JP6135530B2 - Fuel cell vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池車に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle.
近年、例えば水素ガスを燃料とした燃料電池を用いて走行する燃料電池車が開発されている。車両に燃料電池を搭載する場合には、燃料タンクも車両に搭載する必要がある。 In recent years, for example, fuel cell vehicles that run using a fuel cell using hydrogen gas as a fuel have been developed. When a fuel cell is mounted on a vehicle, a fuel tank must also be mounted on the vehicle.
燃料電池車の航続距離を伸ばすためには、燃料はより多く車両に搭載する必要がある。ここで、車両のスペースを有効活用するために、複数の形状の異なる燃料タンクを搭載するのが一般的である。複数の燃料タンクは、それぞれが配管で接続されている。 In order to increase the cruising range of a fuel cell vehicle, it is necessary to install more fuel in the vehicle. Here, in order to effectively use the space of the vehicle, a plurality of fuel tanks having different shapes are generally mounted. The plurality of fuel tanks are connected by piping.
特許文献1には、逆止弁を使うことなくガスを逆流させない、燃料ガス充填・供給システムの発明が開示されている。
しかしながら、複数のタンクを使用している場合に、燃料タンク同士をつなぐ配管を分岐する必要がある。したがって、分岐部品及びそれぞれの配管について、充填系、供給系で必要であり、コスト高および圧力損失大によるタンクの燃料ガス充填率が上がらないという問題が有る。燃料電池車の走行距離を伸ばすためには、燃料ガスの充填率を向上させる必要があり、燃料ガスの配管経路を簡素化し、配管部品を削減したいという要望が有る。 However, when a plurality of tanks are used, it is necessary to branch the piping connecting the fuel tanks. Therefore, the branch parts and the respective pipes are necessary for the filling system and the supply system, and there is a problem that the fuel gas filling rate of the tank does not increase due to high cost and large pressure loss. In order to extend the travel distance of the fuel cell vehicle, it is necessary to improve the filling rate of the fuel gas, and there is a demand for simplifying the piping path of the fuel gas and reducing the number of piping parts.
本発明にかかる燃料電池車は、複数の燃料タンクが設けられた燃料電池車であって、燃料ガスの減圧を行う高圧減圧弁と、前記高圧減圧弁で減圧された燃料ガスを用いて発電を行うスタックと、を有するスタックケースと、前記燃料電池車の外部から燃料ガスを充填する充填口と、タンク軸が車両の車幅方向に設けられ、前記充填口から供給された燃料ガスを蓄積する第1のタンク部と、タンク軸が車両の前後方向に設けられ、前記第1のタンク部から供給された燃料ガスを蓄積し、前記スタックケースに燃料ガスを供給する第2のタンク部と、を備え、前記第1のタンク部及び前記第2のタンク部のタンクは直列に接続している。
これにより、複数の燃料タンクへの分配配管、配管部品を削減することができる。
A fuel cell vehicle according to the present invention is a fuel cell vehicle provided with a plurality of fuel tanks, and generates power using a high-pressure pressure-reducing valve for depressurizing fuel gas and fuel gas decompressed by the high-pressure pressure-reducing valve. A stack case, a filling port for filling fuel gas from the outside of the fuel cell vehicle, and a tank shaft provided in the vehicle width direction of the vehicle to accumulate fuel gas supplied from the filling port A first tank portion, a tank shaft is provided in the longitudinal direction of the vehicle, a second tank portion that accumulates fuel gas supplied from the first tank portion and supplies fuel gas to the stack case; The tanks of the first tank part and the second tank part are connected in series.
Thereby, distribution piping and piping parts to a plurality of fuel tanks can be reduced.
配管経路を簡素化し、配管の部品点数を削減することができる。 The piping route can be simplified and the number of piping parts can be reduced.
