JP4692593B2

JP4692593B2 - ガス燃料タンク搭載車両

Info

Publication number: JP4692593B2
Application number: JP2008213739A
Authority: JP
Inventors: 統▲将▼ 石河; 良明長沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP2008280040A

Description

本発明は、ガス燃料タンクを搭載した車両に関する。

近年、高圧のガス燃料を充填したガス燃料タンクを搭載した低公害車両が知られている。例えば、特許文献１には、ガス燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を充填したＣＮＧボンベを搭載したバスが開示されている。このバスは、ルーフを覆うルーフカバーによりＣＮＧボンベを収納するボンベ収納空間を形成し、ルーフカバーの前面下縁部とルーフとの間に間隙が設けられたものである。このバスが走行すると、その間隙からボンベ収納空間に空気が流入し、ボンベ収納空間を通過した空気はルーフカバーの後面に設けられた空気流出部から外部へ流出する。
特開２０００−１２７８６０

しかしながら、何らかの事情によりガス燃料タンクからガス燃料が漏出した場合を想定すると、ボンベ収納空間に溜まったガス燃料を早期に排出することが好ましいが、上述した特許文献１ではバスが走行していない場合にはボンベ収納空間に溜まったガス燃料が流動しにくいため、ガス燃料を早期に排出することができなかった。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、タンク収納空間に溜まったガス燃料を早期に排出することができるガス燃料タンク搭載車両を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

すなわち、本発明のガス燃料タンク搭載車両は、
ガス燃料タンクを搭載した車両であって、
ルーフを覆うように設けられ１以上の前記ガス燃料タンクを収納可能なタンク収納空間を形成するルーフカバーと、
前記ルーフカバーの上面であって前記ガス燃料タンクの上方に当たる位置に設けられた換気口と、
を備えたものである。

このガス燃料タンク搭載車両では、ガス燃料タンクに充填されるガス燃料は、ＣＮＧ（メタンを主成分とする）や水素などのように空気よりも比重が小さいものである。このため、何らかの事情によりガス燃料タンクから燃料ガスが漏出した場合、その燃料ガスは空気より軽いのでタンク収納空間を上昇していき、ルーフカバーの上面のうちガス燃料タンクの上方に当たる位置に形成された換気口に速やかに至り、そこから外部へと効率よく流出していく。したがって、タンク収納空間に溜まった燃料ガスを早期に排出することができる。ここで、車両としては、バスや大型乗用車、小型乗用車などの自動車のほか、列車などをあげることができる。

本発明のガス燃料タンク搭載車両において、前記換気口は、前記ルーフカバーの上面であって前記ガス燃料タンクの上方に当たる位置の複数箇所に設けられていてもよい。こうすれば、タンク収納空間内のガス燃料は、複数箇所に設けられた換気口のうち最も近い換気口から外部へと流出するため、一層効率よく流出することになる。

本発明のガス燃料タンク搭載車両において、前記換気口は、前記ルーフカバーに設けられた開口に複数のルーバーを間隔をおいて架け渡すことにより形成されたスリット群からなるようにしてもよい。こうすれば、ルーバーがガス燃料タンクを飛石や太陽光線等から保護する役割を果たすため、換気口を単なる開口とした場合に比べてガス燃料タンクの耐久性が上がる。

このとき、ルーバーは、水平面に対して傾斜している傾斜部と該傾斜部の少なくとも一端に連接され略水平に形成された水平部とを備えた部材としてもよい。こうすれば、ルーバーの水平部は飛石等がガス燃料タンクに直接当たるのを防止し、ルーバーの傾斜部は太陽光線がガス燃料タンクに直接当たるのを防止する。また、このルーバーは、傾斜部の両端に水平部が連接された断面略Ｚ字状の部材としてもよい。こうすれば、ルーバーによるガス燃料タンクの保護機能が一層高まる。また、ルーバーの傾斜部は、水平面に対して１０〜４０°の角度で傾斜するようにしてもよい。こうすれば、日中の太陽光線がガス燃料タンクにほとんど当たらないようにすることができる。

