(57)【要約】【課題】漏洩した水素ガスの着火によって生じる運動エネルギーがエンジンコンパートメントの外にまで影響をおよぼすのを効果的に抑制できるようにした燃料電池搭載車両を提供するする。【解決手段】燃料電池搭載車両１０は、天面としてのフード２１を有するエンジンコンパートメント２０内に燃料電池スタック３０を備える。エンジンコンパートメント２０内における燃料電池スタック３０よりも上方の空間には閉じた構造の多数の気孔（セル６１）を有する衝撃吸収体６０（ハニカム構造体６０ａ）がフード２１に沿うようにして配置されている。着火によって発生した運動エネルギーは、衝撃吸収体６０が圧潰（座屈変形）することで吸収される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天面としてのフードを有するエンジンコンパートメント内に燃料電池スタックを備えた燃料電池搭載車両であって、
前記エンジンコンパートメント内における前記燃料電池スタックよりも上方の空間には閉じた構造の多数の気孔を有する衝撃吸収体が前記フードに沿うようにして配置されていることを特徴とする燃料電池搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載した車両には、万が一、燃料ガスとしての水素が車両内に漏洩したときに対する安全対策が種々施されている。例えば、特許文献１には、天面としてのフードを有するエンジンコンパートメント内に燃料電池スタックを備えた燃料電池搭載車両において、車両内にいくつかの水素ディテクタを配置し、水素ディテクタにより水素の漏れが検知されたときに、ラジエータファンを作動させて、外気により水素を希釈させながら外部に排出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように、漏洩した水素を希釈しながら外部に排出する対策を講じることで、燃料電池搭載車両の安全性は確保されている。しかし、エンジンコンパートメント内に水素が漏洩して水素濃度が高くなり、何らかの衝撃により燃焼が生じてエンジンコンパートメント内に燃焼に起因する運動エネルギーが発生する可能性を全く否定することはできない。燃料電池搭載車両に対してより高い安全性を確保することは、継続すべき課題であり、上記のように、漏洩水素の燃焼に起因してエンジンコンパートメント内に運動エネルギーが発生した場合に対する安全対策も、解決すべき課題である。
【０００５】
本発明は、上記した運動エネルギーがエンジンコンパートメントの外にまで影響をおよぼすのを効果的に抑制できるようにした燃料電池搭載車両を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による燃料電池搭載車両は、天面としてのフードを有するエンジンコンパートメント内に燃料電池スタックを備えた燃料電池搭載車両であって、前記エンジンコンパートメント内における前記燃料電池スタックよりも上方の空間には閉じた構造の多数の気孔を有する衝撃吸収体が前記フードに沿うようにして配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による燃料電池搭載車両では、万が一、エンジンコンパートメント内に漏洩した水素に燃焼が生じた場合、燃焼によって発生する運動エネルギーは、フードに沿うようにして配置された衝撃吸収体の変形により吸収される。そのために、例えば天面としてのフードが破損してエンジンコンパートメントの外に影響をおよぼすような事態が生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池搭載車両の要部を示す概略構成図。
【図２】衝撃吸収体の一例であるハニカム構造体を示す斜視図。
【図３】ハニカム構造体が座屈変形するときの状態を示す図。
【図４】衝撃吸収体の他の例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施の形態としての燃料電池搭載車両１０の要部を示す概略構成図である。図示のように、燃料電池搭載車両（以下、単に「車両」と呼ぶ）１０は、前方側にエンジンコンパートメント２０を有し、エンジンコンパートメント２０には天面としての開閉自在なフード２１が備えられている。エンジンコンパートメント２０内は、異物が入り込まないように、ほぼ閉鎖された空間となっているのが一般的である。
【００１１】
エンジンコンパートメント２０内には、燃料電池スタック３０が配置されている。配置された燃料電池スタック３０の上には、パワーコントロールユニット４０が配置されている。車両１０の床１１の下には水素ガス流路（不図示）が配置され、また、車両１０の後方側には、図示しない高圧水素ガスタンクや二次電池等が配置されている。
