KR101981865B1 - 연료 전지 차량 - Google Patents

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히로아키 니시우미
다츠야 도쿠마스
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도요타지도샤가부시키가이샤
다이호 고교 가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지 차량에 있어서의 충돌 발생 시의 연료 전지 모듈과 탱크의 충돌을 억제한다.
연료 전지 차량은, 연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 모듈과, 연료 전지 스택에 공급되는 가스를 저장하는 탱크와, 연료 전지 모듈을 수용하는 연료 전지 수용실과, 연료 전지 차량의 바닥 하부에 있어서 연료 전지 수용실에 대하여 연료 전지 차량의 차량 길이 방향에 있어서의 후방측에 형성되고, 탱크를 수용하는 탱크 수용실을 구비하고, 연료 전지 모듈은, 탱크보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크와 겹치지 않는다.

Description

연료 전지 차량 {FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료 전지를 탑재한 연료 전지 차량에 관한 것이다.
연료 전지 차량으로서, 탑승원실의 전방에 형성된 수용실에 연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 모듈이 수용되고, 탑승원실의 바닥 하부에 마련된 수소 탱크실에 수소 가스를 저장하는 탱크가 수용된 구조의 연료 전지 차량이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 연료 전지 차량에 있어서, 연료 전지 스택은, 서스펜션 멤버에 마운트 부품을 개재시켜 설치되어 있다. 이 마운트 부품이 충돌 발생 시에 파괴됨으로써, 연료 전지 스택은, 수소 탱크실보다 하방의 퇴피 공간으로 이동하여, 탱크와의 충돌을 면한다.
일본 특허 공개 제2015-231319호 공보
그러나, 특허문헌 1의 연료 전지 차량에서는, 연료 전지 스택과 탱크는, 수평 방향으로 보았을 때 서로 중복하여 배치되어 있다. 이 때문에, 충돌 발생 시에 마운트 부품이 파괴되지 않은 채, 연료 전지 스택이 충돌의 충격에 의해 수평 방향으로 이동한 경우나, 탱크가 관성력에 의해 전방으로 이동한 경우 등에는, 연료 전지 스택이 탱크에 충돌하여, 수소 탱크가 손상될 우려가 있다. 이러한 문제는, 연료 전지 스택에 한하지 않고, 연료 전지 모듈을 구성하는 다른 구성 부품이 탱크와 수평 방향으로 보았을 때 서로 중복하여 배치되어 있는 경우에도 발생할 수 있다. 이 때문에, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에, 연료 전지 모듈과 탱크의 충돌을 억제 가능한 기술이 요망되고 있다.
본 발명은, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따르면, 연료 전지 차량이 제공된다. 이 연료 전지 차량은; 연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 모듈과; 상기 연료 전지 스택에 공급되는 가스를 저장하는 탱크와; 상기 연료 전지 모듈을 수용하는 연료 전지 수용실과; 상기 연료 전지 차량의 바닥 하부에 있어서 상기 연료 전지 수용실에 대하여 상기 연료 전지 차량의 차량 길이 방향에 있어서의 후방측에 형성되고, 상기 탱크를 수용하는 탱크 수용실을 구비하고; 상기 연료 전지 모듈은, 상기 탱크보다 연직 상방에 배치되고, 상기 차량 길이 방향으로 보았을 때, 상기 탱크와 겹치지 않는다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 연료 전지 모듈은, 탱크보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크와 겹치지 않으므로, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에 연료 전지 모듈이 차량 길이 방향을 따라 탱크측으로 이동한 경우나, 탱크가 관성력에 의해 차량 길이 방향을 따라 연료 전지 모듈측으로 이동한 경우라도, 연료 전지 모듈과 탱크의 충돌을 억제할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 연료 전지 모듈은, 상기 연료 전지 스택을 하방으로부터 지지하는 판상의 지지 프레임을 더 포함하고; 상기 지지 프레임에 있어서, 상기 지지 프레임에 있어서의 상기 차량 길이 방향의 후단의 일부를 포함하고 상기 차량 길이 방향으로 보아 상기 탱크의 상부와 연직 방향으로 대응하는 영역에는, 적어도 연직 하방 및 상기 차량 길이 방향에 있어서의 후방으로 개구된 제1 오목부가 형성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 지지 프레임에 제1 오목부가 형성되어 있으므로, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에, 제1 오목부를 향하여 탱크의 연직 상방의 상부가 근접하도록 연료 전지 모듈과 탱크가 상대적으로 이동한 경우라도, 제1 오목부의 하방에 탱크의 연직 상방의 상부가 위치하여(수용되어), 연료 전지 모듈과 탱크의 충돌을 억제할 수 있다. 또한, 이 때문에, 지지 프레임에 제1 오목부가 형성되어 있지 않은 구성에 비하여, 연료 전지 모듈을 보다 연직 하방에 배치해도, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에 있어서의 연료 전지 모듈과 탱크의 충돌을 억제할 수 있다. 이와 같이, 연료 전지 모듈을, 보다 연직 하방에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실의 높이를 낮게 하여 연료 전지 차량을 소형화할 수 있거나, 혹은 연료 전지 수용실의 높이를 그대로 하여, 연료 전지 수용실에 있어서 연료 전지 모듈 이외의 부품을 수용하기 위한 공간을 보다 크게 할 수 있다. 또한, 연료 전지 모듈을 보다 연직 하방에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실 내에 수용되어 있는 것 전체의 무게 중심을 낮게 할 수 있어, 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 제1 오목부는, 상기 지지 프레임의 두께 방향으로 형성된 컷아웃으로서 구성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 제1 오목부는 컷아웃으로서 구성되어 있으므로, 컷아웃으로서 구성되지 않는 구성에 비하여, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에 있어서의 지지 프레임과 탱크의 충돌을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이 때문에, 연료 전지 모듈을, 보다 연직 하방에 배치할 수 있다.
(4) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 연료 전지 스택은, 적층된 복수의 단셀과, 상기 복수의 단셀의 적층 방향에 있어서의 상기 차량 길이 방향의 후방측의 단부에 배치된 엔드 플레이트를 갖고; 상기 엔드 플레이트에 있어서, 상기 엔드 플레이트에 있어서의 상기 차량 길이 방향의 후단의 일부를 포함하고 상기 차량 길이 방향으로 보아 상기 탱크의 상부와 연직 방향으로 대응하는 영역에는, 적어도 연직 하방 및 상기 차량 길이 방향에 있어서의 후방으로 개구된 제2 오목부가 형성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 엔드 플레이트에 제2 오목부가 형성되어 있으므로, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에 제2 오목부를 향하여 탱크의 연직 상방의 상부가 근접하도록, 연료 전지 모듈과 탱크가 상대적으로 이동한 경우라도, 제2 오목부의 하방에 탱크의 연직 상방의 상부가 위치하여(수용되어), 연료 전지 모듈과 탱크의 충돌을 억제할 수 있다. 또한, 이 때문에, 엔드 플레이트에 제2 오목부가 형성되어 있지 않은 구성에 비하여, 엔드 플레이트를 보다 연직 하방에 배치해도, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에 있어서의 엔드 플레이트와 탱크의 충돌을 억제할 수 있다. 이와 같이, 엔드 플레이트를 보다 연직 하방에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실의 높이를 낮게 하여 연료 전지 차량을 소형화할 수 있다. 또한, 엔드 플레이트를 보다 연직 하방에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실 내에 수용되어 있는 것 전체의 무게 중심을 낮게 할 수 있어, 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
(5) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 엔드 플레이트가 노출된 상태에서 상기 연료 전지 스택을 수용하는 케이스이며, 상기 엔드 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 체결 부재에 의해, 자체의 상기 탱크측의 단부면에 있어서 상기 엔드 플레이트에 접합되어 있는 케이스를 더 구비하고; 상기 엔드 플레이트의 연직 방향의 최하부는, 상기 케이스의 연직 방향의 최하부보다, 연직 방향 하방에 위치하고; 상기 엔드 플레이트가 갖는 상기 제2 오목부는, 상기 연료 전지 차량의 차량 폭 방향에 있어서 서로 인접하는 상기 체결 부재를 각각 수용하는 상기 엔드 플레이트에 마련된 2개의 관통 구멍의 사이에 형성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 제2 오목부는, 차량 폭 방향에 있어서 서로 인접하는 체결 부재를 각각 수용하는 엔드 플레이트에 마련된 2개의 관통 구멍의 사이에 형성되어 있으므로, 제2 오목부를 마련하면서, 엔드 플레이트와 케이스의 결합력의 저하를 억제할 수 있다.