本発明のガス燃料タンク搭載車両において、前記換気口は、前記ルーフカバーのうち車両の左右両側にて前後方向に延びるように形成された隙間であってもよい。

本発明のガス燃料タンク搭載車両において、前記換気口の総開口面積は、少なくとも前記タンク収納空間の容積に基づいて定められていてもよい。例えば、タンク収納空間の容積が大きいほど換気口の総開口面積が大きくなるようにしてもよい。こうすれば、タンク収納空間の圧力が換気口を介して抜けやすい。なお、換気口の総開口面積を決定するためのパラメータとして、タンク収納空間の容積に、ガス燃料タンクの本数、ガス燃料タンクの容量、ガス燃料タンクの内圧及びタンク収納空間の温度のうちの少なくとも１つのパラメータを加えてもよい。また、総開口面積は、ルーフカバーの上面であってガス燃料タンクの上方に当たる位置の複数箇所に設けられた換気口とその他の換気口（例えば上述したスリットなど）との総和としてもよい。

本発明のガス燃料タンク搭載車両は、前記ルーフカバーに開閉可能に取り付けられ前記タンク収納空間が大気圧を超える所定圧に達したときに閉鎖状態から開放状態になる蓋部材を備えたものとしてもよい。ここで所定圧とは、大気圧を超える範囲で任意に決定される圧力であり、例えば、想定されるタンク収納空間内の最大圧力未満となるように決定してもよい。

このガス燃料タンク搭載車両では、何らかの事情によりタンク収納空間が大気圧を超えて所定圧に達したとしても、蓋部材が閉鎖状態から開放状態になるため、タンク収納空間の圧力が低下する。したがって、タンク収納空間が所定圧を超えて高圧になるのを回避することができる。

ここで、前記蓋部材は、歩道側の方が車道側に比べて弱い強度で取り付けられていてもよい。また、前記蓋部材は、閉鎖状態から開放状態になるときには、歩道側が開放するように取り付けられていてもよい。更に、前記蓋部材は、車道側の端部を軸として歩道側の端部が上がるように取り付けられていてもよい。これらの場合、開いた蓋部材が乗降口側に倒れ込むことがない。また、前記蓋部材は、閉鎖状態から開放状態になったときに車両から外れるのを防止する規制部材を介して前記車両又は前記ルーフカバーに取り付けられていてもよい。こうすれば、開いた蓋部材が車両から外れてしまうことがない。この規制部材は、閉鎖状態から開放状態になった蓋部材がルーフにとどまるように機能してもよい。こうすれば、開いた蓋部材が地面へ落下することがない。そしてまた、前記蓋部材は、前記タンク収納空間の内部圧力に応じて閉鎖状態から開放状態になるよう弾性支持されているか又は前記タンク収納空間の内部圧力に応じて開放状態になったあとの開口面積が変化するように弾性支持されていてもよい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて以下に説明する。図１は燃料電池バス１０の左側面図であり、図２は燃料電池バス１０の上部の斜視図であり、図３は燃料電池バス１０の背面図（破断面図）であり、図４はカバー中央上面部材３４の斜視図である。

本実施形態の燃料電池バス１０は、図１に示すように、左側面の前方に設けられた前乗降口１２と左側面の中央に設けられた中央乗降口１４を介して乗客室１６に乗客を乗降させる低床大型バスとして構成され、車両の右側面には乗降口を有していない。また、燃料電池バス１０は、上部にガス燃料タンクとして水素ボンベ１８を７本搭載し、後部に数百枚の燃料電池が積層された燃料電池スタック２０や燃料電池に関連する各種補機類２２などを搭載しており、燃料電池スタック２０は、水素ボンベ１８から水素（燃料ガス）がアノード側に供給され、補機類２２の一つであるエアコンプレッサからエア（酸化ガス）がカソード側に供給され、水素とエアに含まれる酸素との電気化学反応により発電する。そして、燃料電池バス１０は、通常の走行時にはこの発電電力により図示しないモータが車輪を回転駆動する。

