JP2010238568A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ケースに収容された燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、ケースに許容される大きさ以上の外力がケースに対して加えられた場合であっても、燃料電池スタックとともにケース内に収容された配管の破損を抑制する。
【解決手段】燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００および配管５０，６０の一部を収容するスタックケース７０を備える。燃料電池スタック１００におけるエンドプレート２０の表面には、ポンプ４０が設けられており、このポンプ４０の表面には、配管５０，６０よりもスタックケース７０側に突出するブロック８０が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、一般に、複数の単セルを積層させた燃料電池スタックの形態で利用される。このような燃料電池スタックを備える燃料電池システムは、電源として、いわゆる燃料電池車両（以下、単に車両とも呼ぶ）に搭載される場合がある。この場合には、燃料電池スタックは、比較的強度の高い金属製のケース（スタックケース）に収容された状態で車両に搭載される。そして、このケースには、燃料ガスや酸化剤ガスや冷却媒体を燃料電池スタックに供給したり、燃料電池スタックから排出したりするための各種配管の一部も収容される（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００８−０１６４０２号公報

燃料電池システムが車両に搭載される場合、上記ケースは、車両の挙動安定性を向上させるとともに、車両が衝突（正面衝突、側突、後突を含む）した場合でも、収容する燃料電池スタックが破損しにくいように、車両の床下部に搭載されることが多い。

しかし、車両が衝突した場合の衝撃力が想定外に大きい場合には、上記ケースに許容される大きさ以上の力（外力）が上記ケースに対して加わって上記ケースが変形して配管と接触し、絶縁抵抗の低下を招いたり、さらには、上記ケースに収容された各種配管が破損したりするおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ケースに収容された燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、ケースに許容される大きさ以上の外力がケースに対して加えられた場合であっても、燃料電池スタックとともにケース内に収容された配管の破損を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池システムであって、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層するとともに、前記単セルの積層方向についての両端部に。それぞれエンドプレートを配置してなる燃料電池スタックと、少なくとも一方の前記エンドプレートに接続され、前記燃料電池スタック内を流れる所定の流体を流すための配管と、前記燃料電池スタック、および、前記配管の一部を収容するケースと、前記ケース内において、前記エンドプレートおよび前記ケースの一方に、直接的または間接的に接続され、前記配管よりも他方側に突出する突出部材と、を備える燃料電池システム。

ここで、所定の流体としては、例えば、燃料電池スタックにおける各単セルのアノードに供給される燃料ガスや、各単セルのアノードから排出されるアノードオフガスや、各単セルのカソードに供給される酸化剤ガスや、各単セルのカソードから排出されるカソードオフガスや、各単セルに循環される冷却媒体が挙げられる。

適用例１の燃料電池システムでは、上記ケース内に、上記突出部材を備えているので、上記ケースに許容される大きさ以上の外力が上記ケースに対して加えられた場合であっても、上記ケースにおいて外力が加えられた部位と上記ケース内に収容された配管との接触を防止し、燃料電池スタックとともに上記ケース内に収容された各種配管の破損を抑制することができる。

本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０００の一部を示す説明図である。 第１実施例の燃料電池システム１０００におけるブロック８０を示す説明図である。 第２実施例の燃料電池システムにおけるブロック８０Ａを示す説明図である。 第３実施例の燃料電池システムにおけるブロック８０Ｂを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０００の一部を示す説明図である。この燃料電池システム１０００は、電源として、車両に搭載される（図示省略）。この車両において、燃料電池システム１０００を構成する燃料電池スタック１００、および、燃料電池スタック１００に接続される各種配管（図示した例では、配管５０，６０）の一部は、所定の強度を有する金属製のスタックケース７０に収容される。そして、このスタックケース７０は、車両の挙動安定性を向上させるとともに、車両が衝突（正面衝突、側突、後突を含む）した場合でも、燃料電池スタックが破損しにくいように、車両の床下部（例えば、座席シートの下）に搭載される（図示省略）。

図示するように、燃料電池スタック１００は、複数の単セル１０を積層し、単セル１０の積層方向についての両端部に、それぞれ、比較的剛性が高い金属製のエンドプレート２０，３０を配置し、これらを図示しない締結部材によって締結することによって構成されている。各単セル１０は、概ね、膜電極接合体をセパレータによって挟持することによって構成されている（図示省略）。単セル１０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。なお、エンドプレート２０，３０と単セル１０との間には、図示は省略されているが、それぞれ、複数の単セル１０によって発電された電力を集電するための集電板、および、各集電板とエンドプレート２０，３０との間の絶縁を確保するための絶縁板が配置されている。

