JP2007005198A - Stack case - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stack case for a fuel cell in which at least one of increase occurs in weight, water absorption in insulating material, dripping water, or local damage are hardly generated. <P>SOLUTION: (1) The stack case 40 is provided with a top wall, and a part in the top wall positioned above the fuel cell stack is composed of a hollow wall 41 provided with a hollow part 42 inside the wall when the fuel cell stack is stored. (2) The stack case in (1) has a part brought into close vicinity of an electronic/electrical appliance and composed of the hollow wall 41 provided with the hollow part 42 inside the wall when the fuel cell stack is stored. (3) A first case 43 and a second case 44 positioned outside the first case and forming the hollow part between the first case, are included in the stack case. (4) The hollow part 42 is decompressed to have lower air pressure than atmospheric pressure. (5) The inside member 43 and the outside member 44 viewed from the hollow part 42 are provided to be different materials. (6) The material of inside member 43 viewed from the hollow part 42 is resin, and the material of the outside member 44 is metal. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池スタックを内部に収容するスタックケースに関する。   The present invention relates to a stack case that houses a fuel cell stack.

特開２００４−０８７３６２号公報は、燃料電池スタックを収容するケーシング本体とその外側にケーシング本体に密着して設けられた断熱材層とからなる収容装置を開示している。断熱材層があるため、放熱が抑制され、燃料電池運転中のケーシング本体内の結露を抑制することができる。
特開２００４−０８７３６２号公報 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-087362 discloses a housing device that includes a casing body that houses a fuel cell stack and a heat insulating material layer that is provided on the outside of the casing body in close contact with the casing body. Since there is a heat insulating material layer, heat radiation is suppressed, and condensation in the casing body during fuel cell operation can be suppressed.
JP 2004-087362 A

ケーシング本体の外面に断熱材層を形成してケーシング本体内の結露を抑制する方法には以下の課題があった。
（イ）効果的な断熱効果を得ようとすると断熱材層が厚くなり、断熱材層の重量が加算されるため、車両重量増加とそれによる燃費の悪化を招く。
（ロ）燃料電池設置スペース（車両内コンパートメント）へのグリル、床下からの水、雪等の侵入により、断熱材層が吸水、氷結することにより、重量増加と、断熱性低下を生じ、ケーシング本体内の結露の抑制効果が低下していく。
（ハ）とくにケーシング本体の天井壁の内面に結露すると、燃料電池運転中の熱を受けて水滴となり、下方にある電子機器（たとえば、セルモニタ等）、電気機器（たとえば、高電圧配線）上に落下すると、電圧誤認定による燃料電池の運転停止、走行不能や、高電圧の電気的短絡が生じるおそれがある。
（ニ）断熱材層は通常強度が低いため飛び石などを受けると局部的に破損し、長期的な結露防止効果は期待できない。 The method for suppressing condensation in the casing body by forming a heat insulating material layer on the outer surface of the casing body has the following problems.
(B) When an effective heat insulating effect is obtained, the heat insulating material layer becomes thick, and the weight of the heat insulating material layer is added, resulting in an increase in vehicle weight and a resulting deterioration in fuel consumption.
(B) Insulation of water into the fuel cell installation space (compartment in the vehicle), under-floor water, snow, etc., causing the insulation layer to absorb water and freeze, resulting in increased weight and reduced insulation. The effect of suppressing dew condensation inside is reduced.
(C) In particular, if condensation forms on the inner surface of the ceiling wall of the casing body, it will receive water during operation of the fuel cell and form water droplets on the electronic equipment (eg, cell monitor) and electrical equipment (eg, high-voltage wiring) below. If it falls, there is a risk that the fuel cell will stop operating due to incorrect voltage recognition, cannot run, or a high voltage electrical short circuit may occur.
(D) Since the heat insulating layer is usually low in strength, it will be damaged locally if it receives stepping stones, etc., and long-term dew condensation prevention effect cannot be expected.

本発明の目的は、上記した課題（重量増加、断熱材の吸水、水滴落下、局部的破損の何れか少なくとも１つ）を生じにくい燃料電池のスタックケースを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a stack case of a fuel cell in which the above-described problems (at least one of weight increase, water absorption of a heat insulating material, drop of water droplets, and local damage) are unlikely to occur.

