JP7294047B2 - 高圧タンク搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、高圧タンク搭載構造に関する。

下記特許文献１には、車室の床部を形成するフロアパネルの車両下方側に設けられたケースの内側に複数のタンクが収容された高圧容器が開示されている。複数のタンクは、ケースの底壁部の上面に配置されている。また、ケースの前壁部分に車両前後方向に沿って貫通形成された孔部の車両後方側には、複数のタンクを連通させるマニホールドに設けられると共に車両前後方向に沿って円筒状に形成された管部が貫通配置されている。管部の車両前方側には、加熱により栓が作動する溶栓弁を備えたバルブが挿入されている。このため、ケースの底壁部が加熱された際には、底壁部へ加えられた熱はケースの前壁部分とバルブを経由して溶栓弁へ伝熱される。これにより、溶栓弁が解放され、タンク内部に収納された水素ガスが溶栓弁を経由して高圧容器の外側へ放出される。

特開２０１９－３５４４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された高圧容器では、ケースの底壁部において溶栓弁が設けられた側とは反対側となる車両後方側の部分が局所的に加熱された場合には、底壁部へ加えられた熱は溶栓弁へ伝熱されるよりも先にタンクの車両後方側の部分へ伝熱される可能性がある。このため、溶栓弁が作動する前にタンクの内圧が上昇する可能性がある。そこで、例えば、ケースの底壁の内部に空洞を形成することにより断熱効果を得ることが考えられるが、空洞が形成された底壁は空洞を設けない底壁に比べて剛性が低下する。このため、車両の走行時における耐振動性能を確保するために必要となる剛性を得られない可能性がある。

本発明は、上記事実を考慮し、車両走行時の耐振動性能を確保しかつ車両が車両外側から加熱された際の高圧タンクの内圧の上昇を抑制できる高圧タンク搭載構造を得ることが目的である。

請求項１に記載の高圧タンク搭載構造は、車室の床部を形成するフロアパネルの車両下方側に設けられると共に、複数の細長い高圧タンクが、車両前後方向を長手方向として車両幅方向に一列に並列的に配置された状態で収容されるタンク収容部と、前記高圧タンクの車両下方側に設けられると共に前記タンク収容部の底壁を形成する板形状の上側部材と、前記上側部材の車両下方側に配置されると共に前記上側部材との間に空間を形成し、車両下方側の面が車両の底面の一部を形成する下側部材と、を備え、前輪から後輪に亘って設けられた扁平状のアンダカバーと、当該空間の内部に配置されると共に車両上方側の端部が前記上側部材の車両下方側の面に接着されかつ車両下方側の端部が前記下側部材の車両上方側の面に接着されることにより前記上側部材と前記下側部材を接合し、加熱されることにより溶融する接合部材と、を備えている。

請求項１に記載の高圧タンク搭載構造によれば、高圧タンクの車両下方側に設けられると共にタンク収容部の底壁を形成する上側部材と上側部材の車両下方側に配置されて上側部材との間に空間を形成する下側部材を備えたアンダカバーが配置されている。また、形成された空間の内部には、車両上方側の端部が上側部材の車両下方側の面に接着されかつ車両下方側の端部が下側部材の車両上方側の面に接着されることにより上側部材と下側部材を接合する接合部材が配置されている。このため、上側部材と下側部材を備えたアンダカバーの剛性を向上させることができる。これにより、例えば、悪路を走行した際に車体に生じる振動に対する耐振動性能を確保することができる。

さらに、請求項１に記載の高圧タンク搭載構造によれば、接合部材は加熱されることにより溶融する。このため、例えば、下側部材が加熱された場合には、下側部材に加えられた熱は接合部材へ伝熱され、接合部材は溶融するため上側部材と下側部材を接合しなくなる。これにより、上側部材と下側部材の間の空気層による断熱効果を生じさせることができ、車両が車両外側から加熱された際の高圧タンクの内圧の上昇を抑制することができる。
また、請求項２に記載の高圧タンク搭載構造は、前記接合部材は、車幅方向に沿って延在し、車両前後方向に間隔を空けて複数設けられている。

