JP6769394B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池を搭載する燃料電池車両に関する。
燃料電池を搭載する燃料電池車両としては、燃料電池に供給する燃料ガスとして水素ガスを用いる燃料電池車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−２３１３１９号公報 特開２０１４−１２３４５７号公報
このような燃料電池車両では、例えば、燃料電池のアノードに水素ガスを供給する配管において、水素ポンプが設けられる。水素ポンプは一般に、比較的剛性が高い例えば金属製の筐体内に、比較的重量の大きいモータおよびロータが収納されており、高強度部材といえる。そのため、燃料電池車両において水素ポンプをフロントコンパートメント内に配置する場合には、車両の衝突時に車両の前方部分が変形する際に、水素ポンプが、フロントコンパートメントの後方を区画するダッシュパネルに衝突し、ダッシュパネルを変形させる可能性があった。そこで、水素ポンプをフロントコンパートメント内に配置する燃料電池車両において、車両の衝突時におけるダッシュパネルの変形を抑えることが望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池を搭載する燃料電池車両が提供される。この燃料電池車両は、車室との間をダッシュパネルによって区画されたフロントコンパートメント内において；前記燃料電池のアノードに対して、水素を含む燃料ガスを供給する配管に設けられた水素ポンプと；前記水素ポンプに締結されて、前記配管を流れる前記燃料ガスから水分を除去する気液分離器であって、該気液分離器における前記燃料電池車両の進行方向後方側の端部が、前記水素ポンプにおける前記進行方向後方側の端部よりも後方に配置された気液分離器と；を備え；前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記水素ポンプと前記気液分離器とが締結された締結部の重心は、前記水素ポンプの重心よりも、前記燃料電池車両の幅方向にずれて配置されている。
この形態の燃料電池車両によれば、水素ポンプをフロントコンパートメント内に配置する場合に、車両の衝突時において、水素ポンプが進行方向後方に移動する軌道を変更して、水素ポンプのダッシュパネルへの衝突に起因するダッシュパネルの変形を抑えることができる。
（２）上記形態の燃料電池車両において、前記水素ポンプは、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、該水素ポンプのモータの回転軸が、前記進行方向に対して傾くように配置されており；前記締結部の重心と前記水素ポンプの重心とを結ぶ直線は、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記進行方向に対して、前記モータの回転軸と同じ方向に傾いていることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、車両の衝突時に水素ポンプが進行方向後方に移動する軌道を変更する効果を高め、水素ポンプがダッシュパネルに衝突することに起因するダッシュパネルの変形を抑える効果を、より高めることができる。
（３）上記形態の燃料電池車両において、前記締結部の重心は、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記燃料電池車両における進行方向に平行な中心線に対して、前記水素ポンプの重心と同じ側に存在し、前記水素ポンプの重心よりも、前記中心線から離間していることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、車両の衝突時に水素ポンプが進行方向後方に移動する軌道が変更される際に、水素ポンプが燃料電池車両の中心線から離間する方向に移動し易くなる。そのため、水素ポンプの移動先のスペースを確保することがより容易になり、水素ポンプがダッシュパネルに衝突することを抑制する効果を高めることができる。
（４）上記形態の燃料電池車両において、前記締結部は、前記水素ポンプと前記気液分離器とを締結する複数の締結箇所を備え、前記締結部の重心は、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記複数の締結箇所を結んだ図形の重心であることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、水素ポンプに気液分離器を締結する強度を確保して締結の安定性を高めつつ、水素ポンプのダッシュパネルへの衝突に起因するダッシュパネルの変形を抑えることができる。
（５）上記形態の燃料電池車両において、前記気液分離器は、前記水素ポンプの下方に配置されていることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、気液分離器とダッシュパネルとの間の距離を、より長く確保し易くなる。したがって、車両の衝突時に、締結により気液分離器と一体化した水素ポンプがダッシュパネルに衝突することを、抑制することができる。
（６）上記形態の燃料電池車両において、前記フロントコンパートメント内において、さらに、前記燃料電池と、前記燃料電池のカソードに対して酸化ガスとしての空気を供給するエアコンプレッサと、を備え、前記エアコンプレッサは、前記水素ポンプと、前記燃料電池車両の進行方向から見たときに重なる位置であって、前記水素ポンプよりも、前記燃料電池車両の進行方向前方側の位置に配置されていることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、比較的大きな重量を有するエアコンプレッサが水素ポンプの前方側に配置されることにより、水素ポンプがダッシュパネルに加える衝突時の衝撃力が、より大きくなり得るため、水素ポンプが進行方向後方に移動する軌道を変更することによる効果を、特に顕著に得ることができる。
本発明は、燃料電池車両以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池車両における水素ポンプおよび気液分離器の配置方法等の形態で実現することができる。
