(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク本体の外表面より内側に、電力の供給を受けて所定の出力をする電気機器を備えた燃料貯蔵タンクにおいて、
前記タンクの口元部が、前記電気機器に接続される配線を通す配線挿通路と、当該タンク内に外部から燃料を充填するための燃料流入路と、当該タンク本体内に貯蔵された燃料を外部に放出するための燃料流出路とを備えると共に、
前記配線挿通路は、前記燃料流入路とその途中から兼用され、かつ、この兼用された部分に挿通されている前記配線を前記タンク本体の外部へ引き出す部分が前記燃料流入路を間に挟んで前記燃料流出路と反対側に配置されてなる燃料貯蔵タンク。
【請求項２】
前記電気機器は、電磁弁である請求項１に記載の燃料貯蔵タンク。
【請求項３】
前記電気機器は、電磁弁の電磁コイル部分である請求項１に記載の燃料貯蔵タンク。
【請求項４】
前記タンク本体の外表面側に開口する前記配線挿通路の開口部にシール部材を備えた請求項１〜３のいずれかに記載の燃料貯蔵タンク。
【請求項５】
燃料供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
燃料供給源として請求項１〜４のいずれかに記載の燃料貯蔵タンクが用いられた燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムから電気エネルギーの供給を受けて駆動力を発生する駆動力発生装置を備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペースの抑制に有効な燃料貯蔵タンクと、該燃料貯蔵タンクを備えた燃料電池システム及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車用燃料電池の燃料として用いられる水素ガスなどを充填した燃料貯蔵タンク（以下、タンクという）を自動車に搭載し、そのタンク内のガスを電磁弁の開閉により必要量取り出す方法が知られている。そして、この電磁弁はタンク内に突出するように装着される。
【０００３】
例えば特許文献１等においては、電磁弁の励磁用コイルとタンク外に設けられるコネクタとを接続するハーネスの配線方法として、電磁弁の筐体にハーネス通路を形成し、ハーネスをハーネス通路に通してコイルと接続する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３０１３５９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、上記従来の構成では、電磁弁の筐体部分にハーネス通路、ガス流入路、およびガス流出路をそれぞれ所定の間隔をおいて形成する必要があるため、電磁弁のサイズが大型化し、燃料貯蔵タンクの車両等の移動体への搭載性が悪化するという問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明は、占有スペースの抑制に有効な燃料貯蔵タンク、燃料電池システム、及び移動体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明の燃料貯蔵タンクは、タンク本体の外表面より内側に、電力の供給を受けて所定の出力をする電気機器を備えた燃料貯蔵タンクにおいて、
前記タンクの口元部が、前記電気機器に接続される配線を通す配線挿通路と、当該タンク内に外部から燃料を充填するための燃料流入路と、当該タンク本体内に貯蔵された燃料を外部に放出するための燃料流出路とを備えると共に、
前記配線挿通路は、前記燃料流入路とその途中から兼用され、かつ、この兼用された部分に挿通されている前記配線を前記タンク本体の外部へ引き出す部分が前記燃料流入路を間に挟んで前記燃料流出路と反対側に配置されてなる。
【０００７】
このような構成によれば、燃料流入路の一部を配線挿通路として用いることにより、タンクの口元部に配線挿通路を全長にわたって独立して設ける必要がなくなり、口元部の体格を小型化することができる。
【０００８】
上記燃料貯蔵タンクにおいては、電磁弁あるいはその電磁コイル部分が前記電気機器としてタンク本体の外表面より内側に配されていてもよい。また、温度センサや圧力センサが前記電気機器としてタンク本体の外表面より内側に配されていてもよい。
【０００９】
上記燃料貯蔵タンクにおいて、前記タンク本体の外表面側に開口する前記配線挿通路の開口部にシール部材を備えていてもよい。
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、燃料供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、燃料供給源として上記燃料貯蔵タンクが用いられたものである。
【００１１】