次に、燃料電池バス１０の上部の構成について、以下に詳しく説明する。図２に示すように、燃料電池バス１０は、上部のルーフ１０ａの上に、金属バンド２６で締結固定された７本の水素ボンベ１８と、この水素ボンベ１８を収納するボンベ収納空間を形成するルーフカバー３０と、このルーフカバー３０の上面であって水素ボンベ１８の上方に当たる位置に設けられた換気口４０とを有している。

水素ボンベ１８は、例えば３５ＭＰａの高圧水素ガスを内蔵する円筒形容器であり、ルーフ１０ａの左右両側にて前後方向に延びる一対のレール２４，２４を架け渡すようにして載置された状態で各レール２４に固着された金属バンド２６により巻回され締結されている。これにより、水素ボンベ１８は走行中に位置ズレを起こすことがない。この水素ボンベ１８はガス配管によって燃料電池スタック２０のアノード側に接続されている。また、ガス配管の途中には、図示しない開閉弁や減圧弁が配置されている。

ルーフカバー３０は、燃料電池バス１０のルーフ全体を覆って上方空間を形成するものであり、この上方空間には７本の水素ボンベ１８を収納するボンベ収納空間やその他の機器類の収納空間が含まれる。このルーフカバー３０は、図１に示すように、エアコンユニット２８が配置されたルーフ前方部分を覆う流線型状のカバー前方部３１と、複数の水素ボンベが配置されたルーフ中央部分を覆うカバー中央部３２と、燃料電池スタック２０を冷却する冷却水を放熱するためのラジエータ２１が配置されたルーフ後方部分を覆うカバー後方部３９とから構成されている。

ここで、ルーフカバー３０のカバー中央部３２は、図３に示すように、燃料電池バス１０の左右両側に立設された一対のカバー中央側面部材３３，３３と、この一対のカバー中央側面部材３３，３３の上端に連結された４枚のカバー中央上面部材３４，３４，３４，３４とを備えている。各カバー中央側面部材３３は、燃料電池バス１０の側面と略面一に形成された立壁部３３ａと、この立壁部３３ａの上端から車両中心に向かって折り曲げられルーフ１０ａと略平行となるように形成された庇部３３ｂとを備えている。また、立壁部３３ａは、図３に示すように下端近傍が燃料電池バス１０のボディ側面から側方に突出した台座３５に当接され、その状態でボルト３６がこの下端近傍を挿通し台座３５に形成された図示しないボルト穴にねじ込まれている。この結果、カバー中央側面部材３３の立壁部３３ａは、台座３５の高さＨ１（数ｍｍ）だけ燃料電池バス１０のボディ側面から離間して隙間４７を形成している。この隙間４７は、車両の左右両側にて車両の前後方向に延びている。

また、カバー中央上面部材３４は、図３に示すように、左右両端が一対のカバー中央側面部材３３，３３の庇部３３ｂ，３３ｂの下側に高さＨ２（数ｍｍ）の隙間４８をもって潜り込んだ状態で連結されている。この隙間４８は、車両の左右両側にて車両の前後方向に延びている。なお、隙間４７，４８も本発明の換気口をなす。このカバー中央上面部材３４は、ボンベ収納空間が大気圧を超える所定圧（ここでは、想定されるボンベ収納空間の最大圧力未満に設定されている）に達したときに、車道側の端部３４ａつまり乗降口１２，１４とは反対側の端部を軸として歩道側の端部３４ｂつまり乗降口側の端部が跳ね上がって閉鎖状態から開放状態になるように取り付けられている。具体的には、カバー中央上面部材３４のうち車道側の端部３４ａとカバー中央側面部材３３の庇部３３ｂとの連結強度は、カバー中央上面部材３４のうち歩道側の端部３４ｂとカバー中央側面部材３３の庇部３３ｂとの連結強度よりも大きくなるように取り付けられている。なお、車道側の端部３４ａを軸として歩道側の端部３４ｂが跳ね上がるようにする代わりに、カバー中央上面部材３４に変形しやすい箇所を設けておき、ボンベ収納空間が所定圧に達したときにこの箇所で変形して歩道側の端部３４ｂが開放するようにしてもよい。また、カバー中央上面部材３４のうち車道側の端部３４ａの裏面とカバー中央側面部材３３との間にはチェーン３７が架け渡され、このチェーン３７はカバー中央上面部材３４が開放状態になったときに燃料電池バス１０のルーフカバー３０又は車両本体から外れるのを防止する役割を果たす。