以上説明したように、本発明に係る高圧タンク搭載構造は、車両走行時の耐振動性能を確保しかつ車両が車両外側から加熱された際の高圧タンクの内圧の上昇を抑制できるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係る高圧タンク搭載構造が適用された車両を示す概略的な側面図である。 第１実施形態に係るタンク収容部の全体構成を示す平面図である。 図２の３－３線で切断した状態を拡大して示す断面図である。 第１実施形態に係る熱変形部が設けられた車両下部の側面図である。 第１実施形態に係る熱変形部が変形した状態を示す概略的な側面図である。 対比例に係る熱変形部が設けられた車両下部の側面図である。 第２実施形態に係る熱変形部が設けられた車両下部の側面図である。

以下、図１～図５を用いて、本発明に係る高圧タンク搭載構造１０の第１実施形態について説明する。なお、以下の図において、矢印ＦＲは高圧タンク搭載構造１０が設けられる車両前方側を示し、矢印ＵＰは車両上方側を示し、矢印Ｗは車幅方向を示している。

（燃料電池車両１２）
高圧タンク搭載構造１０が適用された車両としての燃料電池車両１２（以下、車両１２と称する。）は、駆動手段としての駆動モータ１４を備えている。駆動モータ１４は、例えば、車両１２の車両後側部分に配置されている。また、駆動モータ１４は、直接又は減速ギヤ列等の変速手段を介して間接的に車両１２の駆動輪としての後輪１６へ機械的に接続されている。このため、駆動モータ１４から出力された駆動力を後輪１６へ伝達させることができる。

車両前部には、燃料電池スタック１８が設けられている。燃料電池スタック１８は、複数個の単位セルが直列に積層された構造体とされており、高電圧電源として機能する。燃料電池スタック１８は、アルミニウム合金製の複数の高圧タンク２０及びエアコンプレッサ（図示省略）に接続されている。なお、以下の説明において、複数の高圧タンク２０はアルミニウム合金製として説明するが、これに限らず、樹脂を主成分として高圧タンクが構成されてもよい。

燃料電池スタック１８を構成する各単位セルは、高圧タンク２０から供給される流体又は燃料ガスとしての水素ガスとエアコンプレッサから供給される圧縮空気の酸素との電気化学反応により発電を行う。また、車両１２には蓄電池（図示省略）が設けられている。蓄電池は、放充電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素二次電池やリチウム水素二次電池などが用いられている。駆動モータ１４は、蓄電池から供給される電力によって駆動される。駆動モータ１４の駆動により発生した回生電力は、車両１２の制動時には蓄電池に回収されると共に充電される。

（タンク収容部２６）
車両１２において車室２２の床部を形成するフロアパネル２４の車両下方側には、高圧タンク２０を収容可能なタンク収容部２６が形成されている。タンク収容部２６は、前輪２８と後輪１６との間において車両１２下部の一部を形成している。

図２に示されるように、タンク収容部２６の車両前方側の端部には、車幅方向に沿って延在された前側ブラケット３０が配置され、タンク収容部２６の車両後方側の端部には、車幅方向に沿って延在された後側ブラケット３２が配置されている。また、前側ブラケット３０には、複数の高圧タンク２０を連通させるためのマニホールド３４が固定されている。高圧タンク２０は、前端がマニホールド３４に連結されると共に後端が後側ブラケット３２に固定されることによりタンク収容部２６に収容されている。

前側ブラケット３０は、２つの溝形鋼３６により構成されている。具体的には、車両前方側へ向けて開放された第１前側溝形鋼３６の溝部に車両前方側へ向けて開放された第２前側溝形鋼（図示省略）のフランジ部が接合されることにより構成されている。

図３に示されるように、後側ブラケット３２は、２つの溝形鋼３８、４０により構成されている。具体的には、車両後方側へ向けて開放された第１後側溝形鋼３８の溝部に車両後方側へ向けて開放された第２後側溝形鋼４０のフランジ部４０Ａ、４０Ｂが接合されることにより構成されている。

