JP2006049200A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池のスタックから漏出される水等の液体による不具合を抑制することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池のスタック２と、スタック２の下部側に設けられた液体受け部５とを備える。液体受け部５は、液体受け部５に受けられた水等の液体を排出する排出部５５を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池のスタックを備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池のスタックが発電運転されるとき、燃料が燃料供給配管からスタックに供給され、空気等の酸化剤ガスが酸化剤ガス供給配管からスタックに供給される。発電反応により水がスタックの内部において生成される。このように発電反応により燃料電池の内部では水が生成されるため、スタックから排出される発電反応後の酸化剤オフガス及び燃料オフガスは、水分を含有することが多い。また電解質膜の乾燥を抑制するため、スタックに供給する前の酸化剤ガスを加湿させることが多い。更に、発電反応によりスタックは加熱されるため、冷却水を冷却水供給配管を介してスタックの内部に供給することが多い。

このようにスタックは湿分や水を有することが多い。このため配管シール等の事情により燃料電池のスタックから湿分や水が漏出するおそれがある。更にスタックは、固体電解質膜を燃料極及び酸化剤極で挟持した膜電極接合体をセパレータ及び冷却板と共に多数枚積層させて形成されている。このためスタックではシール個所が多くなり、水等の漏れがどの部位で何時発生するかの予測が容易ではない。スタックから水等が漏れたとき、スタック周囲の機能部品の劣化を進行させるおそれがある。

特許文献１には、燃料電池水漏れ検出装置において、スタックからの漏水を捕集するようにトレー状の液体受け部を配置し、液体受け部の最下部に水分検出器を設け、水分検出器によりスタックからの漏水を検出する技術が開示されている。特許文献２には、液体燃料直接供給形の燃料電池システムにおいて、スタックと、スタックの上方に設けたメタノール等の液体燃料を貯留する液体燃料タンクと、スタックの下部に設けたトレイと、トレイで受けた未反応の液体燃料を回収する回収タンクと、回収タンクと液体燃料タンクとを繋ぐポンプとを備える技術が開示されている。このものによれば、液体燃料タンクの液体燃料をスタックの上面から供給し、スタックの内部を通して発電反応を行い、そして、スタックで発電反応に使用されなかった未反応の液体燃料をスタックの下面から排出してトレイで受け、トレイで受けた未反応の液体燃料を回収タンクに貯留し、ポンプの作動により回収タンク内の未反応の液体燃料を再び液体燃料タンクに戻す。
特開２００２−１６４０７０ 特開２００３−２０８９１０

上記した特許文献１に係る従来技術によれば、スタックから漏水した水がトレー状の液体受け部に捕集されるため、蓄積された水分によりスタックが影響を受けるおそれがある。更に、トレー状の液体受け部から溢れた水が周囲の機能部品に落下して、機能部品を劣化させるおそれがある。スタックから漏水した水や蒸気等を受けるものではない。

上記した特許文献２に係る従来技術によれば、スタックから吐出された未反応の液体燃料をトレイで受けるものであり、スタックから漏出した水をトレイで受けるものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池のスタックから漏出される水等の液体による不具合を抑制することができる液体受け部を設けた燃料電池システムを提供することを課題とする。

第１様相の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のスタックと、スタックの下部側に設けられた液体受け部とを備える燃料電池システムにおいて、液体受け部の液体を液体受け部から排出する排出部を有することを特徴とするものである。この場合、燃料電池のスタックから漏出される水等の液体が液体受け部に受け止められる。液体受け部に蓄積された水等の液体は、排出部から液体受け部の外部に排出される。これにより燃料電池のスタックから漏出される水等の液体による不具合が抑制される。

第２様相の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のスタックと、スタックの下部側に設けられた液体受け部とを備える燃料電池システムにおいて、液体受け部は、スタックの下側に設けられスタックから落下する液体の跳ね返りを抑制する跳ね返り抑制部材を有することを特徴とするものである。この場合、燃料電池のスタックから漏出される水等の液体が液体受け部に落下する。これにより燃料電池のスタックから漏出される水等の液体による不具合が抑制される。燃料電池のスタックから漏出される水等の液体が液体受け部に落下するとき、液体受け部の跳ね返り抑制部材は、燃料電池のスタックから落下する液体の跳ね返りを抑制する。従って、燃料電池のスタックから落下する液体が跳ね返えることが抑制され、液体がスタックの周囲に飛散することが抑制される。

第３様相の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のスタックと、スタックの下部側に設けられた液体受け部と、スタックを収容する収容室を有する筐体とを備える燃料電池システムにおいて、液体受け部は、筐体の収容室を、スタックを収容する上部側の第１収容室と、機能部品を収容する下部側の第２収容室とに分割していることを特徴とするものである。この場合、燃料電池のスタックから漏出される水等の液体が液体受け部に受け止められるため、スタックの下方に配置されている機能部品に水等の液体が触れる頻度が低減され、機能部品について水などの液体に対する保護性を高めることができる。また液体受け部は、スタックから漏出する液体を蓄積させる機能を果たす他に、第１収容室及び第２収容室とを独立させて仕切る仕切壁としての機能を果たす。従って、液体受け部により第１収容室と第２収容室との間における熱伝達が抑制される。このためスタックの熱が機能部品に伝達されたり、機能部品の熱がスタックに伝達されたりすることが抑制される。有に機能部品やスタックに対する保護性が向上する。