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
（１） 燃料電池スタックを収容するスタックケースであって、上壁を有し、該上壁の、燃料電池スタックを収容した場合に燃料電池スタックの上方に位置する部分が壁内に中空部を有する中空壁から構成されているスタックケース。
この場合、「壁」は、必ずしもその面が重力方向と平行に設けられるものではなく、重力方向と交差（たとえば、直交）する方向に設けられる構成も含む。
（２） 燃料電池スタックを収容するスタックケースであって、燃料電池スタックには電子・電気機器が取付けられており、前記スタックケースの、燃料電池スタックを収容した場合に前記電子・電気機器に近接する部分が壁内に中空部を有する中空壁から構成されている（１）記載のスタックケース。
（３） 前記スタックケースが第１のケースと該第１のケースの外側に位置し第１のケースとの間に中空部を形成する第２のケースとを含む（１）または（２）記載のスタックケース。
（４） 前記中空部が大気圧より減圧されている（１）〜（３）の何れかに記載のスタックケース。
この場合、減圧は、スタックケースが予め減圧されてからその減圧雰囲気が封止により維持されたものであることが望ましい。
（５） 前記中空部から見て内側の部材と外側の部材との材質を互いに異ならせた（１）〜（４）の何れかに記載のスタックケース。
（６） 前記中空部から見て内側の部材の材質が樹脂であり、外側の部材の材質が金属である（１）〜（５）の何れかに記載のスタックケース。 The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) A stack case for accommodating a fuel cell stack, which has an upper wall, and a portion of the upper wall located above the fuel cell stack when the fuel cell stack is accommodated has a hollow portion in the wall. A stack case made up of hollow walls.
In this case, the “wall” is not necessarily provided in parallel with the direction of gravity, and includes a configuration in which the surface is provided in a direction that intersects (for example, orthogonally) the direction of gravity.
(2) A stack case for accommodating a fuel cell stack, wherein an electronic / electrical device is attached to the fuel cell stack, and the stack case is close to the electronic / electrical device when the fuel cell stack is accommodated. (1) The stack case according to (1), wherein the portion to be configured is configured by a hollow wall having a hollow portion in the wall.
(3) The stack case includes a first case and a second case which is located outside the first case and forms a hollow portion between the first case and the first case (1) or (2) Stack case.
(4) The stack case according to any one of (1) to (3), wherein the hollow portion is depressurized from atmospheric pressure.
In this case, it is desirable that the depressurization is such that the depressurized atmosphere is maintained by sealing after the stack case has been depressurized in advance.
(5) The stack case according to any one of (1) to (4), wherein materials of the inner member and the outer member are different from each other when viewed from the hollow portion.
(6) The stack case according to any one of (1) to (5), wherein the material of the inner member as viewed from the hollow portion is resin, and the material of the outer member is metal.

上記（１）〜（３）の何れのスタックケースにおいても、スタックケースの壁の少なくとも一部に中空部を設けるため、中空部が空気断熱層となって働き、スタック周辺の水分を含んだ空気を急激に冷却させないことで、スタックケース内空気中水分の凝縮による結露を防止または抑制することができる。また、断熱材を設ける場合に比べて軽量化でき、かつ断熱材による吸水がないので断熱材の吸水による重量アップや断熱性低下もない。断熱材がないため、飛び石などによる断熱材層の局部的損傷もない。また、中空部による断熱性向上により、冷間始動後のスタック発熱を外部に放出しにくくする効果もあるため、暖機性も向上する。
上記（１）のスタックケースによれば、上壁に中空部を設けたので、上壁に結露した水分が下方にある電子機器（たとえば、セルモニタ等）、電気機器（たとえば、高電圧配線）上に落下することを防止、または抑制することができる。
上記（２）のスタックケースによれば、スタックケースの、燃料電池スタックを収容した場合に電子・電気機器に近接する部分を中空壁から構成したので、電子・電気機器に近接するスタックケース部位に結露した水分がその近傍にある電子機器（たとえば、セルモニタ等）、電気機器（たとえば、高電圧配線）に飛散することを防止、または抑制することができる。
上記（３）のスタックケースによれば、スタックケースを第１のケースと第１のケースとの間に中空部を形成する第２のケースとから構成したので、ケース壁の全面が二重壁であり、ケースのどの部位の結露をも抑制できる。さらに、二重ケース化により、水素ガス洩れ時に対しても、二重シールとなることで安全性の向上を望むことができる。
上記（４）のスタックケースによれば、中空部が大気圧よりも減圧されているので、中空部の断熱効果が高まり、スタックケース内空気中水分の凝縮による結露を、減圧しない場合に比べてより一層、防止または抑制することができる。 上記（５）のスタックケースによれば、中空部から見て内側の部材と外側の部材との材質を互いに異ならせたので、それぞれの部材に要求される条件を満足させることが容易になる。
上記（６）のスタックケースによれば、中空部から見て内側の部材の材質を樹脂とし、外側の部材の材質を金属としたので、外側の部材で強度を満足させ、内側の部材で電気絶縁性を満足させることができる。 In any stack case of the above (1) to (3), since a hollow portion is provided in at least a part of the wall of the stack case, the hollow portion serves as an air heat insulating layer, and air containing moisture around the stack By not rapidly cooling the dew, it is possible to prevent or suppress condensation due to condensation of moisture in the air in the stack case. Moreover, since it can reduce in weight compared with the case where a heat insulating material is provided, and there is no water absorption by a heat insulating material, neither the weight increase nor the heat insulating property fall by water absorption of a heat insulating material is caused. Since there is no heat insulating material, there is no local damage to the heat insulating material layer due to stepping stones. Further, since the heat insulating property is improved by the hollow portion, there is an effect of making it difficult to release the stack heat generated after the cold start to the outside, so that the warm-up property is also improved.
According to the stack case of (1) above, since the hollow portion is provided on the upper wall, the moisture condensed on the upper wall is located below the electronic device (for example, cell monitor) or the electric device (for example, high voltage wiring). Can be prevented or suppressed.
According to the stack case of (2) above, when the fuel cell stack is accommodated in the stack case, the portion close to the electronic / electrical device is constituted by the hollow wall. It is possible to prevent or suppress the dew condensation moisture from being scattered to an electronic device (for example, a cell monitor) or an electric device (for example, high voltage wiring) in the vicinity thereof.
According to the stack case of (3) above, since the stack case is composed of the first case and the second case forming a hollow portion between the first case, the entire surface of the case wall is a double wall. It is possible to suppress condensation in any part of the case. Furthermore, the double case makes it possible to improve safety by providing a double seal even when hydrogen gas leaks.
According to the stack case of the above (4), since the hollow portion is depressurized from the atmospheric pressure, the heat insulating effect of the hollow portion is enhanced, and condensation due to condensation of moisture in the air in the stack case is compared with a case where the depressurization is not performed. It can be further prevented or suppressed. According to the stack case of (5) above, since the materials of the inner member and the outer member are different from each other when viewed from the hollow portion, it is easy to satisfy the conditions required for each member.
According to the stack case of (6) above, since the material of the inner member as viewed from the hollow portion is resin and the material of the outer member is metal, the outer member satisfies the strength and the inner member Insulation can be satisfied.

