(57)【要約】【課題】燃料電池及び燃料タンクをキャビン床下部に配置する燃料電池自動車において、キャビンの縮小や自動車の全高増大を招くことなく、燃料タンクの容量を増大させる。【解決手段】燃料電池２の燃料タンクとしての水素タンク６ａ，６ｂを、キャビン床下部において、座席下方に配置する。座席として前部座席１４と後部座席１５とを備える場合は、一方の水素タンク６ａを前部座席１４下方に配置するとともに、他方の水素タンク６ｂを後部座席１５下方に配置する。燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂは、フレームＦに固定するとともに上下からカバーＣで覆った状態で、キャビン床下部に設置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料電池に供給される燃料又はその原燃料を車上で貯蔵するための燃料タンクと、
燃料電池で発生した電力により作動する電気モータと、を含んで構成され、
燃料タンクが、キャビン床下部において、座席下方に配置された燃料電池自動車。
【請求項２】
燃料電池がキャビン床下部に配置された請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項３】
座席として、前部座席と後部座席とが設けられ、
燃料タンクとして、前部座席下方に配置された第１のタンクと、後部座席下方に配置された第２のタンクとが設けられた請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項４】
燃料電池が、キャビン床下部において、前記第１及び第２のタンクの間に配置された請求項３に記載の燃料電池自動車。
【請求項５】
燃料電池と燃料タンクとをキャビン床下部に一体にして搭載するための結合手段を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池自動車。
【請求項６】
燃料電池及び燃料タンクが前記結合手段としてのフレームに固定された状態でキャビン床下部に搭載された請求項５に記載の燃料電池自動車。
【請求項７】
燃料タンク及び燃料タンクから燃料電池に燃料を供給するための配管を少なくとも天地方向の上側から覆うカバーを備え、このカバーに換気用開口部が設けられた請求項５又は６に記載の燃料電池自動車。
【請求項８】
燃料電池及び燃料タンクが前記結合手段としてのケースに内包された状態でキャビン床下部に搭載された請求項５に記載の燃料電池自動車。
【請求項９】
燃料電池を冷却し又は燃料電池に酸化剤を供給するための配管のうち少なくとも一方が前記結合手段に固定された請求項５〜８のいずれかに記載の燃料電池自動車。
【請求項１０】
燃料タンクが高圧水素タンクである請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車に関し、詳細には、燃料電池及び燃料タンクをキャビン床下部に配置した燃料電池自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池及び燃料タンクをキャビン床下部に配置した燃料電池自動車として、次のものが知られている（下記特許文献１）。すなわち、燃料タンクとしての水素吸蔵合金タンクを比較的に扁平な形状に構成するとともに、この燃料タンクと燃料電池とを隣接させてユニットとし、このユニットを自動車の進行方向に対して燃料タンクが燃料電池の後方に位置するようにキャビン床下部に設置したものである。その結果、この燃料電池自動車では、燃料タンクが後部座席の乗員の足元直下に位置することになる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６８７２０号公報（図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料タンクを上記のようにキャビン床下部において乗員の足元直下に位置させた燃料電池自動車では、１回の燃料補給当たりの航続距離を確保するなどの必要性から燃料タンクの容量を増大させようとしても、簡単にはこれをすることができない。それは、燃料タンクが大型化することで、その設置スペースを確保するために床面が上昇して、キャビンのフロアスペースが狭くなったり、あるいはこのフロアスペースを確保するため、自動車の全高を増大させざるを得なくなるからである。