第４様相の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のスタックと、スタックの下部側に設けられた液体受け部と、燃料電池のスタックの内部に液状の冷却媒体を通過させることによりスタックを冷却する冷却系とを備える燃料電池システムにおいて、液体受け部の蓄積可能容積は冷却系の液状の冷却媒体の総容積を超えるように設定されていることを特徴とするものである。この場合、液体受け部の蓄積可能容積は、冷却系の液状の冷却媒体の総容積を超えるように設定されている。このため、万一、冷却系の漏れ等に起因して冷却系の液状の冷却媒体の全部が液体受け部に排出されたとしても、冷却系の液状の冷却媒体の全部を蓄積させることができる。この結果、冷却系の液状の冷却媒体がスタック周囲に流れることが抑制される。

第５様相の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のスタックと、スタックの下部側に設けられた第１液体受け部と、第１液体受け部と離間して設けられ第１液体受け部と連通する第２液体受け部と、燃料電池のスタックの内部に液状の冷却媒体を通過させることによりスタックを冷却する冷却系とを備える燃料電池システムにおいて、第２液体受け部の蓄積可能容積は冷却系の液状の冷却媒体の総容積を超えるように設定されていることを特徴とするものである。この場合、第２液体受け部の蓄積可能容積は冷却系の液状の冷却媒体の総容積を超えるように設定されている。このため、万一、冷却系の漏れ等に起因して冷却系の液状の冷却媒体の全部が液体受け部に排出されたとしても、冷却系の液状の冷却媒体の全部を蓄積させることができる。この結果、冷却系の液状の冷却媒体がスタック周囲に流れることが抑制される。

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池のスタックから漏出される水等の液体が液体受け部に受け止められる。このため燃料電池のスタックから漏出される水等の液体（結露した水も含む）による不具合が抑制される。よって燃料電池システムの機能部品等の劣化が抑制される。

液体受け部は、スタックの下部を覆う容器状、トレイ形状（皿形状）、スタックを包囲する箱形状とすることができる。箱形状は、スタックの外面の全域を覆う方式でも良いし、あるいは、スタックの外面の一部（例えばスタックの下部）を覆う方式でも良い。跳ね返り抑制部材としては、細孔を備える多孔質材料を有する形態を例示できる。多孔質材料は吸水性等の吸液性を期待できる。または燃料電池のスタックから水等の液体が落下するときであっても、水等の液体の落下の衝撃が緩和されるため、スタック周囲への水等の液体の飛散が抑制される。多孔質材料としては、樹脂系、ゴム系、金属系のうちの少なくとも１種を採用でき、発泡材料でも良い。

液体受け部としては、断熱性に富む断熱材料を有する形態を例示できる。断熱材料としては、樹脂系、セラミックス系、ゴム系、金属系のうちの少なくとも１種を採用でき、発泡材料でも良い。液体受け部としては、スタックに対する電気絶縁性を高めるため、電気絶縁性に富む電気絶縁材料を有する形態を例示できる。

また本発明によれば、燃料電池のスタックの下部に機能部品が配置されており、液体受け部は燃料電池のスタックと機能部品との間に配置されている形態を例示できる。機能部品は燃料電池発電システムを構成する部品であり、原料ガスを改質させて改質燃料ガスとする改質器、改質器に関連する部品、燃料ガスまたは酸化剤ガスを加湿させる加湿器、加湿器に関連する部品、ファンやプロアやコンプレッサ等の送風装置、送風装置に関連する部品、冷却媒体をスタックに供給する冷却系、冷却系に関連する部品のうちの少なくとも１種が例示される。

本発明によれば、燃料電池のスタックの下部に電気部品等の機能部品が配置されており、液体受け部は電気部品等の機能部品と燃料電池のスタックとの間に配置されている形態を例示できる。これにより水等の液体が電気部品等の機能部品に接触することが抑制され、電気部品等の機能部品に対する保護性を高めることができる。電気部品としては、ＥＣＵ等の制御装置、インバータのうちの少なくとも１種を採用できる。

また本発明によれば、スタックはスタック積層方向の両端に端板をもち、液体蓄積部の長さは、スタックの端板の外壁面間の長さよりも長く設定されている形態を例示できる。この場合、スタックの端板の外壁面から流下する水等の液体を液体蓄積部により受け止めるのに有利となり、液体受け性を高めることができる。

以下、本発明の実施例１について図１を参照しつつ具体的に説明する。本実施例は定置用、自動車等の車両用、電気機器用の燃料電池システムに利用することができる。燃料電池システムは、燃料電池１のスタック２と、スタック２の下部側に設けられた液体受け部５とを備える。スタック２は、高分子型の固体電解質膜を挟持した燃料極及び酸化剤極からなるシート状の膜電極接合体を、セパレータ、冷却板等と共に厚み方向に積層することにより形成されている。スタック２は、外部の電気機器に接続される給電用の接続端子２ｔを有する。スタック２はスタック積層方向の終端に１組の端板２０を有する。なお、一枚の端板２０の肉厚は一枚の膜電極接合体の肉厚よりも厚く設定されている。

図１に示すように、ガス状の燃料（一般的には水素ガス、水素含有ガス）をスタック２に供給する燃料供給配管２２、燃料オフガスをスタック２から排出する燃料オフガス排出配管２３、空気等の酸化剤ガスをスタック２に供給する酸化剤ガス供給配管２４、空気等の酸化剤ガスをスタック２から排出する酸化剤オフガス排出配管２５、冷却水（冷却媒体）をスタック２に供給する冷却水供給配管２６（冷却媒体供給配管）、冷却水（冷却媒体）をスタック２から排出する冷却水排出配管２７（冷却媒体排出配管）が設けられている。

