JP2010044991A - 燃料電池用筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】熱変形を抑制した燃料電池用筐体を得る。
【解決手段】燃料電池ユニット２を配置するための収納室４を構成する内殻部材１４と、内殻部材１４と所定間隔をおいて外側に配置される外殻部材１２とを備え、内殻部材１４と外殻部材１２との間を反応ガス流路１６，１８としてなり、内殻部材１４に収納室４内へ垂下して設けられた反応ガス流路１７とつながる反応ガス供給通路６１を有する反応ガス導入部材６０を備える直方体状の燃料電池用筐体１であって、反応ガス導入部材６０は、反応ガス供給通路６１を構成する一対の板状壁６４ａ，６４ｂを備えるとともに、一対の板状壁６４ａ，６４ｂの少なくとも一方の板状壁に、他方の板状壁に突出しかつ接触するリブ６６を備えることにより、反応ガス導入部材６０の熱変形を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池ユニットを収納室に収納するための燃料電池用筐体に関する。

特許文献１において、燃料電池ユニットを収納室に収納するための燃料電池用筐体の側壁は、互いに間隔をあけて外殻部材と内殻部材と排ガス用内壁とが並設されて中空壁状に形成されており、外殻部材と内殻部材との間及び内殻部材と排ガス用内壁との間に反応ガス流路および排ガス流路がそれぞれ形成されている。また、収納室内に反応ガス供給通路が形成された反応ガス導入部材が垂下され、反応ガス供給通路を介して収納室内に反応ガスを導入するよう構成されている。
特開２００７−５９３７７号公報

ところで、こうした従来のものでは、反応ガス導入部材は、収納室内に垂下され間隔をあけて対向する一対の板状壁を備え、一対の板状壁の間に反応ガス供給通路を形成している。そのため、収納室内が高温になると、一対の板状壁はその厚さが薄いので、反応ガス導入部材が熱変形しやすいという問題があった。

本発明の課題は、反応ガス導入部材の熱変形を抑制（防止）した燃料電池用筐体を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
燃料電池ユニットを収納するための収納室を構成する内殻部材と、該内殻部材と所定間隔をおいて外側に配置される外殻部材とを備え、前記内殻部材と前記外殻部材との間を反応ガス流路としてなり、前記内殻部材に前記収納室内へ垂下して設けられた前記反応ガス流路とつながる反応ガス供給通路を有する反応ガス導入部材を備える直方体状の燃料電池用筐体であって、前記反応ガス導入部材は、前記反応ガス供給通路を構成する一対の板状壁を備えるとともに、該一対の板状壁の少なくとも一方の板状壁に、他方の板状壁に突出しかつ接触するリブを備えることを特徴とする燃料電池用筐体がそれである。

前記一対の板状壁にそれぞれ前記リブを備えるとともに、その先端部同士が、互いに突き合わされて溶着されている構成としてもよい。その際、前記リブは、断面が円形状に突出して形成されたものでもよい。

前記反応ガス導入部材は、一対の前記板状壁からなる挿入部と、該挿入部を挿入可能なスリットが形成されたフランジ部とを備え、前記挿入部の端部が前記フランジ部のスリットに挿入されて溶接にて固定されているとともに、前記フランジ部と前記内殻部材の上面とがボルトにて固定されている構成でもよい。その際、前記フランジ部に前記ボルトを挿入するための複数の取付孔を備え、前記スリットの長手方向における中央部に位置する前記取付孔が丸孔であるとともに、他の前記取付孔が、前記スリットの長手方向に沿って長い長円形の孔とした構成としてもよい。

本発明の燃料電池用筐体は、反応ガス導入部材を構成する一対の板状壁の少なくとも一方の板状壁に、他方の板状壁に突出しかつ接触するリブを備えることで、反応ガス導入部材の剛性が向上し、反応ガス導入部材の熱変形を防止できるという効果を奏する。

リブを一対の板状壁にそれぞれ備えるとともに、その先端部同士が、互いに突き合わされて溶着されていることにより、反応ガス導入部材の剛性をより向上させることができる。またその際、リブを断面が円形状に突出して形成すると、剛性の向上と流路抵抗の増加の抑制とを図った反応ガス導入部材を得ることができる。