配管５０，６０を含む各種配管が接続されているエンドプレート２０の表面には、ポンプ４０が設けられている。このポンプ４０は、燃料ガスとしての水素を燃料電池スタック１００に供給するための水素供給配管に、各単セル１０のアノードから排出されるアノードオフガスに含まれる水素を流して再利用するために用いられる。なお、図１では、ポンプ４０に接続された配管や、配管５０，６０以外の配管の図示は省略されている。

また、図から分かるように、本実施例では、配管５０，６０は、エンドプレート２０から、エンドプレート２０の表面に対して平行な方向に延設されている。そして、スタックケース７０内において、ポンプ４０とスタックケース７０との間には、例えば、車両の衝突によって、スタックケース７０における配管５０，６０が配設されている側の側面に、図中に破線で示したように、スタックケース７０に許容される以上の外力が加わってスタックケース７０が変形した場合であっても、外力が加えられて変形した部位７０ｒと配管６０および配管５０との接触を防止可能なように、配管６０および配管５０よりもスタックケース７０側に突出したブロック８０が配置されている。ブロック８０は、本発明における突出部材に相当する。本実施例では、ブロック８０は、絶縁性部材からなるものとした。

図２は、第１実施例の燃料電池システム１０００におけるブロック８０を示す説明図である。図２（ａ）に、ブロック８０の配置を示した。また、図２（ｂ）に、ブロック８０の正面図および側面図を示した。

図２（ａ）に示したように、本実施例では、エンドプレート２０の表面に設けられたポンプ４０に、直方体形状を有する２つのブロック８０が固定されるものとした。つまり、本実施例では、２つのブロック８０は、間接的にエンドプレート２０に接続されているものとした。なお、図２では、エンドプレート２０、および、ポンプ４０に接続された各種配管の図示は省略されている。

図２（ｂ）に示したように、各ブロック８０には、それぞれ２つの貫通孔８０ｈが形成されており、各ブロック８０は、各貫通孔８０ｈに図示しないボルトをそれぞれ挿入して、ポンプ４０に固定される。なお、各ブロック８０における各貫通孔８０ｈは、ボルトによってポンプ４０に固定したときに、各ボルトのヘッド部分が各ブロック８０の表面８０ｆから突出しないように形成されている。こうすることによって、スタックケース７０が変形した場合に、ボルト（金属製）を介して、スタックケース７０とポンプ４０とが短絡することを防止することができる。また、各ブロック８０における図示した長さＬは、スタックケース７０が変形した場合であっても、変形した部位７０ｒ（図１参照）と配管６０および配管５０とが接触しない範囲内で、任意に設定可能である。

以上説明した第１実施例の燃料電池システム１０００によれば、エンドプレート２０とスタックケース７０との間に、上述したブロック８０が設けられているので、スタックケース７０に許容される大きさ以上の外力がスタックケース７０に対して加えられた場合であっても、燃料電池スタック１００とともにスタックケース７０内に収容された配管６０および配管５０の破損を抑制することができる。

なお、本実施例では、各ブロック８０をポンプ４０の表面に固定するものとしたが、スタックケース７０の内壁に固定するものとしてもよい。また、各ブロック８０をエンドプレート２０の表面に直接的に固定するようにしてもよい。

Ｂ．第２実施例：
第２実施例の燃料電池システムの構成は、先に説明した第１実施例の燃料電池システム１０００の構成とほぼ同じである。ただし、第２実施例の燃料電池システムでは、スタックケース７０内にブロック８０の代わりに、ブロック８０Ａを備えている。

図３は、第２実施例の燃料電池システムにおけるブロック８０Ａを示す説明図である。図３（ａ）に、ブロック８０Ａの配置を示した。また、図３（ｂ）に、ブロック８０Ａの正面図および側面図を示した。

図３（ａ）に示したように、本実施例では、円筒形状を有する４つのブロック８０Ａが、エンドプレート２０の四隅に、それぞれ直接的に固定されるものとした。なお、図３では、ポンプ４０の図示、および、エンドプレート２０およびポンプ４０に接続された各種配管の図示は省略されている。