上記した燃料供給配管２２、燃料オフガス排出配管２３、酸化剤ガス供給配管２４、酸化剤オフガス排出配管２５、冷却水供給配管２６、冷却水排出配管２７は、スタック２に接続されている。

更に、図３に示すように、当該システムに使用する機能部品３が設けられている。機能部品３としては、例えば、燃料系用のバルブ３ａ、酸化剤ガス用のバルブ３ｂ、ブロア３ｃ、インバータ３ｄ、ＥＣＵ３ｅ、ポンプ３ｆ等が例示される。スタック２を包囲して収容する箱形状をなすハウジングとして機能する筐体４が設けられている。筐体４は、収容室４０を形成する天井板４１と底板４２と側面板４３とを有する。筐体４の収容室４０の上部にはスタック２が収容されている。スタック２の上面２ｐは、筐体４の天井板４１に接近した状態で対面する。筐体４の収容室４０の下部には機能部品３が収容されている。従って、スタック２は筐体４の収容室４０の上部側に配置されている。機能部品３は筐体４の収容室４０の下部側に配置されている。

換言すると、機能部品３の上方にスタック２が配置されている。このように筐体４の収容室４０の上部にスタック２を配置すれば、スタック２のメンテナンス性を向上させることができ、更に、スタック２の発電反応で生じた生成水の重力を利用した排出流れ性を高めるのにも有利である。冷却系６にエアが混入すると、エアは上方に移行してエア溜まりとなる。ここで、仮にポンプ３ｆが筐体４の収容室４０の上部側に存在すると、比重が小さいエア溜まりがポンプ３ｆに次第に移行していく。この点について本実施例のようにスタック２を筐体４の収容室４０の上部に配置すれば、ポンプ３ｆはスペースのレイアウトの関係で収容室４０の下部に配置されるため、ポンプ３ｆにおけるエア溜まりの生成を抑制するのに有利となる。故に、ポンプ３ｆの円滑駆動性を確保するのに有利となる。

本実施例によれば、筐体４の収容室４０の上部側には液体受け部５が取付具２８により固定されている。液体受け部５は筐体４の天井板４１と底板４２との間に介在している。従って、図１に示すように、液体受け部５は機能部品３とスタック２との間に介在している。この液体受け部５は薄型の容器状、具体的にはトレイ形状をなしている。液体受け部５は、プレート状をなす本体部５０と、本体部５０の端から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１とをもち、液貯め空間５４を形成している。本体部５０は、スタック２の下面２ｕに対面するように、横方向（スタック積層方向及び当該スタック積層方向と交差する方向）に沿って延設されている。図１に示すように、液体受け部５の立壁部５１の高さｈ１はスタック２の高さｈ２よりも小さく設定されており、且つ、立壁部５１の上端５１ｐよりもスタック２の上面２ｐは上方に突出している。液体受け部５の本体部５０の長さＬ１は、スタック２の積層方向における長さＬ２（端板２０の外壁面２０ｅ間の距離）よりも長く設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。従って図１に示すように、立壁部５１はスタック２の積層方向における端板２０よりもΔＬ外方に位置している。従って、端板２０の外壁面２０ｅから流下する水等の液体を液体受け部５により効果的に受け止めることができる。

図１に示すように、スタック２は液体受け部５の立壁部５１にステー等の取付具２８ｐにより保持されている。したがって、液体受け部５は、液体受け機能の他に、スタック２を保持するホルダーとして機能できる。立壁部５１の高さ相当ぶんスタック２を本体部５０の底部よりも上方に配置でき、スタック２の下部が液体受け部５内の水に触れることが抑制される。液体受け部５は、本体部５０の底部に水等の液体（水系液体）を液体受け部５の外部に排出するドレインとして機能する排出部５５を有する。本体部５０の上面には、排出部５５に向けて流水できるように傾斜または溝が形成されている。排出部５５は排出路５７を有する配管５８に繋がる。配管５８は樹脂ホース、金属パイプを例示できる。配管５８の排出路５７の先端は筐体４のドレイン口４ｘに延設されている。なおドレイン口４ｘは排水処理場に繋がる。

スタック２が発電運転されるとき、燃料源からのガス状の燃料が燃料供給配管２２からスタック２に供給され、且つ、空気等の酸化剤ガスが酸化剤ガス供給配管２４からスタック２に供給される。これによりスタック２において発電反応が行われる。発電反応によりスタック２の内部において水が生成される。

また、燃料電池１の固体電解質膜は乾燥すると、固体電解質膜のイオン伝導性が低下する。このため電解質膜の乾燥を抑制するため、酸化剤ガスまたは燃料は図略の加湿器により加湿されている。発電反応後の燃料オフガスはスタック２から燃料オフガス排出配管２３を介して排出され、空気等の酸化剤ガスはスタック２から酸化剤オフガス排出配管２５を介して排出される。前記したように発電反応により燃料電池１の内部では水が生成されるため、スタック２から排出される酸化剤オフガス及び燃料オフガスは水分を含有することが多い。また、発電反応によりスタック２は加熱されるため、スタック２を冷却することが好ましい。そこで、冷却媒体として機能する冷却水を供給する冷却系６が筐体４の内部に設けられている。冷却系６は、冷却水を溜める冷却水容器６０と、冷却水容器６０の冷却水をスタック２に搬送するポンプ３ｆと、冷却水を放熱させる図略の放熱器と、冷却水供給配管２６と、冷却水排出配管２７とを有する。従ってポンプ３ｆが作動すると、冷却水は冷却水供給配管２６を介してスタック２の内部の冷却水路に供給され、スタック２を冷却し、冷却水排出配管２７を介してスタック２から外方に排出される。配管シール等の事情により燃料電池のスタック２から冷却水が漏出するおそれがある。

