JP2003151605A - 燃料電池システムボックス - Google Patents
燃料電池システムボックスInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 各機能別にユニット化された燃料電池システ
ムを自動車に搭載する際に、水、泥、チッピング等から
保護し、高電圧部品に乗員等が触れないようにし、車室
内に水素が入り込むのを防止した燃料電池システムボッ
クスを提供する。 【解決手段】 燃料電池ボックス本体２には、スタック
本体の熱を冷却する冷却手段を備える冷却系ユニットＵ
１と、スタック本体の電力を制御する制御手段を備える
制御系ユニットＵ２と、スタック本体に水分を供給する
加湿手段を備える加湿系ユニットＵ３とが収容されてい
る。これらの冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ
２、および加湿系ユニットＵ３は、それぞれ個別のユニ
ットとして形成されている。燃料電池ボックス本体２の
上方開口はカバーによって密閉されている。
ムを自動車に搭載する際に、水、泥、チッピング等から
保護し、高電圧部品に乗員等が触れないようにし、車室
内に水素が入り込むのを防止した燃料電池システムボッ
クスを提供する。 【解決手段】 燃料電池ボックス本体２には、スタック
本体の熱を冷却する冷却手段を備える冷却系ユニットＵ
１と、スタック本体の電力を制御する制御手段を備える
制御系ユニットＵ２と、スタック本体に水分を供給する
加湿手段を備える加湿系ユニットＵ３とが収容されてい
る。これらの冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ
２、および加湿系ユニットＵ３は、それぞれ個別のユニ
ットとして形成されている。燃料電池ボックス本体２の
上方開口はカバーによって密閉されている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車に搭載さ
れ、燃料電池を収容する燃料電池システムボックスに関
する。 【０００２】 【従来の技術】近年、エンジンに代えて走行用モータを
搭載する各種の電気自動車が開発されている。この種の
電気自動車の一つとして、燃料電池システムを走行用モ
ータの電源として搭載する自動車の開発が進められてい
る。 【０００３】その一方、燃料電池は、その他の発電を必
要とする分野においても、広く用いられている。その例
として、特開平５−２１０８４号公報に開示されたユニ
ット組立型燃料電池発電システムがある。この組立型燃
料電池発電システムは、燃料電池発電システムを複数の
機能別ユニットに分離し、分離した機能別システムの構
成要素をそれぞれ独立架台を有するフレーム内にあらか
じめ組み立ててなる複数の機能別ユニットとしている。
そして、この複数の機能別ユニットを共通架台上に配設
して一体化したものである。かかる組立燃料電池発電シ
ステムにおいては、組立作業を容易化し省時間化でき、
連続生産に適した燃料電池発電システムとすることがで
きる。また、分解点検、修理を容易化、省時間化するこ
とができるものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示されて
いるような燃料電池発電システムは、たとえば工場プラ
ントにおいて静置して使用するものであり、自動車に搭
載されるものではない。このような燃料電池発電システ
ムをたとえば自動車に搭載して使用する際には、スペー
スの関係上、自動車の床下に配設するのが好適となる
が、この場合には、次のような問題がある。 【０００５】まず、自動車では、走行するときに、水、
泥、チッピング等から燃料電池発電システムを保護する
必要が生じる。ところが、前記公報に開示された燃料電
池発電システムでは、そのような保護機能を有していな
かった。 【０００６】また、前記公報に開示された燃料電池発電
システムでは、各ユニットが露出しており、外部からの
接触が容易にできてしまうが、燃料電池発電システムに
は、高電圧を生じる部品も含まれている。これらの高電
圧の部品に容易に接触できてしまうと、たとえば乗員が
点検等を行おうとする際に、これらの部品に誤って触れ
てしまうことが懸念される。 【０００７】さらに、燃料電池発電システムは、床下、
すなわち車室の下に配置されていることになり、燃料電
池発電システムから漏れ出した水素が、車室内に入り込
むことがある。 【０００８】そこで、本発明の課題は、各機能別にユニ
ット化された燃料電池システムを自動車に搭載する際
に、水、泥、チッピング等から保護し、高電圧部品に乗
員等が触れないようにし、さらには、車室内に水素が入
り込むのを防止した燃料電池システムボックスを提供す
ることにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明に係る燃料電池システムボックスは、自動車に搭載さ
れ電気を供給する燃料電池が収容され、上方開口された