反応ガス導入部材を、一対の板状壁からなる挿入部と、挿入部を挿入可能なスリットが形成されたフランジ部とを備え、挿入部の端部がフランジ部のスリットに挿入されて溶接にて固定されているとともに、フランジ部と内殻部材の上面とがボルトにて固定されている構成とすることにより、反応ガス供給通路を塞ぐことなく溶接できる。また、フランジ部にボルトを挿入するための複数の取付孔を備え、スリットの長手方向における中央部に位置する取付孔が丸孔であるとともに、他の取付孔が、スリットの長手方向に沿って長い長円形の孔とすることにより、反応ガス導入部材の熱変形を抑制（防止）できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は燃料電池用筐体で、燃料電池用筐体１には燃料電池ユニット２が収納される。燃料電池ユニット２は燃料極、固体電解質、酸素極が順次積層された燃料電池セルが複数配列され、燃料極側に水素を含む燃料ガスを供給し、酸素極側に空気等の反応ガスを供給して、発電を行なう周知のものである。

本実施形態では、燃料電池用筐体１は直方体状に形成されており、燃料電池ユニット２は、燃料電池用筐体１に設けられた収納室４に収納される。図２に示すように、燃料電池用筐体１には収納室４に燃料電池ユニット２を挿入可能な開口６（一方のみ図示する）が対向する両端面に形成されている。また、この開口６をそれぞれ塞ぐ蓋部材８，１０が設けられている。尚、開口６は対向する両端面にそれぞれ形成する必要はなく、少なくとも一端面に形成すればよい。

燃料電池用筐体１は、燃料電池ユニット２を挿入する方向と平行な左右の側壁及び天井壁を、外殻部材１２と内殻部材１４とにより形成しており、図１に示すように、外殻部材１２と内殻部材１４とはそれぞれ断面形状がコ字状に形成されるとともに、下方の床側が開放されて形成されている。なお、内殻部材１４と後述する床部材により収納室４が形成されている。また、内殻部材１４は外殻部材１２内に収納できるように、内殻部材１４は外殻部材１２よりも小さく形成されている。

そして、内殻部材１４と所定間隔をおいて外側に外殻部材１２が配置されることから、外殻部材１２の内側に内殻部材１４を入れた際には、床側となる下方を除き、燃料電池ユニット２の挿入方向に延びる左右の側壁側と天井壁側とには、それぞれ外殻部材１２と内殻部材１４との間に隙間が形成される。

外殻部材１２の天井には、大きな開放孔２０が形成されており、この開放孔２０に対応して、内殻部材１４の天井に燃料電池ユニット２の挿入方向に沿って細長い挿入孔２２が形成されている。外殻部材１２の開放孔２０を塞ぐ天井板２４が図示しないボルトにより着脱可能に取り付けられる。

図１に示すように、内殻部材１４の左右側壁側は、収納室４側に切り起こされて、凹部２６，２８が形成されている。この凹部２６，２８を塞ぐように、内殻部材１４の左右側壁外側には仕切板３０，３２が溶接等により固定されている。凹部２６，２８には、切り起こして形成されることにより、天井側と床側とに切欠２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８ｂが形成されている。

燃料電池用筐体１の左右の側壁側では、外殻部材１２と仕切板３０，３２との間の隙間により、反応ガスが流れる反応ガス流路１６，１８が形成されている。また、燃料電池用筐体１の天井壁側では、外殻部材１２と内殻部材１４との間の隙間により、反応ガスが流れる反応ガス流路１７が形成されている。更に、仕切板３０，３２と内殻部材１４との間の凹部２６，２８による隙間により排ガスが流れる排ガス流路が形成されている。

外殻部材１２と内殻部材１４との下方の端に、収納室４の床を形成する床部材が取り付けられている。床部材は、反応ガスが供給される導入箱３６の上に排気箱３８を積み重ねて固定した二重構造で、導入箱３６と排気箱３８とは、内部が中空状に形成されている。

本実施形態では、排気箱３８は導入箱３６よりも幅が小さく形成されており、導入箱３６の側面に外殻部材１２の下端側面が重ねられて、溶接により固定されている。また、排気箱３８の側面に内殻部材１４の下端側面が重ねられて、溶接により固定されている。

導入箱３６には、燃料電池ユニット２の挿入方向と平行方向に沿った切欠４４，４６が形成されている。切欠４４，４６を介して外殻部材１２及び仕切板３０，３２の間の反応ガス流路１６，１８と導入箱３６の内部とをそれぞれ連通するように形成されている。