(6) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 제2 오목부는, 상기 엔드 플레이트의 두께 방향으로 형성된 컷아웃으로서 구성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 제2 오목부는 컷아웃으로서 구성되어 있으므로, 컷아웃으로서 구성되지 않는 구성에 비하여, 연료 전지 차량의 충돌 발생 시에 있어서의 엔드 플레이트와 탱크의 충돌을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이 때문에, 엔드 플레이트를 포함하는 연료 전지 스택을, 보다 연직 하방에 배치할 수 있다.
(7) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 연료 전지 스택은, 차량 길이 방향에 있어서, 상기 탱크를 향하는 측으로 하방으로 경사져 배치되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 연료 전지 스택은, 차량 길이 방향에 있어서 탱크를 향하는 측으로 하방으로 경사져 배치되어 있으므로, 연료 전지 스택 내의 물을, 중력을 이용하여 탱크를 향하는 측으로 이동시켜, 연료 전지 스택 내로부터 용이하게 배출시킬 수 있다.
(8) 상기 형태의 연료 전지 차량에 있어서, 상기 탱크 수용실은, 상기 탱크의 긴 쪽 방향이 차량 길이 방향과 일치하도록 상기 탱크를 수용해도 된다. 이 형태의 연료 전지 차량에 따르면, 탱크 수용실은, 탱크의 긴 쪽 방향이 차량 길이 방향과 일치하도록 탱크를 수용하므로, 탱크의 긴 쪽 방향이 차량 폭 방향과 일치하도록 탱크를 수용하는 구성에 비하여, 보다 큰 탱크를 수용할 수 있다.
본 발명은 여러 가지 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 연료 전지 차량의 제조 방법, 연료 전지 차량에 있어서의 연료 전지 모듈 및 탱크의 배치 방법, 연료 전지 모듈, 연료 전지 스택용의 지지 프레임, 연료 전지 스택용의 엔드 플레이트 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태로서의 연료 전지 차량의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는, 연료 전지 차량에 탑재되어 있는 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은, 연료 전지 모듈의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는, 케이스 및 지지 프레임의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는, 연료 전지 스택의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 6은, 엔드 플레이트를 도시하는 정면도이다.
도 7은, 충돌 발생 시에 있어서의 연료 전지 스택, 지지 프레임 및 탱크의 동작을 도시하는 단면도이다.
도 8은, 제2 실시 형태의 지지 프레임의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 9는, 제3 실시 형태에 있어서의 연료 전지 차량의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10은, 제3 실시 형태의 지지 프레임의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
A. 제1 실시 형태:
A1. 차량 전체 구성:
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태로서의 연료 전지 차량(500)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에서는, 충돌이 발생하지 않은 평상시에 있어서의, 연료 전지 차량(500)의 차량 폭 방향(LH)의 중앙 위치에서의, 차량의 전방 방향(FD) 및 후방 방향(RD)을 따른 단면을 도시하고 있다. 이후에서는, 전방 방향(FD)과 후방 방향(RD)을, 합쳐서 「차량 길이 방향」이라고 칭한다. 연료 전지 차량(500)은, 연료 전지 모듈(100)을 전력원으로서 탑재하고, 동력원인 모터(M)가 구동함으로써, 후륜(RW)이 구동된다. 또한, 도 1에서는, 차량 폭 방향(LH), 전방 방향(FD) 및 후방 방향(RD)에 추가하여, 중력 방향, 즉 연직 하방(G)을 도시하고 있다. 도 1에 있어서의 각 방향을 나타내는 부호 및 화살표는, 다른 도면에 있어서의 각 방향을 나타내는 부호 및 화살표에 대응한다.
연료 전지 차량(500)에는, 탑승원실(510)과, 연료 전지 수용실(520)과, 탱크 수용실(530)이 형성되어 있다.
탑승원실(510)은, 탑승원이 타는 방이며, 도 1에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이, 복수의 좌석이 설치되어 있다. 탑승원실(510)은, 한 쌍의 전륜(FW)과 한 쌍의 후륜(RW) 사이에 끼워진 영역에 대략 위치하고 있다.
연료 전지 수용실(520)은, 연료 전지 모듈(100)을 포함하는 연료 전지 시스템(후술하는 연료 전지 시스템(200))의 적어도 일부의 구성 요소를 수용한다. 연료 전지 모듈(100)은, 연료 전지 스택(101) 및 지지 프레임(150)을 구비한다. 또한, 후술하는 바와 같이 연료 전지 모듈(100)은, 케이스(후술하는 케이스(130))를 더 구비하고 있지만, 도 1에서는 생략되어 있다. 연료 전지 스택(101)은, 적층된 복수의 단셀(후술하는 단셀(11))을 포함하는 적층체이다. 지지 프레임(150)은, 연료 전지 스택(101)을 하방으로부터 지지하는 판상의 부재이다. 또한, 연료 전지 스택(101) 및 지지 프레임(150)을 포함하는 연료 전지 모듈(100)의 상세 구성은, 후술한다. 연료 전지 수용실(520)은, 탑승원실(510)의 전방 방향(FD)에 위치한다. 탑승원실(510)과 연료 전지 수용실(520)은, 대시보드(DB)에 의해 서로 이격되어 있다. 대시보드(DB)는, 판상의 부재로 이루어지고, 그 상방측 부분은 전방측으로 굴곡되어 있다. 대시보드(DB)의 하방측 부분은 연직 방향과 거의 평행으로 배치되어 있다.
탱크 수용실(530)은, 수소 가스를 저장하는 탱크(20)를 수용한다. 탱크 수용실(530)은, 연료 전지 차량(500)의 바닥 하부에 있어서 연료 전지 수용실(520)에 대하여 후방 방향(RD)에 형성되어 있다. 또한, 탱크 수용실(530)은, 차량 폭 방향(LH)의 대략 중앙에 있어서 차량 길이 방향을 따라 형성되어 있다. 탱크 수용실(530)의 천장 부분은, 탑승원실(510)의 플로어 패널에 의해 형성되어 있다. 탑승원실(510)의 바닥에 있어서 탱크 수용실(530)에 대응하는 부분은, 이러한 바닥의 다른 부분에 비하여 연직 상방으로 돌출되어 있다. 이와 같이, 탱크 수용실(530)은, 엔진을 탑재한 차량에 있어서의 드라이브 샤프트가 배치된 센터 터널과 마찬가지의 구조를 갖고 있다. 또한, 탱크 수용실(530)에는, 탱크(20)에 추가하여, 도시하지 않은 와이어 하니스 등이 수용되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 연료 전지 수용실(520)에 수용되어 있는 연료 전지 모듈(100)은, 차량 길이 방향에 있어서, 탱크(20)를 향하는 측으로 하방으로 경사져 배치되어 있다. 환언하면, 연료 전지 모듈(100)은, 후방 방향(RD)을 향함에 따라 하방에 위치하도록, 수평 방향에 대하여 경사져 배치되어 있다. 이와 같이 연료 전지 모듈(100)이 경사져 배치되어 있는 것은, 연료 전지 스택(101) 내의 물을, 중력을 이용하여 후방 방향(RD)으로 모아 연료 전지 스택(101)으로부터 용이하게 배출하기 위해서이다.