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池及び燃料タンクをキャビン床下部に配置するレイアウトのもとで、キャビンの縮小や自動車の全高増大を招くことなく、燃料タンクの容量を増大させることを可能とした燃料電池自動車を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、燃料電池と、燃料電池に供給される燃料又はその原燃料を車上で貯蔵するための燃料タンクと、燃料電池で発生した電力により作動する電気モータとを含んで構成される燃料電池自動車において、燃料タンクを、キャビン床下部において、座席下方に配置することとした。
【０００７】
このような構成によれば、乗員の足元直下とは異なり、座席下方には燃料タンクの容量を増大させるための空間的な余裕が残されているので、キャビンの縮小や自動車の全高増大を招くことなく、燃料タンクの容量を増大させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池自動車（以下「自動車」という。）１の駆動系の構成図である。
【０００９】
本駆動系は、図中中央に示す燃料電池２が発生した電力により電気モータ３を駆動し、その動力により車輪駆動軸４及び駆動輪５を回転させるように構成されている。燃料電池２には、燃料タンクとしての高圧水素タンク（「水素タンク」という。）６から水素ガスが供給されるとともに、コンプレッサ７により空気が圧縮されて供給される。燃料電池２と水素タンク６とは、車体に対し、後述のようにフレームＦにより一体に結合されるとともに、カバーＣにより覆われた状態で固定されている。
【００１０】
符号８は、燃料電池２を冷却するための冷却装置を示しており、この冷却装置８は、ラジエータ８１と、燃料電池２及びラジエータ８１の間で冷却水を循環させるためのポンプ８２と、図示しない水タンク内の水位を検出するセンサ８３と、検出した水位が所定値を下回ったときに冷却水の不足を警告するアラーム８４とを含んで構成されている。
【００１１】
また、燃料電池２の電界質膜として固体高分子膜が用いられており、運転時にこの電解質膜を湿潤状態に置くため、燃料電池２に供給される水素ガス及び空気に純水が添加されるように構成されている。
【００１２】
図２は、自動車１の側方透視図であり、自動車１における燃料タンク６ａ，６ｂと座席１４，１５との関係を示している。
自動車１において、符号１１は、車体を示している。符号１２で示すキャビン（車室であり、トランクスペース１３を含まない。）１２において、自動車１の進行方向に前後して前部座席１４及び後部座席１５が設置されている。燃料タンクとしての水素タンクは、２つ設けられており、これらの水素タンク６ａ，６ｂと燃料電池２とは、フレームＦを介して結合した状態でキャビン床下部に配置されている。一方の水素タンク（「第１のタンク」に相当する。）６ａが前部座席１４下方に配置されるとともに、他方の水素タンク（「第２のタンク」に相当する。）６ｂが後部座席１５下方に配置されており、これらの水素タンク６ａ，６ｂの間に燃料電池２が配置されている。このため、燃料電池２は、後部座席１５の乗員の足元直下に位置することになる。符号１６は、後部座席の乗員の膝下が置かれるフロアスペースを示している。
【００１３】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、本駆動系と駆動輪５，５との関係を示している。
燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂは、四角形断面のフレームＦに固定され、一体として車体１１に搭載される。
フレームＦは、燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂが左右各側でブラケット等の適宜の固定手段により固定されるサイドメンバＦ１，Ｆ２と、これらのサイドメンバＦ１，Ｆ２同士を繋ぐクロスメンバＦ３，Ｆ４とを含んで構成されており、全体としてほぼ長方形をなしている。燃料電池２と水素タンク６ａ，６ｂとをフレームＦを介して結合してアッセンブリを構成し、このアッセンブリを車体１１に対してキャビン床下部に固定する。
【００１４】
自動車１は、後輪５，５が駆動輪であり、電気モータ３の回転軸が車輪駆動軸４，４と結合されている。