燃料電池システムの概略構成を模式的に表わす説明図である。 水素ポンプと気液分離器の位置関係を表わす説明図である。 水素ポンプの重心の位置に関する説明図である。 水素ポンプと気液分離器の位置関係を表わす説明図である。 締結部の重心と水素ポンプの重心との位置関係を表わす説明図である。 左側面側から見たときの水素ポンプおよび気液分離器の配置を表わす。 締結部の重心と水素ポンプの重心との位置関係を表わす説明図である。 フロントコンパートメント内を下方から見た様子を表わす説明図である。 フロントコンパートメント内を左側から見た様子を表わす説明図である。 フロントコンパートメント内を下方から見た様子を表わす説明図である。
Ａ．第１実施形態：
本発明の第１実施形態の燃料電池車両は、燃料電池５０を備える燃料電池システム６０を搭載する。第１実施形態の燃料電池車両は、燃料電池システム６０を構成する機器の少なくとも一部を、車両のフロントコンパートメント内に配置している。フロントコンパートメントは、燃料電池車両において、ダッシュパネルによって車室と区画され、車室の前方部分に設けられた空間である。以下では、まず、フロントコンパートメント内の配置に係る説明に先立って、燃料電池システム６０について説明する。
図１は、本実施形態の燃料電池車両が搭載する燃料電池システム６０の概略構成であって、燃料電池５０に対するガスの供給および排出に関わる構成の概略を表わす説明図である。
燃料電池システム６０は、燃料電池５０と、燃料ガス供給部６１と、エアコンプレッサ５２とを備えている。燃料電池５０としては種々の種類のものを適用可能であるが、本実施例では、燃料電池５０として固体高分子形燃料電池を用いている。燃料電池５０は、単セルが複数積層されたスタック構成を有している。単セルは、電解質膜と、電解質膜の各々の面に形成された電極であるアノードおよびカソードと、を含むＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）を備える。
燃料ガス供給部６１は、水素を含有する燃料ガスを燃料電池５０に供給するために、燃料ガスを貯蔵する装置である。燃料ガス供給部６１は、例えば、圧縮水素を貯蔵する水素タンクや、水素吸蔵合金を内部に有する水素タンクを備えることとすればよい。燃料ガス供給部６１に貯蔵された水素ガスは、燃料ガス供給路６２を介して燃料電池５０のアノードに供給され、アノードから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス路６３に導かれて再び燃料ガス供給路６２に流入する。このように、アノードオフガス中の残余の水素ガスは、流路内を循環して再度電気化学反応に供される。すなわち、燃料ガス供給路６２の一部と、燃料電池５０内の燃料ガス流路と、アノードオフガス路６３とは、燃料ガス循環流路を形成している。上記のように、循環流路内を流れるガスは、燃料ガス供給部６１から供給される水素ガスとアノードオフガスとを含む。以後の説明では、循環流路内を流れるガスを、単に燃料ガスとも呼ぶ。
また、アノードオフガス路６３には、気液分離器３０が設けられて、循環流路を循環する燃料ガスから水分を除去する。気液分離器３０によって分離された水を外部に排出する流路には、開閉弁６７が設けられている。開閉弁６７を所定のタイミングで開弁することにより、流路内を循環する燃料ガス中の水素以外の不純物（水蒸気や窒素など）を流路外に排出することができる。これにより、燃料電池５０に供給される燃料ガス中の不純物濃度の上昇を抑制することができる。また、アノードオフガス路６３には、水素ポンプ２０が設けられている。水素ポンプ２０は、既述した燃料ガスの循環流路内で燃料ガスを循環させるための駆動力を生じる。
エアコンプレッサ５２は、酸化ガスとしての加圧空気を、酸化ガス供給路６５を介して燃料電池５０のカソード側に供給するための装置である。燃料電池５０のカソード側から排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路６６に導かれて外部に排出される。なお、燃料ガス供給路６２や酸化ガス供給路６５において、燃料ガスあるいは酸化ガスを加湿する加湿器を、さらに設けることとしてもよい。
図２は、本実施形態の燃料電池車両におけるフロントコンパートメント（Ｆｃｏｍｐ）内における、水素ポンプ２０と気液分離器３０との位置関係を表わす説明図である。フロントコンパートメントには種々の装置が配置されるが、図２では、水素ポンプ２０と気液分離器３０のみを示しており、他の装置については記載を省略している。
図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が示されている。＋Ｘ方向は、車両の進行方向前方を示し、−Ｘ方向は、車両の進行方向後方を示す。また、＋Ｚ方向は、車両の右側方向を示し、−Ｚ方向は、車両の左側方向を示す。すなわち、Ｘ方向は、「車両の前後方向」であり、Ｚ方向は、「車両の幅方向」および「左右方向」である。また、＋Ｙ方向は、鉛直方向上側（以下、単に上方とも呼ぶ）であり、−Ｙ方向は、鉛直方向下側（以下、単に下方とも呼ぶ）である。すなわち、図２は、本実施形態の燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの様子を表わす。これらの方向は、後述する図４〜図９においても同様である。
本実施形態では、水素ポンプ２０および気液分離器３０と、フロントコンパートメントを後方側（−Ｘ方向側）で区画するダッシュパネル４０との間には、他の機器は配置されていない。すなわち、水素ポンプ２０および気液分離器３０は、他の機器を介在することなくダッシュパネル４０の前方に配置されている。