上記したようにスタック２に供給される燃料、酸化剤ガスは加湿されており、酸化剤オフガス、燃料オフガスは水分を含有することが多く、更に、冷却水がスタック２に供給されスタック２から排出される。このためシール部材によっては、燃料電池のスタック２から水等の液体（水系液体）または蒸気が漏出することがある。漏出した水等の液体、結露した蒸気は、スタック２の下方に保持されている液体受け部５に受け止められる。液体受け部５に受けられた水等の液体は、排出部５５から重力により配管５８、ドレイン口４ｘを介して燃料電池システムの外部に排出される。このため燃料電池のスタック２から漏出される水等の液体による不具合が抑制され、機能部品３等の劣化が抑制される。なお、排出される水等の液体は、環境に過剰な負荷を与える化学成分を含有しないものが好ましい。排出される水等の液体が環境に負荷を与える化学成分を含有するときには、排出される水等の液体に対して清浄化処理を行うことが好ましい。

本実施例によれば、スタック２から漏出する水等の液体を液体受け部５により受け止め得る。このため図１に示すように、スタック２の真下等の下方に、各種の機能部品３を配置するレイアウトを採用することができる。従って燃料電池システム自体をスリム化するのに有利となる。このように燃料電池システムの筐体４をスリム化でき、小さな設置面積でも筐体４を設置することが可能となり、省スペース化を図り得る。

上記したように液体受け部５に受け止められた水等の液体は排出部５５から配管５８を介して液体受け部５の外部に排出されるため、水等の液体が液体受け部５の液貯め空間５４に過剰に溜まることが抑制される。従って、スタック２の下面２ｕが液体受け部５の液貯め空間５４に溜まった水等の液体に過剰に浸漬されることが抑制される。

更に、スタックが２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０の上面とは互いに非接触とされている。この結果、スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０の上面との間に隙間２９が形成されている。このため、仮に、液体受け部５の液貯め空間５４に水等の液体が溜まるときであっても、液体受け部５の水等の液体にスタック２の下面２ｕが過剰に浸漬されることが抑制される。本実施例によれば、スタック２は筐体４の収容室４０の上部に配置されているため、洪水等の災害が発生したときであっても、スタック２に対する保護性が向上し、高価なスタック２を保持するのに有利となる。

なお、スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０との間には隙間２９が形成されているが、これに限らず、スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０との隙間２９を形成せずに、スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０とを接触させることにしても良い。

図２は本発明の実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。液体受け部５はトレイ形状をなす。液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１とをもつ。液体受け部５は筐体４の側面板４３の内面にステー等の取付具２８により着脱可能に固定されている。このため液体受け部５は筐体４を補強することもでき、補強部材も兼用する。あるいは、液体受け部５は筐体４の側面板４３の内面に溶接等により固定することも可能である。

スタック２は、載置要素としての載置マウント５２を介して液体受け部５の本体部５０に載せられており、スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０の上面との間には隙間２９が形成されている。液体受け部５により、筐体４の収容室４０は、スタック２を収容する第１収容室４０ａと、機能部品３を収容する第２収容室４０ｂとに分割されている。従ってスタック２は筐体４の上部側の第１収容室４０ａ内に配置されている。機能部品３は筐体４の下部側の第２収容室４０ｂ内に配置されている。換言すると、機能部品３の上方にスタック２が配置されている。液体受け部５は、本体部５０の底部には、水等の液体を液体受け部５の外部に排出する排出部５５が設けられている。排出部５５は、排出路５７を有する配管５８に繋がる。配管５８は樹脂ホース、金属パイプを採用できる。配管５８の排出路５７は筐体４のドレイン口４ｘに延設されている。

前述したように水等の液体や蒸気がスタック２から漏出することがある。漏出した水等の液体（蒸気の結露水を含む）は液体受け部５の液貯め空間５４に受け止められる。液体受け部５に蓄積された水等の液体は、排出部５５から配管５８を介して筐体４のドレイン口４ｘ、ひいては燃料電池システムの外方に排出される。このため燃料電池のスタック２から漏出される水等の液体による不具合が抑制され、機能部品３等の劣化が抑制される。

また図２に示す実施例によれば、液体受け部５は、スタック２から漏出する水（結露水を含む）を蓄積させる機能を果たす他に、第１収容室４０ａ及び第２収容室４０ｂとを独立させて個別に仕切る仕切壁としての機能を果たす。従って、第１収容室４０ａ及び第２収容室４０ｂの連通遮断性が高まる。故に、液体受け部５により第１収容室４０ａと第２収容室４０ｂとの間における熱伝達が抑制される。このためスタック２が機能部品３よりも高温であるとき、スタック２の熱が機能部品３に伝達されることが抑制され、機能部品３の保護性が高まる。また逆に、改質器等のように機能部品３がスタック２よりも高温であるときには、機能部品３の熱がスタック２に伝達されることが抑制され、スタック２に対する保護性が向上する。なお、この液体受け部５が断熱性材料で形成されていたり、液体受け部５が断熱性材料を有すれば、第１収容室４０ａと第２収容室４０ｂとの間における熱遮断性が一層高まる。

