ、５０Ｃに溶接で固定される固定部７４と、固定部７４の周方向端部から車両前後方向（円筒部５０Ｂ、５０Ｃと反対側）に延出されたフランジ部７６とを備える。フランジ部７６には、後述する共締め用の孔部（不図示）がアッパケース１８の孔部３４及びロアケース２０の孔部４４に対応する位置に形成されている。

なお、固定部６８、７４が本発明の第２固定部に相当し、フランジ部７０、７６が本発明の第２フランジ部に相当する。

なお、図１〜図４に示すように、アッパケース１８、第１ブラケット１６Ａ、ロアケース２０の各孔部３２、６０、４２及びプレート６２の図示しない孔部にボルト８０が挿通されナット８２で締結される構成である。また、アッパケース１８、第２ブラケット１６Ｂ、ロアケース２０の各孔部３４、７２、４４及び下固定部材６６の図示しない孔部にボルト８４が挿通されナット８６で締結される構成である。すなわち、ボルト８０、８４とナット８２、８６によって、アッパケース１８、第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂ、ロアケース２０が共締めされる構成である。

（本実施形態の作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。先ず、高圧タンクユニット１０の組み付け方法について説明し、その後で作用及び効果について説明する。

高圧タンクユニット１０を組み付ける場合には、先ず、図１に示すように、高圧水素タンク１４Ａの円筒部５０Ａの外周面に沿って第１ブラケット１６Ａの固定部５６を溶接で固定する。

また、第２ブラケット１６Ｂを構成する下固定部材６６の固定部７４に高圧水素タンク１４Ｂ、１４Ｃの円筒部５０Ｂ、５０Ｃの外周面を溶接で固定し、下固定部材６６に固定された高圧水素タンク１４Ｂ、１４Ｃの露出されている上側に上固定部材６４の固定部６８を溶接で固定する。

この際、上固定部材６４のフランジ部７０に形成された孔部７２と、下固定部材６６のフランジ部７６に形成された孔部（不図示）とが位置あわせされている。

続いて、第１ブラケット１６Ａが固定された高圧水素タンク１４Ａは、ロアケース２０の前部２８Ｂに収納される。具体的には、第１ブラケット１６Ａのフランジ部５８をロアケース２０の前部２８Ｂのフランジ部４０Ａ上にプレート６２を挟んで配置する。この際、第１ブラケット１６Ａのフランジ部５８に形成された孔部６０と、プレート６２に形成された孔部（不図示）と、ロアケース２０のフランジ部４０Ａに形成された孔部４２とが位置あわせされている。

次に、第２ブラケット１６Ｂが固定された高圧水素タンク１４Ｂ、１４Ｃが、ロアケース２０の後部３０Ｂに収納される。具体的には、第２ブラケット１６Ｂ（上固定部材６４及び下固定部材６６）のフランジ部７０、７６をロアケース２０の後部３０Ｂのフランジ部４０Ｂ上に配置する。この際、上固定部材６４のフランジ部７０の孔部７２と、下固定部材６６のフランジ部７６の孔部（不図示）と、ロアケース２０のフランジ部４０Ｂの孔部４４とが位置あわせされている。

続いて、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃの口金部５２Ａ〜５２Ｃを配管５４で接続し、さらに、ロアケース２０の前部２８Ｂに設けられた導出口４６からケース本体１２の外部へ配管する。

このように、ロアケース２０内において、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃを配管５４で接続した後、ロアケース２０の上側にアッパケース１８を被せる。この際、ケース本体１２の前部２８において、既に位置あわせされているロアケース２０の孔部４２、第１ブラケット１６Ａの孔部６０、プレート６２の図示しない孔部に対して、アッパケース１８のフランジ部２６Ａの孔部３２を位置合わせする。また、ケース本体１２の後部３０において、既に位置あわせされているロアケース２０の孔部４４、第２ブラケット１６Ｂの孔部７２及びフランジ部７６の孔部（不図示）に対して、アッパケース１８のフランジ部２６Ｂの孔部３４を位置合わせする。

この状態で、孔部３２、６０、４２及びプレート６２の図示しない孔部にボルト８０を挿入し、また、孔部３４、７２、４４及び下固定部材６６の図示しない孔部にボルト８４を挿入し、それぞれナット８２、８６で共締めする。これにより、アッパケース１８、ロアケース２０と第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂが一体化される。