以下に、本発明のスタックケースを、図１〜図５を参照して説明する。
本発明のスタックケースに収容されるスタックを構成する燃料電池１０は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。ただし、燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池１０に限るものではない。
燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。 Below, the stack case of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
The fuel cell 10 constituting the stack accommodated in the stack case of the present invention is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell. However, the fuel cell is not limited to the solid polymer electrolyte fuel cell 10.
The fuel cell 10 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.

固体高分子電解質型燃料電池（セル）１０は、図３〜図５に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセルモジュール１９を構成し、セルモジュール１９を積層してセル積層体（モジュール積層体でもある）とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）にボルト・ナット２５にて固定し、一端のエンドプレートに設けた調整ネジにてその内側に設けたバネを介してセル積層体にセル積層方向の締結荷重をかけ、燃料電池スタック２３を構成する。
燃料電池スタック２３はスタックケース４０に収容される。燃料電池スタック２３はセル積層方向（モジュール積層方向）を水平方向に向けた状態でスタックケース４０に収容され、燃料電池スタック２３のセル積層方向（モジュール積層方向）を水平方向に向けた状態でかつスタックケース４０の収容した状態で、設置される、あるいは車両に搭載される。スタックケース４０は密閉状態にある。ただし、配管、ホース、ワイヤハーネス、動力線はケース４０の壁を挿通しており、挿通部はグロメット等によりシールされ、ケース４０内は外部と気密に遮断される。
As shown in FIGS. 3 to 5, the solid polymer electrolyte fuel cell (cell) 10 includes a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator 18.
The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) 14 made of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane. It consists of electrodes (cathode, air electrode) 17. Between the membrane-electrode assembly and the separator 18, diffusion layers 13 and 16 are provided on the anode side and the cathode side, respectively.
A cell module 19 is formed by stacking the membrane-electrode assembly and the separator 18, and the cell module 19 is stacked to form a cell stack (also a module stack). Terminals 20 and insulators are provided at both ends of the cell stack in the cell stacking direction. 21. End plates 22 are arranged, and end plates 22 at both ends are fixed to fastening members (for example, tension plates 24) extending in the cell stacking direction outside the cell stack with bolts and nuts 25, and attached to the end plates at one end. A fastening load in the cell stacking direction is applied to the cell stack through a spring provided on the inner side with the provided adjusting screw, and the fuel cell stack 23 is configured.
The fuel cell stack 23 is accommodated in the stack case 40. The fuel cell stack 23 is housed in the stack case 40 with the cell stacking direction (module stacking direction) oriented horizontally, and the cell stacking direction (module stacking direction) of the fuel cell stack 23 is oriented horizontally. The stack case 40 is installed or mounted on a vehicle while being accommodated. The stack case 40 is in a sealed state. However, pipes, hoses, wire harnesses, and power lines pass through the wall of the case 40, the insertion portion is sealed by a grommet or the like, and the inside of the case 40 is shut off from the outside.

