JP2006004825A

JP2006004825A - 燃料電池のケース構造

Info

Publication number: JP2006004825A
Application number: JP2004181345A
Authority: JP
Inventors: Masanari Yanagisawa; 政成柳澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20050282058A1

Abstract

【課題】ケースと燃料電池との間の絶縁抵抗の低下を防止する。
【解決手段】運転中は高電位に保持される燃料電池１を、電気的に接地しかつシール機能を有するケース３内に収容し、燃料電池１の外周とケース３との間には空間５を形成する。燃料電池１は、ケース３内においてその底面３ａに絶縁マウント７を介して設置する。ケース３の一方の側壁下部には、空間５内に外気を導入する換気用ガス導入口９を接続し、同他方の側壁下部には、空間５内のガスを外部に排出する換気用ガス排出口１１を接続する。これら各換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１は、燃料電池１から漏洩した空間５内の水素を外部に排出するための換気手段であり、燃料電池１よりも鉛直方向下方に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を収容するケース内の換気機能を備えた燃料電池のケース構造に関する。

従来では、例えば下記特許文献１に記載されているように、燃料電池を収容するケース内で漏れた水素は、ケース上部に滞留しやすいため、換気用のガス導入口やガス排出口はケース上部に接続するのが通例である。
特開２００２−３７３６８５号公報

しかしながら、換気用のガス導入口やガス排出口を、燃料電池より上部に設定していると、例えば燃料電池を搭載する車両の雨天走行時などで、換気用のガス導入口やガス排出口から少量の水が流れ込んだ場合でも、運転中に高電位となっている燃料電池に水が掛かり、掛かった水がケースに流れ落ちることにより、互いに電気的絶縁状態としているケースと燃料電池との間の絶縁抵抗が瞬間的に低下するという問題がある。

そこで、本発明は、ケースと燃料電池との間の絶縁抵抗の低下を防止することを目的としている。

本発明は、燃料電池を、この燃料電池とは電気的に絶縁したケース内に収容し、前記燃料電池外周の前記ケース内の空間に連通する換気用ガス導入口および換気用ガス排出口を、前記燃料電池よりも鉛直方向下方に位置させることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、燃料電池外周のケース内の空間に連通する換気用ガス導入口および換気用ガス排出口を、燃料電池よりも鉛直方向下方に位置させたので、換気用ガス導入口および換気用ガス排出口から少量の水がケース内に入り込んだとしても、この水の燃料電池への接触を防止でき、燃料電池からケースに水が流れ落ちることにより発生する瞬間的な絶縁抵抗の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。運転中は高電位に保持される燃料電池１を、電気的に接地しかつシール機能を有するケース３内に収容し、燃料電池１の外周とケース３との間には空間５を形成する。燃料電池１は、ケース３内においてその底面３ａに絶縁マウント７を介して設置し、ケース３に対して電気的に絶縁させてある。

ケース３の図１中で左側の側壁下部に開口３ｂを形成し、この開口３ｂに、空間５に外気を導入する換気用ガス導入口９を連通接続する。また、ケース３の図１中で右側の側壁下部に開口３ｃを形成し、この開口３ｃに、空間５内のガスを外部に排出する換気用ガス排出口１１を連通接続する。

燃料電池１は、絶縁マウント７によってケース３の底面３ａに対して離間した位置にあり、このため、底面３ａ近傍にてケース３に接続してある換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１は、燃料電池１よりも鉛直方向下方に位置している。

上記した換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１は、燃料電池１から漏洩した空間５内の水素を外部に排出するための換気手段であり、換気用ガス導入口９から空間５に導入した換気用の空気は、空間５内の水素を希釈しつつ換気用ガス排出口１１を経てケース３の外部に排出される。なお、必要であれば、換気手段としてさらに換気用のファンを設置することもできる。