実施の形態1
以下、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、燃料電池車1の構成を示すブロック図である。燃料電池車1は、本体部2と、複数の車輪3を備える。本体部2は、第1のタンク部11と、第2のタンク部12と、充填口13と、第1の配管14と、第2の配管15と、スタックケース16と、クーリングシステム17を備える。また図2は、燃料電池車1の模式図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
第1のタンク部11は、燃料を保持するタンクを有する。以下では第1のタンク部11に備えられたタンクは1つであり、第1のタンク部11はタンクを示すものとして説明する。例えば第1のタンク部11は、燃料電池車1の後部において、タンク軸方向が車幅方向となるように設置されている。第1のタンク部11は、INポートと、OUTポートを有している。典型的には第1のタンク部11のINポートは、充填口13と対向して配置されており、充填口13と連結している。第1のタンク部11のOUTポートは、第1の配管14を介して、第2のタンク部12にと接続している。第1のタンク部11は、充填口13からINポートを介して流入された燃料を蓄積し、OUTポート及び第1の配管14を介して第2のタンク部12に送出する。
なお第1のタンク部11は、充填口13と対向していなくても良く、例えば図3に示すように配置されていても良い。また図4に示すように、充填口13から流入された燃料を、また第1のタンク部11と第2のタンク部12に同時に充填するよう、配管の経路を分岐させる構造としても良い。
The
In addition, the
第2のタンク部12は、燃料を保持するタンクを有している。以下では第2のタンク部12に備えられたタンクは1つであり、第2のタンク部12はタンクを示すものとして説明する。第2のタンク部12は、タンク軸方向が燃料電池車1の前後方向となるように設置されている。典型的には、第2のタンク部12はセンタートンネル内に設置されている。第2のタンク部12のINポートは、第1の配管14を介し、第1のタンク部11のOUTポートに連結している。また第2のタンク部12のOUTポートは、第2の配管15を介して、スタックケース16に連結している。第2のタンク部12は、第1の配管を介して第1のタンク部11から流入された燃料を蓄積し、第2の配管15を介してスタックケース16に送出する。
The
充填口13は、燃料電池車の外部から燃料を充填するための充填口である。例えば充填口13は、燃料電池車1の後方の側面部に設けられている。充填口13は、第1のタンク部11のINポートと、配管を介して接続している。
The
第1の配管14は、第1のタンク部11と第2のタンク部12を接続する配管である。より具体的には、第1の配管14は、第1のタンク部11のOUTポートから送出された燃料を、第2のタンク部12のINポートに流入させるための搬送経路である。
The
第2の配管15は、第2のタンク部12とスタックケース16を接続する配管である。より具体的には、第2の配管15は、第2のタンク部12のOUTポートから送出された燃料を、後述するスタックケース16の高圧減圧弁162に流入させるための搬送経路である。なお第2の配管15は、連続走行等の燃料ガスの連続消費による断熱膨張によって、温度低下が発生する。
The
スタックケース16は、スタック161と、高圧減圧弁162と、供給ユニット163を有する。なおスタックケース16には、その他のシステム部品(図示せず)が備えられていても良い。図5は、スタックケース16とクーリングシステム17の関係を示した図である。
The
スタック161は、燃料電池のセルスタックである。典型的には、スタック161では、空気極、電解質、燃料極を有する複数のセルが、それぞれセパレーターにより仕切られ、積層された状態で設けられている。例えばスタック161では、供給ユニット163から燃料である水素ガス(水素分子)が流入すると、水素分子が水素イオンと電子に分離し、燃料極に水素イオンが充填される。このとき、水素分子から分離した電子により発電が行われる。なお水素イオンは、燃料極に隣接する電解質を通過し、空気極の酸素と結合して水分子となる。スタック161で生成された電力により、例えばモーターを駆動し、車輪3を動作させる。なおスタック161に設けられたセルは、燃料電池車1が連続走行することなどにより連続稼働した場合に発熱する。
The
高圧減圧弁162は、第2のタンク部12から流入した高圧の燃料に対し、減圧を行う減圧弁である。高圧減圧弁162は減圧された燃料ガスを、供給ユニット163に送出する。なお高圧減圧弁162は、連続走行等の燃料ガスの連続消費による断熱膨張によって、温度低下が発生する。
The high-pressure
供給ユニット163は、高圧減圧弁162から供給された燃料を、スタック161に燃料を供給する。より具体的には供給ユニット163は、スタック161に設けられたセルの燃料極に燃料を供給する。
The
クーリングシステム17は、冷却装置である。クーリングシステム17は、スタック161に設けられた燃料電池セルの冷却を行う。例えばクーリングシステム17は、ラジエーターを有しており、クーラー液をスタック161に流出することにより、スタック161で発生する熱を冷却する。またクーリングシステム17では、図3に示すように、高圧減圧弁162のボディに設けた冷却水路内を、クーラー液が通過することによって、クーラー液の冷却を行う。
The
車輪3は、燃料電池車1の前方の左右と、後方の左右に設けられた車輪である。例えば車輪3は、スタック161で生成された電力より駆動したモーターが回転駆動することにより、動作する。これにより燃料電池車1は、走行状態となる。