図３は本発明の実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。第１液体受け部５Ｆはトレイ形状をなす。第１液体受け部５Ｆは、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０Ｆと、本体部５０Ｆから上方に突出するプレート状をなす立壁部５１Ｆとをもつ。第１液体受け部５Ｆは筐体４の側面板４３の内面にステー等の取付具２８により固定されている。

スタック２は載置要素としての載置マウント５２を介して液体受け部５Ｆの本体部５０Ｆの上面に載せられている。液体受け部５Ｆは、本体部５０Ｆの底部に水等の液体（結露水を含む）を液体受け部５Ｆの外部に排出する排出部５５を有する。排出部５５は、排出路５７を有する配管５８に繋がる。配管５８は樹脂ホース、金属パイプを採用できる。配管５８の排出路５７は、第２液体受け部として機能するタンク５９に向けて延設されている。タンク５９は筐体４の収容室４０の下部に着脱可能に配置されている。

前述したように水等の液体がスタック２から漏出することがある。漏出した水等の液体（結露水を含む）は第１液体受け部５Ｆに受け止められる。更に、第１液体受け部５Ｆに受け止められた水等の液体は、第１液体受け部５Ｆの排出部５５から配管５８を介して重力によりタンク５９に排出される。このため燃料電池のスタック２から漏出される水等の液体による不具合が抑制され、機能部品３等の劣化が抑制される。液体受け部５として機能するタンク５９の蓄積可能容積は、冷却系６の冷却水の総容積を所定量超えるように設定されている。この結果、万一、冷却系６の全部の冷却水が第１液体受け部５Ｆを経てタンク５９に排出されたとしても、その冷却水の全部をタンク５９内に蓄積させることができる。従って、冷却水等の液体を燃料電池システムの外部に放出できないときに適する。

図４は本発明の実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。第１液体受け部５Ｆはトレイ形状をなす。第１液体受け部５Ｆは、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０Ｆと、本体部５０Ｆから上方に突出するプレート状をなす立壁部５１Ｆとをもつ。液体受け部５Ｆは筐体４の側面板４３の内面にステー等の取付具２８により固定されている。スタック２は載置要素としての載置マウント５２を介して液体受け部５Ｆの本体部５０Ｆの上面に載せられている。液体受け部５Ｆは、本体部５０Ｆの底部に水等の液体を液体受け部５Ｆの外部に排出する排出部５５を有する。排出部５５は排出路５７を有する配管５８に繋がる。配管５８は樹脂ホース、金属パイプを例示できる。配管５８の排出路５７は第２液体受け部５Ｓに向けて延設されている。第２液体受け部５Ｓは、第１液体受け部５Ｆの下方に位置するように、筐体４の収容室４０の下部に着脱可能に配置されている。

図４に示すように、第２液体受け部５Ｓは、横方向に沿って延設されたプレート状をなす第２本体部５０Ｓと、本体部５０Ｓから上方に突出するプレート状をなす立壁部５１Ｓとをもつ。第２液体受け部５Ｓの蓄積可能容積は第１液体受け部５Ｆの容積よりも所定量大きく設定されている。第２液体受け部５Ｓは薄型の容器状つまりトレイ形状であ、筐体４の底面側に着脱可能に設けられているため、筐体４の高さサイズの増大も抑制できる。

前述したように水等の液体がスタック２から漏出することがある。漏出した水等の液体（結露水も含む）は第１液体受け部５Ｆに受け止められる。水等の液体は、液体受け部５Ｆの排出部５５から配管５８を介して第２液体受け部５Ｓに排出される。このため燃料電池のスタック２から漏出される水等の液体による不具合が抑制され、機能部品３等の劣化が抑制される。

本実施例によれば、第２液体受け部５Ｓの蓄積可能容積は、冷却系６の冷却水の総容積を所定量超えるように設定されている。冷却水がスタック２から漏出するままの状態で、ポンプ３ｆが駆動を続けると、冷却系６のうちかなりの容積を占める冷却水が液体受け部５Ｆに受けられることになることがある。このように液体受け部５Ｆに繋がるトレイ形状の第２液体受け部５Ｓの蓄積可能容積は、冷却系６の全部の冷却水の総容積を所定量超えるように設定されている。このため、万一、冷却系６の全部の冷却水が第１液体受け部５Ｆを経て第２液体受け部５Ｓに排出されたとしても、冷却系６の冷却水の全部をトレイ形状の第２液体受け部５Ｓに蓄積させることができる。よって、冷却水等の液体を燃料電池システムの外部に放出できないときに適する。冷却水に凍結防止剤等の化学成分が含有されているときには、冷却水をそのまま排出させることなく、第２液体受け部５Ｓに保持させることができる。

図５は本発明の実施例５を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。液体受け部５はトレイ形状をなす。液体受け部５のうちスタック２の下面２ｕに対面する内面には、燃料電池のスタック２から落下する液体の跳ね返りを抑制する跳ね返り抑制部材７が敷設されている。跳ね返り抑制部材７はシート状をなしており、スポンジや布等のように細孔をもつ多孔質材料で形成されており、軟質化されている。図５に示すように、跳ね返り抑制部材７の長さＬ３は、スタック２の積層方向における端板２０間の長さＬ２よりも長く設定されている（Ｌ３＞Ｌ２）。このため水等の液体（結露水を含む）がスタック２の端板２０の外壁面２０ｅから落下するときであっても、落下した水等の液体は液体受け部５の跳ね返り抑制部材７に受け止められる。従って落下する水等の液体の衝撃が緩和される。落下する水等の液体がスタック２の周囲に飛散することが抑制される。このため燃料電池１のスタック２から落下する水等の液体による不具合が抑制され、機能部品３等の劣化が抑制される。なお、跳ね返り抑制部材７は難燃性を有するか、あるいは、難燃性処理されていることが好ましい。