図４は、本駆動系の前方斜視図であり、本駆動系の配管及び電気系の構成を示している。
【００１５】
燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂは、フレームＦ（一方のサイドメンバＦ１のみを示す。）に固定されている。
燃料電池２と水素タンク６ａ，６ｂとは、水素タンク６ａ，６ｂから燃料電池２に水素ガスを供給するための水素導入管２１により接続されている。水素導入管２１には、逆流防止弁２２ａ，２２ｂ等の補機が介装され、これらの補機により水素供給量が最適に調節されるように構成されている。また、燃料電池２とコンプレッサ７とは、コンプレッサ７から燃料電池２に空気を導入するための、図示しない空気導入管により接続されている。符号２３は、水素ガスの充填時に使用される水素導入管を示している。
【００１６】
燃料電池２で発生した電力は、ハーネス３１ａ，３１ｂ及びジョイントボックス３２を介してインバータ（図示せず）に供給され、交流電力として電気モータ３に供給される。ジョイントボックス３２は、フレームＦを車体１１に着脱する際の送電経路の接続部となる。インバータは、ジョイントボックス３２に対して車体１１側に設置されてもよいし、燃料電池２等とともにフレームＦに固定されてもよい。
【００１７】
燃料電池２と冷却装置８のラジエータ８１とは、燃料電池２を経た冷却水をラジエータ８１に送り込むための冷却水導入管４１と、ラジエータ８１で放熱させた冷却水を燃料電池２に送り込むための冷却水供給管４２とにより接続されている。
【００１８】
図５，６は、本駆動系の配管及び電気系の配置図である。図５は、本駆動系を上方から見た状態で、図６は、これを側方から見た状態で示している。
水素導入管２１、ハーネス３１ａ，３１ｂ、冷却水導入管４１及び冷却水供給管４２は、いずれもフレームＦに沿って配設されるとともに、適宜の箇所でフレームＦに固定されている。冷却水導入管４１及び冷却水供給管４２は、車体１１に対するフレームＦの着脱のため、対応する車体側配管との接続部（図示せず）を備えている。また、冷却水導入管４１及び冷却水供給管４２は、フレームＦに沿って水素タンク６ａを左右及び下方に迂回するように配設されている。図示しない空気導入管もフレームＦに沿わせて配設し、適宜の個所でフレームＦに固定するとともに、接続部を介してその車体側配管と接続する。
【００１９】
図７は、燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂのアッセンブリにカバーＣを取り付けた状態における本駆動系の前方斜視図である。
カバーＣは、フレームＦに固定されて、燃料電池２等のアッセンブリを上下から覆っている。このため、燃料電池２、水素タンク６ａ，６ｂ、並びに水素導入管２１及びこれに介装される補機２２ａ，２２ｂを含む燃料電池２の燃料系部品は、カバーＣとフレームＦとで構成されるケースに内包された状態にある。Ｂ−Ｂ線断面図である図８は、このことを示している。このケースの内部は、カバーＣとフレームＦとの間に施されたガスケット等のシール手段により気密に保持されており、燃料電池２の燃料系から漏れた水素ガス（「漏洩水素ガス」という。）が拡散することを防止している。また、カバーＣは、前後で水素タンク６ａ、６ｂの形状に合わせて膨らませてあり、この膨出部Ｃ１，Ｃ２に、漏洩水素ガスを排出してケース内を換気するための換気用配管５１ａ，５１ｂが接続されている。図７は、換気用配管が比較的にケースの天井位置が高い後方の膨出部Ｃ２にのみ設けられたものを示している。しかしながら、換気用配管は、前後双方の膨出部Ｃ１，Ｃ２に設けることもできる。換気用配管５１ａ，５１ｂは、先端が開放されており、ケース内の漏洩水素ガスを適宜に大気中に放出することができるように構成されている。
【００２０】
以上に述べた本実施形態に係る燃料電池自動車１では、以下の効果を得ることができる。
第１に、燃料タンクとしての水素タンク６ａ，６ｂを、キャビン床下部のうち前部座席１４下方及び後部座席１５下方に配置することとした。このため、水素タンク６ａ，６ｂの容量（すなわち、水素ガス貯蔵量）を増大させる際に、大型化した水素タンク６ａ，６ｂを収納するための空間的な余裕が充分に確保される。従って、キャビン１２の縮小や自動車１の全高増大を招くことなく、水素タンク６ａ，６ｂの容量を増大させることができる。
【００２１】