The
次に、燃料電池車1における燃料ガスを用いた発電動作、及びスタック161の冷却について説明する。
Next, power generation operation using fuel gas in the
第1のタンク部11は、充填口13から流入した燃料ガスを、INポートから流入する。
The
第1のタンク部11は、第1のタンク部11のOUTポート、及び第1の配管14を介して、第2のタンク部12に燃料ガスを送出する。第2のタンク部12は、INポートから燃料ガスを流入し、燃料ガスを蓄積する。
The
第2のタンク部12は、第2のタンク部12のOUTポート、及び第2の配管15を介して、スタックケース16に送出する。より具体的には、第2のタンク部12は、スタックケース16の高圧減圧弁162を介して、供給ユニット163に送出する。
The
高圧減圧弁162は、第2のタンク部12から流入した燃料ガスの圧力を低下させる。例えば高圧減圧弁162は、燃料ガスが流れる通路を絞ることにより流量を調節し、高圧減圧弁162を通過した後の燃料ガスの圧力を低下させる。ここで第2の配管15と高圧減圧弁162は、連続走行による燃料ガスの連続消費による断熱膨張により、温度低下が発生する。ここで高圧減圧弁162及び第2の配管15は、スタックケース16内に収められていることにより、スタックケース16内の温度を低下させる。
The high pressure
供給ユニット163は、高圧減圧弁162で減圧された燃料ガスを蓄積する。供給ユニット163は、燃料ガスをスタック161に送出する。
The
スタック161は、供給ユニット163から供給された燃料ガスを用い、内部に収められているセルで発電を行う。スタック161で発電された電力は、例えば燃料電池車1を走行するための動力の駆動に用いる。
The
ここでスタック161において、セルによる発電が連続的に行われると、セルが発熱し発電効率が低下する。したがってクーリングシステム17は、スタック161の冷却を行う。例えばクーリングシステム17は、クーラー液をスタック161に送出し、その後、クーラー液はスタック161の熱を吸収してクーリングシステム17に戻る。これにより、スタック161の熱を冷却する。
Here, in the
ここでクーリングシステム17は、冷却水路を高圧減圧弁162のボディ内に配置しておき、熱を吸収した後のクーラー液を、冷却水路を通過させることにより、高圧減圧弁162の温度低下を利用してクーラー液の冷却を行う。またクーリングシステム17は、熱を吸収した後のクーラー液の熱を、ラジエーターによって大気中に放熱することによって冷却してもよい。
Here, the
なお、高圧減圧弁162の断熱膨張効果による温度低下を、クーリングシステム17のクーラー液の冷却にのみ用いる場合には、高圧減圧弁162をスタックケース16の外に設けても良い。
Note that when the temperature drop due to the adiabatic expansion effect of the high pressure
これにより、センタートンネル内に燃料タンクを設置する場合の配管の取り回しを簡素化することができる。すなわち第1のタンク部11と第2のタンク部12とを直列接続し、第1のタンク部11を充填系、第2のタンク部12を供給系として、第2のタンク部12からのみ高圧減圧弁162に燃料の供給を行う構成にすることにより、配管の取り回しを簡素化することができる。ここで、第1のタンク部11のタンクバルブの中で継手の機能を満たせば、供給系は並列であっても良い。
高圧減圧弁をスタックケースに配置することにより、高圧減圧弁および高圧減圧弁に接続する配管における燃料ガスの連続消費に伴う断熱膨張によって発生する温度低下を、スタックの冷却に用いることができる。これにより高圧減圧弁の過度な温度低下が抑制され、高圧減圧弁の使用環境として極低温時をカバーせずに済む。したがって、高圧減圧弁の設計自由度が増す。また、高圧減圧弁の温度低下によりスタックの冷却を行うことから、クーリングユニットの低能力化が図れる。そのため、クーリングユニットをコンパクト化し、低コストにすることができる。
さらに、高圧減圧弁のボディ内にクーリングユニットの冷却水路を設けることで、クーラー液を冷却することができる。そのため、高圧減圧弁をスタックケース内に設置しない場合であっても、高圧減圧弁を冷却系のシステムとして利用することができる。
As a result, it is possible to simplify the piping arrangement when the fuel tank is installed in the center tunnel. That is, the
By disposing the high-pressure pressure reducing valve in the stack case, a temperature drop caused by adiabatic expansion accompanying continuous consumption of fuel gas in the high-pressure pressure reducing valve and piping connected to the high pressure pressure reducing valve can be used for cooling the stack. As a result, an excessive temperature drop of the high pressure reducing valve is suppressed, and