本発明の移動体は、上記燃料電池システムから電気エネルギーの供給を受けて駆動力を発生する駆動力発生装置を備えたことを特徴とする。この駆動力発生装置の例として、移動体が例えば車両である場合には、駆動輪を駆動する駆動モータが挙げられる。
【００１２】
このような構成によれば、燃料貯蔵タンクの口元部の体格が小型化される結果、燃料電池システムの占有スペースが抑制される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配線挿通路の一部が燃料流入路と兼用されるので、燃料貯蔵タンクの口元部を小型化することができるようになる結果、燃料貯蔵タンクおよび燃料電池システムの占有スペースが抑制される。したがって、これら燃料貯蔵タンクおよび燃料電池システムを移動体に適用した場合には、室内空間の拡大を図ることができると共に、移動体搭載時の制約が軽減して搭載性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る燃料貯蔵タンクを備えた燃料電池システムの一実施の形態を説明する。以下、この燃料電池システムを燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車等のあらゆる移動体や歩行ロボットへの適用が可能である他、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。
【００１５】
図１に示すように、酸化ガスとしての空気（外気）は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、供給空気圧を検出する圧力センサＰ４、及び空気に所要の水分を加える加湿器Ａ２１が設けられている。コンプレッサＡ３は、モータ（補機）によって駆動される。モータは、後述の制御部５０によって駆動制御される。なお、エアフィルタＡ１には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられる。
【００１６】
燃料電池２０から排出される空気オフガスは、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、排気圧を検出する圧力センサＰ１、圧力調整弁Ａ４、及び加湿器Ａ２１が設けられている。圧力センサＰ１は、燃料電池２０の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁（減圧弁）Ａ４は、燃料電池２０への供給空気圧を設定する調圧器として機能する。
【００１７】
燃料ガスとしての水素ガスは、高圧ガスタンク（燃料貯蔵タンク）３０から燃料供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。高圧ガスタンク３０は、同高圧ガスタンク３０から水素を供給しあるいは供給を停止するバルブ（電磁弁）Ｈ１００を備えている。このバルブＨ１００の詳細な構造については後述する。
【００１８】
燃料供給路７４には、高圧ガスタンク３０からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサＰ６、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、水素調圧弁Ｈ９の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサＰ９、燃料電池２０の水素供給口と燃料供給路７４間を開閉する遮断弁Ｈ２１、及び水素ガスの燃料電池２０の入口圧力を検出する圧力センサＰ５が設けられている。
【００１９】
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路７５に排出され、燃料供給路７４の水素調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスの温度を検出する温度センサＴ３１、燃料電池２０と水素循環路７５を連通／遮断する遮断弁Ｈ２２、水素オフガスから水分を回収する気液分離器Ｈ４２、回収した生成水を水素循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０、及び逆流阻止弁Ｈ５２が設けられている。
【００２０】
水素循環路７５は、排出制御弁Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって排気路７２に接続される。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスを外部に排出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増し、セル電圧が低下することを防止することができる。
【００２１】