【００１２】
燃料電池スタック３０は、燃料電池としての複数の単セルが積層されたスタック構造を備える。１つの単セルは、特に図示しないが、電解質膜と、それを両側から挟み込む電極である水素極および酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む２枚のセパレータと、で構成されている。各セパレータは反応ガス流路を有しており、水素極側に面するセパレータの反応ガス流路には、高圧水素ガスタンクからの水素が燃料ガスとして送り込まれ、酸素極側に面するセパレータの反応ガス流路には、図示しないエアーインテーク等を介して、酸化剤ガスとしての空気が送り込まれる。
【００１３】
エンジンコンパートメント２０の前方側には燃料電池スタック３０を冷却するためのラジエータ５０やラジエータファン（不図示）なども配置されている。ラジエータ５０は、燃料電池スタック３０の内部を流れる冷却媒体を冷却するための熱交換器である。エンジンコンパートメント２０内またはその近傍には、燃料電池スタック３０によって発生された電力によって車両１０の推進力を生じさせる駆動モータ（不図示）、駆動モータの発生したトルクを車輪Ｗの車軸に伝える伝導ギヤ（不図示）なども配置されている。
【００１４】
図１において、１２は座席、１３はインストルメントパネル、１４は始動スイッチである。インストルメントパネル１３には、フューエルゲージを始めとする各種メータやランプが設けられており、また、水素ガス漏れを警告するためのディスプレイなども設けられている。
【００１５】
本実施の形態の燃料電池搭載車両１０において、エンジンコンパートメント２０内における燃料電池スタック３０よりも上位の空間には、閉じた構造の多数の気孔を有する衝撃吸収体６０が配置されている。図示の例では、衝撃吸収体６０は、前記したフード２１の裏面に沿って配置されている。また、燃料電池スタック３０よりも上位の空間であって衝撃吸収体６０の裏面に近接した部位には、水素ディテクタ７０が配置されている。
【００１６】
図２は、衝撃吸収体６０の一例を示している。図２に示す衝撃吸収体６０は、水平断面が６角形である多数個のセル６１の集合体として構成されたハニカム構造体６０ａであり、図３に示すように、各セル６１の上下面は閉鎖体６２によって閉鎖され、閉鎖された気孔となっている。なお、図２では、分かり易さのために、閉鎖体６２を省略している。限定さないが、一例として、ハニカム構造体６０ａは、箔厚２５μｍ程度のアルミ箔で構成される。また、ハニカム構造体６０ａの厚みは４０ｍｍ程度、セル６１の径は２０ｍｍ程度である。
【００１７】
上記構成の燃料電池搭載車両１０において、万が一、燃料電池スタック３０あるいはそこに至る水素配管から水素の漏洩が生じ、エンジンコンパートメント２０を区画するフード２１の下に高濃度の水素が滞留した状態となったとする。そして、その状態のときに、何らかの着火源（この例では、水素ディテクタ７０）の作動に起因して、水素ガスが着火して大きな運動エネルギーを持つ衝撃が発生したとする。
【００１８】
本実施の形態の燃料電池搭載車両１０では、発生した運動エネルギーの大部分は、衝撃吸収体６０であるハニカム構造体６０ａが座屈変形することで吸収される。図１において矢印に示すように、一部の運動エネルギーが吸収されずに反射して向きを変えたとしても、そのエネルギー量は小さく、運動エネルギーが外部に悪影響を及ぼすような事態が生じるのは、大きく抑制される。
【００１９】
図３は、衝撃吸収体６０であるハニカム構造体６０ａが座屈変形する状態を示している。運動エネルギーＥは、ハニカム構造体６０ａの下面側に設けられたセル６１の閉鎖体６２によって受け止められ（図３（ａ））、その力がセル６１の周囲壁に作用して周囲壁が次第に座屈していき（図３（ｂ））、最終的には、ほぼ扁平状態にまでハニカム構造体６０ａは座屈する（図３（ｃ））。
【００２０】
なお、燃焼一般において、衝撃（着火）の発生初期では、燃焼波はそれほど発達しておらず、圧力は高まっていない状態にある。その後、燃焼波が構造物間の隙間の凹凸を通ることで渦が発生し、既燃ガスと未燃ガスの間の反応領域で増大して、より反応が促進するようになり、それが燃料速度の増大、圧力増大につながっていく。本実施の形態の燃料電池搭載車両１０においては、着火源である水素ディテクタ７０の近くに衝撃吸収体６０であるハニカム構造体６０ａが設置されており、圧力がそれほど高まっていない初期の段階で、運動エネルギーをハニカム構造体６０ａの座屈変形にて吸収させることが可能であり、その後の圧力増強を防止できる。それにより、大幅な衝撃低減が可能となる。