第１の実施形態によれば、換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１を燃料電池１よりも鉛直方向下方に配置しているので、外部からケース３内へ浸入する水、例えば、燃料電池１を搭載した車両の雨天走行などにより、一時的に換気用ガス導入口９や換気用ガス排出口１１から浸入する水が、高電位に保持されている燃料電池１に接触することを防止できる。これにより、ケース３内に浸入した水が、ケース３に対し電気的に絶縁され高電位に保持された燃料電池１から、電気的に接地しているケース３に流れ落ちるときに発生する瞬間的な絶縁抵抗の低下を防止できる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。この実施形態は、ケース３の底面３ａを隔壁としてその下部に、ケース３と一体となるように、図２中で左側に換気用ガス導入空間１３を同右側に換気用ガス排出空間１５を、相互間に仕切壁１７を介在させてそれぞれ設けている。

また、仕切壁１７に対し図２中で左右方向の同位置に、空間５における燃料電池１の下部側を左右に仕切る空間仕切壁１９を設け、これら仕切壁１７および空間仕切壁１９近傍の換気用ガス導入空間１３と空間５とを、連通部としての連通管２１で連通するとともに、仕切壁１７および空間仕切壁１９近傍の換気用ガス排出空間１５と空間５とを、連通部としての連通管２３で連通する。

なお、空間仕切壁１９は電気的絶縁材で構成している。また、ここでの絶縁マウント７は、ケース３の底面３ａを貫通して換気用ガス導入空間１３および換気用ガス排出空間１５の底部に設置している。

また、換気用ガス導入空間１３の図２中で左側部に開口１３ａを形成し、この開口１３ａに換気用ガス導入口９を連通接続する。さらに、換気用ガス排出空間１５の図２中で右側部に開口１５ａを形成し、この開口１５ａに換気用ガス排出口１１を連通接続する。

このように構成した第２の実施形態によれば、換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１から水が浸入しても、この水は換気用ガス導入空間１３および換気用ガス排出空間１５に溜り、燃料電池１を収容している側の空間５には水が浸入しにくいものとなる。このため、第１の実施形態に比べ、燃料電池１に対する水の接触をより確実に防止することができ、燃料電池１とケース３との間の瞬間的な絶縁抵抗の低下をより確実に防止することができる。

また、換気用ガス導入口９や換気用ガス排出口１１から浸入した水を、空間５に対し隔壁（底面３ａ）により隔てた換気用ガス導入空間１３および換気用ガス排出空間１５に溜めることにより、例えば燃料電池１を搭載した車両の加速や旋回などで、溜まった水が偏ったとしても、燃料電池１が冠水することを防止して一時的な絶縁抵抗の低下を防止することができる。

図３は、本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。この実施形態は、換気用ガス導入口９が、ケース３に対し図３中で左下部に向に向かう傾斜した連通部となる下流側導入口９ａを備え、この下流側導入口９ａの下端を換気用ガス導入空間２５の図３中で左寄りの上面に連通接続する。さらに、この換気用ガス導入空間２５の図３中で左側部に、換気用ガス導入口９の一部である上流側導入口９ｂを連通接続する。

また換気用ガス排出口１１が、ケース３に対し図３中で右下部に向かう傾斜した連通部となる上流側排出口１１ａを備え、この上流側排出口１１ａの下端を換気用ガス排出空間２７の図３中で右寄りの上面に連通接続する。さらに、この換気用ガス排出空間２７の図３中で右側部に、換気用ガス排出口１１の一部である下流側排出口１１ｂを連通接続する。

すなわち、ここでの換気用ガス導入空間２５および換気用ガス排出空間２７は、空間５の外部に、ケース３に対して離間して配置してケース３とは別体となるようにそれぞれ設けている。

この第３の実施形態においても、前記した第２の実施形態と同様に、換気用ガス導入口９の上流側導入口９ｂや換気用ガス排出口１１の下流側排出口１１ｂから水が浸入しても、この水は換気用ガス導入空間２５や換気用ガス排出空間２７に溜り、空間５には水が浸入しにくいものとなるので、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図４は、本発明の第４の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。この実施形態は、前記図２に示した第２の実施形態に対し、換気用ガス導入空間１３および換気用ガス排出空間１５を、図４中で上下方向に長く形成し、その各空間１３，１５における上部位置、すなわち各空間１３，１５の下端部１３ｂ，１５ｂよりも高い位置に、換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１をそれぞれ連通接続している。