箱部を備え、前記箱部には、前記燃料電池を冷却する冷
却手段と、前記燃料電池の電力を制御する制御手段と、
前記燃料電池に水分を供給する加湿手段とが収容され、
前記冷却手段、前記制御手段、および前記加湿手段がそ
れぞれ個別のユニットとして形成されており、前記燃料
電池および各ユニットを収容した前記箱部の上方開口を
密閉する天蓋が設けられていることを特徴とする燃料電
池システムボックスである。 【００１０】本発明に係る燃料電池システムボックス
は、それぞれ機能が異なる加湿手段、冷却手段、および
制御手段がそれぞれ個別のユニットとして構成されてい
る。このため、生産性に優れるとともに、分解点検、修
理の容易化などを図ることができる。 【００１１】また、これらのユニットは箱部に収容さ
れ、箱部の上方開口は天蓋によって密閉されている。こ
のため、箱部の内部の各ユニットを水、泥、チッピング
などの外部入力から好適に保護することができる。ま
た、ドライバなどが、高電圧部品などに不意に触れるこ
とや燃料電池から漏洩した水素が車室内に入り込むこと
などを適切に防止することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に
係る燃料電池システムボックスを搭載する車両の側断面
図、図２は、燃料電池システムボックスの分解斜視図、
図３は、燃料電池システムボックス本体の斜視図、図４
は、各ユニットを搭載した燃料電池システムボックス本
体の概要を示す斜視図、図５は、燃料電池システムボッ
クスの内部構造を示すブロック図である。 【００１３】図１に示すように、本発明に係る燃料電池
システムボックス１は、車両Ｍにおける床下に搭載され
ている。燃料電池システムボックス１の上方には、ドラ
イバＤ，Ｄなどが乗車する車室が形成されている。ま
た、燃料電池システムボックス１の前方には、車輪を駆
動するためのモータなどを含む電動機体１１や冷却用の
ラジエタ１２が配設されている。さらに、燃料電池シス
テムボックス１の後方には、電池を蓄える蓄電手段１
３、水素を蓄える高圧水素容器１４が配設されている。 【００１４】燃料電池システムボックス１は、図２に示
すように、本発明の箱部である燃料電池システムボック
ス本体（以下、「ボックス本体」という）２と、本発明
の天蓋であるカバー３を備えている。ボックス本体２の
上方開口はカバー３に覆われている。また、ボックス本
体２とカバー３との間には、シール４が介在されてお
り、ボックス本体２の上方開口は、カバー３によって密
閉されている。ボックス本体２の四隅には、それぞれボ
ルト孔２Ａ，２Ａ…が形成されており、カバー３の四隅
にはボルト孔３Ａ，３Ａ…がそれぞれ形成されている。
これらのボルト孔２Ａ，２Ａ…、３Ａ，３Ａ…にそれぞ
れボルトＢ，Ｂ…がねじ込まれることにより、ボックス
本体２とカバー３とを共締めしながら車両Ｍにおける図
示しない車体フレームに設けられたナットに螺合させら
れていく。この結果、車体フレームに燃料電池システム
ボックス１が取り付けられて固定される。 【００１５】図３に示すように、ボックス本体２は、底
パネル２１を備えており、底パネル２１の左右両側に
は、それぞれ左右側部フレーム２２，２３が設けられて
いる。また、左右側部フレーム２２，２３のそれぞれの
上部には、サイドパネル２４，２５が設けられている。
ボックス本体２の前方には、フロントパネル２６が設け
られており、後方にはリアパネル２７が設けられてい
る。 【００１６】底パネル２１における前方位置には、冷却
系ユニットを載置するための冷却系ユニット用台座２１
Ａが形成されている。冷却系ユニット用台座２１Ａの後
方には、制御系ユニットを載置するための制御系ユニッ
ト用台座２１Ｂが形成されており、さらにその後方に
は、加湿系ユニットを載置するための加湿系ユニット用
台座２１Ｃが形成されている。また、フロントパネル２
６には、ボックス本体２の内側に空気を供給するための
ボックス内空気供給孔２８が形成されている。さらに、
図２に示すように、ボックス本体２の上方に設けられた
カバー３の後部には、燃料電池システムボックス１内に
漏洩した水素や送り込まれた空気を排出するためのボッ
クス内水素排出孔２９が形成されている。 【００１７】また、図４および図５に示すように、燃料
電池システムボックス１内には、それぞれ燃料電池シス
テムの一部となる冷却系ユニットＵ１、制御系ユニット
Ｕ２、および加湿系ユニットＵ３が配設されている。冷
却系ユニットＵ１は、冷却系ユニット用台座２１Ａ（図
３）上に載置されて固定されており、燃料電池を冷却す
る冷却手段を有している。冷却手段は、たとえばポンプ
３１、中間熱交換器３２、サーモスタット３３、および
気液分離装置３４を備えている。制御系ユニットＵ２
は、制御系ユニット用台座２１Ｂ（図３）上に載置され
て固定されており、本発明の燃料電池（以下、「スタッ
ク本体」という）４１、およびスタック本体４１の電力
を制御する制御装置４２を備えている。加湿系ユニット
Ｕ３は、加湿系ユニット用台座２１Ｃ（図３）上に載置