図２に示されるように、前側ブラケット３０と後側ブラケット３２の車幅方向両端部は、各々ロッカ等（図示省略）の車両骨格部材に接合されることにより車両１２に固定されている。また、図２及び図３に示されるように、前側ブラケット３０と後側ブラケット３２の上端部はフロアパネル２４にボルト締結されている（前側ブラケット３０については図示省略）。具体的には、前側ブラケット３０の車両上方側のフランジ部３０Ａと後側ブラケット３２を構成する第１後側溝形鋼３８の車両上方側のフランジ部３８Ａが、各々フロアパネル２４にボルト締結されている。

図２に示されるように、複数の高圧タンク２０の車両前方側の端部には各々口金４２が取り付けられている。複数の高圧タンク２０の口金４２は、各々マニホールド３４に接続されている。これにより、複数の高圧タンク２０の内部空間が連通されている。マニホールド３４は、車幅方向を長手方向として前側ブラケット３０に沿って延在されている。マニホールド３４の内部には複数の高圧タンク２０の内部空間を連通する一般流路３４Ａが形成されている。また、一般流路３４Ａは、車幅方向略中央部において前側ブラケット３０の車両前方側に設けられた図示しないバルブに連結されている。

複数の高圧タンク２０の車両後方側の端部は、高圧タンク２０の車両後方側の端部に設けられた口金４２を介して後側ブラケット３２に各々固定されている。これにより、高圧タンク２０は、車両１２に対して固定されている。

マニホールド３４は、一般流路３４Ａから分岐した放出流路３４Ｂを備えている。放出流路３４Ｂは、一般流路３４Ａから車両後方側へ向けて延在された横流路３４Ｂ１と一方の端部が横流路３４Ｂ１の後端部（一般流路３４Ａとは反対側の端部）と接続されると他方の端部が車両１２外側と接続された図示しない外部排出流路とを含んで構成されている。

放出流路３４Ｂにおける横流路３４Ｂ１の後端部は、マニホールド３４の車両後方側の面に開口されている。この開口は、マニホールド３４の車両後方側に取り付けられた熱動作型圧力除去装置５０（以下、圧力除去装置５０と称する。）により閉塞されている。具体的には、圧力除去装置５０の車両上方側に設けられると共に全体形状が放出流路３４Ｂの横流路３４Ｂ１の内周形状と略同一に形成された図示しない水平軸が、横流路３４Ｂ１に車両後方側から挿入されることにより閉塞されている。また、水平軸により横流路３４Ｂ１と外部排出流路の接続部分も閉塞されている。

水平軸の車両後方側端部は、車両上下方向に延在されると共にバネ等の付勢手段と所定の温度を上回ると溶融する可溶合金（どちらも図示省略）により車両上方側へ持ち上げられた図示しない縦部材によって係止されている。このため、圧力除去装置５０が加熱されて可溶合金が溶融することにより、縦部材がその自重で車両下方側へ下降する。横流路３４Ｂ１に挿入されている水平軸は、その車両後方側端部が係止されなくなることによって横流路３４Ｂ１に流れ込んでいる水素ガスからの圧力を受けて車両後方側へ向けて移動される。これにより、横流路３４Ｂ１と外部排出流路が連通されるため一般流路３４Ａを流れる水素ガスが車両１２外側の空間へ排出される。

図３に示されるように、タンク収容部２６の車両下方側には、上側部材５６と下側部材５８を備えた金属製のアンダカバー５４が配置されている。前側ブラケット３０と後側ブラケット３２に固定された高圧タンク２０の車両下方側には、タンク収容部２６の底壁を形成すると共に車両前後方向に延在された板形状の上側部材５６が配置されている。

上側部材５６の車両上方側の面には、板形状に形成された金属製の設置用プレート６０が接合されている。高圧タンク２０は、設置用プレート６０の上面（車両上方側の面）に配置されている。高圧タンク２０の車両前方側端部、車両前後方向略中央部及び車両後方側端部の外周部には、高圧タンク２０の外周形状に沿って形成されたゴム製の滑り止め部材６２が取り付けられている。高圧タンク２０は、滑り止め部材６２が取り付けられた状態で設置用プレート６０の上面に配置されている。これにより、高圧タンク２０は、設置用プレート６０の上面に安定して配置されると共に隣り合う高圧タンク２０同士が接触及び干渉することを防止することができる。

