| 【発明の名称】 |
燃料電池車両の水素配管構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】金森 謙二
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】車両が衝突するなどして車体が変形しても、高圧水素配管の変形を防止する。
【解決手段】サイドメンバ９上に固定された支持フレーム５に、水素を加圧して貯蔵する水素タンク１が固定され、この水素タンク１と、水素が供給される燃料電池３２とは、高圧水素配管３３および低圧水素配管３９によって接続されている。高圧水素配管３３には、衝撃によって閉じる電磁弁３５および高圧水素を低圧水素に減圧する調圧弁３７がそれぞれ介装され、これらは支持フレーム５の配管固定部２１上に固定される。調圧弁３７と燃料電池３２とを接続する低圧水素配管３９は、車体上下方向に延設される上下配管部３９ａを備えており、この上下配管部３９ａに、脆弱部４３を設けてある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水素を加圧して貯蔵するタンク、このタンクに接続される高圧水素配管、この高圧水素配管途中に設けられてその流路を閉じる開閉手段および、前記高圧水素配管を流れる高圧水素を低圧に調圧する調圧手段を、車体に固定した支持フレームにそれぞれ固定し、前記調圧手段と、この調圧手段により調圧された低圧水素が供給される燃料電池とを接続する低圧水素配管に、脆弱部を設けたことを特徴とする燃料電池車両の水素配管構造。
【請求項２】 前記脆弱部は、車体上下方向に向けて延設される上下配管部に設定されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の水素配管構造。
【請求項３】 前記脆弱部が配置される空間は、自動車の車室に対して隔壁によって隔てられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池車両の水素配管構造。
【請求項４】 前記脆弱部は、前記低圧水素配管の直径が部分的に小径化されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池車両の水素配管構造。
【請求項５】 前記脆弱部は、前記低圧水素配管の肉厚が部分的に薄肉化されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池車両の水素配管構造。
【請求項６】 前記薄肉化された脆弱部の内径は、前記低圧水素配管の他の部位の内径と同一であることを特徴とする請求項５記載の燃料電池車両の水素配管構造。
【請求項７】 前記脆弱部は、前記低圧水素配管がＳ字状に湾曲していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池車両の水素配管構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高圧水素が貯蔵されるタンクと燃料電池とを接続する水素配管を備えた燃料電池車両の水素配管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料ガスを貯蔵するタンクを、車体に固定された支持フレームに固定するものが知られている（特開平９−２９０６４７号公報参照）。この配管構造では、燃料配管のジョイント部などのユニットが、支持フレームに直接固定されず、ジョイントプレートを介して支持フレームに固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の配管構造では、配管のジョイント部などのユニットが、強固な支持フレームに直接固定されていないので、車両衝突時、特に後面衝突時に車体が変形したときに、高圧の燃料配管が変形する恐れがある。この変形は、燃料タンクからガス圧を高圧から低圧に減圧する調圧弁までの高圧配管部を含むすべての領域で発生する可能性がある。
【０００４】そこで、この発明は、車両が衝突するなどして車体が変形しても、高圧燃料配管の変形を防止することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、請求項１の発明は、水素を加圧して貯蔵するタンク、このタンクに接続される高圧水素配管、この高圧水素配管途中に設けられてその流路を閉じる開閉手段および、前記高圧水素配管を流れる高圧水素を低圧に調圧する調圧手段を、車体に固定した支持フレームにそれぞれ固定し、前記調圧手段と、この調圧手段により調圧された低圧水素が供給される燃料電池とを接続する低圧水素配管に、脆弱部を設けた構成としてある。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記脆弱部は、車体上下方向に向けて延設される上下配管部に設定される構成としてある。
【０００７】請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、前記脆弱部が配置される空間は、自動車の車室に対して隔壁によって隔てられる構成としてある。
【０００８】請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記脆弱部は、前記低圧水素配管の直径が部分的に小径化される構成としてある。