されて固定されており、スタック本体４１に水分を供給
する加湿手段を有している。加湿手段は、スタック本体
４１のアノード側に供給する水素を加湿するアノード加
湿器５１、およびスタック本体４１のカソード側に供給
する空気（酸素）を加湿するカソード加湿器５２を備え
ている。 【００１８】冷却系ユニットＵ１におけるポンプ３１
は、制御系ユニットＵ２におけるスタック本体４１と接
続されている。その一方、中間熱交換器３２とも接続さ
れており、スタック本体４１から排出された冷却液を中
間熱交換器３２に送出している。中間熱交換器３２は、
ポンプ３１から供給された冷却液を冷却し、冷却した冷
却液をサーモスタット３３に供給している。サーモスタ
ット３３には、中間熱交換器３２から排出される冷却液
およびポンプ３１から排出される冷却液が供給される。
サーモスタット３３では、その開口比率を調整すること
により、中間熱交換器３２およびポンプ３１から供給さ
れる冷却液の割合を調整して、スタック本体４１に適温
の冷却液を供給するようにしている。また、サーモスタ
ット３３は、気液分離装置３４に接続されており、温度
調整した冷却液を気液分離装置３４に供給している。他
方、中間熱交換器３２は、燃料電池システムボックス１
の外部に設けられたイオン交換器３５に接続されてい
る。イオン交換器３５では、冷却液中にある金属イオン
などの各種イオンを除去し、スタック本体４１の電気的
絶縁性の悪化を防止している。 【００１９】気液分離装置３４では、サーモスタット３
３から供給された冷却液における空気を分離している。
そして、余分な空気が分離された冷却液が制御系ユニッ
トＵ２におけるスタック本体４１に供給される。 【００２０】制御系ユニットＵ２に設けられたスタック
本体４１は、多数、たとえば数百枚程度のセルを備えて
おり、電解質膜を挟んでアノード極側およびカソード極
側に分けられ、それぞれに白金系の触媒を含むアノード
電極およびカソード電極が配設されている。アノード電
極には、水素からプロトンを生成する触媒が含まれてお
り、カソード電極には酸素から酸素イオンを生成する触
媒が含まれている。 【００２１】また、アノード極側には、加湿系ユニット
Ｕ３におけるアノード加湿器５１から高湿潤な水素が供
給され、カソード極側にはカソード加湿器５２から酸素
を含む高湿潤な空気が供給される。アノード極側におけ
るアノード電極に水素が供給されると、触媒作用で水素
がイオン化してプロトンが生成し、生成したプロトン
は、電解質膜中を移動してカソード電極に到達する。そ
して、カソード電極に到達したプロトンは、触媒の存在
下、供給空気の酸素と直ちに反応して水を生成する。ま
た、アノード電極では水素がイオン化する際に電子ｅ-
が生成するが、この生成した電子ｅ-は、モータなどの
外部負荷を経由してカソード電極に達する。こうして、
スタック本体４１は、電動機体１１におけるモータや蓄
電手段１３などに電気を供給している。 【００２２】制御系ユニットＵ２に設けられる制御装置
４２は、スタック本体４１の後方奥方、後方手前側、お
よび上方等に配置されており、スタック本体４１の状態
監視、スタック本体４１による発電電力の調節、この発
電電力の外部等への接続・遮断を行っている。 【００２３】加湿系ユニットＵ３に設けられたアノード
加湿器５１は、高圧水素容器１４(図１)から供給された
水素をスタック本体４１に供給する際に、スタック本体
４１から排出された水素との間で水分交換させて加湿す
るものである。このアノード加湿器５１は、複数、たと
えば５本のモジュールを備えており、これらのモジュー
ルには、それぞれ複数、たとえば数千本の中空糸膜が充
填されている。中空糸膜の内側に高圧水素容器１４から
供給される乾いた水素が通流し、中空糸膜の外側にスタ
ック本体４１から排出される湿った水素が通流すること
により、水分交換を行う。こうして、高圧水素容器１４
から供給される水素を加湿して、適切な湿度の水素をス
タック本体４１のアノード側に供給する。 【００２４】一方、カソード加湿器５２は、外気から導
入した空気をスタック本体４１に供給する際に、スタッ
ク本体４１から排出された空気との間で水分交換させて
加湿するものである。カソード加湿器５２は、アノード
加湿器５１と同様、複数、たとえば５本のモジュールを
備えており、これらのモジュールには、それぞれ複数、
たとえば数千本の中空糸膜が充填されている。中空糸膜
の内側に外気から導入される乾いた空気が通流し、中空
糸膜の外側にスタック本体４１から排出される湿った空
気が通流することにより、水分交換が行われる。こうし
て、外気から導入される空気を加湿して、適切な湿度の
空気をスタック本体４１のカソード側に供給する。 【００２５】また、ボックス本体２には、図５に示すよ
うに、水素供給系６１および水素循環系６２が設けられ
ている。ボックス本体２内に設けられた水素供給系６１
は、加湿系ユニットＵ３の後方に設けられており、高圧
水素容器１４とアノード加湿器５１の間に介在される。
そして、高圧水素容器１４から供給される水素をアノー
