JP5249652B2 - 車両用燃料電池システム - Google Patents

Description

この発明は、車両用燃料電池システムに係り、特に信頼性の高い燃料ガスタンクを構築することが可能な車両用燃料電池システムに関する。

圧縮水素を燃料（燃料ガス）とする燃料電池システムを搭載する車両には、タンクユニットが搭載されている。このタンクユニットの燃料ガスタンク（水素タンク）に組み付けるバルブブロックには、燃料ガスの温度を検出するする温度検出手段（温度センサ）が組み込まれている。これは、燃料ガスの特性として、燃料ガスタンクの充填時に、燃料ガスの温度が上昇し、燃料ガスの放出時には燃料ガスの温度が低下するため、タンクユニットの使用温度が適切か確認するために必要なものである。

従来、高圧タンクのシール構造には、高圧タンクのシール部材の温度を調整する温度調整手段を、シール部材に隣接して設けたものがある。
高圧容器用温度センサ取付構造には、高圧容器内の温度を計測する温度センサを、高圧容器の開口を閉鎖するボスエンドに、センサハウジングを介して取り付けたものがある。
特開２００８−８３７８号公報 特開２００７−２１２２８７号公報

ところで、従来、燃料電池システムにおいて、燃料ガスタンクの使用下限温度と、燃料ガスタンクのタンク本体とバルブブロック間に設置されるシール部材（Ｏリング）の使用下限温度とが、異なる場合に（通常、燃料ガスタンクの使用下限温度の方が低い）、温度センサをバルブブロックの先端にのみ配置して、この温度センサで燃料ガスの温度を検出するとともに、燃料ガスタンクのタンク本体とシール部材との温度が何度位になるかの指標としていた。
しかし、このような場合には、シール部材周辺の温度が正確に測定できず、余裕値を見込んで、燃料ガスの放出量が大きな余裕を持って行わなければならなかった。
また、上記特許文献１においては、補機が多くなり、シール部材の適正な温度域での使用が困難であった。
更に、上記特許文献２においては、その構造が複雑になるという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、燃料ガスタンクの開口部とバルブブロックとの間のシール部材の正確な温度を測定し、信頼性の高い燃料ガスタンクを構築することが可能な燃料電池システムを提供することにある。

この発明は、車両に搭載された燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクとを備え、この燃料ガスタンクの開口部にバルブブロックを結合し、前記開口部と前記バルブブロックとの間にシール部材を設けた車両用燃料電池システムにおいて、前記開口部は内周面に前記シール部材を収納するシール溝を備え、前記バルブブロックは前記開口部の厚さに対応する長さの大径部を備え、前記バルブブロックには、前記大径部の先端側に径方向に延出する壁部を設けるとともにこの壁部と前記大径部との間で前記大径部の外周面に開口する隔室を形成し、この隔室は、前記シール部材が前記大径部と接触する部位よりも前記燃料ガスタンクの内側側であり、かつ前記シール部材が前記大径部と接触する部位と隣接する位置に配置され、前記大径部には、前記シール部材の近傍の温度を検出するように、先端が前記隔室内に露出する第１温度検出手段を設けたことを特徴とする。

この発明の燃料電池システムは、燃料ガスタンクの開口部とバルブブロックとの間にシール部材を設け、このシール部材の正確な温度を計測して信頼性の高い燃料ガスタンクを構築することが可能となる。

この発明は、燃料ガスタンクの開口部とバルブブロックとの間のシール部材の正確な温度を計測し、信頼性の高い燃料ガスタンクを構築する目的を、シール部材の温度が使用下限温度未満となり、燃料ガスが燃料ガスタンクの開口部とバルブブロックとの隙間から漏れてしまうような状況に陥ることがないようにして実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図３、図４において、１は燃料電池車の燃料電池システムである。この燃料電池システム１は、燃料電池車に搭載された燃料電池２と、この燃料電池２に燃料ガス（水素）を供給するタンクユニット３の円筒状の燃料ガスタンク（高圧水素タンク）４とを備える。この燃料電池２と燃料ガスタンク４とは、燃料供給管５で連結している。燃料ガスタンク４は、タンク本体６内に燃料ガス貯蔵空間７を形成している。