図６は本発明の実施例６を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。液体受け部５はトレイ形状をなす。液体受け部５のうちスタック２に対面する内面には、ゴム等の電気絶縁材料で形成されているシート状の電気絶縁部材７５が敷設されており、スタック２への絶縁保護性が高められている。電気絶縁部材７５の長さＬ４は、スタック２の積層方向における長さＬ２よりも長く設定されている。電気絶縁部材７５は、スタック２の端板２０の下部に外側対面する立起部７６をもつ。電気絶縁部材７５は、難燃性を有するか、あるいは、難燃性処理されていることが好ましい。スタック２は橋架構造のステー等の取付具２８により液体受け部５の上方に保持されているため、スタック２と液体受け部５とは基本的には非接触状態である。故に、スタック２を設置したまま液体受け部５を外したり、あるいは、液体受け部５を設置したままスタック２を外したりすることができる。

図７は本発明の実施例７を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。液体受け部５はトレイ形状をなす。液体受け部５のうちスタック２の下面２ｕに対面する上面には、断熱性に富む断熱材料で形成されているシート状の断熱部材７７が敷設されている。断熱材料７７としては樹脂材料（繊維強化樹脂材料を含む）、セラミックス材料、ゴム材料等を例示できる。図７に示すように、断熱部材７７の長さＬ５は、スタック２の積層方向における長さＬ２よりも長く設定されている。断熱部材７７は、スタック２の端板２０の下部を外側から覆う立起部７８をもつ。断熱部材７７は、難燃性を有するか、あるいは、難燃性処理されていることが好ましい。スタック２は橋架構造のステー等の取付具２８により液体受け部５の上方に保持されている。

図８は本発明の実施例８を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。液体受け部として機能する箱体８が設けられている。箱体８は壁部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有しており、空間８ｖを介してスタック２を閉鎖状態に包囲している。箱体８は、箱体８の内外を気密的に覆うか、あるいは、箱体８の内外を微小開口を経て連通させる。スタック２から出る蒸気等が外部に流出するときであっても、箱体８がスタック２を包囲しているため、蒸気などが箱体８の外方に飛散することが抑制される。故に蒸気がスタック２の周囲で結露することが抑制される。従って燃料電池のスタック２から出る蒸気等による結露に基づく機能部品３等の不具合が抑制される。この場合、スタック２は箱体８と筐体４とで２重に包囲されている。更に箱体８は排出部５５を有するため、箱体８内の蒸気は排出部５５から流出することができるため、筐体８の空間８ｖ内が蒸気により過剰に高圧化することが防止されている。

図９は本発明の実施例９を示す。本実施例は実施例８と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。液体受け部として機能する箱体８が設けられている。箱体８は壁部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄをもち、空間８ｖを介してスタック２を包囲している。スタック２から出る蒸気等が外部に流出するときであっても、箱体８がスタック２を包囲しているため、蒸気などがスタック２の外方に飛散することが抑制され、蒸気がスタック２の外方で結露することを抑制することができる。従って燃料電池のスタック２から出る蒸気等による結露に基づく機能部品３等の不具合が抑制される。

更に、箱体８の内壁面にはシート状の断熱部材７７（例えばセラミックス系、樹脂系等）が配置されている。断熱部材７７は、スタック２の下面２ｕを覆う断熱部分７７ｕと、スタック２の上面を覆う断熱部分７７ｐと、スタック２の端板２０を覆う断熱部分７７ｓとを有する。空間８ｖは空気断熱層としても機能できる。これらによりスタック２と外環境との断熱性が確保される。従って、改質器等のように高温となる発熱系の機能部品３がスタック２の近傍に配置されているときであっても、改質器等の高温となる発熱系の機能部品３の熱をスタック２が受けにくくなる。更に、外環境の気温が低いときであっても、スタック２の温度を維持するのに有利となり、スタック２の凍結等を抑制するのに有利となる。

図１０は本発明の実施例１０を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１０に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１とをもつ。液体受け部５の本体部５０の下面には載置マウント５２がボルト等により液密的に取り付けられている。載置マウント５２を介して液体受け部５は筐体４の収容室４０内に固定されている。載置マウント５２はスタック２の端板２０に固定することができる。スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０との間には隙間２９が形成されており、スタック２の下面２ｕと液体受け部５の本体部５０とは非接触である。スタック２の端板２０の下面は液体受け部５の本体部５０に接触状態に保持されている。

図１１は本発明の実施例１１を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１１に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１と、本体部５０の下面に一体的に下方に突出して形成された支持部としての載置マウント５２とを有する。つまり、図１１に示す液体受け部５は、プレート状をなす本体部５０と立壁部５１と載置マウント５２とを一体成形した一体成形品で形成されている。これにより部品点数の削減、組付工数の低減が図られる。載置マウント５２はスタック２の端板２０に対面する。

