(57)【要約】【課題】想定以上の入力に起因して燃料タンクの支持状態に異常が生じた場合の当該異常を判定できるようにする。【解決手段】所定の大きさを超える外部入力があった場合に燃料タンク２１が支持された状態を維持しつつ変形して当該燃料タンク２１が振動するのを許容する支持部８と、燃料タンク２１が振動することにより異音を生じさせる異音発生部９と、を備える。支持部８は燃料タンク２１を車両に取り付けるための複数種のフレームであって、例えばメインフレーム８ａと該メインフレーム８ａの強度よりも低い強度のサブフレーム８ｂとで構成される。また、異音発生部９は、例えば車両のボデー側に取り付けられて燃料タンク２１の可動範囲を規制しているストッパで構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される燃料タンクを支持するための支持装置において、
所定の大きさを超える外部入力があった場合に前記燃料タンクが支持された状態を維持しつつ変形して当該燃料タンクが振動するのを許容する支持部と、
前記燃料タンクが振動することにより異音を生じさせる異音発生部と、
を備えることを特徴とする燃料タンクの支持装置。
【請求項２】
前記支持部は、前記燃料タンクを前記車両に取り付けるための複数種のフレームであって、メインフレームと、該メインフレームの強度よりも低い強度のサブフレームとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンクの支持装置。
【請求項３】
前記異音発生部は、前記車両のボデー側に取り付けられて前記燃料タンクの可動範囲を規制しているストッパで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料タンクの支持装置。
【請求項４】
燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池へ供給される前記燃料ガスが充填された燃料タンクとを搭載した燃料電池車両に適用されている請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料タンクの支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンクの支持装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池車両における燃料タンク支持装置の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電装置としての燃料電池を搭載した車両に関する研究や開発が多く行われるようになっている。このように車両等の動力源として用いられる燃料電池としては例えば高分子電解質形燃料電池が搭載され、さらに該燃料電池に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給するための燃料タンクが搭載されている。
【０００３】
このような燃料電池車両としては、従来、複数の燃料タンクを車両の前後方向へと並列に配置したものが知られている。この場合、強固に形成された燃料タンクは、例えば固定バンド等により車両フレームに取り付けられている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１１９８２号公報
【特許文献２】特開２００３−２９１８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように燃料タンクは強固に形成され、さらに固定バンド等により取り付けられた構造となってはいるものの、例えば走行中の当該燃料電池車両の一部が路面と強く干渉したときのような想定以上の入力があった場合に生じうる当該車両における異常を判定するための手段がなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、想定以上の入力に起因して燃料タンクの支持状態に異常が生じた場合の当該異常を判定できるようにした燃料タンクの支持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。想定以上の外部入力に起因して例えば燃料タンクの取付強度が低下したといった異常が生じた場合、これをユーザがいち早く知ることができれば何らかの対処を施すことが可能となる。つまり、いわば電気回路におけるヒューズのように想定以上の入力を判定することが可能な装置があれば好適であり、このような観点から検討を重ねた本発明者はかかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。
【０００７】
本発明はかかる知見に基づくものであり、車両に搭載される燃料タンクを支持するための支持装置において、所定の大きさを超える外部入力があった場合に前記燃料タンクが支持された状態を維持しつつ変形して当該燃料タンクが振動するのを許容する支持部と、前記燃料タンクが振動することにより異音を生じさせる異音発生部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
この支持装置における支持部は、想定以上の外部入力（例えば路面との干渉等）があった場合に、燃料タンクが脱落しない程度に変形するよう意図的に設けられているものである。したがって、当該車両に対して外部から想定以上（当初想定された範囲を超える程度）の入力があったならば、当該支持部が燃料タンクを脱落させない程度に変形し、燃料タンクが振動するに足りる隙間やずれを生じさせる。このため、車両が走行を続けると燃料タンクが振動した際に異音発生部から異音が生じるから、異常が生じていることをユーザに知らしめることができる。
【０００９】
前記支持部は、前記燃料タンクを前記車両に取り付けるための複数種のフレームであって、メインフレームと、該メインフレームの強度よりも低い強度のサブフレームとで構成されていてもよい。この場合には、強度の低いサブフレームの方がメインフレームよりも先に変形をきたし、燃料タンクが振動するのを許容した状態となる。
【００１０】
また、前記異音発生部は、前記車両のボデー側に取り付けられて前記燃料タンクの可動範囲を規制しているストッパで構成されていてもよい。この場合、振動した燃料タンクがストッパに当たるたびに異音が生じる。
【００１１】