第２に、燃料としての水素ガスを第１のタンクとしての水素タンク６ａと、第２のタンクとしての水素タンク６ｂとに分けて貯蔵することとし、それぞれを対応する座席１４，１５下方に配置することとした。このため、１つの水素タンク当たりの水素ガス貯蔵量が少なくて済むので、キャビン床下部に容易に設置することができる。また、キャビン床下部の設置スペースが限られていたとしても、２つの水素タンク６ａ，６ｂを設けたことで、より多量の水素ガスを貯蔵することができる。
【００２２】
第３に、燃料電池２を２つの水素タンク６ａ，６ｂの間に配置することとしたので、設置スペースを有効に活用することができるとともに、燃料電池２が自動車１の重心付近に位置することになるので、自動車１の操作性が向上する。
【００２３】
第４に、フレームＦにより燃料電池２、水素タンク６ａ，６ｂ及び各種配管２１，４１，４２等を一体として車体１１に搭載することとしたので、駆動系を車体１１に搭載する際の作業が効率化される。また、駆動系を搭載するための部品や、路面との干渉及び石等の跳ね上げによる破損から駆動系及びその搭載部品を保護するためのアンダーカバーを集約し、部品点数の削減及び自動車１の軽量化を図ることができる。
【００２４】
第５に、水素タンク６ａ，６ｂ及び水素導入管２１等の燃料系部品をカバーＣ及びフレームＦで構成されるケースに収納することとしたので、漏洩水素ガスの拡散を確実に防止することができる。ここで、燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂをキャビン床下部に配置したことで、水素タンク６ａ，６ｂ及び燃料系部品が集約され、比較的に小さなケースにより漏洩水素ガスの拡散を防止することができる。ケース内の換気は、比較的に小型のファンを使用して、効率良く行うことが可能である。
【００２５】
以上では、燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂを結合手段としてのフレームＦに固定するとともに、フレームＦにカバーＣを取り付けることで、燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂの車体１１への搭載と、漏洩水素ガスの回収及び排出とを行うようにした。しかしながら、燃料電池２及び水素タンク６ａ，６ｂを結合手段としての機能を兼ねたケースに収納するとともに、これをキャビン床下部に設置するようにして、燃料電池２等の車体１１への搭載と、漏洩水素ガスの回収等とを行うようにしてもよい。
【００２６】
また、以上では、燃料タンクとして高圧水素タンク６ａ，６ｂを採用した場合を例に説明したが、これに限らず、液体水素タンクや水素吸蔵合金タンクを採用した直接搭載型燃料電池自動車や、メタノール又はガソリンといった原燃料を貯蔵するための燃料タンクを採用するとともに、原燃料の改質装置を搭載した改質型燃料電池自動車に本発明を適用することも可能である。後者の場合は、改質装置を、フレーム等の結合手段により燃料電池及び燃料タンクと一体として搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池自動車の駆動系の構成
【図２】同上燃料電池自動車における水素タンクと座席との関係
【図３】同上燃料電池自動車の駆動系と駆動輪との関係
【図４】同上燃料電池自動車の駆動系の配管及び電気系の構成
【図５】同上配管及び電気系の配置
【図６】同上配管及び電気系の配置
【図７】カバーを取り付けた状態の駆動系の概観
【図８】カバー内における配管及び電気系の配置
【符号の説明】
１…燃料電池自動車、２…燃料電池、３…電気モータ、５…駆動輪、６…燃料タンクとしての高圧水素タンク、６ａ…第１のタンクとしての高圧水素タンク、６ｂ…第２のタンクとしての高圧水素タンク、７…コンプレッサ、８…冷却装置、１１…車体、１２…キャビン、１４…前部座席、１５…後部座席、１６…フロアスペース、２１…水素導入管、３１ａ，３１ｂ…ハーネス、３２…ジョイントボックス、４１…冷却水導入管、４１…冷却水供給管、５１ａ，５１ｂ…換気用配管、Ｆ…結合手段としてのフレーム、Ｃ…カバー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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