it is not necessary to cover an extremely low temperature as the use environment of the high pressure reducing valve. Accordingly, the degree of freedom in designing the high pressure pressure reducing valve is increased. Moreover, since the stack is cooled by the temperature drop of the high pressure reducing valve, the cooling unit can be reduced in capacity. Therefore, the cooling unit can be made compact and the cost can be reduced.
Furthermore, the cooling liquid of the cooling unit can be provided in the body of the high pressure reducing valve to cool the cooler liquid. Therefore, even when the high pressure reducing valve is not installed in the stack case, the high pressure reducing valve can be used as a cooling system.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、燃料電池車1において、第1のタンク部11と、第2のタンク部12には、それぞれ1つのタンクを有するものとして説明したが、それぞれのタンク部において複数のタンクを有していても良い。例えば第2のタンク部12が複数のタンクを有している場合には、それぞれのタンクを直列で接続してもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the
1 燃料電池車
2 本体部
3 車輪
11 第1のタンク部
12 第2のタンク部
13 充填口
14 第1の配管
15 第2の配管
16 スタックケース
161 スタック
162 高圧減圧弁
163 供給ユニット
17 クーリングシステム
DESCRIPTION OF
Claims (1)
燃料の減圧を行う高圧減圧弁と、
前記高圧減圧弁で減圧された燃料を用いて発電を行うスタックと、を有するスタックケースと、
前記スタックにクーラー液を送出し、前記スタックから戻ってきたクーラー液を前記高圧減圧弁のボディ内に配置された冷却水路を通過させた後に再び前記スタックに送出するクーリングシステムと、
前記燃料電池車の外部から燃料を充填する充填口と、
タンク軸が車両の車幅方向に設けられ、前記充填口から供給された燃料を蓄積する第1のタンク部と、
タンク軸が車両の前後方向に設けられ、前記第1のタンク部から供給された燃料を蓄積し、前記スタックケースに燃料を供給する第2のタンク部と、を備え、
前記第1のタンク部及び前記第2のタンク部のタンクは直列に接続している、
燃料電池車。 A fuel cell vehicle provided with a plurality of fuel tanks,
A high pressure reducing valve for depressurizing the fuel;
A stack case that generates power using fuel decompressed by the high-pressure pressure reducing valve, and
A cooling system that sends out the cooler liquid to the stack, and sends the cooler liquid returned from the stack to the stack again after passing through the cooling water passage disposed in the body of the high pressure reducing valve;
A filling port for filling fuel from the outside of the fuel cell vehicle;
A first tank portion that is provided in a vehicle width direction of the vehicle and accumulates fuel supplied from the filling port;
A tank shaft is provided in the front-rear direction of the vehicle, and accumulates fuel supplied from the first tank portion, and includes a second tank portion that supplies fuel to the stack case,
The tanks of the first tank part and the second tank part are connected in series,
Fuel cell vehicle.
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