セパレータ１８には、発電領域において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成されており、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。セパレータ１８には、非発電領域において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
燃料ガス、酸化ガス、冷媒は、セル内において互いにシールされている。各セルモジュール１９のＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール部材３２（たとえば、接着剤シール）によってシールされており、隣接するセルモジュール１９同士の間は、第２のシール部材３３（たとえば、ガスケットシール）によってシールされている。 The separator 18 is formed with a fuel gas passage 27 for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode 14 in the power generation region, and for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode 17. An oxidizing gas channel 28 is formed. The separator 18 is also formed with a refrigerant flow path 26 for flowing a refrigerant (usually cooling water). In the separator 18, a fuel gas manifold 30, an oxidizing gas manifold 31, and a refrigerant manifold 29 are formed in the non-power generation region. The fuel gas manifold 30 is in communication with the fuel gas passage 27, the oxidizing gas manifold 31 is in communication with the oxidizing gas passage 28, and the refrigerant manifold 29 is in communication with the refrigerant passage 26.
The fuel gas, the oxidizing gas, and the refrigerant are sealed with each other in the cell. Between the two separators 18 sandwiching the MEA of each cell module 19 is sealed by a first seal member 32 (for example, adhesive seal), and between the adjacent cell modules 19 is a second seal member 33. (For example, gasket seal).

各セル１０（１セルモジュールの場合は、セル１０はセルモジュール１９と同じになる）の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode 14 side of each cell 10 (in the case of a one-cell module, the cell 10 is the same as the cell module 19). The electrolyte moves through the electrolyte membrane 11 to the cathode 17 side. On the cathode 17 side, oxygen, hydrogen ions, and electrons (electrons generated at the anode of the adjacent MEA pass through the separator, or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction). From an external circuit to the cathode of the other cell), and water is generated according to the following equation.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O

セパレータ１８は、カーボンセパレータ、メタルセパレータ、メタルセパレータと樹脂フレームとの組合せ、等の何れかからなるが、図示例では、セパレータ１８がカーボンセパレータの場合を示している。ただし、セパレータ１８はカーボンセパレータに限るものではない。   The separator 18 includes any one of a carbon separator, a metal separator, a combination of a metal separator and a resin frame, and the illustrated example shows a case where the separator 18 is a carbon separator. However, the separator 18 is not limited to a carbon separator.

燃料電池スタック２３において、各セル１０の、電解質膜１１を挟んで対向する２つのセパレータ１８間の電位差は、最大、たとえば約１ボルトであり、隣接するセル１０の互いに接触する２つのセパレータ１８間の電位差は、互いに導通しているので０ボルトである。
燃料電池スタック２３において、セル１０を２００個積層すると、スタック両端のターミナル２０間の電位差は約２００ボルトとなり、それを並列に２列配置して、電気的には直列接続すると（１つのスタックの総プラスをもう一つのスタックの総マイナスに接続すると）、２列のスタックの総プラスと総マイナス間の電位差は約４００ボルトとなり、車両で必要な電圧をとることができる。
スタック２３、各セル１０で正規の電位差が生じていることを確認するために、燃料電池スタック２３の各セル１０に、または複数のセル毎に、セル電圧モニタ用コネクタが装着される。セル電圧モニタ用コネクタは、たとえば、燃料電池スタック２３の上面位置に配置される。セル電圧モニタ用コネクタに接続されたワイヤハーネスは、束ねられてスタックケース４０のたとえば上壁に設けられた第１の穴を挿通してスタックケース４０外へと導かれる。また、スタック２３の両側端部のターミナル２０に接続された動力線もスタックケース４０のたとえば側壁に設けられた第２の穴を挿通してスタックケース４０外へと導かれる。
燃料電池スタック２３に接続される燃料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管も、スタックケース４０のたとえば側壁に設けられた第３の穴を挿通してスタックケース４０外へと導かれる。 In the fuel cell stack 23, the potential difference between the two separators 18 facing each other across the electrolyte membrane 11 in each cell 10 is a maximum, for example, about 1 volt, and between the two separators 18 in contact with each other in the adjacent cells 10. The potential difference is 0 volts because they are mutually conductive.
In the fuel cell stack 23, when 200 cells 10 are stacked, the potential difference between the terminals 20 at both ends of the stack becomes about 200 volts, and when two rows are arranged in parallel and electrically connected in series (one stack of The potential difference between the total plus and the total minus of the two rows of stacks is about 400 volts (when the total plus is connected to the total minus of the other stack), allowing the vehicle to take the required voltage.
In order to confirm that a normal potential difference is generated between the stack 23 and each cell 10, a cell voltage monitoring connector is attached to each cell 10 of the fuel cell stack 23 or for each of a plurality of cells. The cell voltage monitoring connector is disposed at the upper surface position of the fuel cell stack 23, for example. The wire harness connected to the cell voltage monitoring connector is bundled and inserted through a first hole provided in, for example, the upper wall of the stack case 40 and led out of the stack case 40. Further, the power lines connected to the terminals 20 at both end portions of the stack 23 are also guided to the outside of the stack case 40 through the second holes provided on the side walls of the stack case 40, for example.
The fuel gas pipe, the oxidant gas pipe, and the refrigerant pipe connected to the fuel cell stack 23 are also led out of the stack case 40 through a third hole provided in, for example, a side wall of the stack case 40.