更に、燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路７３が設けられる。冷却路７３には、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサＴ１、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１、及び燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。
【００２２】
燃料電池２０は、燃料電池セル（単位セル）を所要数積層した燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータ（駆動力発生装置）を駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。
【００２３】
制御部５０は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システムの各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
【００２４】
図２は高圧ガスタンク３０の主たる部分を構成しているタンク本体の一端部（口元部）に電磁弁からなるバルブＨ１００を装着した状態の要部を示す断面図、図３は図２におけるバルブＨ１００の別断面を模式的に示す断面図であり、当該バルブＨ１００は高圧ガスタンク３０の外部からタンク室１０３内、すなわち高圧側に突入している。
【００２５】
バルブＨ１００は、筒状の筐体１０４を有し、該筐体１０４の上部が高圧ガスタンク３０の口元構成壁１０１ａにねじ１０５により螺着され、該筐体１０４の下部がタンク室１０３内に突入し、上端部が高圧ガスタンク３０の外部へ突出している。
【００２６】
筐体１０４内であって、タンク室１０３内に位置する部分には、励磁用のコイル（電磁コイル）１０６を巻設したボビン１０７が配設され、該ボビン１０７の内周には筒状のガイド１０８が設けられ、ボビン１０７の外周には保持筒１０９が嵌着されている。そして、該保持筒１０９が筐体１０４内に嵌挿されている。
【００２７】
ガイド１０８内にはプランジャー１１０が軸方向に摺動可能に配設され、該プランジャー１１０の一端にパイロットバルブ１１１が設けられ、他端はステータ１１２に接離可能に対向している。
【００２８】
そして、コイル１０６の通電によりプランジャー１１０がスプリング１１３に抗してステータ１１２側へ吸引され、パイロットバルブ１１１がパイロットシート１１４より離間して開弁し、コイル１０６の非通電によりスプリング１１３の付勢力によってパイロットバルブ１１１がパイロットシート１１４に圧接して閉弁する。
【００２９】
ガイド１０８の内周部であって、かつ、パイロットバルブ１１１の外周部にはパイロットシート１１４を有するメインバルブ１１５が軸方向に摺動可能に備えられているとともに該メインバルブ１１５に対向して筐体１０４側に環状のメインシート１１６が配設されており、メインバルブ１１５がメインシート１１６に接離可能に設けられている。
【００３０】
筐体１０４におけるメインシート１１６の中央部にはガス流出路１１７が形成され、メインバルブ１１５がメインシート１１６に圧接することによりガス流出路１１７が閉塞され、メインバルブ１１５がスプリング１１８によりメインシート１１６より離間することによりガス流出路１１７が開口される。
【００３１】
そして、コイル１０６に通電すると、プランジャー１１０が図２において下方へ移動し、タンク室１０３内の水素ガスが、筐体１０４に形成した流路１１９からメインバルブ１１５とガイド１０８との隙間１３０及びメインバルブ１１５とパイロットバルブ１１１との隙間１３１を通じてパイロットシート１１４部に流入して穴１３２からガス流出路１１７へ流出し、更に、流路１１９側とパイロットシート１１４部側との差圧が小さくなって、スプリング１１８の付勢力によりメインバルブ１１５がメインシート１１６より離間すると、タンク室１０３内の流体が、流路１１９からメインバルブ１１５とメインシート１１６との隙間を通じてガス流出路１１７より流出する。
【００３２】
筐体１０４は、例えばステンレス製またはアルミニウム製とされていて、その上部には、図３に示すように、上記ガス流出路（燃料流出路）１１７と、ガス流入路（燃料流入路）１２０とが所定の間隔をおいて貫通形成されている。これらガス流入路１２０及びガス流出路１１７は、例えばドリル等の穿孔工具によって加工される。
【００３３】
ガス流入路１２０には、通常時は当該ガス流入路１２０を閉状態に維持するが所定圧以上の圧力が外部から作用したとき、つまり、ガス充填時にはタンク室１０３内と外部との連通を許可する逆止弁（図示略）が配設されている。コイル１０６には、高圧ガスタンク３０の外部から電力を供給するハーネス（配線）１２１の一端が接続されている。
【００３４】
