JP2015159005A - 燃料電池車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、燃料ガス系部材を確実に保護するとともに、燃料電池システム全体の小型化を良好に遂行することを可能にする。
【解決手段】燃料電池車両１０には、燃料電池スタック１４、燃料ガスユニット１１２及び酸化剤ガスユニット１１４を備える燃料電池システム１２が搭載される。燃料ガスユニット１１２は、２つ以上の燃料ガス系部材を一体に組み付ける。酸化剤ガスユニット１１４は、２つ以上の酸化剤ガス系部材を一体に組み付ける。燃料電池スタック１４と酸化剤ガスユニット１１４との間には、燃料ガスユニット１１２が介装された状態で、これらが一体化される。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックを備える燃料電池システムが搭載される燃料電池車両に関する。
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方にアノード電極が、前記電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に搭載されている。
燃料電池スタックでは、特に車載用燃料電池スタックとして使用される際、燃料ガス（例えば、水素ガス）系デバイスや酸化剤ガス（例えば、空気）系デバイス等をコンパクト且つ効率的に配置することが望まれている。その際、特に車両衝突時に、燃料ガス系デバイスを優先して保護する必要がある。
このため、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、図７に示すように、水素ガスと酸化ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池１を備えている。燃料電池１は、２つの燃料電池スタック２ａ、２ｂと、前記燃料電池スタック２ａ、２ｂの端部に固定されたエンドプレート３とを備えている。
エンドプレート３には、ブラケット４が装着されるとともに、前記ブラケット４には、燃料電池スタック２ａ、２ｂに水素ガスを供給するための水素系部品５が装着されている。水素系部品５は、水素供給管６ａ及び水素排出管６ｂの他、図示しないが、水素入口弁、レギュレータ、水素ポンプ、気液分離器、水素排出弁、分配管、連結管等を備えている。そして、少なくとも燃料電池スタック２ａ、２ｂ及び水素系部品５は、スタックケース７の内部に収容されている。
特開２００６−２２１９１５号公報
上記の特許文献１では、スタックケース７の内部に燃料電池スタック２ａ、２ｂ及び水素系部品５が収容されている。このため、スタックケース７が大型化してしまい、燃料電池システム全体の小型化を図ることができないという問題がある。しかも、酸化剤ガス系部品の配置が全く考慮されておらず、燃料電池システム全体の取り扱い性及び組み立て作業性を向上させることが困難になる。
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、燃料ガス系部材を確実に保護するとともに、燃料電池システム全体の作業性を良好に向上させることが可能な燃料電池車両を提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池車両には、燃料電池スタック、燃料ガスユニット及び酸化剤ガスユニットを備える燃料電池システムが搭載されている。燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配置されている。燃料ガスユニットは、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するとともに、酸化剤ガスユニットは、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給している。
燃料ガスユニットは、燃料ガス配管及び燃料ガス補機を含む燃料ガス系部材の中、少なくとも２つの前記燃料ガス系部材を一体に組み付けている。一方、酸化剤ガスユニットは、酸化剤ガス配管及び酸化剤ガス補機を含む酸化剤ガス系部材の中、少なくとも２つの前記酸化剤ガス系部材を一体に組み付けている。
そして、燃料電池スタックと酸化剤ガスユニットとの間には、燃料ガスユニットの少なくとも一部が介装された状態で、前記燃料電池スタック、前記燃料ガスユニット及び前記酸化剤ガスユニットは、一体に固定されている。
また、この燃料電池車両では、燃料電池スタックは、一方のエンドプレートから燃料電池の積層方向に延在する燃料ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を設けることが好ましい。その際、一方のエンドプレートには、燃料ガスユニット及び酸化剤ガスユニットが配置されることが好ましい。
さらに、この燃料電池車両では、酸化剤ガスユニットは、一体化された状態で、燃料電池スタックに取り付けられることが好ましい。
さらにまた、この燃料電池車両では、酸化剤ガスユニットは、酸化剤ガス系部材である酸化剤ガス加湿用の加湿器を備え、燃料電池スタックに取り付けられる燃料ガスユニットの下方に隣接して前記加湿器が配置されることが好ましい。
また、この燃料電池車両では、燃料電池スタックは、エンドプレートが配置される両端部以外を覆う燃料電池カバー部材を有することが好ましい。その際、燃料ガスユニットと酸化剤ガスユニットとの間には、該燃料ガスユニットの一部を覆う燃料ガスユニットカバー部材が配置され、燃料電池カバー部材と前記燃料ガスユニットカバー部材とは、別体に構成されることが好ましい。