【００２１】
なお、図２には、衝撃吸収体６０として、セル６１の水平断面形状が６角形のハニカム構造体６０ａを示したが、これは例示であり、セル６１の水平断面形状は任意であってよい。また、衝撃吸収体６０は、閉じた構造の多数の気孔を有する平板状の部材であればよく、ハニカム構造体６０ａに限らない。例えば、図４に上面図を示すように、閉鎖された多数の気孔６３を持つポーラス構造体６０ｂであってもよい。その場合、ポーラス構造体６０ｂはポーラス金属構造体であってもよく、ポーラス樹脂構造体であってもよい。
【００２２】
［具体例］
次に、本発明者が行った実証実験の一例を説明する。
【００２３】
［具体例１］
（１）衝撃吸収体６０として、図２および図３に示した形状のハニカム構造体６０ａを、箔厚２５μｍのアルミ箔で製造した。セル６１の水平断面での径は１９．１ｍｍとした。このハニカム構造体６０ａは、約２ＭＰａの圧力が厚み方向に作用することで座屈を起こす。
（２）図１に示したようにしてエンジンコンパートメント２０内に燃料電池スタック３０を配置する。そして、水素の漏えいがあり、エンジンコンパートメント２０内で着火するものと仮定する。衝撃吸収体６０を備えない場合、着火による衝撃発生初期には、着火近傍のフード２１には０．３〜０．５ＭＰａ程度の圧力がダイレクトに作用する。この圧力は、ハニカム構造体６０ａを厚み方向に潰す（座屈変形させる）のに十分な圧力である。
（３）上記したハニカム構造体６０ａの単位体積当たりのエネルギー吸収量は、１４ＭＪ／ｍ３であり、また、フード２１の下に設置可能なハニカム構造体６０ａの体積は、長さ０．７５ｍ×幅１．５ｍ×厚さ０．０４ｍ＝０．０４５ｍ３程度であるとすると、この体積で吸収可能なエネルギーは０．６３ＭＪとなる。
（４）水素の衝撃発生時のエネルギーは、水素濃度３０％のときで９．３ＭＪ／ｍ３であり、最悪の状態では濃度３０％の水素が８０ＮＬ溜まることと仮定すると、その場合の衝撃発生時のエネルギーは、９．３×０．０８＝０．７４４ＭＪとなる。
（５）上記の結果から、１．１ｍ２の面積に、０．０４ｍの座屈による厚み方向の変形が可能なハニカム構造体６０ａを配置した場合、計算上、０．６３ＭＪのエネルギーが吸収でき、水素の衝撃発生時のエネルギーを９割近く吸収できることが分かる。
【００２４】
［具体例２］
衝撃吸収体６０として、単位体積当たりのエネルギー吸収量が１．５ＭＪ／ｍ３であり、アルミニウムや亜鉛が素材の気孔率５８〜９７％のポーラス金属を用いるとする。この場合、１．１ｍ２の面積に、０．１ｍの圧縮による厚み方向の変形が可能であれば、計算上、０．１７ＭＪのエネルギーを吸収でき、水素の着火直後に発生する運動エネルギーのうち、約２５％近くを吸収できる。それにより、発生した衝撃を十分に弱めることが可能となる。
【００２５】
［具体例３］
衝撃吸収体６０として、単位体積当たりのエネルギー吸収量が０．６ＭＪ／ｍ３であり、硬質ポリウレタン発泡体や発泡ポリプロピレンなどが素材の気孔率５８〜９７％のポーラス樹脂を用いるとする。この場合、１．１ｍ２の面積に、０．１５ｍの圧縮による厚み方向の変形が可能であれば、計算上、０．１１ＭＪのエネルギーを吸収でき、水素の着火直後に発生する運動エネルギーのうち、約１５％近くを吸収できる。それにより、発生した衝撃を弱めることが可能となる。
【００２６】
上記のように、本発明によればエンジンコンパートメント内の限られたスペースにおいて、十分な衝撃緩和が得られることから、対象となる燃料電池搭載車両としては、普通車に限らず、燃料電池搭載トラック、燃料電池搭載バス、燃料電池搭載フォークリフトなども挙げることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０…燃料電池搭載車両、
１２…座席、
１３…インストルメントパネル、
１４…始動スイッチ、
２０…エンジンコンパートメント、
２１…天面としての開閉自在なフード、
３０…燃料電池スタック、
４０…パワーコントロールユニット、
５０…ラジエータ、
６０…衝撃吸収体、
６０ａ…衝撃吸収体であるハニカム構造体、
６０ｂ…衝撃吸収体であるポーラス構造体、
６１…セル、
６２…閉鎖体、
６３…気孔、
７０…水素ディテクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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