도시하는 바와 같이, 지지 프레임(150)의 연직 하방의 면에는, 제1 오목부(151)가 형성되어 있다. 또한, 연료 전지 스택(101)을 구성하는 엔드 플레이트(후술하는 엔드 플레이트(120))에는, 제2 오목부(125)가 형성되어 있다. 제1 오목부(151) 및 제2 오목부(125)의 상세 구성은, 후술한다.
연료 전지 모듈(100)은, 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)와 겹치지 않는다. 바꾸어 말하면, 연료 전지 모듈(100)의 최하면의 어느 부분도, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)의 최상면에 있어서의 연직 방향으로 대응하는 부분에 대하여, 연직 상방에 위치한다. 상술한 「연료 전지 모듈(100)이 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되어 있는」이란, 연료 전지 모듈(100)의 연직 방향의 최상부가, 탱크(20)의 연직 방향의 최상부보다 연직 상방에 위치하도록, 연료 전지 모듈(100)이 배치되어 있음을 의미한다. 도 1에는, 탱크(20)의 연직 방향의 최상부를 통과하고, 수평면과 평행인 가상선(L1)이 파선으로 그려져 있다. 이 가상선(L1)은, 충돌이 발생한 경우에 상정되는 연료 전지 시스템(200)의 최상부의 궤적에 상당한다. 연료 전지 모듈(100)의 최상부는, 이 가상선(L1)보다 연직 상방에 위치하고 있다.
A2. 연료 전지 시스템의 구성:
도 2는, 연료 전지 차량(500)에 탑재되어 있는 연료 전지 시스템(200)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 연료 전지 시스템(200)은, 상술한 연료 전지 스택(101)에 추가하여, 기액 분리기(29)와, 탱크(20)와, 공기 압축기(30)와, 차단 밸브(24)와, 인젝터(25)와, 배기 배수 밸브(26)와, 순환 펌프(27)와, 삼방 밸브(33)와, 압력 조정 밸브(34)와, 연료 가스 공급로(21)와, 연료 가스 순환로(22)와, 연료 가스 배출로(23)와, 산화제 가스 공급로(31)와, 산화제 가스 배출로(32)와, 바이패스 유로(35)와, DC-DC 컨버터(210)를 구비한다. 그 밖에, 연료 전지 시스템(200)은, 연료 전지 스택(101)을 통하여 냉각 매체를 순환시키는 도시하지 않은 기구를 구비하고 있다.
연료 전지 스택(101)은, 적층된 복수의 단셀(11)을 구비하고, 또한 그 적층 방향의 양단부에 한 쌍의 엔드 플레이트(110, 120)를 구비한다. 각 단셀(11)은, 고체 고분자형 연료 전지이며, 고체 고분자 전해질막을 사이에 두고 마련되는 애노드측 촉매 전극층에 공급되는 연료 가스와, 캐소드측 촉매 전극층에 공급되는 산화제 가스의 전기 화학 반응에 의해 전력을 발생시킨다. 제1 실시 형태에 있어서, 연료 가스는 수소 가스이며, 산화제 가스는 공기이다. 연료 전지 스택(101)은, 엔드 플레이트(110)가 전방 방향(FD)에 위치하고, 엔드 플레이트(120)가 후방 방향(RD)에 위치하도록 설치되어 있다. 촉매 전극층은, 촉매, 예를 들어 백금(Pt)을 담지한 카본 입자나 전해질을 포함하여 구성된다. 단셀(11)에 있어서 양쪽 전극측의 촉매 전극층의 외측에는, 다공질체에 의해 형성된 가스 확산층이 배치되어 있다. 다공질체로서는, 예를 들어 카본 페이퍼 및 카본 클로스 등의 카본 다공질체나, 금속 메쉬 및 발포 금속 등의 금속 다공질체가 사용된다. 연료 전지 스택(101)의 내부에는, 연료 가스, 산화제 가스 및 냉각 매체를 유통시키기 위한 매니폴드(도시 생략)가 단셀(11)의 적층 방향(SD)을 따라 형성되어 있다. 또한, 단셀(11)은, 고체 고분자형 연료 전지에 한하지 않고, 고체 산화물형 연료 전지 등 임의의 종류의 연료 전지여도 된다.
한 쌍의 엔드 플레이트(110, 120)는, 복수의 단셀(11)을 포함하는 적층체를 끼움 지지하는 기능을 갖는다. 한 쌍의 엔드 플레이트(110, 120) 중, 엔드 플레이트(120)는, 연료 전지 스택(101) 내에 형성된 매니폴드에, 연료 가스, 산화제 가스 및 냉각 매체를 공급하는 기능, 및 이들 매체를 배출하기 위한 유로를 제공하는 기능을 갖는다. 이에 비해, 엔드 플레이트(110)는, 이러한 기능을 갖지 않는다. 엔드 플레이트(110) 및 엔드 플레이트(120)는, 모두 두께 방향이, 적층 방향(SD)과 일치하는 대략 판상의 외관 형상을 갖는다.
탱크(20)는, 고압 수소를 저장하고 있고, 연료 가스로서의 수소 가스를, 연료 가스 공급로(21)를 통하여 연료 전지 스택(101)에 공급한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 탱크(20)는, 대략 원통형의 외관 형상을 갖고, 긴 쪽 방향이 차량 길이 방향과 일치하도록 탱크 수용실(530)에 수용되어 있다. 순환 펌프(27)는, 연료 가스 순환로(22)에 배치되어 있고, 기액 분리기(29)로부터 배출된 연료 가스(물이 분리된 후의 연료 가스)를 연료 가스 공급로(21)로 보낸다. 차단 밸브(24)는, 탱크(20)에 있어서의 연료 가스의 배출구 근방에 배치되고, 탱크(20)로부터의 수소 가스의 공급의 실행과 정지를 전환한다. 인젝터(25)는, 연료 가스 공급로(21)에 배치되고, 연료 전지 스택(101)에 대한 수소 가스의 공급량(유량) 및 압력을 조정한다. 기액 분리기(29)는, 연료 전지 스택(101) 내의 연료 가스 배출용 매니폴드와 접속되고, 이러한 매니폴드로부터 배출되는 오프 가스에 포함되는 물을 분리하여 배출함과 함께, 물이 분리된 후의 가스(연료 가스)를 배출한다. 배기 배수 밸브(26)는, 연료 가스 배출로(23)에 배치되어 있고, 기액 분리기(29)로부터의 물 및 오프 가스의 배출의 실행과 정지를 전환한다. 공기 압축기(30)는, 연료 전지 스택(101)에 대하여 산화제 가스로서의 공기를 공급한다. 삼방 밸브(33)는, 산화제 가스 공급로(31)에 배치되어 있고, 공기 압축기(30)로부터 공급되는 공기의 전체량 중, 산화제 가스 공급로(31)에 공급하는 양과, 바이패스 유로(35)에 공급하는 양을 조정한다. 압력 조정 밸브(34)는, 산화제 가스 배출로(32)에 배치되어 있고, 연료 전지 스택(101)에 있어서의 캐소드 배출측의 압력(소위 배압)을 조정한다.