図１１に示す液体受け部５の基材は、電気絶縁性を有する樹脂材料（繊維強化樹脂材料も含む）、あるいは、ゴム材料等の有機高分子系材料とされている。図１１に示すように、電気絶縁性を有する液体受け部５の双方の立壁部５１が上方に突出しており、スタック２の双方の端板２０の下部２０ｕ（例えば、スタック２の端板２０の高さ寸法のうち下面から１／２〜１／３程度）をそれぞれ覆っているため、メンテナンス等におけるスタック２に対する保護性が高まる。

場合によっては、図１１に示す液体受け部５は、プレス成形品、鋳造品、鍛造品、溶接品等で形成された金属品で形成しても良い。この場合、液体受け部５に電気絶縁処理を施すことができる。

図１２は本発明の実施例１２を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１２に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１と、本体部５０の下面に一体的に形成された載置マウント５２とを有する。更に、ベルト等の巻付具８５を用いる。そして、液体受け部５の本体部５０にスタック２を載せた状態で、液体受け部５の本体部５０の下面５０ｕを通したベルト等の巻付具をスタック２の外面（積層方向の中間領域）に巻き付けることにより、スタック２は液体受け部５に固定されている。ベルト等の巻付具８５により、スタック２に対する保護性が高まる。

図１２に示す液体受け部５の基材は、電気絶縁性を有する樹脂材料（繊維強化樹脂材料も含む）、ゴム材料等の有機高分子系材料とされている。図１２に示すように、電気絶縁性を有する液体受け部５の双方の立壁部５１がスタック２の双方の端板２０の下部２０ｕをそれぞれ覆っている。このためスタック２の電気絶縁に対する保護性が高まる。

あるいは、図１２に示す液体受け部５は、プレス成形品、鋳造品、鍛造品、溶接品等で形成された金属品で形成しても良い。この場合、液体受け部５に電気絶縁処理を施すことができる。

図１３は本発明の実施例１３を示す。本実施例は実施例１，２，３，４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１３に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１と、本体部５０の下面に一体的に形成された載置マウント５２とを有する。つまり、図１３に示す液体受け部５の基材は、電気絶縁性を有する樹脂材料（繊維強化樹脂材料も含む）またはゴム材料等の有機高分子系材料とされている。あるいは、図１３に示す液体受け部５は、プレス成形品、鋳造品、鍛造品、溶接品等で形成された金属品で形成しても良い。この場合、液体受け部５に電気絶縁処理を施すことができる。

更に、燃料ガスや酸化剤ガスがスタック２に供給されると、スタック２が振動することがある。そこで、図１３に示すように、スタック２の端板２０と液体受け部５の本体部５０の上面との間には、振動減衰性が高い防振ゴム９が介在している。従ってスタック２は防振ゴム９により弾性支持されている。この場合、スタック２の有害振動が防振ゴム９により抑制されるため、スタック２に対する保護性が高まり、車載用等に適する。スタック２の端板２０の下面を防振ゴム９が弾性支持するため、スタック２を構成するＭＥＡ（membrane electrode assembly）を保持せずとも良い。

防振ゴム９はゴム式でも良いし、オイル等の粘性流体を封入した液封式でも良い。液体封入式の防振ゴム９としては、図１４に示す構造のものを例示できる。この防振ゴム９は、図１４に示すように、基体９０と、燃料電池のスタック２に接続されてスタック２の重量を受ける受け具９１と、主液室９２を区画するゴム体９３と、副液室９４を区画する第１膜部９５と、第１膜部９５とゴム体９３との間に位置する第２膜部９６と、絞り通路９７をもつ通路形成部材９８と、主液室９２及び副液室９４に封入された粘性流体９９とを備える。絞り通路９７は、主液室９２に対面する第１開口９７ａと、副液室９４に対面する第２開口９７ｂと、第１開口９７ａ及び第２開口９７ｂを繋ぐ連通路９７ｃとを備える。主液室９２の粘性流体９９が絞り通路９７を通り、副液室９４に流動したり、あるいは、副液室９４の粘性流体９９が絞り通路９７を通り主液室９２に流動したりすることにより、スタック２に作用する振動が効果的に減衰される。なお、液体封入式の防振ゴム９は図１４に示す構造に限定されるものではない。

図１５は本発明の実施例１４を示す。本実施例は実施例１，２，３,４のいずれか一つと基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１５に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１と、本体部５０の下面に一体的に形成された載置マウント５２とを有する。つまり、図１５に示す液体受け部５の基材は、樹脂材料（繊維強化樹脂材料も含む）またはゴム材料等の有機高分子系材料とされている。あるいは、図１５に示す液体受け部５は、プレス成形品、鋳造品、鍛造品、溶接品等で形成された金属品で形成されている。液体受け部５の載置マウント５２は防振ゴム９で筐体４内に支持されている。防振ゴム９はゴム式でも液体封入式でも良い。液体封入式の防振ゴム９としては、図１４に示す構造のものを例示できる。

図１６は本発明の実施例１５を示す。本実施例は実施例２と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１６に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１とをもつ。液体受け部５は筐体４の側面板４３の内面にステー等の取付具２８により着脱可能に固定されている。このため液体受け部５は筐体４を補強することもでき、補強部材も兼用する。液体受け部５の本体部５０の下面には配管取付具１００により配管１０２が取り付けられている。これにより収容室４０のスペースの有効利用が図られている。配管１０２は、燃料ガス、酸化剤ガス、燃料オフガス、酸化剤オフガス、冷却水のいずれか、または電気配線が通るものとすることができる。