本実施形態においては、ガス流入路１２０の径寸法を従来よりも大きく形成し、コイル１０６に接続されたハーネス１２１を通す。ガス流入路１２０の径寸法は、内部にハーネス１２１を挿通させてもガスの導入に支障を来たさない寸法であることが好ましく、例えば、従来φ４ｍｍだったものをφ６ｍｍとする。ガス流入路１２０は、その上部において二股に分岐しており、その一方を含む通路がハーネス通路（配線挿通路）１２０ａとされている。
【００３５】
本実施形態においては、ハーネス通路１２０ａの上端開口部に密閉シール（シール部材）１２２が設けられている。つまり、ハーネス通路１２０ａは、ガス流入路１２０とその途中から兼用されており、高圧ガスタンク３０の外表面側に開口するハーネス通路１２０ａの開口部１２３ａに密閉シール１２２が設けられている。
【００３６】
ハーネス１２１は、高圧ガスタンク３０の外表面より内側に開口するガス流入路１２０の開口部１２３ｂからガス流入路１２０およびハーネス通路１２０ａを通り、大気側（高圧ガスタンク３０の外表面より外側）の密閉シール１２２を介してタンク外部へ引き出される。ハーネス１２１の他端は、コネクタ１２４に接続されている。このコネクタ１２４は、外部電線へ接続される。
【００３７】
このように構成された本実施形態の高圧ガスタンク３０においては、ガス流入路１２０がコイル１０６に接続されるハーネス１２１を挿通させるためのハーネス通路１２０ａの一部を兼ねている。したがって、図４に示す従来のバルブＨ１００’のように、強度上の問題等から所定の間隔をおいて穿孔しなければならないガス流入路１２０、ガス流出路１１７、およびハーネス通路１２０ａをそれぞれ独立して筐体の全長にわたって形成する場合と比較し、バルブＨ１００の体格の小型化を図ることができる。
【００３８】
また、ガス流入路１２０の流路径が大きくなることで、細径孔を穿孔する場合よりも加工が容易となり、加工コストの削減を図ることができ、さらには、ガス充填時における圧損の低下に伴ってガス充填が容易となり、充填時間を短縮することができる。したがって、バルブＨ１００の製造コストを下げることができるとともに、当該バルブＨ１００の体格の小型化によって、高圧ガスタンク３０の自動車等の移動体への搭載性の向上を図ることができる。
【００３９】
さらに、密閉シール１２２のシール性低下を抑制することもできる。つまり、シール材は一般に低温下でシール性が損なわれるという特性を有するため、ガス流出路１１７側にてハーネス通路１２０ａの一部が兼用されていると、密閉シール１２２がガス流出路１１７の近くに配置される結果、密閉シール１２２のシール性が低下してしまうところ、本実施形態によれば、ガス流入路１２０側かつガス流出路１１７と反対側にてハーネス通路１２０ａの一部が兼用されているので、ガス放出時の断熱膨張によって高圧ガスタンク３０の口元部が冷却されることによる密閉シール１２２のシール性低下を抑制することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。例えば、本発明は、温度センサ、圧力センサなどをバルブＨ１００中あるいは高圧ガスタンク３０内に設ける場合に、それらセンサの電気配線に対しても適用することができる。
【００４１】
すなわち、ハーネス１２１の一端をコイル１０６に換えて、またはコイル１０６に加えて各種センサと接続することができる。この場合においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、ハーネス通路１２０ａの全てをガス流入路１２０と兼用してもよいし、ハーネス通路１２０ａをガス流出路１１７の一部または全部と兼用してもよい。
【００４３】
さらに、電磁弁からなるバルブＨ１００は、上記実施形態に限定されるわけではなく、例えば、常時閉型の直動ポペット型二方弁の採用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を概略的に示したシステム構成図である。
【図２】同燃料電池システムに設けられた高圧ガスタンクのバルブを示した縦断面図である。
【図３】同バルブの要部を模式的に示した縦断面図である。
【図４】従来の高圧ガスタンクのバルブを示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
３０…高圧ガスタンク（燃料貯蔵タンク）、Ｈ１００…バルブ（電気機器、電磁弁）、１０６…コイル（電気機器、電磁コイル）、１１７…ガス流出路（燃料流出路）、１２０…ガス流入路（燃料流入路）、１２０ａ…ハーネス通路（配線挿通路）、１２１…ハーネス（配線）、１２２…密閉シール（シール部材）、１２３ａ…開口部
【図１】
0004696758.tif 000002
【図２】
0004696758.tif 000003
【図３】
0004696758.tif 000004
【図４】
0004696758.tif 000005