図２に示すように、フロントコンパートメント内において、気液分離器３０は、水素ポンプ２０よりも下方に配置されている。そして、気液分離器３０は、ボルト等を用いて水素ポンプ２０に直接締結されている。このように、気液分離器３０を水素ポンプ２０に直接締結して、気液分離器３０を水素ポンプ２０に近接して配置することにより、気液分離器３０から水素ポンプ２０までの配管の長さを抑えることができる。その結果、気液分離器３０を経由した燃料ガスが、水素ポンプ２０に達するまでに再び水分量が増加することを抑え、水素ポンプ２０に供給される燃料ガス中の水分量を、より低くすることができる。水素ポンプ２０に供給される燃料ガス中に水分が含まれる場合には、水素ポンプ２０内に水分が混入することにより異音が生じる、水分が水素ポンプ２０の機械的な故障原因となり得る、水分が水素ポンプ２０内における抵抗となる、あるいは、水分が水素ポンプ２０内の錆の原因になる、等の不都合を生じ得る。水素ポンプ２０の上流側に近接して気液分離器３０を配置することにより、上記不都合を抑制することができる。
図２に示すように、本実施形態では、水素ポンプ２０と気液分離器３０とは、３箇所の締結箇所３２において締結されている。全ての締結箇所３２を合わせて、締結部３１とも呼ぶ。図２では、水素ポンプ２０と気液分離器３０とが締結された締結部３１の重心を、重心ＣＧＬＳとして示しており、水素ポンプ２０の重心を、重心ＣＨＰとして示している。締結部３１の重心ＣＧＬＳとは、燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときに、３つの締結箇所３２を結んだ三角形の重心である。
図３は、本実施形態の燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰの位置に関する説明図である。水素ポンプ２０の重心ＣＨＰは、燃料電池車両を鉛直方向から見たときの水素ポンプ２０の外形形状（以下、単に水素ポンプ２０の外形とも呼ぶ）の幾何学的重心である。水素ポンプ２０は、一般に、水素ポンプ２０の外部との電気的な接続のための部位や水素ポンプ２０の取り付けのための部位を設けることにより、表面に複数の凹凸部を有している。このような凹凸部を有する水素ポンプ２０の重心ＣＨＰは、燃料電池車両を鉛直方向から見たときの水素ポンプ２０の外形を、長方形に近似することにより特定することができる。
図３に示すように、水素ポンプ２０は、ロータを備えるポンプ部と、モータを備えるモータ部と、を備える。モータ部は、モータの形状に対応して、略円柱状の外形を有する。水素ポンプ２０の外形を長方形に近似する際には、まず、モータ部の外形において、モータの回転軸に平行な対向する２本の直線によってそれぞれ規定される辺Ｓ１および辺Ｓ２を特定する。そして、モータ部の外形において、辺Ｓ１および辺Ｓ２に垂直な辺であって、モータ部におけるポンプ部から離間する側の端部と重なる辺Ｓ３を特定する。また、モータ部の外形において、辺Ｓ１および辺Ｓ２に垂直な辺であって、ポンプ部におけるモータ部から離間する側の端部と重なる辺Ｓ４を特定する。このようにして特定した辺Ｓ１〜Ｓ４で規定される長方形の重心(長方形の対角線の交点）を、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとして特定すればよい。
本実施形態の燃料電池車両では、水素ポンプ２０と気液分離器３０との間の位置関係に特徴がある。具体的には、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、水素ポンプ２０と気液分離器３０とが締結された締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の幅方向にずれて配置されている。以下では、図２に基づいて、燃料電池車両を鉛直方向下方（＋Ｙ方向）から見たときの様子を説明するが、鉛直方向上方（−Ｙ方向）から見たときにも同様の関係が成り立つ。
図２では、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰを通過して燃料電池車両の進行方向に平行な直線を、直線Ｌ１として示している。また、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰを通過して水素ポンプ２０のモータの回転軸に平行な直線を、中心線Ａｘ１として示している。本実施形態の水素ポンプ２０では、直線Ｌ１と中心線Ａｘ１とは一致している。また、締結部３１の重心ＣＧＬＳを通過して燃料電池車両進行方向に平行な直線を、直線Ｌ２として示している。直線Ｌ２は、直線Ｌ１に対して、燃料電池車両の幅方向（車両の左側方向）に離間している。すなわち、本実施形態では、燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときに、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の幅方向にずれて配置されているといえる。なお、図２では、直線Ｌ１から直線Ｌ２までの距離、すなわち、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰと締結部３１の重心ＣＧＬＳとの間の、燃料電池車両の幅方向の距離を、距離αとして示している。
図２では、締結部３１は３つの締結箇所３２を備えることとしたが、締結箇所３２は、１箇所であってもよく、２箇所であってもよく、４箇所以上であってもよい。これらの場合において、燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの締結部３１の重心ＣＧＬＳの位置は、それぞれ以下のように特定される。締結箇所３２が１箇所の場合には、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、締結箇所３２が設けられた位置である。締結箇所３２が２箇所の場合には、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、２つの締結箇所３２を結んだ線分の中心である。締結箇所３２が４箇所以上の場合には、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、全ての締結箇所３２を順次結んで得られる図形（多角形）の重心である。すなわち、締結部３１が複数の締結箇所３２を備える場合には、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、複数の締結箇所３２を結んだ図形の重心である。このような締結部３１の重心ＣＧＬＳが、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の幅方向にずれて配置されていればよい。締結箇所３２の数は、水素ポンプ２０に気液分離器３０を締結する強度を確保して締結の安定性を高める観点から、３以上であることが望ましい。