図１７は本発明の実施例１６を示す。本実施例は実施例２と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１７に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０と、本体部５０から上方に突出するプレート状をなす立壁部５１とをもつ。スタック２は液体受け部５の本体部５０に載置マウント５２により支持されている。液体受け部５は筐体４の側面板４３の内面にステー等の取付具２８により着脱可能に固定されている。液体受け部５は、常時開放している排出部を有しない構造とされている。図１７に示す液体受け部５の蓄積可能容積は、冷却系６の冷却水の総容積を所定量超えるように設定されている。冷却系６の冷却水の全部が液体受け部５に受けられたときの水面をＷ（図１７参照）とすると、スタック２の下面２ｕは水面Ｗよりも上方に位置するように設定されている。これによりスタック２の浸水が抑えられる。なお液体受け部５は液体を保持する方式であるため、排出部５５を有していない。

図１８は本発明の実施例１７を示す。本実施例は実施例２と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１８に示すように、液体受け部５は、スタック２の下面２ｕに対面するように横方向に沿って延設されたプレート状をなす本体部５０をもつ。本体部５０は、断面矩形形状の補強部５０ｍをスタック２の積層方向と交差する方向に沿って波形状に連続させることにより形成されており、上面に開口する複数の上溝５０ｒと，下面に開口する複数の下溝５０ｓを有する。この結果、重量物であるスタック２を設置できるように補強部５０ｍにより本体部５０は強化されている。上面に開口する複数の上溝５０ｒは排出部５５まで連通しており、本体部５０に受けられた水を排出部５５まで案内する作用を奏する。

（他の例）
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明は定置用、自動車等の車両用、電気機器用の燃料電池システムに利用することができる。

実施例１に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。 実施例２に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。 実施例３に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。 実施例４に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。 実施例５に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例６に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例７に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例８に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例９に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例１０に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例１１に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例１２に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例１３に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例１３に係る防振ゴムを示す構成図である。 実施例１４に係る燃料電池システムの要部を模式的に示す構成図である。 実施例１５に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。 実施例１６に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。 実施例１７に係る燃料電池システムを模式的に示す構成図である。

符号の説明

図中、２はスタック、３は機能部品、４は筐体、４０は収容室、５は液体受け部、５０は本体部、５１は立壁部、５２は載置マウント、５５は排出部、５７は排出路、５９はタンク、５Ｆは第１液体受け部、５Ｓは第２液体受け部、６は冷却系、７は跳ね返り抑制部材、７５は電気絶縁部材、７７は断熱部材、８は箱体、８５は巻付具を示す。

Claims (14)

1. 燃料電池のスタックと、前記スタックの下部側に設けられた液体受け部とを備える燃料電池システムにおいて、前記液体受け部の液体を前記液体受け部から排出する排出部を有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料電池のスタックと、前記スタックの下部側に設けられた液体受け部とを備える燃料電池システムにおいて、前記液体受け部は、前記スタックの下側に設けられ前記スタックから落下する液体の跳ね返りを抑制する跳ね返り抑制部材を有することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２において、前記跳ね返り抑制部材は細孔を備える多孔質材料を有することを特徴とする燃料電池システム。
4. 燃料電池のスタックと、前記スタックの下部側に設けられた液体受け部と、前記スタックを収容する収容室を有する筐体とを備える燃料電池システムにおいて、前記液体受け部は、前記スタックを収容する上部側の第１収容室と、機能部品を収容する下部側の第２収容室とに前記筐体の前記収容室を分割していることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項２〜４のうちのいずれか一項において、前記液体受け部の液体を前記液体受け部から排出する排出部を有することを特徴とする燃料電池システム。
6. 燃料電池のスタックと、前記スタックの下部側に設けられた液体受け部と、前記燃料電池の前記スタックの内部に液状の冷却媒体を通過させることにより前記スタックを冷却する冷却系とを備える燃料電池システムにおいて、前記液体受け部の蓄積可能容積は前記冷却系の液状の冷却媒体の総容積を超えるように設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
7. 燃料電池のスタックと、前記スタックの下部側に設けられた第１液体受け部と、前記第１液体受け部と離間して設けられ前記第１液体受け部と連通する第２液体受け部と、前記燃料電池のスタックの内部に液状の冷却媒体を通過させることにより前記スタックを冷却する冷却系とを備える燃料電池システムにおいて、前記第２液体受け部の蓄積可能容積は前記冷却系の液状の冷却媒体の総容積を超えるように設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項１〜請求項７のうちのいずれか一項において、前記液体受け部の少なくとも一部は断熱材料で形成されていることを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項において、前記液体受け部の少なくとも一部は難燃材料で形成されていることを特徴とする燃料電池システム。
10. 請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項において、前記液体受け部の少なくとも一部は電気絶縁材料で形成されていることを特徴とする燃料電池システム。
11. 請求項１〜請求項１０のうちのいずれか一項において、前記液体受け部は、前記燃料電池の前記スタックを包囲する箱体で形成されていることを特徴とする燃料電池システム。
12. 請求項１１において、前記箱体のうち前記スタックに対面する壁面の少なくとも一部には、前記スタックに対する断熱性を高める断熱材料が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
13. 請求項１〜請求項１２のうちのいずれか一項において、前記燃料電池の前記スタックの下部に機能部品が配置されており、前記液体受け部は前記燃料電池の前記スタックと前記機能部品との間に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
14. 請求項１〜請求項１３のうちのいずれか一項において、前記スタックは積層方向の両端に端板をもち、前記液体蓄積部の長さは前記端板の外壁面間の長さよりも長く設定されていることを特徴とする燃料電池システム。

Images