排気箱３８には、その天井面（収納室の床面側）の両側に燃料電池ユニット２の挿入方向と平行方向に沿った切欠４８，５０が形成されている。切欠４８，５０は凹部２６，２８の切欠２６ａ，２８ａに対応して形成されており、外殻部材１２と内殻部材１４とを床部材に取り付けた際に、切欠４８，５０と凹部２６，２８の切欠２６ａ，２８ａとが重なり合って、排気箱３８の内部と凹部２６，２８内とがそれぞれつながるように形成されている。

導入箱３６には、その底面側に反応ガス供給管５２が接続されており、また、排気箱３８には、その底面側に図示しない排気管が接続されており、排気管は導入箱３６の内部を通って導入箱３６の下側にその先端が開口されている。

一方、外殻部材１２と内殻部材１４とには、図３に示すように、開口６の縁側にそれぞれフランジ部１２ａ，１４ａが形成されている。外殻部材１２のフランジ部１２ａは、開口６の内側に略直角に折り曲げられて形成されており、内殻部材１４のフランジ部１４ａも開口６の内側に略直角に折り曲げられて形成されている。外殻部材１２の内側に内殻部材１４を入れた際、外殻部材１２のフランジ部１２ａの内側に、内殻部材１４のフランジ部１４ａの外側が重なり合うように形成されている。

更に、各フランジ部１２ａ，１４ａには複数の取付孔５４が形成されている。また、開口６と対向する図示しない他方の開口側についても同様に、フランジ部が形成されて、フランジ部が重ね合わせられている。重ね合わされたフランジ部１２ａ，１４ａが、レーザ溶接による重ね溶接で一体に溶着されている。

図２に示すように、蓋部材８，１０には、複数の取付孔５６，５８が形成されており、蓋部材８，１０の取付孔５６，５８と、フランジ部１２ａ，１４ａの取付孔５４とが合わされ、図示しないボルトが挿入されて着脱可能に蓋部材８，１０がフランジ部１２ａ，１４ａに取り付けられ、開口６が蓋部材８，１０により塞がれる。

図１、図２に示すように、内殻部材１４の天井側の挿入孔２２には、反応ガス導入部材６０が挿入される。反応ガス導入部材６０は挿入孔２２に挿入可能なように扁平状に形成されており、内部は中空状に形成されて反応ガス供給通路６１が形成されている。

本実施形態では、反応ガス導入部材６０は、収納室４内に垂下・挿入される挿入部６２と板状のフランジ部６３とを備え、図４に示す挿入部６２は一枚の薄板材（例えば、板厚１．５ｍｍ）をコ字状に折り曲げて間隔（例えば、２ｍｍの間隔）をあけて対向する一対の板状壁６４ａ，６４ｂを有し、一対の板状壁６４ａ，６４ｂの間に反応ガス供給通路６１を形成している。

また、一対の板状壁６４ａ，６４ｂには複数のリブ６６ａ，６６ｂが形成されている。ここで、一方の板状壁に、他方の板状壁に突出しかつ接触するリブが設けられている。なお、図４においては、一方の板状壁６４ａのリブ６６ａは他方の板状壁６４ｂに突出して形成されており、他方の板状壁６４ｂのリブ６６ｂは一方の板状壁６４ａに突出して形成されており、これらのリブ６６ａ、６６ｂが接触して形成されている。

ここで、両リブ６６ａ，６６ｂは、断面が円形状に突出して形成されており、予め一枚の薄板材の所定の位置に形成した後、薄板材をコ字状に折り曲げた際に、両リブ６６ａ，６６ｂの先端同士が接触するように形成されている。一対の板状壁６４ａ，６４ｂにそれぞれリブ６６ａ，６６ｂを形成することなく、例えば、一方の板状壁６４ａにのみリブ６６ａを形成し、このリブ６６ａの先端が他方の板状壁６４ｂに接触するように形成してもよい。また、リブ６６ａ，６６ｂは、断面を円形状に形成する場合に限らず、例えば、楕円形状でもよく、反応ガス供給通路６１を流れる反応ガスの流路抵抗が大きく増加しないように、反応ガスの流路抵抗が小さくなるように形成する。

薄板材をコ字状に折り曲げてリブ６６ａ，６６ｂの先端同士を接触させた後、両リブ６６ａ，６６ｂを、抵抗溶接によるスポット溶接、あるいは、レーザ溶接による重ね溶接等により溶着する。リブ６６ａ，６６ｂの数や位置は、反応ガス導入部材６０の熱変形を抑制（防止）できるように、実験等により決定すればよい。