なお、図２では、燃料電池車両の進行方向に垂直であって水素ポンプ２０の後端を通過する直線を、直線Ｅ１として示し、燃料電池車両の進行方向に垂直であって気液分離器３０の後端を通過する直線を、直線Ｅ２として示している。このように、気液分離器３０における車両の進行方向後方側の端部が、水素ポンプ２０における進行方向後方側の端部よりも後方となるように（直線Ｅ１よりも直線Ｅ２の方が後方となるように）、気液分離器３０は配置されている。
このような本実施形態の燃料電池車両が前方から衝突する際には、燃料電池車両を構成する各部に対して、前方から後方に向かって衝突荷重が加えられる。図２では、このような衝突荷重の向きを、白抜き矢印で示している。このような衝突加重が加えられると、例えば燃料電池車両の前方部分が変形すると共に、フロントコンパートメント内に配置される各装置は、後方に向かって、すなわち−Ｘ方向に向かって移動する。このとき、水素ポンプ２０は、後方に移動することによってダッシュパネル４０に衝突し得る。水素ポンプ２０は、既述したように、比較的重量の大きいモータ等を備え、モータ等の構造を、比較的剛性が高い金属製の筐体内に収納しており、全体として比較的大きな重量を有する。そのため、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突すると、ダッシュパネル４０が変形し得る。
本実施形態では、水素ポンプ２０に対して気液分離器３０が直接締結されているため、衝突荷重が加えられて水素ポンプ２０が後方に移動する際にも、通常は両者の締結状態が維持されて、気液分離器３０は水素ポンプ２０と一体で移動する。そして、気液分離器３０における車両の進行方向後方側の端部が、水素ポンプ２０における進行方向後方側の端部よりも後方に配置されているため、衝突時には、水素ポンプ２０に先立って、気液分離器３０がダッシュパネル４０に衝突する。
ここで、気液分離器３０は、水素ポンプ２０とは異なり、重量が比較的重い回転体であるモータを備えていないため、水素ポンプ２０に比べて、筐体の剛性を高める要求度は低い。そのため、気液分離器３０は、樹脂製の筐体を備えており、気液分離器３０全体の重量が抑えられている。このように比較的軽い気液分離器３０がダッシュパネル４０に衝突する際のダッシュパネル４０の変形量は、水素ポンプ２０が衝突する場合に比べて小さくなる。
気液分離器３０がダッシュパネル４０に衝突すると、衝突荷重とは逆向きの力である反力が生じ、反力は、気液分離器３０を介して、気液分離器３０と一体化された水素ポンプ２０に伝えられる。既述したように、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも燃料電池車両の幅方向にずれて配置されている。そのため、水素ポンプ２０に上記した反力が伝えられることにより、水素ポンプ２０において水素ポンプ２０を回転させる力が生じる。
図２では、締結部３１の重心ＣＧＬＳと水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとを結んだ直線を、直線Ｌ３として示している。水素ポンプ２０に対して、白抜き矢印で示した進行方向後方向きの衝突荷重が加えられる際に、これとは逆向きの反力がさらに加えられると、水素ポンプ２０では、図２において矢印で示す方向の回転力が生じる。すなわち、燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときに、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１の傾きが、直線Ｌ３の傾きに近づく方向に、水素ポンプ２０を回転させる力が生じる。このように、水素ポンプ２０を回転させる力が生じて、水素ポンプ２０が図２に示す矢印の方向に回転すると、水素ポンプ２０が進行方向後方に移動する軌道が変更される。
以上のように構成された本実施形態の燃料電池車両によれば、フロントコンパートメント内において、気液分離器３０の進行方向後方側の端部が、水素ポンプ２０の進行方向後方側の端部よりも後方となるように、気液分離器３０が水素ポンプ２０に締結されている。そして、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、水素ポンプ２０と気液分離器３０とが締結された締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心よりも、燃料電池車両の幅方向にずれている。そのため、燃料電池車両の衝突時に、水素ポンプ２０および気液分離器３０がダッシュパネル４０に向かって移動して、気液分離器３０がダッシュパネル４０に衝突する際には、水素ポンプ２０を回転させて、水素ポンプ２０の軌道を変更させることができる。そして、水素ポンプ２０のダッシュパネル４０への衝突を抑制し、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突する場合であっても、衝突時にダッシュパネル４０に加えられる衝撃力を低減することができる。その結果、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突することに起因するダッシュパネル４０の変形を抑えることができる。
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態の燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの、フロントコンパートメント（Ｆｃｏｍｐ）内における、水素ポンプ２０と気液分離器３０との位置関係を、図２と同様にして表わす説明図である。第２実施形態の燃料電池車両は、第１実施形態の燃料電池車両と同様の構成を有しており、水素ポンプ２０の配置の向きに違いがある。そのため、第１実施形態と共通する部分については同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