また、本発明にかかる支持装置は、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池へ供給される前記燃料ガスが充填された燃料タンクとを搭載した燃料電池車両に適用されて好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、想定以上の入力に起因して燃料タンクの支持状態に異常が生じた場合の当該異常を判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図４に本発明の実施形態を示す。本発明にかかる支持装置１０は例えば燃料電池車両Ｖに搭載される燃料タンク２１を支持するための装置であって、所定の大きさを超える外部入力があった場合に燃料タンク２１が支持された状態を維持しつつ変形して当該燃料タンク２１が振動するのを許容する支持部８と、燃料タンク２１が振動することにより異音を生じさせる異音発生部９と、を備えているものである（図２等参照）。以下においては、燃料電池２などによって構成される燃料電池システム１の全体構成についてまず説明し、その後、この燃料電池システム１を搭載した燃料電池車Ｖを例示しつつ、支持装置１０の具体的な構成について説明することとする。
【００１５】
図１に燃料電池車両Ｖに搭載されている燃料電池システム１の概略構成を示す。なお、ここでは燃料電池システム１を燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）Ｖの車載発電システムとして用いる例を示すが、かかる燃料電池システム１は各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システムとしても用いることが可能である。
【００１６】
本実施形態における燃料電池システム１は、反応ガス（酸化ガスおよび燃料ガス）の供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給して当該燃料電池２を冷却する冷媒配管系５と、システムの電力を充放電する電力系６と、システム全体を統括制御する制御部７と、を備えている。
【００１７】
燃料電池２は例えば高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有した構造となっている。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、さらにこれら各反応ガスが化学反応を生じることによって電力が発生する。この燃料電池２には、発電中の電流を検出する電流センサ２ａが取り付けられている。
【００１８】
酸化ガス配管系３は、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる空気供給流路１１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排気流路１２と、を有している。空気供給流路１１には、フィルタ１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。コンプレッサ１４は、図示されていないモータの駆動により大気中の酸化ガスを取り込む。また、排気流路１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１６を通って加湿器１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００１９】
燃料ガス配管系４は、水素供給源としての燃料タンク２１と、燃料タンク２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる水素供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を水素供給流路２２の合流点Ａ１に戻すための循環流路２３と、循環流路２３内の水素オフガスを水素供給流路２２に圧送する水素ポンプ２４と、循環流路２３に分岐接続された排気排水流路２５と、を有している。
【００２０】
燃料タンク２１は例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成されて本実施形態における燃料電池車両Ｖに複数搭載されているものであり、例えば３５ＭＰａまたは７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能に構成されている。後述する遮断弁２６を開くと、燃料タンク２１から水素供給流路２２へと水素ガスが流出する。水素ガスは、後述するレギュレータ２７やインジェクタ２８により最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧され、燃料電池２に供給される。なお、本実施形態ではこのような燃料タンク２１を水素供給源としているが、この他、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、によって水素供給源を構成することも可能である。
【００２１】
水素供給流路２２には、燃料タンク２１からの水素ガスの供給を遮断または許容する遮断弁２６と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ２７と、インジェクタ２８と、が設けられている。また、インジェクタ２８の下流側であって水素供給流路２２と循環流路２３との合流部Ａ１の上流側には、水素供給流路２２内の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ２９が設けられている。さらに、インジェクタ２８の上流側には、水素供給流路２２内の水素ガスの圧力および温度を検出する圧力センサおよび温度センサ（図示省略）が設けられている。圧力センサ２９等で検出された水素ガスのガス状態（圧力、温度）に関する情報は、後述するインジェクタ２８のフィードバック制御やパージ制御に用いられる。
【００２２】
レギュレータ２７は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ２７として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。
【００２３】
インジェクタ２８は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ２８は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。例えば本実施形態においては、インジェクタ２８の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階、多段階、または無段階に切り替えることができるようになっている。さらに、制御部７から出力される制御信号によって、インジェクタ２８のガス噴射時間およびガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量および圧力が高精度に制御される。このように、インジェクタ２８は、弁（弁体および弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。