ド加湿器５１に導入している。また、水素循環系６２
は、制御系ユニットＵ２と加湿系ユニットＵ３の間に配
設されている。そして、スタック本体４１から排出され
る水素をアノード加湿器５１に循環供給して、無駄なく
水素を利用するようにしている。 【００２６】ボックス本体２におけるフロントパネル２
６に形成されたボックス内空気供給孔２８の前方には、
図５に示すように、換気系ユニット７１が設けられてい
る。換気系ユニット７１は、ボックス内空気供給孔２８
を介してボックス本体２内に空気を導入している。 【００２７】ボックス本体２に導入された空気は、ボッ
クス本体２内を後方に流れ、ボックス本体２に漏れ出し
た水素をカバー３に形成されたボックス内水素排出孔２
９から排出する。こうして、ボックス内水素排出孔２９
は、ボックス本体２内において漏洩した水素の排出用と
して利用される。 【００２８】図２に示すように、カバー３は、その四辺
の下面がボックス本体２の四辺の上面に倣う形状をなし
ている。したがって、シール４を介してボックス本体２
上に載置されることにより、ボックス本体２の上方開口
を密閉することができるようになっている。ボックス本
体２に収容された制御系ユニットＵ２における制御装置
４２の一部は、図４に示すように、上方に突出してい
る。したがって、カバー３の上面中央部には、制御装置
４２の一部から逃げるための突出部３Ｂが形成されてい
る。 【００２９】以上の構成を有する燃料電池システムボッ
クス１においては、それぞれの機能に応じて、冷却系ユ
ニットＵ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニッ
トＵ３としてそれぞれ個別のユニットに形成されてい
る。したがって、たとえば冷却系ユニットＵ１における
ポンプ３１が壊れた場合には、冷却機能を有する冷却系
ユニットＵ１のみを取り外して、修理を行うことができ
るので、その修理が容易なものとなる。かかる修理は、
たとえば他の制御系ユニットＵ２、加湿系ユニットＵ３
のいずれで生じた場合であっても同様のことがいえる。 【００３０】また、燃料電池システムボックス１を製造
する際にも、冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ
２、加湿系ユニットＵ３を並行して製造し、それらが組
み終った後にボックス本体２に収容すればよいので、製
造時間の短縮を図ることができる。 【００３１】その一方、冷却系ユニットＵ１、制御系ユ
ニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３をボックス本体
２に収容した後は、ボックス本体２の上方開口がカバー
３によって密閉されている。このため、冷却系ユニット
Ｕ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３
をそれぞれ水、泥、チッピング等から好適に保護するこ
とができる。また、高電圧部品を含む制御系ユニットＵ
２はボックス本体２に収容されて、カバー３で密閉され
ている。このため、たとえば乗員などが高電圧部品に触
れてしまう事態を防止することができる。さらには、ス
タック本体４１やアノード加湿器５１等から水素が漏洩
した場合であっても、ボックス本体２が密閉されてお
り、かつボックス本体２内に漏洩した水素の排出用空気
が導入され、カバー３の後方のボックス内水素排出孔２
９から排出する。したがって、燃料電池システムボック
ス１が車両における車室の下部に配設された場合であっ
ても、車室に水素を漏れ出させることなく、確実に車外
に排出することができる。 【００３２】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものでは
ない。たとえば、換気系ユニット７１はボックス本体２
の外部に設けたが、これをボックス本体２の内部に設け
ることができる。また、水素供給系６１および水素循環
系６２は、ユニットを構成することなくボックス本体２
内に配設したが、これらをユニット化してボックス本体
２内に収容することもできる。 【００３３】 【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、各機能
別にユニット化された燃料電池システムを自動車に搭載
する際に、水、泥、チッピング等から保護し、高電圧部
品に乗員等が触れないようにし、さらには、車室内に水
素が入り込むのを防止した燃料電池システムボックスを
提供することができる。
れ、燃料電池を収容する燃料電池システムボックスに関
する。 【０００２】 【従来の技術】近年、エンジンに代えて走行用モータを
搭載する各種の電気自動車が開発されている。この種の
電気自動車の一つとして、燃料電池システムを走行用モ
ータの電源として搭載する自動車の開発が進められてい
る。 【０００３】その一方、燃料電池は、その他の発電を必
要とする分野においても、広く用いられている。その例