연료 전지 시스템(200)에 있어서의 연료 가스의 유통에 대하여 설명한다. 탱크(20)로부터 공급되는 수소 가스는 연료 가스 공급로(21)를 통하여 연료 전지 스택(101)에 공급된다. 연료 전지 스택(101)으로부터 배출되는 오프 가스(애노드측 오프 가스)는, 기액 분리기(29)에 공급되고, 오프 가스에 포함되는 물의 적어도 일부가 분리된다. 물이 분리된 후의 오프 가스(즉, 연료 가스)는 연료 가스 순환로(22) 및 순환 펌프(27)를 통하여 연료 가스 공급로(21)로 되돌려지고, 다시 연료 전지 스택(101)에 공급된다. 또한, 기액 분리기(29)로부터는, 오프 가스로부터 분리된 물에 추가하여, 기액 분리기(29)에 공급되는 오프 가스 중 일부의 오프 가스가 배기 배수 밸브(26)를 통하여 연료 가스 배출로(23)로 배출된다. 연료 가스 배출로(23)는 산화제 가스 배출로(32)와 접속되어 있고, 연료 가스 배출로(23)로 배출된 물 및 애노드측 오프 가스는, 연료 전지 스택(101)으로부터 배출되는 물 및 캐소드측 오프 가스와 함께 산화제 가스 배출로(32)를 통하여 대기로 배출된다. 연료 가스 배출로(23)는, 대기 개방되어 있는 산화제 가스 배출로(32)와 연통되어 있는 것에 비해, 기액 분리기(29)의 내부에는, 대기압보다 높은 배압이 가해져 있기 때문에, 배기 배수 밸브(26)를 사이에 두고 압력차가 존재한다. 따라서, 배기 배수 밸브(26)가 개방된 경우에, 상술한 압력차에 의해, 기액 분리기(29)로부터 연료 가스 배출로(23)로 오프 가스가 배출된다.
연료 전지 시스템(200)에 있어서의 산화제 가스의 유통에 대하여 설명한다. 공기 압축기(30)로부터 공급되는 공기(압축 공기)는, 산화제 가스 공급로(31)를 통하여 연료 전지 스택(101)에 공급된다. 이때, 삼방 밸브(33)의 개방도를 조정함으로써 연료 전지 스택(101)으로의 공급량을 조정할 수 있다. 연료 전지 스택(101)으로부터 배출되는 오프 가스(캐소드측 오프 가스) 및 물은, 압력 조정 밸브(34)를 통하여 산화제 가스 배출로(32)로 배출된다. 산화제 가스 배출로(32)는, 상술한 바와 같이 연료 가스 배출로(23)와 접속되어 있고, 또한 바이패스 유로(35)와도 접속되어 있다. 따라서, 연료 전지 스택(101)으로부터 배출된 캐소드측 오프 가스는, 연료 가스 배출로(23)를 통하여 배출되는 애노드측 오프 가스 및 물과, 바이패스 유로(35)를 통하여 배출되는 공기와 함께, 대기로 배출된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 연료 전지 스택(101)은, 후방 방향(RD)을 향함에 따라 하방에 위치하도록, 수평 방향에 대하여 경사져 배치되어 있기 때문에, 연료 전지 스택(101)에 있어서 엔드 플레이트(120)가 가장 연직 하방(G)에 위치하게 된다. 따라서, 연료 전지 스택(101) 내의 물은, 각종 매니폴드를 통하여 중력에 따라 엔드 플레이트(120)를 향하게 되고, 연료 전지 스택(101) 내로부터의 배수가 촉구된다.
연료 전지 스택(101)에 있어서의 한 쌍의 집전판(103F, 103R)은, DC-DC 컨버터(210)와 전기적으로 접속되어 있다. DC-DC 컨버터(210)는, 모터(M)와 전기적으로 접속되어 있고, 연료 전지 스택(101)의 출력 전압을 승압하여 모터(M)에 공급한다.
상술한 배기 배수 밸브(26), 공기 압축기(30), 순환 펌프(27) 및 그 밖의 각 밸브의 동작은, 도시하지 않은 제어부에 의해 제어된다. 이 제어부는, 예를 들어 제어용 프로그램이 기억되어 있는 ROM(Read Only Member)과, 이러한 ROM을 판독하여 실행하는 CPU(Central Processing Unit)와, CPU의 워크 에어리어로서 이용되는 RAM(Random Access Memory)을 갖는 구성으로 해도 된다.
A3. 연료 전지 모듈의 구성:
도 3은, 연료 전지 모듈(100)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3에서는, 도 1과 마찬가지의 위치에서의 연료 전지 모듈(100)의 단면을 도시하고 있다. 연료 전지 모듈(100)은, 상술한 연료 전지 스택(101) 및 지지 프레임(150)에 추가하여, 케이스(130)를 구비한다.
연료 전지 스택(101)은, 상술한 적층된 복수의 단셀(11)과, 한 쌍의 엔드 플레이트(110, 120)와, 한 쌍의 집전판(103F, 103R)에 추가하여, 한 쌍의 절연판(102F, 102R)을 구비한다. 한 쌍의 집전판(103F, 103R)은, 종합 전극으로서 기능한다. 집전판(103F)은, 복수의 단셀(11) 중, 가장 전방에 위치하는 단셀(11)의 전방 방향(FD)측에 있어서, 이러한 단셀(11)에 접하여 배치되어 있다. 집전판(103R)은, 복수의 단셀(11) 중, 가장 후방에 위치하는 단셀(11)의 후방 방향(RD)측에 있어서, 이러한 단셀(11)에 접하여 배치되어 있다. 한 쌍의 절연판(102F, 102R)은, 절연성 재료에 의해 형성된 판상 부재이다. 절연판(102F)은, 엔드 플레이트(110)와 집전판(103F) 사이에 끼워져 있고, 엔드 플레이트(110)와 집전판(103F) 사이의 전기적 접속을 억제한다. 마찬가지로, 절연판(102R)은, 엔드 플레이트(120)와 집전판(103R) 사이에 끼워져 있고, 엔드 플레이트(120)와 집전판(103R) 사이의 전기적 접속을 억제한다.
케이스(130)는, 연료 전지 스택(101) 중 엔드 플레이트(120)를 제외한 다른 부분을 수용한다. 환언하면, 케이스(130)는, 엔드 플레이트(120)가 노출된 상태에서 연료 전지 스택(101)을 수용한다. 제1 실시 형태에 있어서, 케이스(130)는 알루미늄(Al)에 의해 형성되어 있다. 또한, 알루미늄에 한하지 않고, 스테인리스(SUS)나, 티타늄(Ti)이나, 이들 금속의 합금에 의해 형성되어도 된다. 또한, 금속에 한하지 않고, 수지 등에 의해 형성되어도 된다. 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 엔드 플레이트(120)의 최하부는, 케이스(130)의 최하부보다 연직 하방(G)에 위치하고 있다.