図４に示すように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、気液分離器３０の進行方向後方側の端部が、水素ポンプ２０の進行方向後方側の端部よりも後方となるように（直線Ｅ１よりも直線Ｅ２の方が後方となるように）、気液分離器３０および水素ポンプ２０が配置されている。そして、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、水素ポンプ２０と気液分離器３０とが締結された締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心よりも、燃料電池車両の幅方向にずれている。
そしてさらに、第２実施形態では、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１は、Ｘ方向に対して傾斜している。すなわち、水素ポンプ２０は、燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときに、水素ポンプ２０のモータの回転軸が、車両の進行方向に対して傾くように配置されている。
また、締結部３１の重心ＣＧＬＳと水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとを結ぶ直線Ｌ３は、本実施形態の燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、進行方向に対して、水素ポンプ２０のモータの回転軸（水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１）と同じ方向に傾いている。より具体的には、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰを通過して車両の進行方向に平行な直線Ｌ１をｘ軸（進行方向後方である−Ｘ方向が正方向）とし、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰを通過して車両の進行方向に垂直な直線Ｌ４をｙ軸（車両の左側方向である−Ｚ方向が正方向）としたときに、中心線Ａｘ１と直線Ｌ３とは、同じ象限（本実施形態では、第１象限および第３象限）を通過する。
以上のように構成された第２実施形態の燃料電池車両によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、さらに、燃料電池車両の衝突時に水素ポンプ２０を回転させる効果を高めることができる。その理由は、以下の通りである。
第２実施形態では、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１と、締結部３１の重心ＣＧＬＳと水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとを結ぶ直線Ｌ３とが、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、進行方向に対して同じ方向に傾いている。ここで、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１が進行方向に対して傾く場合には、車両の衝突時には、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１が進行方向に対して傾く方向に、水素ポンプ２０が回転しやすくなる。すなわち、本実施形態では、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１が進行方向に対して傾くことにより衝突時に水素ポンプ２０が回転しやすくなる方向と、締結部３１の重心ＣＧＬＳが水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも燃料電池車両の幅方向にずれることにより衝突時に水素ポンプ２０が回転しやすくなる方向とが、同じになる。そのため、燃料電池車両の衝突時に、水素ポンプ２０の回転を、より促進することができ、衝突時に水素ポンプ２０が進行方向後方に移動する軌道を変更する効果を高めることができる。その結果、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突することに起因するダッシュパネル４０の変形を抑える効果を、より高めることができる。
ただし、締結部３１の重心ＣＧＬＳが水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも燃料電池車両の幅方向にずれることにより衝突時に水素ポンプ２０が回転しやすくなる効果が得られるならば、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、締結部３１の重心ＣＧＬＳと水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとを結ぶ直線Ｌ３は、進行方向に対して、水素ポンプ２０のモータの回転軸とは異なる方向に傾くこととしてもよい。
Ｃ．第３実施形態：
第１および第２実施形態では、締結部３１を水素ポンプ２０の下面に設けることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、締結部３１を、１つまたは複数の締結箇所３２によって構成する場合に、締結箇所３２の少なくとも一部を、水素ポンプ２０の下面以外の面、例えば少なくとも一つの側面に設けてもよい。このような構成の一例を、第３実施形態として以下に説明する。
図５Ａおよび図５Ｂは、第３実施形態の燃料電池車両におけるフロントコンパートメント（Ｆｃｏｍｐ）内の様子を表わす説明図である。図５Ａは、図２と同様に、燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの、水素ポンプ２０と気液分離器３０とが締結された締結部３１の重心ＣＧＬＳと、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとの位置関係を表わしている。図５Ｂは、燃料電池車両の左側面側からフロントコンパートメント内を見たときの、水素ポンプ２０および気液分離器３０の配置を表わす。図５Ａおよび図５Ｂでは、水素ポンプ２０および気液分離器３０の形状を、模式的に長方形で表わしている。第３実施形態の燃料電池車両は、第１実施形態の燃料電池車両と同様の構成を有しているため、第１実施形態と共通する部分については同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