タンク本体６には、ガスを充填、放出するための開口部９が形成されている。この開口部９は、口金構造を有し、内面に雌ねじ１８が形成されている。
燃料ガスタンク４の開口部９には、燃料ガス出力管５の端部を接続したバルブブロック１０が設けられる。
タンクユニット３にあっては、円筒状の二つの燃料ガスタンク４から構成され、この二つの燃料ガスタンク４の開口部９（バルブブロック１０側）を車両左側に向けて、横たわるように配置されている。具体的には、燃料ガスタンク４は、タンク固定フレームに載せられた状態で、タンク固定用バンドを用いてタンク固定フレームに固定されている。タンク固定フレームは、燃料ガスタンク４を搭載した状態で、車両フロアに下方より固定されている。これにより、燃料ガスタンク４は、燃料電池車に搭載されることになる。

バルブブロック１０は、図１に示すように、燃料ガスタンク４からの燃料ガスの充填放出を制御するものであり、燃料ガスタンク４の外部に位置するブロック本体１１と、開口部９から燃料ガスタンク４の内部に位置するブロック挿入部１２とを備えている。
このブロック挿入部１２は、タンク本体６の開口部９の厚さに対応する長さの大径部１３と、燃料ガス貯蔵空間７内に突出する小径部１４とからなる。
開口部９には、タンク本体６とブロック体１１との間のフランジ部１６と、開口部９の厚さに対応する長さの係合部１７とからなり、バルブブロック１０の大径部１３が固定されている。

開口部９の内周面には、所定長さの雌ねじ１８が形成されるとともに、この雌ねじ１８の先端側にシール部材（Ｏリング）１９を設けるシール溝２０が形成されている。
バルブブロック１０の大径部１３の外周面には、開口部９の内周面に形成された雌ねじ１８に螺合する雄ねじ２１が形成される。
よって、バルブブロック１０は、燃料ガスタンク４の開口部９にねじ結合によって締結される。また、シール部材１９は、燃料ガスタンク４の開口部９とバルブブロック１０の大径部１３との間に配設され、燃料ガス貯蔵空間７の気密性を保持する。

バルブブロック１０には、シール部材１９近傍の温度を検出するように、大径部１３で第１温度検出手段（温度センサ）２２が設けられる。この第１温度検出手段２２には、バルブブロック１０の内部を通って外部に延出する第１検出信号線２３が接続している。この第１検出信号線２３は、制御手段２４に連絡している。
そして、この制御手段２４においては、シール部材１９の実温度とシール部材１９近傍の温度とを事前に測定し、その温度関係をマップにして設定することで、シール部材１９近傍の温度の測定でシール部材１９自体の正確な温度を判断することが可能となり、よって、ボルトネックとなるシール部材１９の温度を把握することが可能となる。
また、バルブブロック１０には、燃料ガスタンク４から燃料電池２へと燃料ガスを供給する燃料ガス出力管５、シール部材１９の周囲温度を測定する第１温度検出手段２２の他、燃料ガス供給口から燃料フィルタを経由して充填される燃料ガスを燃料ガスタンク４ヘと供給する燃料ガス供給配管が接続される。

このような構造において、燃料ガスタンク４の開口部９にバルブブロック１０を設け、燃料ガスタンク４の開口部９とバルブブロック１０との間にシール部材１９を設け、バルブブロック１０にはシール部材１９近傍の温度を検出する第１温度検出手段２２を設けたことから、燃料ガスタンク４内に貯蔵された燃料ガスを、燃料電池２に供給するために放出する燃料ガス供給量（放出量）を決定する上で重要な要素であるシール部材１９の正確な温度を計測することが可能である。よって、シール部材１９の温度が使用下限温度未満となり燃料ガスが燃料ガスタンク４の開口部９とバルブブロック１０との隙間から漏れてしまうような状況に陥ることのない信頼性の高い燃料ガスタンク４を構築することが可能である。

また、図１、図２に示すように、バルブブロック１０の先端には、ブロック挿入部１２で、第１温度検出手段２２に直接燃料ガスが当たらないように、壁部２５が径方向に延出して設けられる。
これにより、燃料ガスタンク４内に貯蔵された燃料ガスを燃料電池２へ放出する場合において、放出される燃料ガスが第１温度検出手段２２に直接当たるのを防ぐことができ、よって、シール部材１９の周囲の正確な温度を検出することが可能となる。