도 4는, 케이스(130) 및 지지 프레임(150)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4에 있어서, 상측은 케이스(130)의 외관 사시도를 도시하고, 하측은 지지 프레임(150)의 외관 사시도를 도시하고 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 케이스(130)는, 후방 방향(RD)의 단부가 개구되어, 내부가 공동이 된 통상의 외관 형상을 갖는다. 케이스(130)의 내부의 공간(Ar1)에는, 연료 전지 스택(101) 중 엔드 플레이트(120)를 제외한 그 밖의 부분이 수용된다. 케이스(130)의 저부의 네 코너에는, 각각 고정부(131)가 형성되어 있다. 고정부(131)는, 수평 방향으로 돌출되고, 중앙 부분에 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 케이스(130)에 있어서 후방 방향(RD)의 단부에는, 상방으로 절곡된 플랜지부(132)가 형성되어 있다. 플랜지부(132)에는, 두께 방향으로 연장되는 복수의 나사 구멍(133)이 형성되어 있다. 또한, 케이스(130)에 있어서의 후방 방향(RD)의 단부면(개구를 둘러싸는 부분)에는, 적층 방향으로 연장되는 복수의 나사 구멍(134)이 형성되어 있다. 이들 나사 구멍(133, 134)은 암나사로서 형성되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 지지 프레임(150)은, 판상의 외관 형상을 갖고, 네 코너에 나사 구멍(152)이 형성되어 있다. 이들 나사 구멍(152)은, 상술한 케이스(130)의 4개의 고정부(131)의 관통 구멍과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 각 나사 구멍(152)은, 암나사로서 형성되어 있다. 지지 프레임(150)의 상면에 케이스(130)가 적재되고, 고정부(131)의 관통 구멍을 통하여 삽입되는 도시하지 않은 수나사가 지지 프레임(150)의 나사 구멍(152)과 나사 결합함으로써, 케이스(130)와 지지 프레임(150)이 접합된다. 또한, 지지 프레임(150)의 후방 방향(RD)의 단부면에는, 복수의 나사 구멍(153)이 형성되어 있다. 이들 복수의 나사 구멍(153)은, 후술하는 바와 같이 지지 프레임(150)과 엔드 플레이트(120)의 접합에 이용된다. 지지 프레임(150)에는, 도시하지 않은 마운트부가 설치되고, 이러한 마운트부에 의해 도시하지 않은 서스펜션 멤버에 설치되어 있다. 이러한 서스펜션 멤버는, 연료 전지 수용실(520) 내에 배치되고, 도시하지 않은 바디 프레임에 접합되어 있다. 또한, 지지 프레임(150)은, 서스펜션 멤버를 통하지 않고, 도시하지 않은 바디 프레임에 직접 설치되어도 된다.
지지 프레임(150)의 연직 하방(G)측의 면에는, 제1 오목부(151)가 형성되어 있다. 제1 오목부(151)는, 지지 프레임(150)에 있어서, 차량 길이 방향으로 보아 탱크(20)의 상부와 연직 방향으로 대응하는 영역에 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 오목부(151)는, 지지 프레임(150)의 연직 하방(G)측의 면에 있어서, 후방 방향(RD)의 단부이면서도 차량 폭 방향(LH)에 있어서의 대략 중앙에 배치되어 있다. 제1 오목부(151)는, 적어도 연직 하방(G) 및 후방 방향(RD)으로 개구되어 있고, 지지 프레임(150)에 있어서의 다른 부분에 비하여 두께가 작다. 단, 제1 오목부(151)의 두께는 제로가 아니며, 따라서, 제1 오목부(151)는 컷아웃으로서 구성되어 있지 않다. 이 때문에, 지지 프레임(150)을 상방으로부터 본 경우에는, 제1 오목부(151)는 시인할 수 없다. 이와 같이 제1 오목부(151)의 두께가 제로가 아님으로써, 지지 프레임(150)의 강성의 저하가 억제된다. 제1 실시 형태에 있어서, 제1 오목부(151)의 평면으로 본 형상, 즉 하방으로부터 보았을 때의 제1 오목부(151)의 평면으로 본 형상은, 대략 직사각형이다. 즉, 제1 오목부(151)는, 대략 직육면체상의 오목부로서 형성되어 있다. 또한, 전방 방향(FD)으로 보았을 때의 제1 오목부(151)의 형상은, 대략 직사각형이다.
도 5는, 연료 전지 스택(101)의 개략 구성을 도시하는 사시도이다. 도 6은, 엔드 플레이트(120)를 도시하는 정면도이다. 도 6에서는, 전방 방향(FD)으로 보았을 때의 엔드 플레이트(120)의 정면도를 도시한다. 도 6에서는, 케이스(130) 및 지지 프레임(150)에 엔드 플레이트(120)를 설치하기 위한 나사(후술하는 나사(160))가 생략되어 있다. 도 6에서는, 전방 방향(FD)으로 보았을 때의 탱크(20)의 윤곽을 파선으로 나타내고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 엔드 플레이트(120)의 외측 에지 근방에는, 이러한 외측 에지를 따라 복수의 나사 구멍이 형성되어 있다. 이들 복수의 나사 구멍에는, 엔드 플레이트(120)의 연직 하방의 단부면에 가까운 위치에 있어서 배열되는 3개의 나사 구멍(122a, 122b, 122c)이 포함된다. 2개의 나사 구멍(122a, 122b)은 서로 인접한다. 나사 구멍(122c)은, 나사 구멍(122b)을 사이에 두고 나사 구멍(122a)과는 반대측에 위치하고, 나사 구멍(122b)과 인접한다. 2개의 나사 구멍(122a, 122b)은, 엔드 플레이트(120)에 있어서의 차량 폭 방향(LH)의 대략 중앙 부분에 위치한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 제2 오목부(125)는, 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이에 형성된 컷아웃으로서 구성되어 있다. 따라서, 제2 오목부(125)는, 적어도 연직 하방(G) 및 후방 방향(RD)으로 개구되어 있다. 또한, 제2 오목부(125)는, 엔드 플레이트(120)에 있어서, 엔드 플레이트(120)에 있어서의 후방 방향(RD)의 단부를 포함하고, 차량 길이 방향으로 보아 탱크(20)의 상부(20a)와 연직 방향으로 대응하는 영역에 형성되어 있다. 엔드 플레이트(120)에 있어서, 제2 오목부(125)와 대면하는 벽면(122W)은, 원호상의 평면으로 본 형상을 갖는다. 이 벽면(122W)의 형상은, 탱크(20)의 상부(20a)의 외주면의 일부의 평면으로 본 형상과 대략 일치한다. 환언하면, 제2 오목부(125)는, 벽면(122W)의 형상이 탱크(20)의 상부(20a)의 외주면의 일부의 평면으로 본 형상에 맞도록 형성되어 있다. 단, 벽면(122W)은, 탱크(20)의 상부(20a)의 외주면보다 약간 연직 상방에 위치하고 있다. 환언하면, 벽면(122W)의 어느 부분도, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)의 외주면에 있어서의 연직 방향으로 대응하는 부분보다, 약간 연직 상방에 위치하고 있다. 따라서, 차량 길이 방향으로 보았을 때, 벽면(122W)은 탱크(20)의 상부(20a)와는 겹쳐 있지 않다.
제1 실시 형태에 있어서, 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이의 거리는, 엔드 플레이트(120)의 연직 하방의 단부면에 가까운 위치에 배열된 복수의 나사 구멍에 있어서의 다른 인접하는 임의의 2개의 나사 구멍의 사이의 거리보다 길다. 예를 들어, 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이의 거리는, 2개의 나사 구멍(122b, 122c)의 사이의 거리보다 길다. 이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 제2 오목부(125)가 형성되는 부분을 사이에 두고 인접하는 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이의 거리를 가능한 한 크게 하여, 제2 오목부(125)를 보다 크게 형성하도록 하고 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 엔드 플레이트(120)의 외측 에지 근방에 형성되어 있는 복수의 나사 구멍에는, 각각 나사(160)가 삽입되어 있다. 나사(160)는, 엔드 플레이트(120)의 나사 구멍을 통하여, 도 4에 도시하는 케이스(130)의 복수의 나사 구멍(133) 및 복수의 나사 구멍(134)과, 도 4에 도시하는 지지 프레임(150)의 복수의 나사 구멍(153)에 삽입되고, 이들 나사 구멍(133, 134, 153)에 설치된 암나사와 나사 결합한다. 이에 의해, 엔드 플레이트(120)는, 케이스(130) 및 지지 프레임(150)에 접합되어 있다. 또한, 나사(160)는, 청구항에 있어서의 체결 부재의 하위 개념에 상당한다.