第３実施形態では、気液分離器３０は水素ポンプ２０の下方に配置されており、気液分離器３０における進行方向後方側の端部が、水素ポンプ２０における進行方向後方側の端部よりも後方に配置されている（直線Ｅ１よりも直線Ｅ２の方が後方）。また、締結部３１は、３つの締結箇所３２ａ〜３２ｃを備えており、そのうちの一部である２つの締結箇所３２ａ，３２ｂは、図５Ｂに示すように、水素ポンプ２０の側面に設けられている。そして、図５Ａに示すように、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の幅方向にずれている（ずれ量α）。このような構成とする場合にも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１は、燃料電池車両の進行方向に平行としたが、第２実施形態と同様に、燃料電池車両の進行方向に対して傾斜することとしてもよい。
Ｄ．第４実施形態：
第１ないし第３実施形態では、気液分離器３０は水素ポンプ２０の下方に配置したが、異なる構成としてもよい。例えば、水素ポンプ２０の側面側に気液分離器３０を配置して、水素ポンプ２０の側面に対して気液分離器３０を締結してもよい。このような構成の一例を、第４実施形態として以下に説明する。
図６は、第４実施形態の燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの、水素ポンプ２０と気液分離器３０とが締結された締結部３１の重心ＣＧＬＳと、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰと、の位置関係を表わしている。図６では、水素ポンプ２０と共に気液分離器３０の形状を、模式的に長方形で表わしている。第４実施形態の燃料電池車両は、第１実施形態の燃料電池車両と同様の構成を有しているため、第１実施形態と共通する部分については同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
第４実施形態では、気液分離器３０は、水素ポンプ２０の左側面に接するように設けられており、気液分離器３０における進行方向後方側の端部が、水素ポンプ２０における進行方向後方側の端部よりも後方に配置されている（直線Ｅ１よりも直線Ｅ２の方が後方）。また、気液分離器３０を水素ポンプ２０に取り付ける締結部として、水素ポンプ２０の左側面に、複数の締結箇所３２を有する締結部が設けられている。このとき、燃料電池車両を鉛直方向から見たときの、締結部３１の重心ＣＧＬＳの位置は、水素ポンプ２０の左側面に設けられた締結箇所３２のうち、最も前方に設けられた締結箇所３２ａと、最も後方に設けられた締結箇所３２ｂとを結んだ線分の中心となる。そして、図６に示すように、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の幅方向にずれている（ずれ量α）。このような構成とする場合にも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図６では、水素ポンプ２０の中心線Ａｘ１は、燃料電池車両の進行方向と平行としたが、第２実施形態と同様に、燃料電池車両の進行方向に対して傾斜することとしてもよい。
なお、気液分離器３０は、第４実施形態のように水素ポンプ２０の側面側に配置する他、水素ポンプ２０の上面側に配置してもよく、この場合には、水素ポンプ２０の上面に締結部３１を設けてもよい。ただし、気液分離器３０は、第１ないし第３実施形態のように、水素ポンプ２０の下方に配置することが望ましい。気液分離器３０を水素ポンプ２０の下方に配置する場合には、気液分離器３０の一部が、鉛直方向において水素ポンプ２０と重なることになる。そのため、気液分離器３０とダッシュパネル４０との間の距離を、より長く確保し易くなる。したがって、車両の衝突時に、締結により気液分離器３０と一体化した水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突することを、抑制することができる。また、気液分離器３０は、重力を利用して燃料ガスから水分を除去する装置であるため、水素ポンプ２０の下方に配置することにより、より容易に、燃料ガスから効率良く水分を除去することができる。
Ｅ．第５実施形態：
フロントコンパートメント内において、締結により気液分離器３０と一体化された水素ポンプ２０は、車両の幅方向の任意の位置に配置することが可能である。ただし、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、燃料電池車両の進行方向に平行な燃料電池車両の中心線に対して、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰと同じ側に存在し、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の中心線から離間していることが望ましい。このような構成の一例を、第５実施形態として以下に説明する。
図７は、第５実施形態の燃料電池車両を鉛直方向下方から見たときの、フロントコンパートメント（Ｆｃｏｍｐ）内における、水素ポンプ２０と気液分離器３０との位置関係を、図２と同様にして表わす説明図である。第５実施形態の燃料電池車両において、水素ポンプ２０と気液分離器３０との位置関係は、第１実施形態の燃料電池車両と同じである。第１実施形態と共通する部分については同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。なお、図７では、燃料電池車両の進行方向に平行な燃料電池車両の中心線を、中心線Ａｘ２として示している。