図１、図２に示すように、スタックケース４０は、矩形状箱体であり、壁の少なくとも一部は中空部４２を有する中空壁４１となっている。少なくとも一部の中空壁構造はつぎの（イ）、（ロ）、（ハ）の何れであってもよい。ただし、つぎの（イ）、（ロ）、（ハ）は互いに重複するかもしれない。   As shown in FIGS. 1 and 2, the stack case 40 is a rectangular box, and at least a part of the wall is a hollow wall 41 having a hollow portion 42. At least a part of the hollow wall structure may be any of the following (A), (B), and (C). However, the following (a), (b), and (c) may overlap each other.

（イ）スタックケース４０は、上壁を有し、該上壁の、燃料電池スタックを収容した場合に燃料電池スタックの上方に位置する部分（上壁の一部でもよいし、あるいは上壁の全部でもよい）が壁内に中空部４２を有する中空壁４１から構成されている。中空部４２は望ましくは密閉中空部である。スタックケース４０の上壁の内面（スタック対向面）とスタック２３の上面との間には、間隔がある。中空壁４１の内側の部材４３と外側の部材４４との間には間隔があり、その間隔が中空部４２を構成する。   (A) The stack case 40 has an upper wall, and a portion of the upper wall positioned above the fuel cell stack when the fuel cell stack is accommodated (may be a part of the upper wall or the upper wall All may be comprised of a hollow wall 41 having a hollow portion 42 in the wall. The hollow part 42 is desirably a sealed hollow part. There is a gap between the inner surface (stack facing surface) of the upper wall of the stack case 40 and the upper surface of the stack 23. There is a gap between the inner member 43 and the outer member 44 of the hollow wall 41, and the gap constitutes the hollow portion 42.

（ロ）スタックケース４０は、スタック２３がスタックケース４０内に収容された場合に、スタックケース４０のうち燃料電池スタックに取り付けられた電子機器（セル電圧モニタ用コネクタ等）、電気機器（高電圧の動力配線等）に近接する部分が壁内に中空部４２を有する中空壁から構成されている。電子機器がスタック２３の上部にある場合は、スタックケース４０のうち電子機器に近接する部分はスタックケース４０の上壁であり、電気機器が高電圧の動力配線である場合は、スタックケース４０のうち電気機器に近接する部分はスタックケース４０の側壁（エンドプレートに対向するケース壁）である。スタックケース４０のうち燃料電池スタックに取り付けられた電子機器（セル電圧モニタ用コネクタ等）、電気機器（高電圧の動力配線等）に近接する部分の壁の内面（スタック対向面）とスタック２３との間には、間隔がある。   (B) When the stack 23 is accommodated in the stack case 40, the stack case 40 includes an electronic device (such as a cell voltage monitor connector) attached to the fuel cell stack of the stack case 40, an electric device (high voltage). The portion close to the power wiring or the like) is formed of a hollow wall having a hollow portion 42 in the wall. When the electronic device is on the top of the stack 23, the portion of the stack case 40 that is close to the electronic device is the upper wall of the stack case 40, and when the electric device is a high-voltage power wiring, Of these, the part close to the electric device is the side wall of the stack case 40 (case wall facing the end plate). Of the stack case 40, an electronic device (such as a cell voltage monitor connector) attached to the fuel cell stack, an inner surface (stack facing surface) of a wall adjacent to an electrical device (such as a high-voltage power wiring) and the stack 23 There is an interval between them.

（ハ）スタックケース４０は、第１のケース４３と該第１のケース４３の外側に位置し第１のケース４３との間に中空部４２を形成する第２のケース４４とを含んでいてもよい。第１のケース４３と第２のケース４４との間には間隔があり、その間隔の部分が中空部４２を構成する。なお、第１のケース４３と第２のケース４４との間の間隔は、図示略のスペーサなどにより維持される。
この構成によって、スタックケース４０は全面二重壁構成となる。このスタックケース全面二重壁構成をとることにより、上記の、上壁の中空壁構成も、側壁の中空壁構成も、自ずと満足される。
また、第１のケース４３の内面（スタック対向面）とスタック２３との間にも、間隔がある。 (C) The stack case 40 includes a first case 43 and a second case 44 which is located outside the first case 43 and forms a hollow portion 42 between the first case 43 and the first case 43. Also good. There is a gap between the first case 43 and the second case 44, and the part of the gap constitutes the hollow portion 42. In addition, the space | interval between the 1st case 43 and the 2nd case 44 is maintained by the spacer etc. which are not illustrated.
With this configuration, the stack case 40 has an entire double wall configuration. By adopting this stack case full surface double wall configuration, the above-described hollow wall configuration of the upper wall and the hollow wall configuration of the side wall are naturally satisfied.
There is also a gap between the inner surface (stack facing surface) of the first case 43 and the stack 23.