A4. 충돌 발생 시의 동작:
도 7은, 충돌 발생 시에 있어서의 연료 전지 스택(101), 지지 프레임(150) 및 탱크(20)의 동작을 도시하는 단면도이다. 도 7에서는, 전방 충돌 발생 시에 있어서의 연료 전지 차량(500)의 전방을 도시하고, 연료 전지 차량(500)의 후방은 생략되어 있다. 또한, 도 7에서는, 도 1과 마찬가지의 위치에서의 연료 전지 차량(500)의 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 7에서는, 도시의 편의상, 전륜(FW)을 생략하고 있다.
연료 전지 차량(500)이 전방의 충돌 대상물(900)과 충돌한 경우, 연료 전지 모듈(100)은, 차체(보닛이나 프론트 그릴 등)를 통하여 충돌 대상물(900)과 충돌하고, 전방으로의 이동이 멈추어진다. 이때, 탱크(20)는, 아직 차체 등을 통하여 충돌 대상물(900)과 충돌하지 않았기 때문에, 관성력에 의해 전방으로 이동하려고 한다. 이 때문에, 탱크(20)는 탱크 수용실(530)로부터 전방 방향(FD)으로 튀어나온다. 그러나, 상술한 바와 같이, 연료 전지 모듈(100)은, 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)와 겹치지 않으므로, 탱크(20)가 전방 방향(FD)으로 튀어나온 경우라도, 연료 전지 모듈(100)은, 탱크(20)와 충돌하지 않는다. 이 때문에, 충돌 발생 시에 탱크(20)가 손상을 받는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 7에 도시하는 충돌 예는, 연료 전지 모듈(100)의 전방으로의 이동이 멈추어지고, 또한 탱크(20)가 전방 방향(FD)으로 이동하는 예였지만, 다른 충돌 예에서도 탱크(20)가 손상을 받는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지 모듈(100)이, 탱크(20)가 전방으로 이동하는 속도보다 느린 속도로 전방 방향(FD)으로 이동하는 예, 연료 전지 모듈(100)이 차체와 충돌한 반동으로 후방 방향(RD)으로 이동하는 예 등에 있어서도, 연료 전지 모듈(100)은 탱크(20)와 충돌하지 않는다. 이 때문에, 탱크(20)가 손상을 받는 것이 억제된다. 즉, 연료 전지 차량(500)의 충돌에 기인하여 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20) 중 적어도 한쪽이 이동함으로써, 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)가 서로 가까워졌다고 해도, 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)가 서로 충돌하는 것이 억제되어, 탱크(20)가 손상을 받는 것이 억제된다.
이상 설명한 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)에 따르면, 연료 전지 모듈(100)은, 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)와 겹치지 않으므로, 연료 전지 차량(500)의 충돌 발생 시에 연료 전지 모듈(100)이 후방 방향(RD)으로 이동한 경우나, 탱크(20)가 관성력에 의해 전방 방향(FD)으로 이동한 경우라도, 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)에 따르면, 지지 프레임(150)에 제1 오목부(151)가 형성되어 있으므로, 연료 전지 차량(500)의 충돌 발생 시에, 제1 오목부(151)를 향하여 탱크(20)의 연직 상방의 상부가 근접하도록 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)가 상대적으로 이동한 경우라도, 제1 오목부(151)의 하방에 탱크(20)의 연직 상방의 상부가 위치하여(수용되어), 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다. 또한, 이 때문에, 지지 프레임(150)에 제1 오목부(151)가 형성되어 있지 않은 구성에 비하여, 연료 전지 모듈(100)을 보다 연직 하방(G)에 배치해도, 연료 전지 차량(500)의 충돌 발생 시에 있어서의 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다. 이와 같이, 연료 전지 모듈(100)을 보다 연직 하방(G)에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실(520)의 높이를 낮게 하여 연료 전지 차량(500)을 소형화할 수 있거나, 혹은 연료 전지 수용실(520)의 높이를 그대로 하여, 연료 전지 수용실(520)에 있어서 연료 전지 모듈(100) 이외의 부품을 수용하기 위한 공간을 보다 크게 할 수 있다. 또한, 연료 전지 모듈(100)을 보다 연직 하방(G)에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실(520) 내에 수용되어 있는 것 전체의 무게 중심을 낮게 할 수 있어, 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)에 따르면, 엔드 플레이트(120)에 제2 오목부(125)가 형성되어 있으므로, 연료 전지 차량(500)의 충돌 발생 시에 제2 오목부(125)를 향하여 탱크(20)의 연직 상방의 상부가 근접하도록, 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)가 상대적으로 이동한 경우라도, 제2 오목부(125)의 하방에 탱크(20)의 상부가 위치하여(수용되어), 연료 전지 모듈(100)과 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다. 또한, 이 때문에, 엔드 플레이트(120)에 제2 오목부(125)가 형성되어 있지 않은 구성에 비하여, 엔드 플레이트(120)를 보다 연직 하방(G)에 배치해도, 연료 전지 차량(500)의 충돌 발생 시에 있어서의 엔드 플레이트(120)와 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다. 이와 같이, 엔드 플레이트(120)를 보다 연직 하방(G)에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실(520)의 높이를 낮게 하여 연료 전지 차량(500)을 소형화할 수 있다. 또한, 엔드 플레이트(120)를 보다 연직 하방(G)에 배치할 수 있으므로, 연료 전지 수용실(520) 내에 수용되어 있는 것 전체의 무게 중심을 낮게 할 수 있어, 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)에 따르면, 제2 오목부(125)는, 차량 폭 방향(LH)에 있어서 서로 인접하는 나사(160)를 각각 수용하는 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이에 형성되어 있으므로, 제2 오목부(125)를 형성하면서, 엔드 플레이트(120)와 케이스(130)를, 또한 엔드 플레이트(120)와 지지 프레임(150)을 각각 확실히 접합시킬 수 있다. 더불어, 제2 오목부(125)가 형성되는 부분을 사이에 두고 인접하는 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이의 거리를, 엔드 플레이트(120)의 연직 하방의 단부면에 가까운 위치에 배열된 복수의 나사 구멍 중 다른 임의의 인접하는 2개의 나사 구멍의 사이의 거리보다 길게 하고 있기 때문에, 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이의 거리를 크게 하여, 제2 오목부(125)를 보다 크게 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)에 따르면, 연료 전지 스택(101)은, 차량 길이 방향에 있어서 탱크(20)를 향하는 측으로 하방으로 경사져 배치되어 있으므로, 연료 전지 스택(101) 내의 물을, 중력을 이용하여 탱크(20)를 향하는 측(후방 방향(RD)측)으로 이동시켜, 연료 전지 스택(101) 내로부터 용이하게 배출시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)에 따르면, 탱크 수용실(530)은, 탱크(20)의 긴 쪽 방향이 차량 길이 방향과 일치하도록 탱크(20)를 수용하므로, 탱크(20)의 긴 쪽 방향이 차량 폭 방향(LH)과 일치하도록 탱크(20)를 수용하는 구성에 비하여, 보다 큰 탱크를 수용할 수 있다.
B. 제2 실시 형태:
도 8은, 제2 실시 형태의 지지 프레임(150a)의 개략 구성을 도시하는 사시도이다. 제2 실시 형태의 연료 전지 차량은, 지지 프레임(150) 대신에 지지 프레임(150a)을 구비한다는 점에 있어서, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)과 상이하다. 제2 실시 형태의 연료 전지 차량에 있어서의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)과 동일하다.