図３（ｂ）に示したように、各ブロック８０Ａには、それぞれ貫通孔８０Ａｈが形成されており、各ブロック８０Ａは、各貫通孔８０Ａｈに図示しないボルトをそれぞれ挿入して、エンドプレート２０に固定される。なお、ブロック８０Ａは、比較的剛性の高い金属性部材８０Ａｍのスタックケース７０の内壁と対向する側の表面に絶縁体８０Ａｉを接合することによって形成されている。また、各ブロック８０Ａにおける各貫通孔８０Ａｈは、ボルトによってエンドプレート２０に固定したときに、各ボルトのヘッド部分が各ブロック８０Ａの表面８０Ａｆから突出しないように形成されている。こうすることによって、スタックケース７０が変形した場合に、ボルト（金属製）を介して、スタックケース７０とエンドプレート２０とが短絡することを防止することができる。また、各接触防止部材８０Ａの長さは、第１実施例におけるブロック８０と同様に、スタックケース７０が変形した場合であっても、変形した部位７０ｒと配管６０および配管５０とが接触しない範囲内で、任意に設定可能である。

以上説明した第２実施例の燃料電池システムによっても、エンドプレート２０とスタックケース７０との間に、上述したブロック８０Ａが設けられているので、スタックケース７０に許容される大きさ以上の外力がスタックケース７０に対して加えられた場合であっても、燃料電池スタック１００とともにスタックケース７０内に収容された配管６０および配管５０の破損を抑制することができる。

なお、本実施例では、各ブロック８０Ａをエンドプレート２０に固定するものとしたが、スタックケース７０の内壁に固定するものとしてもよい。また、各ブロック８０Ａは、金属性部材８０Ａｍと絶縁体８０Ａｉとからなるものとしたが、各ブロック８０Ａを金属性部材８０Ａｍからなるものとし、スタックケース７０の内壁において金属性部材８０Ａｍと接触する可能性がある部位に絶縁体を設けるようにしてもよい。

Ｃ．第３実施例：
第３実施例の燃料電池システムの構成は、先に説明した第１実施例の燃料電池システム１０００の構成とほぼ同じである。ただし、第３実施例の燃料電池システムでは、スタックケース７０内にブロック８０の代わりに、ブロック８０Ｂを備えている。また、エンドプレート２０には、配管６０の代わりに、樹脂製の配管６０Ｂが接続されている。

図４は、第３実施例の燃料電池システムにおけるブロック８０Ｂを示す説明図である。本実施例のブロック８０Ｂは、第２実施例における円筒形状を有するブロック８０Ａの金属性部材８０Ａｍを、樹脂製の配管６０Ｂの製造時にインサート成形することによって作製されている。本実施例では、２つのブロック８０Ｂが配管６０Ｂにインサート成形されるものとした。そして、各ブロック８０Ｂは、第２実施例と同様に、ボルトによってエンドプレート２０に固定される。

以上説明した第３実施例の燃料電池システムによっても、エンドプレート２０とスタックケース７０との間に、上述したブロック８０Ｂが設けられているので、スタックケース７０に許容される大きさ以上の外力がスタックケース７０に対して加えられた場合であっても、燃料電池スタック１００とともにスタックケース７０内に収容された配管６０Ｂおよび配管５０の破損を抑制することができる。

なお、上記第１ないし第３実施例では、ブロック８０，８０Ａ，８０Ｂは、エンドプレート２０側に設けられるものとしたが、エンドプレート３０側にも配管が配設される場合には、エンドプレート３０とスタックケース７０との間に、ブロック８０，８０Ａ，８０Ｂを設けるようにすればよい。また、燃料電池スタック１００に接続される各種配管が燃料電池スタック１００における単セル１０の積層方向に延設される場合には、例えば、エンドプレート２０、および、エンドプレート３０の側面にブロック８０，８０Ａ，８０Ｂを設けるようにしてもよい。

１０００…燃料電池システム
１００…燃料電池スタック
１０…単セル
２０，３０…エンドプレート
４０…ポンプ
５０，６０，６０Ｂ…配管
７０…スタックケース
８０，８０Ａ，８０Ｂ…突出部材
８０ｈ，８０Ａｈ…貫通孔

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層するとともに、前記単セルの積層方向についての両端部に、それぞれエンドプレートを配置してなる燃料電池スタックと、
   少なくとも一方の前記エンドプレートに接続され、前記燃料電池スタック内を流れる所定の流体を流すための配管と、
   前記燃料電池スタック、および、前記配管の一部を収容するケースと、
   前記ケース内において、前記エンドプレートおよび前記ケースの一方に、直接的または間接的に接続され、前記配管よりも他方側に突出する突出部材と、
   を備える燃料電池システム。

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