挿入部６２には、２つの貫通孔６８が形成されており、貫通孔６８はリブ６６ａ，６６ｂと同様に、一対の板状壁６４ａ，６４ｂが断面が円形状に突出されて先端同士が接触され、その先端に貫通孔６８が形成されている。また、燃料電池ユニット２の挿入方向に対向する挿入部６２の側面は、溶着等により閉塞されており、挿入部６２の上方のみが開口されている。

図４に示すように、フランジ部６３には、燃料電池ユニット２の挿入方向と平行に、スリット７０が形成されており、スリット７０は挿入部６２を挿入可能に形成されている。スリット７０に挿入部６２の上端が挿入されて溶接にて固定される。

その際、挿入部６２の上端は、フランジ部６３の表面から突き出さないように、フランジ部６３の表面と同一面となるように合わせて挿入される。これにより、挿入部６２の一対の板状壁６４ａ，６４ｂとフランジ部６３とが突き合わされこの突き合わせ面に沿ってレーザ溶接による突き合わせ溶接が行われて固定される。

挿入部６２の上端をフランジ部６３の表面から突き出して、一対の板状壁６４ａ，６４ｂとフランジ部６３とを隅肉溶接すると、板状壁６４ａ，６４ｂの板厚が薄いので、反応ガス供給通路６１に裏ビードが出て反応ガス供給通路６１を狭めてしまう場合がある。突き合わせ溶接をすると、裏ビードが反応ガス供給通路６１に出るおそれがなく、溶接しても反応ガス供給通路６１を狭めることがない。

図２、図４に示すように、反応ガス導入部材６０を挿入孔２２に挿入した後、フランジ部６３が内殻部材１４の上面と図示しないボルトにより固定される。フランジ部６３には丸孔の取付孔７２と長円形の取付孔７３とが形成されており、本実施形態では、フランジ部６３のスリット７０の長手方向における中央部に、一対の丸孔の取付孔７２が形成されている。そして、スリット７０の長手方向における中央部の取付孔７２以外の他の取付孔７３が、スリット７０の長手方向に沿って長い長円形状で複数個形成されている。

フランジ部６３に形成された取付孔７２，７３と、挿入孔２２の周囲の内殻部材１４に形成された取付孔７４とに図示しないボルトが挿入されて、反応ガス導入部材６０が内殻部材１４の上面に固定される。

反応ガス供給通路６１は上方に開口されて、反応ガス流路１７に連通されており、反応ガス供給通路６１の下方は、反応ガス導入部材６０（挿入部６２）に形成された多数の小孔７６を介して、収納室４に連通されている。小孔７６の直径は、板状壁６４ａ，６４ｂの板厚寸法と同じ程度に形成されており、本実施形態ではレーザ加工により形成されている。レーザ加工により小孔７６を形成することにより加工時間を短縮でき生産性を向上させることができる。また、小孔７６は薄板材をコ字状に折り曲げる前に所定の位置に予め形成される。

外殻部材１２の天井には、開放孔２０の周囲に複数の取付孔７８が形成されており、開放孔２０を塞ぐ天井板２４にも取付孔８０が形成されている。天井板２４の取付孔８０と外殻部材１２の取付孔７８とを重ね合わせて、図示しないボルトにより天井板２４が外殻部材１２に固定される。

更に、外殻部材１２と内殻部材１４との側壁には、挿入管８２，８４が取り付けられており、挿入管８２，８４は外殻部材１２と内殻部材１４とを貫通して、収納室４に連通されている。挿入管８２，８４には、収納室４内の温度を検出する温度センサ等が挿入される。

次に、前述した本実施形態の燃料電池用筐体１の作動について説明する。
反応ガス導入部材６０を挿入孔２２に挿入するとともに、天井板２４を外殻部材１２に取り付け、開口６から燃料電池ユニット２を収納室４内に挿入して、開口６を蓋部材８，１０により塞いで固定する。

空気等の反応ガスが供給管５２を介して導入箱３６内に導入されると、図１に矢印で示すように、切欠４４，４６から外殻部材１２と仕切板３０，３２との間の反応ガス流路１６，１８に導かれる。そして、両側壁側の反応ガス流路１６，１８から天井側の反応ガス流路１７に導かれ、反応ガス流路１７から反応ガス導入部材６０の反応ガス供給通路６１に流入する。反応ガス供給通路６１から小孔７６を介して収納室４に反応ガスが供給され、燃料電池ユニット２内で消費される。