제2 실시 형태의 지지 프레임(150a)은, 제1 오목부(151) 대신에 제1 오목부(151a)를 구비한다는 점에 있어서, 제1 실시 형태의 지지 프레임(150)과 상이하다. 제2 실시 형태의 지지 프레임(150a)의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 지지 프레임(150)과 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.
지지 프레임(150a)에 있어서의 제1 오목부(151a)는, 지지 프레임(150a)의 두께 방향으로 형성된 컷아웃으로서 구성되어 있다. 제1 오목부(151a)의 평면으로 본 형상 및 평면으로 본 면적(상방 또는 하방으로부터 보았을 때의 형상 및 면적)은, 제1 실시 형태의 제1 오목부(151)의 평면으로 본 형상 및 평면으로 본 면적과 동일하다. 지지 프레임(150a)은, 적어도 연직 하방(G), 연직 상방 및 후방 방향(RD)으로 개구되어 있다.
이상의 구성을 갖는 제2 실시 형태의 연료 전지 차량은, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)과 마찬가지의 효과를 갖는다. 더불어, 제2 실시 형태의 제1 오목부(151a)는, 지지 프레임(150a)의 두께 방향으로 잘라 내어져 있는 컷아웃으로서 구성되어 있으므로, 컷아웃으로서 구성되지 않는 경우에 비하여, 충돌 발생 시에 있어서의 지지 프레임(150a)과 탱크(20)의 충돌을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이 때문에, 지지 프레임(150a) 및 연료 전지 스택(101)을, 보다 연직 하방(G)에 배치할 수 있다.
C. 제3 실시 형태:
도 9는, 제3 실시 형태에 있어서의 연료 전지 차량의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 9에서는, 도 1과 마찬가지로, 충돌이 발생하지 않은 평상시에 있어서의, 연료 전지 차량(500b)의 차량 폭 방향(LH)의 중앙 위치에서의, 차량의 전방 방향(FD) 및 후방 방향(RD)을 따른 단면을 도시하고 있다.
제3 실시 형태의 연료 전지 차량(500b)은, 연료 전지 모듈(100) 대신에 연료 전지 모듈(100b)을 구비한다는 점과, 연료 전지 모듈(100b)이 수평과 평행으로 배치되어 있다는 점에 있어서, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)과 상이하다. 제3 실시 형태의 연료 전지 차량(500b)에 있어서의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)과 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다. 연료 전지 모듈(100b)은, 지지 프레임(150) 대신에 지지 프레임(150b)을 구비한다는 점에 있어서, 제1 실시 형태의 연료 전지 모듈(100)과 상이하다. 제3 실시 형태의 연료 전지 모듈(100b)에 있어서의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 연료 전지 모듈(100)과 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.
연료 전지 모듈(100b)이 평행으로 배치되어 있다는 것은, 연료 전지 스택(101)의 적층 방향(SD)이 수평 방향(차량 길이 방향)과 평행으로 되도록, 연료 전지 모듈(100b)이 배치되어 있음을 의미한다. 이러한 구성을 갖는 제3 실시 형태의 연료 전지 차량(500b)에 있어서도, 연료 전지 모듈(100b)은, 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)와 겹치지 않는다.
도 10은, 제3 실시 형태의 지지 프레임(150b)의 개략 구성을 도시하는 사시도이다. 제3 실시 형태의 지지 프레임(150b)은, 제1 오목부(151) 대신에 제1 오목부(151b)를 구비한다는 점에 있어서, 제1 실시 형태의 지지 프레임(150)과 상이하다. 제3 실시 형태의 지지 프레임(150b)의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 지지 프레임(150)과 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.
제3 실시 형태의 제1 오목부(151b)는, 적층 방향(SD)을 따라 지지 프레임(150b)의 전체에 걸쳐 형성되어 있다는 점에 있어서, 제1 실시 형태의 제1 오목부(151)와 상이하다. 제1 오목부(151b)의 평면으로 본 형상은, 적층 방향(SD)을 따라 연장되는 띠상의 외관 형상을 갖는다. 환언하면, 제1 오목부(151b)는, 적층 방향(SD)을 따라 연장되는 홈으로서 구성되어 있다. 제1 오목부(151b)는, 적어도 연직 하방(G), 후방 방향(RD) 및 전방 방향(FD)으로 개구되어 있다.
이상의 구성을 갖는 제3 실시 형태의 연료 전지 차량(500b)은, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(500)과 마찬가지의 효과를 갖는다. 예를 들어, 제3 실시 형태의 연료 전지 모듈(100b)은, 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되고, 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)와 겹치지 않으므로, 충돌 발생 시에 연료 전지 모듈(100b)이 후방 방향(RD)으로 이동한 경우나, 탱크(20)가 관성력에 의해 전방 방향(FD)으로 이동한 경우라도, 연료 전지 모듈(100b)과 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다.
D. 변형예:
D1. 변형예 1:
각 실시 형태에서는, 연료 전지 모듈(100, 100b)은, 지지 프레임(150, 150a, 150b)을 구비하고 있었지만, 이들 지지 프레임(150, 150a, 150b)을 생략해도 된다. 이 구성에 있어서도, 엔드 플레이트(120)가 제2 오목부(125)를 가짐으로써, 연료 전지 모듈(100, 100b)을 보다 연직 하방에 배치할 수 있다. 또한, 이 구성에서는, 케이스(130)를 서스펜션 멤버나 바디 프레임 등에 결합시킴으로써, 연료 전지 모듈(100, 100b)을 고정해도 된다.
D2. 변형예 2:
각 실시 형태의 지지 프레임(150, 150a, 150b)에 있어서, 제1 오목부(151, 151a, 151b)를 생략해도 된다. 마찬가지로, 엔드 플레이트(120)에 있어서 제2 오목부(125)를 생략해도 된다. 이들 구성에 있어서도, 연료 전지 모듈(100, 100b)이 탱크(20)보다 연직 상방에 배치되고, 또한 차량 길이 방향으로 보았을 때 탱크(20)와 겹치지 않으면, 충돌 발생 시에 있어서의 연료 전지 모듈(100, 100b)과 탱크(20)의 충돌을 억제할 수 있다. 예를 들어, 제1 오목부(151, 151a, 151b)와, 제2 오목부(125) 중, 제1 오목부(151, 151a, 151b)만을 생략한 구성에서는, 연료 전지 모듈의 경사 각도가 큰 경우에는, 탱크(20)는, 충돌 발생 시에 엔드 플레이트(120)의 하방(제2 오목부(125)의 하방)을 전방 방향(FD)으로 통과시켜도 지지 프레임(150, 150a, 150b)에 부딪히지 않고 전방 방향(FD)을 이동할 수 있다. 또한, 예를 들어 제3 실시 형태에 있어서는, 제1 오목부(151b) 및 제2 오목부(125)의 양쪽을 생략해도 된다.
D3. 변형예 3:
각 실시 형태에서는, 엔드 플레이트(120)는, 나사(160)에 의해 케이스(130) 및 지지 프레임(150, 150a, 150b)에 결합되어 있었지만, 나사(160)에 한하지 않고, 나사산을 갖지 않는 핀 등의 임의의 체결 부재에 의해 결합되어도 된다.