図７に示すように、本実施形態では、水素ポンプ２０および気液分離器３０は、車両の中心線Ａｘ２から離間して一方の側（左側）寄りに配置されている。そのため、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、燃料電池車両の中心線Ａｘ２に対して、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰと同じ側に存在する。そして、締結部３１の重心ＣＧＬＳは、水素ポンプ２０の重心ＣＨＰよりも、燃料電池車両の中心線Ａｘ２から離間している（締結部３１の重心ＣＧＬＳと水素ポンプ２０の重心ＣＨＰとの間の幅方向のずれ量はα）。
このような構成とすれば、車両の衝突時において、第１実施形態と同様に水素ポンプ２０が回転する際に、燃料電池車両の中心線Ａｘ２から離間する方向（左側方向）に水素ポンプ２０が移動し易くなる。フロントコンパートメント内に各種の装置を配置する際には、一般に、中央部付近に比較的大きな装置を配置して、比較的大きな装置を配置するスペースを確保すると共に、その周辺に、より小さな装置を配置する。したがって、フロントコンパートメントの中央部から離間した周辺部では、比較的小さな装置間において、隙間を設けることが容易になる。そのため、水素ポンプ２０および気液分離器３０をダッシュパネル４０の前方に配置する構成において、車両の衝突時に水素ポンプ２０が燃料電池の中心線Ａｘ２から離間する方向に移動し易くすることにより、衝突時に水素ポンプ２０が回転して軌道が変更される際の移動先のスペースを確保することがより容易になる。その結果、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突することを抑制する効果を高めることができる。なお、水素ポンプ２０および気液分離器３０と、燃料電池車両の中心線Ａｘ２と、の間の上記した位置関係を、第１実施形態に代えて第２〜第４実施形態のいずれかに適用しても、同様の効果が得られる。
Ｆ．第６実施形態：
燃料電池車両において、フロントコンパートメント（Ｆｃｏｍｐ）内には、水素ポンプ２０および気液分離器３０の他、種々の装置を配置することができる。以下では、第６実施形態として、フロントコンパートメント内に、さらにエアコンプレッサ５２および燃料電池５０を配置する場合の具体的な構成について説明する。
図８は、本発明の第６実施形態としての燃料電池車両１０のフロントコンパートメント（Ｆｃｏｍｐ）内の様子を、車両の左側から見た様子を表わす説明図である。また、図９は、燃料電池車両１０のフロントコンパートメント内を、燃料電池車両１０の鉛直方向下方から見た様子を表わす説明図である。フロントコンパートメントには種々の装置が配置されるが、図８では、燃料電池５０、エアコンプレッサ５２、水素ポンプ２０、および気液分離器３０以外の装置については記載を省略している。また、図９では、エアコンプレッサ５２、水素ポンプ２０、および気液分離器３０のみを示している。
なお、図８および図９では、水素ポンプ２０および気液分離器３０の形状を、模式的に長方形で表わしているが、第６実施形態の燃料電池車両において、水素ポンプ２０および気液分離器３０の構成およびその配置（位置関係）は、図２に示した第１実施形態と同じである。ただし、水素ポンプ２０および気液分離器３０の構成およびその配置として、第２〜第４実施形態のいずれかを適用してもよい。
フロントコンパートメント内に配置された上記した各装置のうち、燃料電池５０およびエアコンプレッサ５２は、フロントコンパートメントの中央部に配置されている。図８に示すように、燃料電池５０は、車両の進行方向（Ｘ方向）に延びるスタックフレーム４４の上方に載置されて、スタックフレーム４４に取り付けられている。スタックフレーム４４とは、金属製の剛性に優れたフレーム状の部材であり、フロントコンパートメント内において、図示しないマウントを介して車両のボディに取り付けられている。燃料電池５０等、フロントコンパートメント内に配置される装置の少なくとも一部は、スタックフレーム４４に取り付けられることによって、フロントコンパートメント内で固定される。
エアコンプレッサ５２、水素ポンプ２０、および気液分離器３０は、スタックフレーム４４の下方に配置されて、スタックフレーム４４に取り付けられている。スタックフレーム４４の下方において、水素ポンプ２０および気液分離器３０は、エアコンプレッサ５２よりも進行方向後方側（ダッシュパネル４０寄りの位置）に配置されている。エアコンプレッサ５２は、ブラケット４６を介してスタックフレーム４４に取り付けられており、水素ポンプ２０は、ブラケット４８を介してスタックフレーム４４に取り付けられている。
フロントコンパートメント内に燃料電池５０を配置する本実施形態では、フロントコンパートメント内において、燃料電池５０に近接して、エアコンプレッサ５２および水素ポンプ２０を配置している。これにより、エアコンプレッサ５２あるいは水素ポンプ２０から燃料電池５０までの配管を短くすることができ、上記配管における圧損を低減できるため望ましい。特に、配管内のガス圧力がより低い燃料ガスの配管に設ける水素ポンプ２０では、圧損を低減することによる消費電力低減の効果が大きくなる。
本実施形態の燃料電池車両では、既述したように、水素ポンプ２０および気液分離器３０の配置が、第１および第５実施形態と同様となっている。そのため、車両の衝突時には、第１および第５実施形態と同様に、水素ポンプ２０は、気液分離器３０を介して加えられる反力によって回転し、進行方向後方に向かう移動の軌道が変更される。
ここで、本実施形態では、水素ポンプ２０は、既述したようにブラケット４８を介してスタックフレーム４４に取り付けられている（図１参照）。ブラケット４８を介して水素ポンプ２０をスタックフレーム４４に固定する力は、直接締結された水素ポンプ２０と気液分離器３０との間を固定する力に比べて弱い。したがって、車両の衝突時には、水素ポンプ２０と気液分離器３０とは一体で移動するものの、水素ポンプ２０は、比較的容易にスタックフレーム４４から外れる。そのため、車両の衝突時には、水素ポンプ２０はスタックフレーム４４から開放されて、既述したように回転することができる。ブラケット４８を介した水素ポンプ２０の取り付け強度は、上記した衝突時の水素ポンプ２０の回転が可能になるように、適宜設定すればよい。