第１のケース４３の内外面、第２のケース４４の内外面には断熱材は取り付けられていない。また、中空部４２には断熱材は挿入されていない。
スタックケース４０の壁の中空部４２の圧力は大気圧であってもよいし、あるいは、大気圧より減圧されていてもよい。中空部４２の圧力が大気圧より減圧される場合は、中空部４２は密閉中空部からなる。この場合、減圧は、スタックケースが予め減圧されてからその減圧雰囲気が封止により維持されたものであることが望ましい。すなわち、停止時のみケースを真空ポンプで真空にするものではないことが望ましい。
また、スタックケース４０の壁の中空部４２から見て内側の部材４３（壁が二重壁の場合は第１のケース４３）と外側の部材４４（壁が二重壁の場合は第２のケース４４）との材質を互いに異ならせてもよい。
たとえば、中空部４２から見て内側の部材４３（壁が二重壁の場合は第１のケース４３）の材質が樹脂であり、外側の部材４４（壁が二重壁の場合は第２のケース４４）の材質が金属（たとえば、スチール、アルミ合金等）である。樹脂は金属に比べて熱伝導性が低く、金属に比べて断熱性が高い。また、樹脂は電気絶縁物である。金属（たとえば、スチール、アルミ合金等）は、樹脂に比べて強度が高く、飛び石などを受けても破損しにくい。
また、スタックケース４０は、燃料電池スタック２３を収容するケースだけでなく、加湿器等の燃料電池の発電に利用される機器をスタック２３と共に収容するケースにも適用可能である。 No heat insulating material is attached to the inner and outer surfaces of the first case 43 and the inner and outer surfaces of the second case 44. Further, no heat insulating material is inserted into the hollow portion 42.
The pressure in the hollow portion 42 of the wall of the stack case 40 may be atmospheric pressure, or may be reduced from atmospheric pressure. When the pressure of the hollow part 42 is reduced from the atmospheric pressure, the hollow part 42 is a sealed hollow part. In this case, it is desirable that the depressurization is such that the depressurized atmosphere is maintained by sealing after the stack case has been depressurized in advance. In other words, it is desirable that the case is not evacuated by the vacuum pump only when it is stopped.
Further, when viewed from the hollow portion 42 of the wall of the stack case 40, the inner member 43 (first case 43 when the wall is a double wall) and the outer member 44 (second wall when the wall is a double wall) The material of the case 44) may be different from each other.
For example, the material of the inner member 43 (first case 43 when the wall is a double wall) viewed from the hollow portion 42 is resin, and the outer member 44 (second wall when the wall is a double wall) The material of the case 44) is a metal (for example, steel, aluminum alloy, etc.). Resins have lower thermal conductivity than metals and higher heat insulation than metals. Resin is an electrical insulator. Metal (for example, steel, aluminum alloy, etc.) has a higher strength than resin, and is not easily damaged even if it receives stepping stones.
Moreover, the stack case 40 is applicable not only to a case for housing the fuel cell stack 23 but also to a case for housing a device used for power generation of a fuel cell such as a humidifier together with the stack 23.

つぎに、本発明のスタックケースの作用・効果を説明する。
上記（イ）、（ロ）、（ハ）のの何れのスタックケース４０においても、スタックケース４０の壁の少なくとも一部に中空部４２を設けるため、中空部４２が空気断熱層となって働き、スタック２３周辺でスタックケース４０内の水分を含んだ空気を急激に冷却させないことで、スタックケース４０内空気中水分の凝縮による結露を防止または抑制することができる。
また、壁に断熱材を取付ける場合に比べて断熱材が無い分軽量化でき、かつ雨や雪がフロントグリルを通過してフロントコンパートメントに進入してきても、断熱材が設けられていないため、断熱材による吸水がないので、断熱材の吸水による断熱材の重量アップや断熱材の断熱性低下もない。
また、断熱材がないため、車両走行中床下から跳ね上がってくる飛び石などによる断熱材層の局部的損傷もない。
また、本発明では、中空部４２による断熱性向上により、冷間始動後のスタック発熱を外部に放出しにくくする効果もあるため、始動時の暖機性が向上する。 Next, the operation and effect of the stack case of the present invention will be described.
In any of the stack cases 40 of the above (A), (B), and (C), the hollow portion 42 serves as an air insulation layer because the hollow portion 42 is provided in at least a part of the wall of the stack case 40. By preventing the air containing moisture in the stack case 40 around the stack 23 from being rapidly cooled, condensation due to condensation of moisture in the air in the stack case 40 can be prevented or suppressed.
Also, compared to the case where heat insulating material is attached to the wall, the heat insulating material can be reduced in weight because there is no heat insulating material, and even if rain or snow enters the front compartment through the front grille, there is no heat insulating material provided. Since there is no water absorption due to heat insulation, there is no increase in weight of the heat insulating material due to water absorption of the heat insulating material and no decrease in heat insulating properties of the heat insulating material.
In addition, since there is no heat insulating material, there is no local damage to the heat insulating material layer caused by a stepping stone that jumps up from under the floor while the vehicle is running.
Further, in the present invention, the heat insulating property by the hollow portion 42 has an effect of making it difficult to release the stack heat generated after the cold start to the outside, so that the warm-up property at the start is improved.