更に、図１、図２に示すように、第１温度検出手段２２は、燃料ガスタンク４の開口部９とバルブブロック１０とから構成される隔室２６に設けられている。この隔室２６は、前記壁部２５と開口部９の係合部１７の先端部１７Ａとの間に形成される。
これにより、燃料ガスタンク４内に貯蔵された燃料ガスを燃料電池２へ放出する状況（過程）においても、燃料ガスタンク４内を循環する放出される燃料ガス自体の温度に影響されることがない。よって、シール部材１９の周囲の正確な温度を検出することが可能である。

また、図１に示すように、バルブブロック１０には、小径部１４の先端で、燃料ガスタンク４内の温度を検出する第２温度検出手段（温度センサ）２７が設けられる。この第２温度検出手段２７には、バルブブロック１０の内部を通って外部に延出する第２検出信号線２８が接続している。この第２検出信号線２８は、制御手段２４に連絡している。
これにより、制御手段２４において、第２温度検出手段２７による燃料ガスの温度と第１温度検出手段２２によるシール部材１９の温度とを同時に把握し、燃料ガスの放出量の調整等の制御をより細かく行い、燃料ガスを効率良く使用させることが可能となる。
また、二つの第１温度検出手段２２と第２温度検出手段２７とを、共に、バルブブロック１０に組み込むことができるので、第１温度検出手段２２・第２温度検出手段２７から延びる配線を束ねるクランプや、コネクタを共有化することが可能である。

この実施例に係る燃料電池システム１おいては、上記の特許文献１と比較して、補機が少なく、シール部材１９を適正な温度域でのみ使用することが可能となる。
また、上記の特許文献２と比較して、燃料ガスタンク４内の温度ではなく、開口部９に取り付けられたシール部材１９の周囲の温度を測定することが目的であり、また、バルブブロック１０と第１温度検出手段２２・第２温度検出手段２７とが一体的なので、組付性が良く、さらに、調整する必要がなく、構造を簡単にすることが可能となる。

なお、この発明においては、温度がボトルネックとなる部品の近傍に温度測定位置を設ける場合でも、同様の効果を得る。

この発明に係る車両用燃料電池システムを、水素のみならず他の気体燃料の各種車両に適用することができる。

バルブブロックを取り付けた燃料ガスタンクの開口部の断面図である。 図１の矢印ＩＩによる拡大断面図である。 燃料ガスタンクの一部概略断面図である。 燃料ガスタンクの斜視図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池
４ 燃料ガスタンク
６ タンク本体
９ 開口部
１０ バルブブロック
１１ ブロック本体
１２ ブロック挿入部
１３ 大径部
１４ 小径部
１９ シール部材
２０ シール溝
２２ 第１温度検出手段
２４ 制御手段
２５ 壁部
２６ 隔室
２７ 第２温度検出手段

Claims (2)

1. 車両に搭載された燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクとを備え、
   この燃料ガスタンクの開口部にバルブブロックを結合し、
   前記開口部と前記バルブブロックとの間にシール部材を設けた車両用燃料電池システムにおいて、
   前記開口部は内周面に前記シール部材を収納するシール溝を備え、
   前記バルブブロックは前記開口部の厚さに対応する長さの大径部を備え、
   前記バルブブロックには、前記大径部の先端側に径方向に延出する壁部を設けるとともにこの壁部と前記大径部との間で前記大径部の外周面に開口する隔室を形成し、この隔室は、前記シール部材が前記大径部と接触する部位よりも前記燃料ガスタンクの内側側であり、かつ前記シール部材が前記大径部と接触する部位と隣接する位置に配置され、
   前記大径部には、前記シール部材の近傍の温度を検出するように、先端が前記隔室内に露出する第１温度検出手段を設けたことを特徴とする車両用燃料電池システム。
2. 前記バルブブロックは、前記大径部から前記燃料ガスタンクの内側へ延びる小径部を備え、
   この小径部の先端には、前記燃料ガスタンク内の温度を検出する第２温度検出手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。

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