その際、反応ガス導入部材６０の反応ガス供給通路６１には、複数のリブ６６ａ，６６ｂが突出して、反応ガスの流路抵抗となるが、リブ６６ａ，６６ｂは断面が円形状に形成されているので、リブ６６ａ，６６ｂを設けてもその流路抵抗は小さい。

燃料電池ユニット２からの排ガスは、収納室４から切欠２６ａ，２８ａを介して凹部２６，２８（排ガス流路）に流入する。内殻部材１４と仕切板３０，３２との間の凹部２６，２８を通って、内殻部材１４の切欠２６ｂ，２８ｂから排気箱３８の切欠４８，５０を介して排気箱３８内に導かれる。排気箱３８内から図示しない排気管を介して外部に排出される。

燃料電池ユニット２での発電反応により、収納室４内は高温になる。これにより、反応ガス導入部材６０が高温の雰囲気に晒され、特に挿入部６２が高温の雰囲気に晒されて、挿入部６２が高温になる。挿入部６２の温度上昇による熱応力等により、反応ガス導入部材６０が熱変形しようとする。特に、挿入部６２は板厚が薄いので、変形が発生しやすいが、リブ６６ａ，６６ｂが設けられているので、挿入部６２の剛性が高く、挿入部６２の変形を抑制する。

また、反応ガス導入部材６０は燃料電池ユニット２の挿入方向に長いので、温度変化によりフランジ部６３がスリット７０に沿った方向に伸びようとする。フランジ部６３が複数の取付孔７２，７３に挿入された図示しないボルトにより固定されているが、中央の取付孔７２以外の取付孔７３は長円形としたので、長円形の取付孔７３ではボルトとの間で滑りが生じ、丸孔の取付孔７２とボルトの間では滑りが生じることなく位置決めがなされて、フランジ部６３が熱伸びにより変形するのを抑制（防止）する。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての燃料電池用筐体の一部を破断して示す拡大斜視図である。 本実施形態の燃料電池用筐体の蓋部材、天井板、反応ガス導入部材の組立を示す分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。 本実施形態の反応ガス導入部材の一部を破断して示す拡大斜視図である。

符号の説明

１…燃料電池用筐体 ２…燃料電池ユニット
４…収納室 ６…開口
８，１０…蓋部材 １２…外殻部材
１４…内殻部材
１６，１７，１８…反応ガス流路
２４…天井板 ２６，２８…凹部
３０，３２…仕切板 ３６…導入箱
３８…排気箱 ６０…反応ガス導入部材
６１・・・反応ガス供給通路 ６２…挿入部
６３…フランジ部 ６４ａ，６４ｂ…板状壁
６６ａ，６６ｂ…リブ ７０…スリット
７６…小孔

Claims (5)

1. 燃料電池ユニットを収納するための収納室を構成する内殻部材と、該内殻部材と所定間隔をおいて外側に配置される外殻部材とを備え、前記内殻部材と前記外殻部材との間を反応ガス流路としてなり、前記内殻部材に前記収納室内へ垂下して設けられた前記反応ガス流路とつながる反応ガス供給通路を有する反応ガス導入部材を備える直方体状の燃料電池用筐体であって、前記反応ガス導入部材は、前記反応ガス供給通路を構成する一対の板状壁を備えるとともに、該一対の板状壁の少なくとも一方の板状壁に、他方の板状壁に突出しかつ接触するリブを備えることを特徴とする燃料電池用筐体。
2. 前記一対の板状壁にそれぞれ前記リブを備えるとともに、その先端部同士が、互いに突き合わされて溶着されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用筐体。
3. 前記リブは、断面が円形状に突出して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用筐体。
4. 前記反応ガス導入部材は、一対の前記板状壁からなる挿入部と、該挿入部を挿入可能なスリットが形成されたフランジ部とを備え、前記挿入部の端部が前記フランジ部のスリットに挿入されて溶接にて固定されているとともに、前記フランジ部と前記内殻部材の上面とがボルトにて固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池用筐体。
5. 前記フランジ部に前記ボルトを挿入するための複数の取付孔を備え、前記スリットの長手方向における中央部に位置する前記取付孔が丸孔であるとともに、他の前記取付孔が、前記スリットの長手方向に沿って長い長円形の孔であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用筐体。

Images