として、特開平５−２１０８４号公報に開示されたユニ
ット組立型燃料電池発電システムがある。この組立型燃
料電池発電システムは、燃料電池発電システムを複数の
機能別ユニットに分離し、分離した機能別システムの構
成要素をそれぞれ独立架台を有するフレーム内にあらか
じめ組み立ててなる複数の機能別ユニットとしている。
そして、この複数の機能別ユニットを共通架台上に配設
して一体化したものである。かかる組立燃料電池発電シ
ステムにおいては、組立作業を容易化し省時間化でき、
連続生産に適した燃料電池発電システムとすることがで
きる。また、分解点検、修理を容易化、省時間化するこ
とができるものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示されて
いるような燃料電池発電システムは、たとえば工場プラ
ントにおいて静置して使用するものであり、自動車に搭
載されるものではない。このような燃料電池発電システ
ムをたとえば自動車に搭載して使用する際には、スペー
スの関係上、自動車の床下に配設するのが好適となる
が、この場合には、次のような問題がある。 【０００５】まず、自動車では、走行するときに、水、
泥、チッピング等から燃料電池発電システムを保護する
必要が生じる。ところが、前記公報に開示された燃料電
池発電システムでは、そのような保護機能を有していな
かった。 【０００６】また、前記公報に開示された燃料電池発電
システムでは、各ユニットが露出しており、外部からの
接触が容易にできてしまうが、燃料電池発電システムに
は、高電圧を生じる部品も含まれている。これらの高電
圧の部品に容易に接触できてしまうと、たとえば乗員が
点検等を行おうとする際に、これらの部品に誤って触れ
てしまうことが懸念される。 【０００７】さらに、燃料電池発電システムは、床下、
すなわち車室の下に配置されていることになり、燃料電
池発電システムから漏れ出した水素が、車室内に入り込
むことがある。 【０００８】そこで、本発明の課題は、各機能別にユニ
ット化された燃料電池システムを自動車に搭載する際
に、水、泥、チッピング等から保護し、高電圧部品に乗
員等が触れないようにし、さらには、車室内に水素が入
り込むのを防止した燃料電池システムボックスを提供す
ることにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明に係る燃料電池システムボックスは、自動車に搭載さ
れ電気を供給する燃料電池が収容され、上方開口された
箱部を備え、前記箱部には、前記燃料電池を冷却する冷
却手段と、前記燃料電池の電力を制御する制御手段と、
前記燃料電池に水分を供給する加湿手段とが収容され、
前記冷却手段、前記制御手段、および前記加湿手段がそ
れぞれ個別のユニットとして形成されており、前記燃料
電池および各ユニットを収容した前記箱部の上方開口を
密閉する天蓋が設けられていることを特徴とする燃料電
池システムボックスである。 【００１０】本発明に係る燃料電池システムボックス
は、それぞれ機能が異なる加湿手段、冷却手段、および
制御手段がそれぞれ個別のユニットとして構成されてい
る。このため、生産性に優れるとともに、分解点検、修
理の容易化などを図ることができる。 【００１１】また、これらのユニットは箱部に収容さ
れ、箱部の上方開口は天蓋によって密閉されている。こ
のため、箱部の内部の各ユニットを水、泥、チッピング
などの外部入力から好適に保護することができる。ま
た、ドライバなどが、高電圧部品などに不意に触れるこ
とや燃料電池から漏洩した水素が車室内に入り込むこと
などを適切に防止することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に
係る燃料電池システムボックスを搭載する車両の側断面
図、図２は、燃料電池システムボックスの分解斜視図、
図３は、燃料電池システムボックス本体の斜視図、図４
は、各ユニットを搭載した燃料電池システムボックス本
体の概要を示す斜視図、図５は、燃料電池システムボッ
クスの内部構造を示すブロック図である。 【００１３】図１に示すように、本発明に係る燃料電池
システムボックス１は、車両Ｍにおける床下に搭載され
ている。燃料電池システムボックス１の上方には、ドラ
イバＤ，Ｄなどが乗車する車室が形成されている。ま
た、燃料電池システムボックス１の前方には、車輪を駆
動するためのモータなどを含む電動機体１１や冷却用の
ラジエタ１２が配設されている。さらに、燃料電池シス
テムボックス１の後方には、電池を蓄える蓄電手段１
３、水素を蓄える高圧水素容器１４が配設されている。 【００１４】燃料電池システムボックス１は、図２に示
すように、本発明の箱部である燃料電池システムボック
ス本体（以下、「ボックス本体」という）２と、本発明
の天蓋であるカバー３を備えている。ボックス本体２の
上方開口はカバー３に覆われている。また、ボックス本
体２とカバー３との間には、シール４が介在されてお
り、ボックス本体２の上方開口は、カバー３によって密