スタックケース４０の上壁に中空部４２を設けた場合（上記（イ）の場合）は、スタックケース４０の上壁への結露を防止または抑制でき、その結果、スタックケース４０の上壁に結露した水分が下方にある、スタック２３に取り付けた電子機器（たとえば、セル電圧モニタ等）、電気機器（たとえば、高電圧配線）上に落下することを防止、または抑制することができる。
スタックケース４０の、燃料電池スタック２３を収容した場合に電子・電気機器（たとえば、セル電圧モニタ、高電圧配線）に近接する部分を中空壁４１から構成した場合（上記（ロ）の場合）は、電子・電気機器に近接するスタックケース部位への結露を防止または抑制でき、電子・電気機器に近接するスタックケース部位に結露した水分がその近傍にある電子機器（たとえば、セルモニタ等）、電気機器（たとえば、高電圧配線）に飛散、または落下することを防止、または抑制することができる。
スタックケース４０を第１のケース４３と第１のケースとの間に中空部４２を形成する第２のケース４４とから構成した場合（上記（ハ）の場合）は、ケース壁の全面が二重壁であり、スタックケース４０のどの部位の結露をも抑制できる。さらに、二重ケース化により、燃料電池からの水素ガス洩れ時に対しても、二重シールとなることで外部に洩れることを防止でき、安全性の向上につながる。 When the hollow portion 42 is provided on the upper wall of the stack case 40 (in the case of (b) above), condensation on the upper wall of the stack case 40 can be prevented or suppressed. It is possible to prevent or suppress the moisture from falling on an electronic device (for example, a cell voltage monitor or the like) attached to the stack 23 or an electric device (for example, a high voltage wiring), which is located below.
When the portion of the stack case 40 that is close to the electronic / electrical device (for example, cell voltage monitor, high voltage wiring) when the fuel cell stack 23 is accommodated is constituted by the hollow wall 41 (in the case of (b) above) , Which can prevent or suppress dew condensation on the stack case part close to the electronic / electrical device, and the moisture that is condensed on the stack case part close to the electronic / electrical device (eg cell monitor), electric device It can be prevented or suppressed from being scattered or dropped (for example, high voltage wiring).
When the stack case 40 is composed of the first case 43 and the second case 44 that forms the hollow portion 42 between the first case (in the case of (C) above), the entire case wall is doubled. It is a heavy wall and can suppress dew condensation in any part of the stack case 40. Further, the double case makes it possible to prevent leakage to the outside by providing a double seal even when hydrogen gas leaks from the fuel cell, leading to improved safety.

スタックケース４０の壁の中空部４２が大気圧よりも減圧されている場合は、中空部４２の断熱効果が高まり、スタックケース内空気中水分の凝縮によるスタックケース４０の壁への結露を、中空部４２を減圧しない場合（大気圧のままの場合）に比べてより一層、防止または抑制することができる。   When the hollow portion 42 of the wall of the stack case 40 is depressurized from the atmospheric pressure, the heat insulating effect of the hollow portion 42 is enhanced, and condensation on the wall of the stack case 40 due to condensation of moisture in the air in the stack case is hollowed out. This can be further prevented or suppressed as compared with the case where the portion 42 is not decompressed (when atmospheric pressure is maintained).

スタックケース４０の、中空部４２から見て内側の部材４３（壁が二重壁の場合は第１のケース４３）と外側の部材４４（壁が二重壁の場合は第２のケース４４）との材質を互いに異ならせた場合は、それぞれの部材に要求される条件を満足させることが容易になる。すなわち、中空部４２から見て内側の部材４３は、熱伝導性が低く断熱性が高い材料で、かつ、漏電を防止するために電気絶縁材であることが望ましく、中空部４２から見て外側の部材４４は、飛び石などを受けても破損や変形しないように強度が高い材料であることが望ましいが、それを別々に容易に満足させることができる。
たとえば、中空部４２から見て内側の部材４３の材質を樹脂とし、外側の部材４４の材質を金属とした場合は、外側の部材４４で強度を満足させ、内側の部材４３で電気絶縁性、断熱性を満足させることができる。 An inner member 43 (first case 43 when the wall is a double wall) and an outer member 44 (second case 44 when the wall is a double wall) of the stack case 40 as viewed from the hollow portion 42. If the materials are different from each other, it becomes easy to satisfy the conditions required for each member. In other words, the inner member 43 as viewed from the hollow portion 42 is preferably a material having low thermal conductivity and high heat insulation properties, and is preferably an electrical insulating material in order to prevent electric leakage. The member 44 is preferably made of a material having high strength so as not to be damaged or deformed even if it receives a stepping stone or the like, but it can be easily satisfied separately.
For example, when the material of the inner member 43 as viewed from the hollow portion 42 is resin and the material of the outer member 44 is metal, the outer member 44 satisfies the strength, and the inner member 43 is electrically insulating. Thermal insulation can be satisfied.