換気口４０は、図４に示すように、カバー中央上面部材３４に設けられた開口４２に複数のルーバー４４を間隔をおいて架け渡すことにより形成したスリット群からなる。具体的には、カバー中央上面部材３４の車幅方向に設けられた４つの開口４２，４２，４２，４２のうち、右側の２つの開口４２，４２を車幅方向に架け渡すことが可能な長さのルーバー４４を複数個所定の間隔をおいて配設することによりスリット群を形成すると共に、左側の２つの開口４２，４２にも同様のルーバー４４を複数個所定の間隔をおいて配設することによりスリット群を形成している。ここで、ルーバー４４は、水平面に対して傾斜している傾斜部４４ａとこの傾斜部４４ａの上端及び下端に連接された水平部４４ｂ，４４ｂとからなり、断面が略Ｚ字状となっている。そして、隣接する二つのルーバー４４，４４の水平部４４ｂ，４４ｂが所定の間隔をもつように構成されている。

本実施形態では、傾斜部４４ａの傾斜角θは水平面に対して１０〜４０°の範囲内で決定されている。ここで、１つの換気口４０の開口面積は、図５に示すように隣り合うルーバー４４同士の隙間面積ｓ１の和Σｓ１である。また、本実施形態では、換気口４０のほかに隙間４７，４８も本発明の換気口を構成することから、換気口の総開口面積Ｓは、各換気口４０の隙間面積ｓ１の和Σｓ１を合算した値Σ（Σｓ１）に、隙間４７の開口面積ｓ２や隙間４８の開口面積ｓ３を加えた値となる。この総開口面積Ｓは、ボンベ収納空間の容積Ｃに基づいて定められており、具体的には、ボンベ収納空間の圧力が各換気口４０や隙間４７，４８を介して抜けやすいようにボンベ収納空間の容積Ｃが大きいほど総開口面積Ｓが大きくなるように設定されている。

次に、本実施形態の燃料電池バス１０におけるルーバー４４の機能について説明する。ルーバー４４の傾斜部４４ａは太陽光線が水素ボンベに直接当たるのを防止し、ルーバー４４の水平部４４ｂは、飛石等が水素ボンベ１８に直接当たるのを防止する。例えば明け方と夕暮れを除く日中の太陽光線が換気口４０を通過できないように傾斜部４４ａの傾斜角θを設定すれば、水素ボンベ１８が太陽光線の影響を受けて劣化するのを効果的に抑制することができる。

次に、本実施形態の燃料電池バス１０において何らかの事情により水素ボンベ１８から水素が漏出した場合について説明する。水素ボンベ１８から漏出した水素は、空気よりも比重が小さいため、ボンベ収納空間内を上昇していき、ルーフカバー３０の上面に形成されたスリット群からなる換気口４０に至る。このとき、換気口４０は水素ボンベ１８の上方に当たる位置に形成されているため、換気口が水素ボンベの上方から外れた位置に形成されている場合に比べて、漏出した水素は短い距離で換気口４０に達することができる。また、換気口４０は複数箇所に設けられているため、漏出した水素は最も距離的に近い換気口４０に達する。そして、水素ガスは換気口４０に達したあとこの換気口４０を上向きに通過して外部へ流出していく。また、換気口４０の総開口面積が十分広いため、ボンベ収納空間内の圧力が高圧になりすぎることがない。また、ボンベ収納空間内の圧力が大気圧を超える所定圧に至ったとしても、図３の一点鎖線で示すように、カバー中央上面部材３４が車道側の端部３４ａを軸として歩道側の端部３４ｂが跳ね上がるため、開口面積が一気に大きくなり、ボンベ収納空間内の圧力が一気に抜ける。この点からも、ボンベ収納空間内の圧力が高圧になりすぎることがない。このようにして跳ね上がったカバー中央上面部材３４は、チェーン３７によってルーフ１０ａ上にとどまるように構成されている。