【００２４】
なお、インジェクタ２８の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ２８の下流に供給されるガス圧力がインジェクタ２８上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ２８を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ２８の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。
【００２５】
本実施形態においては、このようなインジェクタ２８を、水素供給流路２２と循環流路２３との合流部Ａ１より上流側に配置している（図１参照）。また、図１に破線で示すように、燃料供給源として複数の燃料タンク２１が用いられている場合には、これら燃料タンク２１から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部Ａ２）よりも下流側に当該インジェクタ２８を配置するようにする。
【００２６】
循環流路２３には、気液分離器３０および排気排水弁３１を介して、排気排水流路２５が接続されている。気液分離器３０は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３１は、制御部７の指令を受けて作動することにより、気液分離器３０で回収した水分と、循環流路２３内の不純物を含む水素オフガス（燃料オフガス）と、を外部に排出（パージ）するものである。この排気排水弁３１を開放すると、循環流路２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。排気排水弁３１の上流位置（循環流路２３上）および下流位置（排気排水流路２５上）には、各々、水素オフガスの圧力を検出する上流側圧力センサ３２および下流側圧力センサ３３が設けられている。
【００２７】
また、特に詳しく図示していないが、排気排水弁３１および排気排水流路２５を介して排出される水素オフガスは、希釈器（図示省略）によって希釈されて排気流路１２内の酸化オフガスと合流するようになっている。水素ポンプ２４は、モータ（図示省略）の駆動により、循環系内の水素ガスを燃料電池２に循環供給する。水素ガスの循環系は、水素供給流路２２の合流点Ａ１の下流側流路と、燃料電池２のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路２３と、によって構成されることとなる。
【００２８】
冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路に連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、燃料電池２から排出される冷媒の温度を検出する温度センサ４４と、を有している。冷却ポンプ４２は、モータ（図示省略）の駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池２に循環供給する。温度センサ４４で検出された冷媒の温度（＝燃料電池２から排出される水素オフガスの温度）は、後述するパージ制御に用いられる。
【００２９】
電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、図示されていない各種の補機インバータ等を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２またはトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。このような高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００３０】
バッテリ６２は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１が搭載される燃料電池車両Ｖの主動力源を構成する。
【００３１】
補機インバータは、各モータの駆動を制御する電動機制御部であり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。補機インバータは、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御部７からの制御指令に従って燃料電池２またはバッテリ６２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータで発生する回転トルクを制御する。
【００３２】
制御部７は、車両Ｖに設けられた加速用の操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ６４等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置には、トラクションモータ６４のほかに、燃料電池２を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ１４、水素ポンプ２４、冷却ポンプ４２の各モータ等）、車両Ｖの走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御部、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置が含まれうる。
【００３３】
このような制御部７は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェースおよびディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで所望の演算を実行することによりフィードバック制御やパージ制御など種々の処理や制御を行う。
【００３４】
続いて、以上のような燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両Ｖにおける燃料タンク２１の支持装置１０について説明する（図２〜図４参照）。なお、図２における符号Ｂは当該車両Ｖのボデー、符号１７は燃料となる水素の充填口をそれぞれ示している。