【０００９】請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記脆弱部は、前記低圧水素配管の肉厚が部分的に薄肉化される構成としてある。
【００１０】請求項６の発明は、請求項５の発明の構成において、前記薄肉化された脆弱部の内径は、前記低圧水素配管の他の部位の内径と同一である構成としてある。
【００１１】請求項７の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記脆弱部は、前記低圧水素配管がＳ字状に湾曲している構成としてある。
【００１２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、水素が貯蔵される高圧タンクから、高圧水素を低圧に調圧する調圧手段までの高圧配管系を車体に固定した支持フレームに固定するとともに、調圧手段より下流側の低圧水素配管に脆弱部を設けたので、車両衝突時などに車体が変形しても、このとき発生する応力を低圧水素配管の脆弱部が受けて変形により吸収し、高圧水素配管の変形を防止することができる。
【００１３】また、配管が変形しやすい脆弱部が、流路を閉じる開閉手段の下流にあるため、車両衝突時などに開閉手段を閉じることで、脆弱部側への水素の供給が停止され、脆弱部で破損が生じたとしても、タンク内の燃料の漏れを防止することができる。
【００１４】さらに、配管が変形しやすい脆弱部が、調圧手段の下流にあるため、脆弱部で破損が生じたとしても、低圧の水素のみが漏れるだけであり、漏れ量を少なくすることができる。
【００１５】請求項２の発明によれば、脆弱部は、車体上下方向に向けて延設される上下配管部に設定されているので、車両衝突時などに、支持フレームが車体に対して前後左右に移動したときに、脆弱部が配管の軸方向と交差する曲げ方向に力を受け、脆弱部での変形が容易となる。
【００１６】請求項３の発明によれば、脆弱部に破損が生じたとしても、隔壁により車室内への水素の浸入を防止することができる。
【００１７】請求項４の発明によれば、脆弱部は、低圧水素配管の直径が部分的に小径化しているので、脆弱部としての機能が確実に発揮される。
【００１８】請求項５の発明によれば、脆弱部は、低圧水素配管の肉厚が部分的に薄肉化しているので、脆弱部としての機能が確実に発揮される。
【００１９】請求項６の発明によれば、脆弱部を含む低圧水素配管の内径が一定であることから、脆弱部を設けることによる流路抵抗の低下を防止することができる。
【００２０】請求項７の発明によれば、脆弱部は、低圧水素配管がＳ字状に湾曲しているので、車体変形時には、湾曲部がある程度弾性変形して変形時に発生する応力を吸収することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２２】図１は、この発明の実施の一形態に係わる燃料電池車両の水素配管構造を適用した車両後部の内部構造を示す側面断面図であり、水素を加圧して貯蔵する水素タンク１が、後部座席３の後方に配置されている。図２は、水素タンク１の車体への搭載部分を示す平面図である。
【００２３】水素タンク１を支持する強固な支持フレーム５は、車体７の骨格部材である一対のサイドメンバ９上に、４本のボルト１１により固定されている。
【００２４】上記した支持フレーム５は、車幅方向中央部分に、水素タンク１の円形の外形に整合する円弧状凹部１３が形成されている。水素タンク１は、この円弧状凹部１３に収容された状態で、２本の固定バンド１５が被せられ、各固定バンド１５の両端は、支持フレーム５の車体前後方向両側部の上面１７にボルト１９により固定されている。
【００２５】支持フレーム５の車幅方向の一方（図２中で下方）の端部には、図１に示すように、円弧状凹部１３より下部に位置して車体前後方向に延長される配管固定部２１が形成されている。支持フレーム５の車幅方向の他方（図２中で上方）の端部についても、配管固定部２１と同高さ位置となる段部２３が形成されている。そして、支持フレーム５の前記上面１７に対応する下部には、図１に示すように、突出固定部２５が車幅方向全長にわたり形成され、突出固定部２５の車幅方向両端が前記したサイドメンバ９上に載置されて、この部位に前記したボルト１１が締結されている。
【００２６】水素タンク１の上記した配管固定部２１側の端部中央には水素出入口部２７が設けられ、この水素出入口部２７には、図１中で下方に向けて延設される水素充填配管２９の一方の端部が接続され、水素充填配管２９の他方の端部には、水素タンク１へ水素を充填するための充填口３１が設けられている。この水素充填配管２９の下部側の一部は、サイドメンバ９などの車体部品に固定されている。
【００２７】また、水素タンク１の上記した水素出入口部２７には、後部座席３の下部に配置してある燃料電池３２に水素を供給するための高圧水素配管３３の一端が接続されている。高圧水素配管３３の他端側は、車体後方へ延設された後、図２に示すように車幅方向外側へ延設され、さらに下方へ延設されて配管固定部２１に達している。配管固定部２１上での高圧水素配管３３は、車体前方へ延設され、その途中に開閉手段としての電磁弁３５が介装されるとともに、前方端部には調圧手段としての調圧弁３７が設けられている。
【００２８】電磁弁３５は、車両に搭載してある図示しないＧセンサが、車両の衝突などの衝撃を感知したときに、閉状態となって高圧水素配管３３の流路を閉じる。一方調圧弁３７は、高圧水素配管３３内の高圧水素を、低圧に減圧してその下流側に接続されている低圧水素配管３９に送り出す。