本発明のスタックケースの斜視図である。It is a perspective view of the stack case of the present invention. 図１のスタックケースとその内部に収容された燃料電池スタックの一部の拡大側面図である。FIG. 2 is an enlarged side view of a part of the stack case of FIG. 1 and a fuel cell stack accommodated therein. 本発明の燃料電池スタックケースに収容される燃料電池スタックの側面図である。It is a side view of the fuel cell stack accommodated in the fuel cell stack case of the present invention. 図３の燃料電池スタックの一部の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of the fuel cell stack of FIG. 3. 図３の燃料電池スタックのセルの正面図である。It is a front view of the cell of the fuel cell stack of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１３、１６ 拡散層
１４ アノード
１７ カソード
１８ セパレータ
１９ セル
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ 燃料電池スタック
２４ 締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト・ナット
２６ 冷媒流路（流体流路）
２７ 燃料ガス流路（流体流路）
２８ 酸化ガス流路（流体流路）
２９ 冷媒マニホールド（流体マニホールド）
３０ 燃料ガスマニホールド（流体マニホールド）
３１ 酸化ガスマニホールド（流体マニホールド）
３２ ガスケット
３３ 接着剤
４０ スタックケース
４１ 中空壁
４２ 中空部
４３ 中空部から見て内側の部材（壁が二重壁の場合は第１のケース）
４４ 中空部から見て外側の部材（壁が二重壁の場合は第２のケース） 10 (solid polymer electrolyte type) fuel cell 11 electrolyte membranes 13 and 16 diffusion layer 14 anode 17 cathode 18 separator 19 cell 20 terminal 21 insulator 22 end plate 23 fuel cell stack 24 fastening member (tension plate)
25 Bolt / Nut 26 Refrigerant flow path (fluid flow path)
27 Fuel gas flow path (fluid flow path)
28 Oxidizing gas channel (fluid channel)
29 Refrigerant manifold (fluid manifold)
30 Fuel gas manifold (fluid manifold)
31 Oxidizing gas manifold (fluid manifold)
32 Gasket 33 Adhesive 40 Stack case 41 Hollow wall 42 Hollow portion 43 Inside member viewed from the hollow portion (first case when the wall is a double wall)
44 Outside member viewed from the hollow part (second case when the wall is a double wall)

Claims (6)

燃料電池スタックを収容するスタックケースであって、上壁を有し、該上壁の、燃料電池スタックを収容した場合に燃料電池スタックの上方に位置する部分が壁内に中空部を有する中空壁から構成されているスタックケース。   A stack case for accommodating a fuel cell stack, the hollow wall having an upper wall, and a portion of the upper wall located above the fuel cell stack when the fuel cell stack is accommodated has a hollow portion in the wall Stack case made up of. 燃料電池スタックを収容するスタックケースであって、燃料電池スタックには電子・電気機器が取付けられており、前記スタックケースの、燃料電池スタックを収容した場合に前記電子・電気機器に近接する部分が壁内に中空部を有する中空壁から構成されている請求項１記載のスタックケース。   A stack case for accommodating a fuel cell stack, wherein an electronic / electrical device is attached to the fuel cell stack, and a portion of the stack case that is close to the electronic / electrical device when the fuel cell stack is accommodated The stack case according to claim 1, wherein the stack case includes a hollow wall having a hollow portion in the wall. 前記スタックケースが第１のケースと該第１のケースの外側に位置し第１のケースとの間に中空部を形成する第２のケースとを含む請求項１または請求項２記載のスタックケース。   3. The stack case according to claim 1, wherein the stack case includes a first case and a second case which is located outside the first case and forms a hollow portion between the first case and the second case. . 前記中空部が大気圧より減圧されている請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のスタックケース。   The stack case according to any one of claims 1 to 3, wherein the hollow portion is depressurized from atmospheric pressure. 前記中空部から見て内側の部材と外側の部材との材質を互いに異ならせた請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のスタックケース。   The stack case according to any one of claims 1 to 4, wherein the inner member and the outer member are made of different materials as viewed from the hollow portion. 前記中空部から見て内側の部材の材質が樹脂であり、外側の部材の材質が金属である請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のスタックケース。   The stack case according to any one of claims 1 to 5, wherein a material of an inner member as viewed from the hollow portion is a resin, and a material of an outer member is a metal.
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