これにより、第４の実施形態は、第２の実施形態と同様の効果を有するほか、換気用ガス導入口９および換気用ガス排出口１１は、換気用ガス導入空間１３および換気用ガス排出空間１５の各下端部１３ｂおよび１５ｂからの距離が確保されたものとなるので、浸入した水を換気用ガス導入空間１３および換気用ガス排出空間１５に溜めやすくなり、空間５への水浸入をより効果的に防止することができる。

図５は、本発明の第５の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した斜視図である。この実施形態は、燃料電池１を収容するケース３の図５中で右側下部の、燃料電池１の外周側のケース３内の空間５に、換気用ガス導入口９のみを連通接続する。この換気用ガス導入口９は、第１の実施形態と同様に燃料電池１よりも鉛直方向下方に位置しており、図５中で紙面表側のケース側壁近傍に位置している。。

上記した空間５に対し、図５中で紙面裏側部分に仕切り部材として仕切り板２９を隔ててガス出口側空間３１を設ける。仕切り板２９の上部には空間５とガス出口側空間３１とを連通する上部連通部としての連通孔３１ａを複数形成する。また、前記換気用ガス導入口９とは反対側の図５中で左側部分におけるガス出口側空間３１の上部に、換気用ガス排出口１１を連通接続する。

前記仕切り板２９に形成した複数の連通孔３１ａは、全体としてケース３の長手方向（図５中で左右方向）位置が、換気用ガス導入口９よりも換気用ガス排出口１１に近いものとなっている。

上記した第５の実施形態によれば、換気用ガス導入口９から空間５に導入した換気用の空気は、燃料電池１から空間５内に漏洩した水素とともに連通孔３１ａを通ってガス出口側空間３１に流出し、ガス出口側空間３１から換気用ガス排出口１１を経てケース３の外部に排出される。

したがって、この実施形態においても、第１の実施形態と同様に、空間５に連通している換気用ガス導入口９を、燃料電池１より鉛直方向下方に位置させているので、換気用ガス導入口９を通して外部から浸入する水が、高電位に保持されている燃料電池１に接触することを防止でき、ケース３内に浸入した水が、ケース３に対し電気的に絶縁され高電位に保持された燃料電池１から、電気的に接地しているケース３に流れ落ちるときに発生する瞬間的な絶縁抵抗の低下を防止できる。

また、連通孔３１ａを上部に設けることにより、下部の換気用ガス導入口９から空間５に導入した空気による空間５内の水素の攪拌を、連通孔３１ａに達する間に促進でき、その後ガス出口側空間３１から換気用ガス排出口１１を経てケース３の外部に排出する水素を高希釈状態とすることができる。

本発明によれば、前記換気用ガス導入口に連通する換気用ガス導入空間を設けるとともに、前記換気用ガス排出口に連通する換気用ガス排出空間を設け、これら各空間と前記燃料電池外周のケース内の前記空間とを連通部によりそれぞれ連通したので、換気用ガス導入口や換気用ガス排出口から水が浸入しても、この水は換気用ガス導入空間や換気用ガス排出空間に溜り、燃料電池周囲の空間には水が浸入しにくいものとなる。

前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間を、燃料電池外周のケース内の前記空間に隔壁を介して前記ケースと一体となるようにそれぞれ設け、前記隔壁に前記連通部を設けて前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間を燃料電池外周のケース内の前記空間にそれぞれ連通させたので、換気用ガス導入口や換気用ガス排出口から水が浸入しても、この水は換気用ガス導入空間や換気用ガス排出空間に溜り、燃料電池周囲の空間には水が浸入しにくいものとなる。

前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間を、燃料電池外周のケース内の前記空間の外部に、前記ケースに対して離間して配置して前記ケースとは別体となるようにそれぞれ設けたので、換気用ガス導入口や換気用ガス排出口から水が浸入しても、この水は換気用ガス導入空間や換気用ガス排出空間に溜り、燃料電池周囲の空間には水が浸入しにくいものとなる。

前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間は、ケース内の前記空間よりも鉛直方向下方に位置しているので、換気用ガス導入空間や換気用ガス排出空間に溜った水が、燃料電池周囲の空間に浸入しくくなる。