以上詳述した本実施形態の燃料電池バス１０によれば、何らかの事情により水素ボンベ１８から水素ガスが漏出したとしても、その水素ガスはボンベ収納空間を上昇して複数の換気口４０のうち最も近い換気口４０に速やかに至り、そこから外部へと効率よく流出していく。したがって、ボンベ収納空間に溜まった水素ガスを早期に排出することができる。また、換気口４０の総開口面積を十分な大きさに設定しているため、ボンベ収納空間の圧力が換気口４０を介して抜けやすい。

また、換気口４０は複数のルーバー４４を間隔をおいて架け渡すことにより形成されたスリット群であり、ルーバー４４が水素ボンベ１８を飛石や太陽光線等から保護する役割を果たすため、換気口４０を単なる開口とした場合に比べて水素ボンベの耐久性が上がる。

更に、ルーフカバー３０の構成部材であるカバー中央上面部材３４は、ボンベ収納空間が大気圧を超える所定圧に達したときに閉鎖状態から開放状態になるため、開口面積が一気に大きくなり、ボンベ収納空間の圧力が急速に低下する。このとき、カバー中央上面部材３４は、車道側の端部３４ａを軸として歩道側の端部３４ｂが跳ね上がるため、乗降口側に倒れ込むことがない。また、開いたカバー中央上面部材３４はチェーン３７を介してルーフ１０ａにとどまるように取り付けられているため、燃料電池バス１０から外れて落下してしまうことがない。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、開口に複数のルーバー４４を間隔をおいて架け渡すことにより形成されるスリット群を換気口４０としたが、ルーバー４４のない開口（矩形穴、円形穴など）を換気口としてもよいし、開口にメッシュなどの格子部材を被せたものを換気口としてもよい。

また、上述した実施形態では、カバー中央上面部材３４はカバー中央側面部材３３の庇部３３ｂの裏面と連結したが、その代わりに、図６に示すように、カバー中央上面部材３４とカバー中央側面部材３３の庇部３３ｂとの隙間つまり開口面積が可変となるようにカバー中央上面部材３４をルーフ１０ａにバネなどの弾性部材４６を介して支持してもよい。すなわち、通常時にはカバー中央上面部材３４とカバー中央側面部材３３の庇部３３ｂとの隙間がゼロ又は小さくなるよう弾性支持し、ボンベ収納空間の圧力が上昇したときにはその圧力が作用して弾性部材４６の弾性力に抗してカバー中央上面部材３４を持ち上げることによりカバー中央上面部材３４とカバー中央側面部材３３の庇部３３ｂとの隙間が広がるようにしてもよい。こうすれば、ボンベ収納空間内の圧力が上昇したとしても、開口面積が大きくなるため圧力は急速に低下する。

更に、上述した実施形態では、ルーバー４４は傾斜部４４ａの下端から上端へ向かう方向が水平面に対して斜め後方となるようにしたが、傾斜部４４ａの下端から上端へ向かう方向が水平面に対して斜め前方となるようにしてもよい。

更にまた、上述した実施形態では、換気口の総開口面積Ｓを決定するためのパラメータとして、ボンベ収納空間の容積Ｃを用いたが、水素ボンベ１８の本数、水素ボンベ１８の容量、水素ボンベ１８の内圧及びボンベ収納空間の温度のうちの少なくとも１つを加えてもよい。