このようにして、図２に示すように、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃとケース本体１２が一体化された高圧タンクユニット１０が構成される。

続いて、高圧タンクユニット１０の前部２８を車体下部のトンネル内部（下部）に配置すると共に、後部３０をリアフロアパネルの下部に配置して取り付けることによって、車両の床下に高圧タンクユニット１０が組み付けられる。

次に、高圧タンクユニット１０の作用効果について説明する。
高圧タンクユニット１０は、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃに溶接で固定された第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂのフランジ部５８、７０、７６が、アッパケース１８のフランジ部２６及びロアケース２０のフランジ部４０と共締めされているため、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃとケース本体１２が一体化されている。特に、本実施形態のように、第１ブラケット１６Ａ、第２ブラケット１６Ｂが高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃの軸方向長さの半分以上の軸方向長さ（幅）を有することによって、ケース本体１２から高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃに効果的に荷重が伝達される。この結果、高圧タンクユニット１０（ケース本体１２）の剛性が高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃによって向上する。したがって、高圧タンクユニット１０が車体下部に取り付けられた車体の剛性が向上する。

また、高圧タンクユニット１０の前部２８が車体下部のトンネルの内部に固定されることによりトンネルの剛性が向上し、トンネルを挟んで車幅方向に衝突荷重が良好に伝達可能となる。

さらに、高圧タンクユニット１０の車体への取り付けによって車体剛性が向上するため、所定の車体剛性を確保するために必要な部品点数を削減することができ、ボデーの車体重量を低減することができる。

さらに、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃは、ロアケース２０の内部に収納された状態で配管５４で接続された後、アッパケース１８を被せて一体化されることにより高圧タンクユニット１０として車両に搭載（組み付け）されているため、組み付け性に優れる。すなわち、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃを複数のユニットに分割して、それぞれ車両に搭載した後、各高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃ管を配管５４で接続することと比較して、組み付け性に優れる。

また、高圧タンクユニット１０を車両の床下に取り付けるため、車室内の空間スペースが大きく確保され、車両のデザイン性能を向上させることができる。

さらに、車両の床下に高圧タンクユニット１０を取り付けているにも拘らず、車両前後方向及び車幅方向に延在する平面であるロアケース２０の下面３６が車両の下面となるため、車両の床下が平面化され整流作用によって車両の空力特性が向上する。

さらに、車両の床下に高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃを配置した場合には、配管５４が車室外に配置されることによる外部の特異環境の影響（例えば、外部気温が低温であることによる水分の凍結）が危惧されるが、ケース本体１２内に配管５４が設置されるため、特異環境に対する耐性が向上する。すなわち、高圧タンクユニット１０の信頼性が向上すると共に、低コストで達成することができる。

なお、本実施形態では高圧タンクユニット１０は、高圧水素タンク１４Ａ〜１４Ｃを搭載したものについて説明したが、複数の高圧タンクを搭載するものであればこれに限定されるものではない。

１０高圧タンクユニット
１２ケース本体
１４Ａ高圧水素タンク（第１高圧タンク）
１４Ｂ、１４Ｃ高圧水素タンク（第２高圧タンク）
１６Ａ第１ブラケット
１６Ｂ第２ブラケット
１８アッパケース
２０ロアケース
２８前部
３０後部
５６固定部（第１固定部）
５８フランジ部（第１フランジ部）
６８固定部（第２固定部）
７０フランジ部（第２フランジ部）
７４固定部（第２固定部）
７６フランジ部（第２フランジ部）

Claims

ロアケースとアッパケースとで構成されて車両本体の下部に組みつけられると共に、トンネル内に配置される前部と、リアフロアパネルの下方に配置される後部とを有するケース本体と、
車両前後方向を長手方向として前記前部に収納される第１高圧タンクと、
車幅方向を長手方向として前記後部に収納される第２高圧タンクと、
前記第１高圧タンクの外周面に固定される第１固定部と、前記第１固定部の周方向端部から車幅方向に延出されて前記アッパケース及び前記ロアケースと共締めされる第１フランジ部とを有する第１ブラケットと、
前記第２高圧タンクの外周面に固定される第２固定部と、前記第２固定部の周方向端部から車両前後方向に延出されて前記アッパケース及び前記ロアケースと共締めされる第２フランジ部とを有する第２ブラケットと、
を備える高圧タンクユニット。