前記換気用ガス導入口および前記換気用ガス排出口は、前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間のそれぞれの下端部よりも高い位置にてこれら各空間にそれぞれ連通しているので、換気用ガス導入口および換気用ガス排出口は、換気用ガス導入空間および換気用ガス排出空間の各下端部からの距離が確保されたものとなり、浸入した水を換気用ガス導入空間や換気用ガス排出空間に溜めやすくなり、燃料電池周囲の空間への水浸入をより効果的に防止することができる。

燃料電池を、この燃料電池とは電気的に絶縁したケース内に収容し、前記燃料電池外周の前記ケース内の空間に連通する換気用ガス導入口を、前記燃料電池よりも鉛直方向下方に位置させ、前記空間に対し、仕切り部材を介してガス出口側空間を設け、前記仕切り部材の鉛直方向上部に、前記空間と前記ガス出口側空間とを連通する上部連通部を設け、前記ガス出口側空間に換気用ガス排出口を連通して設けたので、換気用ガス導入口を通して燃料電池周囲の空間に浸入する水が燃料電池に接触することを防止できるとともに、下部の換気用ガス導入口から空間に導入した空気による空間内の水素の攪拌を、上部連通部に達する間に促進でき、その後ガス出口側空間から換気用ガス排出口を経てケースの外部に排出する水素を効率よく希釈することができる。

前記換気用ガス排出口を、前記ガス出口側空間の鉛直方向上部に設けたので、上部に滞留している水素も効率よくケース外部に排出することができる。

本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。本発明の第３の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。本発明の第４の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した断面図である。本発明の第５の実施形態に係わる燃料電池のケース構造を示す簡略化した斜視図である。

符号の説明

１燃料電池
３ケース
３ａケースの底面（隔壁）
５燃料電池外周の空間
９換気用ガス導入口
９ａ下流側導入口（連通部）
１１換気用ガス排出口
１１ａ上流側排出口（連通部）
１３，２５換気用ガス導入空間
１３ｂ換気用ガス導入空間の下端部
１５，２７換気用ガス排出空間
１５ｂ換気用ガス排出空間の下端部
２１，２３連通管（連通部）
２９仕切り板（仕切り部材）
３１ガス出口側空間
３１ａ連通孔（上部連通部）

Claims

燃料電池を、この燃料電池とは電気的に絶縁したケース内に収容し、前記燃料電池外周の前記ケース内の空間に連通する換気用ガス導入口および換気用ガス排出口を、前記燃料電池よりも鉛直方向下方に位置させることを特徴とする燃料電池のケース構造。
前記換気用ガス導入口に連通する換気用ガス導入空間を設けるとともに、前記換気用ガス排出口に連通する換気用ガス排出空間を設け、これら各空間と前記燃料電池外周のケース内の前記空間とを連通部によりそれぞれ連通したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池のケース構造。
前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間を、燃料電池外周のケース内の前記空間に隔壁を介して前記ケースと一体となるようにそれぞれ設け、前記隔壁に前記連通部を設けて前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間を燃料電池外周のケース内の前記空間にそれぞれ連通させたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池のケース構造。
前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間を、燃料電池外周のケース内の前記空間の外部に、前記ケースに対して離間して配置して前記ケースとは別体となるようにそれぞれ設けたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池のケース構造。
前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間は、ケース内の前記空間よりも鉛直方向下方に位置していることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池のケース構造。
前記換気用ガス導入口および前記換気用ガス排出口は、前記換気用ガス導入空間および前記換気用ガス排出空間のそれぞれの下端部よりも高い位置にてこれら各空間にそれぞれ連通していることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池のケース構造。
燃料電池を、この燃料電池とは電気的に絶縁したケース内に収容し、前記燃料電池外周の前記ケース内の空間に連通する換気用ガス導入口を、前記燃料電池よりも鉛直方向下方に位置させ、前記空間に対し、仕切り部材を介してガス出口側空間を設け、前記仕切り部材の鉛直方向上部に、前記空間と前記ガス出口側空間とを連通する上部連通部を設け、前記ガス出口側空間に換気用ガス排出口を連通して設けたことを特徴とする燃料電池のケース構造。
前記換気用ガス排出口を、前記ガス出口側空間の鉛直方向上部に設けたことを特徴とする請求項７記載の燃料電池のケース構造。