そしてまた、上述した実施形態では、カバー中央上面部材３４とその左右両端に隙間を持って取り付けたカバー中央側面部材３３とによりルーフカバー３０のカバー中央部３２を構成したが、カバー中央上面部材３４とカバー中央側面部材３３とを隙間をあけずに連結してもよいし、両部材３３，３４を一体に成形してもよい。

そして更に、上述した実施形態は、車両が道路の左側を通行するよう法律で定められている場合を例に挙げたため車両左側を歩道側、車両右側を車道側として説明したが、車両が道路の右側を通行するよう法律で定められている場合にも本発明は適用可能であり、上述した実施形態の車両の左右の構成が逆になり、車両右側が歩道側、車両左側が車道側になる。

そして更にまた、上述した実施形態では、ガス燃料タンクとして水素ボンベ１８を例に挙げて説明したが、空気より比重の小さいガス燃料を充填したタンクであればどのようなタンクであってもよく、例えばＣＮＧエンジンを搭載した車両においてはＣＮＧボンベとしてもよい。

本発明は、ガス燃料タンクを搭載する車両の製造業、同車両を用いるサービス業などに利用可能である。

本実施形態の燃料電池バス１０の左側面図である。燃料電池バス１０のルーフカバー３０の中央付近の斜視図である。燃料電池バス１０の背面図（破断面図）である。カバー中央上面部材３４の斜視図である。換気口４０の開口面積の説明図である。他の実施形態の燃料電池バスの背面図（破断面図）である。

符号の説明

１０燃料電池バス、１０ａルーフ、１２前乗降口、１４中央乗降口、１６乗客室、１８水素ボンベ、２０燃料電池スタック、２１ラジエータ、２２補機類、２４レール、２６金属バンド、２８エアコンユニット、３０ルーフカバー、３１カバー前方部、３２カバー中央部、３３カバー中央側面部材、３３ａ立壁部、３３ｂ庇部、３４カバー中央上面部材、３４ａ車道側の端部、３４ｂ歩道側の端部、３５台座、３６ボルト、３７チェーン、３９カバー後方部、４０換気口、４２
開口、４４ルーバー、４４ａ傾斜部、４４ｂ水平部、４６弾性部材。

Claims

ガス燃料タンクを搭載した車両であって、
ルーフを覆うように設けられ１以上の前記ガス燃料タンクを収納可能なタンク収納空間を形成するルーフカバーと、
前記ルーフカバーに開閉可能に取り付けられ前記タンク収納空間が大気圧を超える所定圧に達したときに閉鎖状態から開放状態になる蓋部材、
を備えたガス燃料タンク搭載車両。
前記蓋部材は、歩道側の方が車道側に比べて弱い強度で取り付けられている、
請求項１に記載のガス燃料タンク搭載車両。
前記蓋部材は、閉鎖状態から開放状態になるときには、歩道側が開放するように取り付けられている、
請求項１又は２に記載のガス燃料タンク搭載車両。
前記蓋部材は、閉鎖状態から開放状態になるときには、車道側の端部を軸として歩道側の端部が上がるように取り付けられている、
請求項１〜３のいずれかに記載のガス燃料タンク搭載車両。
前記蓋部材は、閉鎖状態から開放状態になったときに車両から外れるのを防止する規制部材を介して前記車両又は前記ルーフカバーに取り付けられている、
請求項１〜４のいずれかに記載のガス燃料タンク搭載車両。
前記規制部材は、閉鎖状態から開放状態になった前記蓋部材が前記車両屋根にとどまるように機能する、
請求項５に記載のガス燃料タンク搭載車両。
前記蓋部材は、前記タンク収納空間の内部圧力に応じて閉鎖状態から開放状態になるよう弾性支持されているか又は前記タンク収納空間の内部圧力に応じて開放状態になったあとの開口面積が変化するように弾性支持されている、
請求項１〜６のいずれかに記載のガス燃料タンク搭載車両。