【００３５】
燃料タンク２１の支持装置１０は、燃料電池車両Ｖに搭載された複数の燃料タンク２１を支持するための装置として設けられている。ここで、本実施形態の支持装置１０は、上述したように支持部８と異音発生部９とを備えた構成となっている（図３参照）。
【００３６】
支持部８は所定の大きさを超える外部入力があった場合に燃料タンク２１が支持された状態を維持しつつ変形して当該燃料タンク２１が振動するのを許容するもので、例えば燃料タンク２１を車両Ｖに取り付けるための複数種のフレームで形成されている（図３参照）。本実施形態の場合、複数種のフレームはメインフレーム８ａとサブフレーム８ｂとを含んだ構成となっている。
【００３７】
メインフレーム８ａは燃料電池２１を支持するための主要部品であり、例えばサブフレーム８ｂよりも幅広で、中央部付近が燃料タンク２１の外周に沿って湾曲し、尚かつ両側にリブが設けられるなどして強度を得た構造となっている（図３参照）。本実施形態のメインフレーム８ａは燃料タンク２１の軸方向中央付近に配置され、その両端を例えばそれぞれ２箇所ずつボルト１９で車両フレーム１８に締結される等して燃料タンク２１を支持している。
【００３８】
サブフレーム８ｂは上述したメインフレーム８ａの強度よりも低い補助的なフレームとして意図的に脆弱に形成されているものである。例えば本実施形態のサブフレーム８ｂはメインフレーム８ａより幅狭であり、尚かつメインフレーム８ａにおけるようなリブのない形状となっている。さらに、当該サブフレーム８ｂがメインフレーム８ａよりも薄く形成されていてもよい。本実施形態では、以上のように形成されたサブフレーム８ｂを２本一組とし、それぞれを燃料タンク２１の軸方向端部とメインフレーム８ａとの間付近に配置して例えばボルト（図示省略）によって車両フレーム１８に取り付けている（図３参照）。
【００３９】
ここで、上述したメインフレーム８ａおよびサブフレーム８ｂの強度について例示しながら説明すると以下のとおりである（図４参照）。すなわち、まず本実施形態のメインフレーム８ａは、その強度の下限が燃料タンク２１の強度の下限とほぼ同等となるように形成されている。一方、サブフレーム８ｂは、その強度の下限と上述のメインフレーム８ａの強度下限との間にある程度の幅（以下、マージンという）が生じるように形成されている。尚かつ、このサブフレーム８ｂは、当該強度下限が、通常使用範囲における強度（ないしは外部入力）よりもある程度のマージン分だけ大きくなるように形成されている（図４参照）。ここでいう通常使用範囲とは想定を超えるような外部入力がない場合における使用範囲、別表現をすれば想定された範囲内での外部入力しか生じない状況下での使用のことである。つまり、本実施形態におけるサブフレーム８ｂは、通常使用の状況下では変形しないが、想定以上の外部入力（例えば走行中の当該燃料電池車両Ｖの一部が路面と強く干渉したときのような入力）があった場合にはメインフレーム８ａや燃料タンク２１よりも先に変形するように形成されている。
【００４０】
異音発生部９は、燃料タンク２１が振動した場合に当該燃料タンク２１が当たることによって異音を生じさせるように構成されている。例えば本実施形態においては、車両ＶのボデーＢの一部（例えば車両フレーム１８等）に取り付けられて燃料タンク２１の両端部付近をそれぞれ押さえて可動範囲を規制する２個１組のストッパ（以下、符号９を付して示す）によってかかる異音発生部９を構成している（図３参照）。かかるストッパ９は、通常時は燃料タンク２１が動かないように押さえ付けている一方、当該燃料タンク２１が振動したり揺れたりしたような場合には当該燃料タンク２１が当たって異音を生じさせる例えば金属製の部材である。上述したサブフレーム８ｂと同様、ストッパ９も、所定の大きさを超える外部入力があった場合にはある程度変形するように構成されていてもよい。
【００４１】
以上のように構成された支持装置１０においては、車両Ｖに想定以上の外部入力（例えば路面との干渉等）があった場合にサブフレーム８ｂがある程度変形して燃料タンク２１の配置を微妙にずらし、当該燃料タンク２１が振動するに足りる隙間やずれを生じさせる。ただし、サブフレーム８ｂがこのように変形したとしても、強度の大きいメインフレーム８ａおよび当該変形後のサブフレーム８ｂは燃料タンク２１を脱落させることなく引き続き支持した状態を保つ。こうした場合、車両Ｖが走行を続けて燃料タンク２１が振動した際に異音発生部（例えばストッパ９）と当たることによって異音が生じるから、簡易な安全装置として、支持装置１０自体に異常が生じていることをドライバ等のユーザに知らしめることができる。このようないわば異常判定の結果によって当該異常を知ったユーザはこの状態を放置することなく何らかの対処を施すことができるから、異常状態がそれ以上放置されたままとなるのを未然に防ぐことが可能となる。
【００４２】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では１本のメインフレーム８ａと２本のサブフレーム８ｂおよびストッパ９とで構成された支持装置１０を例示したがこれは好適な一例にすぎず他の構成としても構わないのはいうまでもない。また、本実施形態におけるストッパ９は異音発生部として機能しうる部材の好適な一例にすぎず、振動する燃料タンク２１と当接して異音を生じさせる他の部材を異音発生部として用いて構わないことも当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図２】燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略図である。
【図３】本発明にかかる支持装置の構成例を示す斜視図である。
【図４】支持装置を構成するメインフレームおよびサブフレームの強度の大きさの一例を燃料タンクの強度との比較で示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
２…燃料電池、８…支持部、８ａ…メインフレーム、８ｂ…サブフレーム、９…ストッパ（異音発生部）、１０…支持装置、２１…燃料タンク、Ｂ…ボデー、Ｖ…燃料電池車両（車両）
【図１】
2008143465.tif 000003
【図２】
2008143465.tif 000004
【図３】
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【図４】
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