【００２９】配管固定部２１上における高圧水素配管３３は、電磁弁３５の上下流の両側位置および調圧弁３７の上流側位置にて、固定ブラケット４１により配管固定部２１に固定されている。
【００３０】前記した低圧水素配管３９は、調圧弁３７から車体前方に向けて延設された後、配管固定部２１の前方にて下方へ屈曲して上下配管部３９ａとなり、さらに図２では省略してあるが、サイドメンバ９に沿って前方へ向けて延設されて、その端部が燃料電池３２に接続されている。
【００３１】配管固定部２１上における低圧水素配管３９は、固定ブラケット４２にて配管固定部２１に固定されている。この低圧水素配管３９の上下方向に延設される上下配管部３９ａには、脆弱部４３が形成されている。低圧水素配管３９の上下配管部３９ａにおける脆弱部４３の上部は、固定ブラケット４５により配管固定部２１の車体前方側の側面に固定され、上下配管部３９ａの下端部は、固定ブラケット４７によりサイドメンバ９などの車体部品に固定されている。
【００３２】上記したような水素タンク１から高圧水素配管３３および低圧水素配管３９に至る水素タンクモジュールＭは、隔壁４９によって車室５１と隔てられた空間５３内に配置されている。隔壁４９は、後部座席３の後方に配置される前面部４９ａと、水素タンク１の上部を覆う上面部４９ｂと、空間５３と車室５１の一部である車体後部の荷室５１ａとを隔てる後面部４９ｃとを備えている。
【００３３】さらに、上記した隔壁４９の車体後端側の上部には、ダクト５５の下端が空間５３に連通して接続され、ダクト５３の上端は車体７のルーフを経て外部に開口している。なお、上記した隔壁４９は、車室５１と空間５３とを密閉するために、両者間を貫通する孔部などを備えていないものとする。
【００３４】図３（ａ）は、前記した低圧水素配管３９における脆弱部４３の具体例を示している。この場合、直径Ｄの低圧水素配管３９を、部分的に直径ｄとして小径化し、この小径部位を脆弱部４３としている。低圧水素配管３９の部分的な小径化は、スピニング加工や液圧成形などによって可能である。
【００３５】上記したような燃料電池車両の水素配管構造においては、車両に後面衝突などが生じ、車体７のリアサイドメンバ９などの車体骨格部材が変形したとしても、水素タンク１に接続されている高圧水素配管３３，電磁弁３５および調圧弁３７が、強固な支持フレーム５の配管固定部２１に固定されているため、高圧水素配管３３の変形が防止される。
【００３６】また、上記した衝突時には、図示しないＧセンサが衝撃を感知し、これに基づき高圧水素配管３３に設けてある電磁弁３５が作動して流路を閉じるので、高圧水素の電磁弁３５より下流側への流出が回避される。
【００３７】一方、上記した衝突時に車体７が変形し、水素タンクモジュールＭと燃料電池３２との位置関係が相対的に変化すると、この変化により配管系が受ける応力は、低圧水素配管３９に設けてある脆弱部４３が変形して吸収する。
【００３８】そして、この脆弱部４３は、車体７の上下方向に延設した上下配管部３９ａに設けてあって、その上部側を配管固定部２１に、同下部側を車体部品のサイドブラケット９に、それぞれ固定してあるので、車両衝突時に発生する水素タンクモジュールＭと燃料電池３２との相対的位置関係の変化は、脆弱部４３が配管の軸方向と交差する曲げ方向に力を受けて確実に吸収する。
【００３９】さらに、上記した脆弱部４３を含む水素タンクモジュールＭは、隔壁４９により車室５１と隔てられているため、例え脆弱部４３が変形により破損したとしても、空間５３内の水素は、ダクト５５を経て車体７の外部へ排出される。
【００４０】図３（ｂ），（ｃ）は、脆弱部４３の他の例を示している。同図（ｂ）は、肉厚Ｔの低圧水素配管３９を部分的に肉厚ｔとして薄肉化し、この薄肉部位を脆弱部４３としている。この場合の低圧水素配管３９は、脆弱部４３の内径が他の部位の内径と同一となっており、これにより脆弱部４３を設けることによる流路抵抗の低下が回避される。このような低圧水素配管３９の部分的な薄肉化は、旋盤などによる機械加工やスピニング加工によって可能である。
【００４１】図３（ｃ）は、低圧水素配管３９をＳ字状に湾曲させ、この湾曲部位を脆弱部４３としている。この場合、Ｓ字状の湾曲部位が、ある程度弾性変形することで、車両衝突時の水素タンクモジュールＭと燃料電池３２との相対的位置関係の変化を吸収する。なお、図３（ｃ）の場合、図中で左右方向を車体前後方向とすることが後面衝突に対して有効であるが、この位置関係に限定されるものではない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地
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| 【出願日】 |
平成１４年１月２３日（２００２．１．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外７名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２１１９８２（Ｐ２００３−２１１９８２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月３０日（２００３．７．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１４１１８（Ｐ２００２−１４１１８） |
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