閉されている。ボックス本体２の四隅には、それぞれボ
ルト孔２Ａ，２Ａ…が形成されており、カバー３の四隅
にはボルト孔３Ａ，３Ａ…がそれぞれ形成されている。
これらのボルト孔２Ａ，２Ａ…、３Ａ，３Ａ…にそれぞ
れボルトＢ，Ｂ…がねじ込まれることにより、ボックス
本体２とカバー３とを共締めしながら車両Ｍにおける図
示しない車体フレームに設けられたナットに螺合させら
れていく。この結果、車体フレームに燃料電池システム
ボックス１が取り付けられて固定される。 【００１５】図３に示すように、ボックス本体２は、底
パネル２１を備えており、底パネル２１の左右両側に
は、それぞれ左右側部フレーム２２，２３が設けられて
いる。また、左右側部フレーム２２，２３のそれぞれの
上部には、サイドパネル２４，２５が設けられている。
ボックス本体２の前方には、フロントパネル２６が設け
られており、後方にはリアパネル２７が設けられてい
る。 【００１６】底パネル２１における前方位置には、冷却
系ユニットを載置するための冷却系ユニット用台座２１
Ａが形成されている。冷却系ユニット用台座２１Ａの後
方には、制御系ユニットを載置するための制御系ユニッ
ト用台座２１Ｂが形成されており、さらにその後方に
は、加湿系ユニットを載置するための加湿系ユニット用
台座２１Ｃが形成されている。また、フロントパネル２
６には、ボックス本体２の内側に空気を供給するための
ボックス内空気供給孔２８が形成されている。さらに、
図２に示すように、ボックス本体２の上方に設けられた
カバー３の後部には、燃料電池システムボックス１内に
漏洩した水素や送り込まれた空気を排出するためのボッ
クス内水素排出孔２９が形成されている。 【００１７】また、図４および図５に示すように、燃料
電池システムボックス１内には、それぞれ燃料電池シス
テムの一部となる冷却系ユニットＵ１、制御系ユニット
Ｕ２、および加湿系ユニットＵ３が配設されている。冷
却系ユニットＵ１は、冷却系ユニット用台座２１Ａ（図
３）上に載置されて固定されており、燃料電池を冷却す
る冷却手段を有している。冷却手段は、たとえばポンプ
３１、中間熱交換器３２、サーモスタット３３、および
気液分離装置３４を備えている。制御系ユニットＵ２
は、制御系ユニット用台座２１Ｂ（図３）上に載置され
て固定されており、本発明の燃料電池（以下、「スタッ
ク本体」という）４１、およびスタック本体４１の電力
を制御する制御装置４２を備えている。加湿系ユニット
Ｕ３は、加湿系ユニット用台座２１Ｃ（図３）上に載置
されて固定されており、スタック本体４１に水分を供給
する加湿手段を有している。加湿手段は、スタック本体
４１のアノード側に供給する水素を加湿するアノード加
湿器５１、およびスタック本体４１のカソード側に供給
する空気（酸素）を加湿するカソード加湿器５２を備え
ている。 【００１８】冷却系ユニットＵ１におけるポンプ３１
は、制御系ユニットＵ２におけるスタック本体４１と接
続されている。その一方、中間熱交換器３２とも接続さ
れており、スタック本体４１から排出された冷却液を中
間熱交換器３２に送出している。中間熱交換器３２は、
ポンプ３１から供給された冷却液を冷却し、冷却した冷
却液をサーモスタット３３に供給している。サーモスタ
ット３３には、中間熱交換器３２から排出される冷却液
およびポンプ３１から排出される冷却液が供給される。
サーモスタット３３では、その開口比率を調整すること
により、中間熱交換器３２およびポンプ３１から供給さ
れる冷却液の割合を調整して、スタック本体４１に適温
の冷却液を供給するようにしている。また、サーモスタ
ット３３は、気液分離装置３４に接続されており、温度
調整した冷却液を気液分離装置３４に供給している。他
方、中間熱交換器３２は、燃料電池システムボックス１
の外部に設けられたイオン交換器３５に接続されてい
る。イオン交換器３５では、冷却液中にある金属イオン
などの各種イオンを除去し、スタック本体４１の電気的
絶縁性の悪化を防止している。 【００１９】気液分離装置３４では、サーモスタット３
３から供給された冷却液における空気を分離している。
そして、余分な空気が分離された冷却液が制御系ユニッ
トＵ２におけるスタック本体４１に供給される。 【００２０】制御系ユニットＵ２に設けられたスタック
本体４１は、多数、たとえば数百枚程度のセルを備えて
おり、電解質膜を挟んでアノード極側およびカソード極
側に分けられ、それぞれに白金系の触媒を含むアノード
電極およびカソード電極が配設されている。アノード電
極には、水素からプロトンを生成する触媒が含まれてお
り、カソード電極には酸素から酸素イオンを生成する触
媒が含まれている。 【００２１】また、アノード極側には、加湿系ユニット
Ｕ３におけるアノード加湿器５１から高湿潤な水素が供
給され、カソード極側にはカソード加湿器５２から酸素
を含む高湿潤な空気が供給される。アノード極側におけ
るアノード電極に水素が供給されると、触媒作用で水素
がイオン化してプロトンが生成し、生成したプロトン
は、電解質膜中を移動してカソード電極に到達する。そ