D4. 변형예 4:
각 실시 형태에 있어서 탱크 수용실(530)은, 차량 길이 방향으로 연장되어 형성되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 차량 폭 방향(LH)으로 연장되어 형성되어 있어도 된다. 이러한 구성에 있어서도, 전방 충돌 발생에 수반하여, 탱크(20)가 횡방향인 채로 전방 방향(FD)으로 상대적으로 이동하였다고 해도, 제2 오목부(125) 및 제1 오목부(151, 151a, 151b)의 존재에 의해, 탱크(20)가 연료 전지 모듈(100, 100b)에 부딪히는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 있어서는, 제2 오목부(125) 및 제1 오목부(151, 151a, 151b)의 차량 폭 방향(LH)의 길이를 보다 크게 구성해도 된다. 또한, 탱크 수용실(530)을, 차량 폭 방향에 있어서 대략 중앙으로부터 어긋나게 배치해도 된다. 이 구성에 있어서도, 지지 프레임(150, 150a, 150b)에 있어서의 제1 오목부(151, 151a, 151b)의 위치, 및 엔드 플레이트(120)에 있어서의 제2 오목부(125)의 위치를, 차량 폭 방향(LH)에 있어서, 탱크 수용실(530)에 수용된 탱크(20)의 위치와 일치하도록 설정함으로써, 각 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 탱크 수용실(530)을 차량 길이 방향 및 차량 폭 방향(LH)의 어느 방향으로도 연장하는 공간으로서 구성해도 된다. 또한, 수용되는 탱크(20)는, 어떠한 방향으로 수용되어도 된다. 또한, 탱크(20)의 전방측의 일부는, 연료 전지 수용실(520)로 돌출되어 있어도 된다.
D5. 변형예 5:
각 실시 형태에 있어서, 엔드 플레이트(120)의 제2 오목부(125)는, 모두 엔드 플레이트(120)의 하방에 배열된 복수의 나사 구멍 중 차량 폭 방향(LH)의 대략 중앙 부분의 2개의 나사 구멍(122a, 122b)의 사이에 형성되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 엔드 플레이트(120)의 하방에 배열된 복수의 나사 구멍보다 더 하방에 형성되어 있어도 된다. 또한, 각 실시 형태에 있어서 제2 오목부(125)는, 두께 방향의 컷아웃으로서 구성되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 실시 형태의 제1 오목부(151)와 마찬가지로, 엔드 플레이트(120)에 있어서의 다른 부분보다 두께가 작게 또한 두께가 제로가 아니도록, 제2 오목부(125)를 구성해도 된다.
D6. 변형예 6:
제1 실시 형태에 있어서, 전방 방향(FD)으로 보았을 때의 제1 오목부(151)의 형상은, 직사각형 형상이었지만, 제2 오목부(125)와 마찬가지로 원호상의 형상이어도 된다.
D7. 변형예 7:
각 실시 형태에 있어서, 연료 전지 차량(500, 500b)은, 모두 동력원으로서 모터(M)만을 구비하는 차량이었지만, 모터(M)에 추가하여, 가솔린 엔진 등의 내연 기관을 동력원으로서 구비하는 차량이어도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 개요란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히 교체나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않다면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.
11: 단셀
20: 탱크
20a: 탱크의 상부
21: 연료 가스 공급로
22: 연료 가스 순환로
23: 연료 가스 배출로
24: 차단 밸브
25: 인젝터
26: 배기 배수 밸브
27: 순환 펌프
29: 기액 분리기
30: 공기 압축기
31: 산화제 가스 공급로
32: 산화제 가스 배출로
33: 삼방 밸브
34: 압력 조정 밸브
35: 바이패스 유로
100, 100b: 연료 전지 모듈
101: 연료 전지 스택
102F, 102R: 절연판
103F, 103R: 집전판
110, 120: 엔드 플레이트
122W: 벽면
122a, 122b, 122c: 나사 구멍
125: 제2 오목부
130: 케이스
131: 고정부
132: 플랜지부
133, 134: 나사 구멍
150, 150a, 150b: 지지 프레임
151, 151a, 151b: 제1 오목부
152, 153: 나사 구멍
160: 나사
200: 연료 전지 시스템
210: DC-DC 컨버터
500, 500b: 연료 전지 차량
510: 탑승원실
520: 연료 전지 수용실
530: 탱크 수용실
900: 충돌 대상물
Ar1: 공간
DB: 대시보드
FD: 전방 방향
FW: 전륜
G: 연직 하방
L1: 가상선
LH: 차량 폭 방향
M: 모터
RD: 후방 방향
RW: 후륜
SD: 적층 방향

Claims (8)

  1. 연료 전지 차량이며,
    연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 모듈과,
    상기 연료 전지 스택에 공급되는 가스를 저장하는 탱크와,
    상기 연료 전지 모듈을 수용하는 연료 전지 수용실과,
    상기 연료 전지 차량의 바닥 하부에 있어서 상기 연료 전지 수용실에 대하여 상기 연료 전지 차량의 차량 길이 방향에 있어서의 후방측에 형성되고, 상기 탱크를 수용하는 탱크 수용실을 구비하고,
    상기 연료 전지 모듈은, 상기 탱크보다 연직 상방에 배치되고, 상기 차량 길이 방향으로 보았을 때 상기 탱크와 겹치지 않고,
    상기 연료 전지 모듈은, 상기 연료 전지 스택을 하방으로부터 지지하는 판상의 지지 프레임을 더 포함하고,
    상기 지지 프레임에 있어서, 상기 지지 프레임에 있어서의 상기 차량 길이 방향의 후단의 일부를 포함하고 상기 차량 길이 방향으로 보아 상기 탱크의 상부와 연직 방향으로 대응하는 영역에는, 적어도 연직 하방 및 상기 차량 길이 방향에 있어서의 후방으로 개구된 제1 오목부가 형성되어 있는, 연료 전지 차량.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 오목부는, 상기 지지 프레임의 두께 방향으로 형성된 컷아웃으로서 구성되어 있는, 연료 전지 차량.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 연료 전지 스택은, 적층된 복수의 단셀과, 상기 복수의 단셀의 적층 방향에 있어서의 상기 차량 길이 방향의 후방측의 단부에 배치된 엔드 플레이트를 갖고,
    상기 엔드 플레이트에 있어서, 상기 엔드 플레이트에 있어서의 상기 차량 길이 방향의 후단의 일부를 포함하고 상기 차량 길이 방향으로 보아 상기 탱크의 상부와 연직 방향으로 대응하는 영역에는, 적어도 연직 하방 및 상기 차량 길이 방향에 있어서의 후방으로 개구된 제2 오목부가 형성되어 있는, 연료 전지 차량.
  5. 제4항에 있어서, 상기 엔드 플레이트가 노출된 상태에서 상기 연료 전지 스택을 수용하는 케이스이며, 상기 엔드 플레이트를 두께 방향으로 관통하는 체결 부재에 의해, 자체의 상기 탱크측의 단부면에 있어서 상기 엔드 플레이트에 접합되어 있는 케이스를 더 구비하고,
    상기 엔드 플레이트의 연직 방향의 최하부는, 상기 케이스의 연직 방향의 최하부보다, 연직 방향 하방에 위치하고,
    상기 엔드 플레이트가 갖는 상기 제2 오목부는, 상기 연료 전지 차량의 차량 폭 방향에 있어서 서로 인접하는 상기 체결 부재를 각각 수용하는 상기 엔드 플레이트에 마련된 2개의 관통 구멍의 사이에 형성되어 있는, 연료 전지 차량.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 오목부는, 상기 엔드 플레이트의 두께 방향으로 형성된 컷아웃으로서 구성되어 있는, 연료 전지 차량.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 연료 전지 스택은, 상기 차량 길이 방향에 있어서, 상기 탱크를 향하는 측으로 하방으로 경사져 배치되어 있는, 연료 전지 차량.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 탱크 수용실은, 상기 탱크의 긴 쪽 방향이 상기 차량 길이 방향과 일치하도록 상기 탱크를 수용하는, 연료 전지 차량.
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