上側部材５６の後端部は、後側ブラケット３２の車幅方向両端部において、車両下方側のフランジ部３８Ｂに接合されたウェルドナット４６を介してボルト締結されている。また、上側部材５６の車幅方向両端部は、ロッカ（図示省略）などの車両骨格部材に接合されることにより車両１２に固定されている。

上側部材５６の下面（車両下方側の面）には、車両前後方向かつ車両上下方向に沿った断面が側面視で車両下方側へ向けて凸とされた略矩形状の下側部材５８が接合されている。下側部材５８の車両前方側端部（図示省略）と車両後方側端部５８Ａは、上側部材５６の車両下方側の面に、例えば、溶接等により各々接合されている。また、下側部材５８の車両下方側へ向けて突出された部分は突出部６４とされており、突出部６４の下端部の底板６４Ａの下面（車両下方側の面）６４Ａ１は車両１２の底面の一部を形成している。

図４に示されるように、上側部材５６と下側部材５８の間には、空間ＳＰが形成されている。空間ＳＰの内部には、接合部材６６が車両前後方向に沿って複数配置されている。ここでは、接合部材６６は、車幅方向に沿って延在されると共に車両前後方向かつ車両上下方向に沿った断面が側面視で略矩形状に形成されている。また、接合部材６６は、車両上方側が上側部材５６の車両下方側の面に接着剤６８を介して接着されかつ車両下方側が下側部材５８の車両上方側の面に接着剤６８を介して接着されている。接着剤６８には、例えば、マスチック接着剤等が用いられている。これにより、上側部材５６と下側部材５８は、接合部材６６を介して接合されている。

接合部材６６は、例えば、ゴム又は樹脂のような所定の温度で溶融する材料により構成されている。このため、接合部材６６は、下側部材５８が車両１２の外側から加熱された場合に下側部材５８からの伝熱により溶融するように構成されている。

（作用並びに効果）
次に、図６に示される対比例との比較を通じて、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

対比例に係る高圧タンク搭載構造７０によれば、図６に示されるように、上側部材５６と下側部材５８により形成されたアンダカバー７２の剛性を確保するために、下側部材７４の底板７４Ａには、車両上方側へ向けて突出されると共に上面が上側部材５６に当接するようにビード部７６が形成されている。このため、下側部材７４と上側部材５６により形成されたアンダカバー７２の剛性を向上させることができる。しかしながら、下側部材７４が加熱された場合（図中ＨＥ）には、下側部材７４に加えられた熱は、上側部材５６へ直接伝熱される。このため、車両１２が車両外側から加熱された際の高圧タンク２０の内圧の上昇を抑制することが困難となる。また、このような伝熱を抑制するためにビード部７６を車両下方側へ突出するように形成すること（図示省略）も考えられるが、車両下方側へ突出された底板７４Ａが車両１２の走行の妨げにならないようにするためには、アンダカバー７２を車両上方側に設ける必要がある。このため、フロアパネル２４を車両上方側に設ける必要があり、車室２２空間を圧迫する可能性がある。