して、カソード電極に到達したプロトンは、触媒の存在
下、供給空気の酸素と直ちに反応して水を生成する。ま
た、アノード電極では水素がイオン化する際に電子ｅ-
が生成するが、この生成した電子ｅ-は、モータなどの
外部負荷を経由してカソード電極に達する。こうして、
スタック本体４１は、電動機体１１におけるモータや蓄
電手段１３などに電気を供給している。 【００２２】制御系ユニットＵ２に設けられる制御装置
４２は、スタック本体４１の後方奥方、後方手前側、お
よび上方等に配置されており、スタック本体４１の状態
監視、スタック本体４１による発電電力の調節、この発
電電力の外部等への接続・遮断を行っている。 【００２３】加湿系ユニットＵ３に設けられたアノード
加湿器５１は、高圧水素容器１４(図１)から供給された
水素をスタック本体４１に供給する際に、スタック本体
４１から排出された水素との間で水分交換させて加湿す
るものである。このアノード加湿器５１は、複数、たと
えば５本のモジュールを備えており、これらのモジュー
ルには、それぞれ複数、たとえば数千本の中空糸膜が充
填されている。中空糸膜の内側に高圧水素容器１４から
供給される乾いた水素が通流し、中空糸膜の外側にスタ
ック本体４１から排出される湿った水素が通流すること
により、水分交換を行う。こうして、高圧水素容器１４
から供給される水素を加湿して、適切な湿度の水素をス
タック本体４１のアノード側に供給する。 【００２４】一方、カソード加湿器５２は、外気から導
入した空気をスタック本体４１に供給する際に、スタッ
ク本体４１から排出された空気との間で水分交換させて
加湿するものである。カソード加湿器５２は、アノード
加湿器５１と同様、複数、たとえば５本のモジュールを
備えており、これらのモジュールには、それぞれ複数、
たとえば数千本の中空糸膜が充填されている。中空糸膜
の内側に外気から導入される乾いた空気が通流し、中空
糸膜の外側にスタック本体４１から排出される湿った空
気が通流することにより、水分交換が行われる。こうし
て、外気から導入される空気を加湿して、適切な湿度の
空気をスタック本体４１のカソード側に供給する。 【００２５】また、ボックス本体２には、図５に示すよ
うに、水素供給系６１および水素循環系６２が設けられ
ている。ボックス本体２内に設けられた水素供給系６１
は、加湿系ユニットＵ３の後方に設けられており、高圧
水素容器１４とアノード加湿器５１の間に介在される。
そして、高圧水素容器１４から供給される水素をアノー
ド加湿器５１に導入している。また、水素循環系６２
は、制御系ユニットＵ２と加湿系ユニットＵ３の間に配
設されている。そして、スタック本体４１から排出され
る水素をアノード加湿器５１に循環供給して、無駄なく
水素を利用するようにしている。 【００２６】ボックス本体２におけるフロントパネル２
６に形成されたボックス内空気供給孔２８の前方には、
図５に示すように、換気系ユニット７１が設けられてい
る。換気系ユニット７１は、ボックス内空気供給孔２８
を介してボックス本体２内に空気を導入している。 【００２７】ボックス本体２に導入された空気は、ボッ
クス本体２内を後方に流れ、ボックス本体２に漏れ出し
た水素をカバー３に形成されたボックス内水素排出孔２
９から排出する。こうして、ボックス内水素排出孔２９
は、ボックス本体２内において漏洩した水素の排出用と
して利用される。 【００２８】図２に示すように、カバー３は、その四辺
の下面がボックス本体２の四辺の上面に倣う形状をなし
ている。したがって、シール４を介してボックス本体２
上に載置されることにより、ボックス本体２の上方開口
を密閉することができるようになっている。ボックス本
体２に収容された制御系ユニットＵ２における制御装置
４２の一部は、図４に示すように、上方に突出してい
る。したがって、カバー３の上面中央部には、制御装置
４２の一部から逃げるための突出部３Ｂが形成されてい
る。 【００２９】以上の構成を有する燃料電池システムボッ
クス１においては、それぞれの機能に応じて、冷却系ユ
ニットＵ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニッ
トＵ３としてそれぞれ個別のユニットに形成されてい
る。したがって、たとえば冷却系ユニットＵ１における
ポンプ３１が壊れた場合には、冷却機能を有する冷却系
ユニットＵ１のみを取り外して、修理を行うことができ
るので、その修理が容易なものとなる。かかる修理は、
たとえば他の制御系ユニットＵ２、加湿系ユニットＵ３
のいずれで生じた場合であっても同様のことがいえる。 【００３０】また、燃料電池システムボックス１を製造
する際にも、冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ
２、加湿系ユニットＵ３を並行して製造し、それらが組
み終った後にボックス本体２に収容すればよいので、製
造時間の短縮を図ることができる。 【００３１】その一方、冷却系ユニットＵ１、制御系ユ
ニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３をボックス本体
２に収容した後は、ボックス本体２の上方開口がカバー
３によって密閉されている。このため、冷却系ユニット
Ｕ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３
をそれぞれ水、泥、チッピング等から好適に保護するこ
とができる。また、高電圧部品を含む制御系ユニットＵ
２はボックス本体２に収容されて、カバー３で密閉され
ている。このため、たとえば乗員などが高電圧部品に触
れてしまう事態を防止することができる。さらには、ス
タック本体４１やアノード加湿器５１等から水素が漏洩
した場合であっても、ボックス本体２が密閉されてお
り、かつボックス本体２内に漏洩した水素の排出用空気
が導入され、カバー３の後方のボックス内水素排出孔２
９から排出する。したがって、燃料電池システムボック
ス１が車両における車室の下部に配設された場合であっ
ても、車室に水素を漏れ出させることなく、確実に車外
に排出することができる。 【００３２】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものでは
ない。たとえば、換気系ユニット７１はボックス本体２
の外部に設けたが、これをボックス本体２の内部に設け
ることができる。また、水素供給系６１および水素循環
系６２は、ユニットを構成することなくボックス本体２
内に配設したが、これらをユニット化してボックス本体
２内に収容することもできる。 【００３３】 【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、各機能
別にユニット化された燃料電池システムを自動車に搭載
する際に、水、泥、チッピング等から保護し、高電圧部
品に乗員等が触れないようにし、さらには、車室内に水
素が入り込むのを防止した燃料電池システムボックスを
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムボックスを搭載
する車両の側断面図である。 【図２】燃料電池システムボックスの分解斜視図であ
る。 【図３】燃料電池システムボックス本体の斜視図であ
る。 【図４】各ユニットを搭載した燃料電池システムボック
ス本体の概要を示す斜視図である。 【図５】燃料電池システムボックスの内部構造を示すブ
ロック図である。 【符号の説明】 １ 燃料電池システムボックス ２ （燃料電池システム）ボックス本体（箱部） ３ カバー（天蓋） ４ シール ３１ ポンプ ３２ 中間熱交換器 ３３ サーモスタット ３４ 気液分離装置 ４１ スタック本体（燃料電池） ４２ 制御装置 ５１ アノード加湿器 ５２ カソード加湿器 Ｕ１ 冷却系ユニット（冷却手段） Ｕ２ 制御系ユニット（制御手段） Ｕ３ 加湿系ユニット（加湿手段）
する車両の側断面図である。 【図２】燃料電池システムボックスの分解斜視図であ
る。 【図３】燃料電池システムボックス本体の斜視図であ
る。 【図４】各ユニットを搭載した燃料電池システムボック
ス本体の概要を示す斜視図である。 【図５】燃料電池システムボックスの内部構造を示すブ
ロック図である。 【符号の説明】 １ 燃料電池システムボックス ２ （燃料電池システム）ボックス本体（箱部） ３ カバー（天蓋） ４ シール ３１ ポンプ ３２ 中間熱交換器 ３３ サーモスタット ３４ 気液分離装置 ４１ スタック本体（燃料電池） ４２ 制御装置 ５１ アノード加湿器 ５２ カソード加湿器 Ｕ１ 冷却系ユニット（冷却手段） Ｕ２ 制御系ユニット（制御手段） Ｕ３ 加湿系ユニット（加湿手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ
(72)発明者 波多野 治巳
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 3D035 AA01 AA06
5H027 AA02 CC06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 自動車に搭載され電気を供給する燃料電
池が収容され、上方開口された箱部を備え、前記箱部に
は、前記燃料電池を冷却する冷却手段と、前記燃料電池
の電力を制御する制御手段と、前記燃料電池に水分を供
給する加湿手段とが収容され、 前記冷却手段、前記制御手段、および前記加湿手段がそ
れぞれ個別のユニットとして形成されており、 前記燃料電池および各ユニットを収容した前記箱部の上
方開口を密閉する天蓋が設けられていることを特徴とす
る燃料電池システムボックス。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP2001-263969 | 2001-08-31 | ||
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