なお、本実施形態では、水素ポンプ２０は、ブラケット４８を介してスタックフレーム４４に取り付けられることとしたが、異なる構成としてもよい。いずれの場合であっても、水素ポンプ２０が、フロントコンパートメント内で、例えば車両のボディに対して直接的あるいは間接的に固定される場合には、水素ポンプ２０と気液分離器３０とを固定する力が、水素ポンプ２０をフロントコンパートメント内で固定する力よりも強くなるように、各部を固定すればよい。このようにすれば、水素ポンプ２０がフロントコンパートメント内で固定される場合であっても、衝突時に生じる既述した反力によって、水素ポンプ２０を回転させることが可能になる。
以上のように構成された本実施形態の燃料電池車両では、水素ポンプ２０および気液分離器３０の前方において、水素ポンプ２０と進行方向から見たときに重なる位置に、エアコンプレッサ５２が配置されている。エアコンプレッサ５２は、一般に、水素ポンプ２０よりも大きく、水素ポンプ２０と同様に、モータ等を備えると共にモータ等を収納する金属製の筐体を有するため、水素ポンプ２０よりも大きな重量を有している。そのため、衝突時には、比較的大きな重量を有するエアコンプレッサ５２が水素ポンプ２０に衝突することにより、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に加える衝撃力が、より大きくなり得る。そのため、エアコンプレッサ５２のように、比較的大きな重量を有する機器が水素ポンプ２０の前方に配置される場合には、衝突時に水素ポンプ２０を回転させることによりダッシュパネル４０に加わる衝撃力を低減する効果を、より顕著に得ることができる。
なお、燃料電池５０およびエアコンプレッサ５２のうちの少なくとも一方は、フロントコンパートメント以外の場所に配置してもよい。フロントコンパートメント内に水素ポンプ２０および気液分離器３０が配置されており、これらが既述した位置関係を満たしていれば、水素ポンプ２０がダッシュパネル４０に衝突することに起因するダッシュパネル４０の変形を抑える効果を得ることができる。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池車両
２０…水素ポンプ
３０…気液分離器
３１…締結部
３２，３２ａ〜３２ｃ…締結箇所
４０…ダッシュパネル
４４…スタックフレーム
４６，４８…ブラケット
５０…燃料電池
５２…エアコンプレッサ
６０…燃料電池システム
６１…燃料ガス供給部
６２…燃料ガス供給路
６３…アノードオフガス路
６５…酸化ガス供給路
６６…カソード排ガス路
６７…開閉弁
Ａｘ２，Ａｘ１…中心線
ＣＧＬＳ，ＣＨＰ…重心
Ｅ１，Ｅ２…直線
Ｌ１〜Ｌ４…直線
Ｓ１〜Ｓ４…辺
ＶＩ…車室

Claims (6)

  1. 燃料電池を搭載する燃料電池車両であって、
    車室との間をダッシュパネルによって区画されたフロントコンパートメント内において、
    前記燃料電池のアノードに対して、水素を含む燃料ガスを供給する配管に設けられた水素ポンプと、
    前記水素ポンプに締結されて、前記配管を流れる前記燃料ガスから水分を除去する気液分離器であって、該気液分離器における前記燃料電池車両の進行方向後方側の端部が、前記水素ポンプにおける前記進行方向後方側の端部よりも後方に配置された気液分離器と、
    を備え、
    前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記水素ポンプと前記気液分離器とが締結された締結部の重心は、前記水素ポンプの重心よりも、前記燃料電池車両の幅方向にずれて配置されている
    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、
    前記水素ポンプは、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、該水素ポンプのモータの回転軸が、前記進行方向に対して傾くように配置されており、
    前記締結部の重心と前記水素ポンプの重心とを結ぶ直線は、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記進行方向に対して、前記モータの回転軸と同じ方向に傾いている
    燃料電池車両。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池車両であって、
    前記締結部の重心は、
    前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記燃料電池車両における進行方向に平行な中心線に対して、前記水素ポンプの重心と同じ側に存在し、
    前記水素ポンプの重心よりも、前記中心線から離間している
    燃料電池車両。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池車両であって、
    前記締結部は、前記水素ポンプと前記気液分離器とを締結する複数の締結箇所を備え、
    前記締結部の重心は、前記燃料電池車両を鉛直方向から見たときに、前記複数の締結箇所を結んだ図形の重心である
    燃料電池車両。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池車両であって、
    前記気液分離器は、前記水素ポンプの下方に配置されている
    燃料電池車両。
  6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池車両であって、
    前記フロントコンパートメント内において、さらに、前記燃料電池と、前記燃料電池のカソードに対して酸化ガスとしての空気を供給するエアコンプレッサと、を備え、
    前記エアコンプレッサは、前記水素ポンプと、前記燃料電池車両の進行方向から見たときに重なる位置であって、前記水素ポンプよりも、前記燃料電池車両の進行方向前方側の位置に配置されている
    燃料電池車両。
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