これに対して、本実施形態に係る高圧タンク搭載構造１０によれば、図４に示されるように、高圧タンク２０の車両下方側に設けられると共にタンク収容部２６の底壁を形成する上側部材５６と上側部材５６の車両下方側に配置されて上側部材５６との間に空間ＳＰを形成する下側部材５８を備えたアンダカバー５４が配置されている。また、形成された空間ＳＰの内部には、車両上方側が上側部材５６の車両下方側の面に接着されかつ車両下方側が下側部材５８の車両上方側の面に接着されることにより上側部材５６と下側部材５８を接合する接合部材６６が配置されている。このため、上側部材５６と下側部材５８とを備えたアンダカバー５４の剛性を向上させることができる。これにより、例えば、走行時に車体に生じる振動に対する耐振動性能を確保することができる。また、例えば、悪路を走行した際にアンダカバー５４が変形及び振動をすることによる異音の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る高圧タンク搭載構造１０によれば、図５に示されるように、接合部材６６は加熱（図中ＨＥ）により溶融する。このため、例えば、下側部材５８が加熱された場合には、下側部材５８に加えられた熱は接合部材６６へ伝熱され、接合部材６６は溶融するため上側部材５６と下側部材５８を接合しなくなる。これにより、上側部材５６と下側部材５８の間に形成される空間ＳＰ（空気層）による断熱効果を生じさせることができ、車両１２が車両外側から加熱された際の高圧タンク２０の内圧の上昇を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る高圧タンク搭載構造１０は、車両走行時の耐振動性能を確保しかつ車両１２が車両外側から加熱された際の高圧タンク２０の内圧の上昇を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図７を用いて、本発明に係る高圧タンク搭載構造８０の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係る高圧タンク搭載構造８０によれば、図７に示されるように、上側部材５６と下側部材５８の間に形成された空間ＳＰの内部には、接合部材８２が車両前後方向に沿って複数配置されている。接合部材８２は、その厚さ（車両上下方向の長さ）が上側部材５６と下側部材５８の車両上下方向の間隔よりも短く形成されている。このため、接合部材６６の車両上方側と上側部材５６の車両下方側の面との間を埋めるように接着剤６８が配置されている。また、接合部材６６の車両下方側と下側部材５８の車両下方側の面との間を埋めるように接着剤６８が配置されている。これにより、上側部材５６と下側部材５８は、接合部材６６を介して接合されている。

本実施形態に係る高圧タンク搭載構造８０によれば、接合部材８２は加熱により溶融する。このため、例えば、下側部材５８が加熱された場合には、下側部材５８に加えられた熱は接合部材８２へ伝熱され、接合部材８２は溶融するため上側部材５６と下側部材５８を接合しなくなる。これにより、上側部材５６と下側部材５８の間に形成される空間ＳＰ（空気層）による断熱効果を生じさせることができ、車両１２が車両外側から加熱された際の高圧タンク２０の内圧の上昇を抑制することができる。

なお、ここでは、接合部材６６は、ゴム又は樹脂のような所定の温度で溶融する材料により構成されているとして説明したが、これに限らず、接合部材は、例えば、可溶合金等の所定の温度で溶融する金属により形成されてもよい。

さらに、ここでは、下側部材５８は、車両前後方向かつ車両上下方向に沿った断面が側面視で車両下方側へ向けて凸とされた略矩形状に形成されているとして説明したが、これに限らず、下側部材は車両下方側へ向けて凸とされた略円弧状に形成されてもよい。

また、ここでは、下側部材５８の車両前方側端部と車両後方側端部５８Ａは、上側部材５６の車両下方側の面に接合されているとして説明したが、これに限らず、下側部材は車体の上側部材以外の部位に接合あるいは締結されてもよい。

１０ 高圧タンク搭載構造
１２ 燃料電池車両（車両）
２０ 高圧タンク
２２ 車室
２４ フロアパネル
２６ タンク収容部
５４ アンダカバー
５６ 上側部材
５８ 下側部材
６６ 接合部材
８０ 高圧タンク搭載構造
８２ 接合部材
ＳＰ 空間
ＨＥ 加熱

Claims (2)

1. 車室の床部を形成するフロアパネルの車両下方側に設けられると共に、複数の細長い高圧タンクが、車両前後方向を長手方向として車両幅方向に一列に並列的に配置された状態で収容されるタンク収容部と、
   前記高圧タンクの車両下方側に設けられると共に前記タンク収容部の底壁を形成する板形状の上側部材と、前記上側部材の車両下方側に配置されると共に前記上側部材との間に空間を形成し、車両下方側の面が車両の底面の一部を形成する下側部材と、を備え、前輪から後輪に亘って設けられた扁平状のアンダカバーと、
   当該空間の内部に配置されると共に車両上方側の端部が前記上側部材の車両下方側の面に接着されかつ車両下方側の端部が前記下側部材の車両上方側の面に接着されることにより前記上側部材と前記下側部材を接合し、加熱されることにより溶融する接合部材と、
   を備えた高圧タンク搭載構造。
2. 前記接合部材は、車幅方向に沿って延在し、車両前後方向に間隔を空けて複数設けられている、
   請求項１に記載の高圧タンク搭載構造。

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