さらに、この燃料電池車両では、燃料電池スタックは、燃料電池の積層方向が車両の車幅方向に一致するとともに、前記燃料電池スタックから電流を取り出すケーブル部材を備えることが好ましい。その際、ケーブル部材は、車幅方向において、燃料電池スタックと燃料ガスユニットとの間を通って配設されることが好ましい。
さらにまた、この燃料電池車両では、酸化剤ガスユニットは、酸化剤ガス系部材であるエアポンプを備え、前記エアポンプは、燃料電池スタック及び燃料ガスユニットよりも鉛直方向下方に配置されることが好ましい。
また、この燃料電池車両では、燃料ガスユニットは、燃料ガス系部材である燃料ガス循環ポンプを備えるとともに、酸化剤ガスユニットは、酸化剤ガス系部材である酸化剤ガス循環ポンプを備えることが好ましい。その際、燃料ガス循環ポンプの軸と酸化剤ガス循環ポンプの軸とは、車幅方向において互いにオフセットして配置されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガス系部材は、酸化剤ガス系部材よりも燃料電池スタック側に隣接して配置されている。このため、燃料電池車両に外部荷重が付与された際、前記外部荷重から燃料ガス系部材を確実に保護することができる。
さらに、予め燃料ガスユニット及び酸化剤ガスユニットが一体に組み付けられるとともに、燃料電池スタック、前記燃料ガスユニット及び前記酸化剤ガスユニットは、一体に固定されている。従って、燃料電池システムの組み立て作業性が良好に向上するとともに、簡単且つコンパクトな構成で、前記燃料電池システム全体の小型化が良好に遂行可能になる。
しかも、燃料電池スタック、燃料ガスユニット及び酸化剤ガスユニットは、一体に固定されており、全体として一体に移動することができる。これにより、外部荷重が付与された際、燃料電池システムの損傷を可及的に抑制させることが可能になる。
本発明の実施形態に係る燃料電池車両の概略平面説明図である。 前記燃料電池車両の概略構成説明図である。 前記燃料電池車両の要部の一部分解斜視図である。 前記燃料電池車両を構成する燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。 車両前方から見た燃料電池システムの要部正面説明図である。 車両側方から見た前記燃料電池システムの要部側面説明図である。 特許文献１に開示されている燃料電池システムの概略説明図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池車両１０は、例えば、燃料電池電気自動車である。燃料電池車両１０では、燃料電池システム１２を構成する燃料電池スタック１４が前輪１６ｆ、１６ｆの近傍で且つダッシュボード１７の前方に形成されたフロントルーム（モータルーム）１８内に配設される。後輪１６ｒ、１６ｒ間には、後述する水素タンク７０が配設される。
図２に示すように、燃料電池車両１０は、燃料電池スタック１４と、前記燃料電池スタック１４に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置２０と、前記燃料電池スタック１４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置２１とを備える。燃料電池車両１０は、図示しないが、さらに燃料電池スタック１４に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を備える。
図３及び図４に示すように、燃料電池スタック１４は、複数の燃料電池２２が車両幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。燃料電池２２の積層方向一端には、図４に示すように、第１ターミナルプレート２４ａ、第１絶縁プレート２６ａ及び第１エンドプレート（一方のエンドプレート）２８ａが、外方に向かって順次配設される。燃料電池２２の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２４ｂ、第２絶縁プレート２６ｂ及び第２エンドプレート２８ｂが、外方に向かって順次配設される。燃料電池スタック１４の車両幅方向両端には、第１エンドプレート２８ａと第２エンドプレート２８ｂとが配置される。
第１エンドプレート２８ａ及び第２エンドプレート２８ｂは、燃料電池２２、第１絶縁プレート２６ａ及び第２絶縁プレート２６ｂの外形寸法よりも大きな外形寸法に設定される。第１エンドプレート２８ａの中央部からは、第１ターミナルプレート２４ａに接続された第１電力出力端子３０ａが外方に向かって延在する。第２エンドプレート２８ｂの中央部からは、第２ターミナルプレート２４ｂに接続された第２電力出力端子３０ｂが外方に向かって延在する。
第１エンドプレート２８ａと第２エンドプレート２８ｂの各辺間には、連結バー３２の両端が複数のねじ３４により固定される。複数の積層された燃料電池２２には、積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重が付与される。
図２に示すように、燃料電池２２は、電解質膜・電極構造体３６が、第１セパレータ３８及び第２セパレータ４０に挟持される。第１セパレータ３８及び第２セパレータ４０は、金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。
図４に示すように、燃料電池２２の矢印Ａ方向の一端縁部には、積層方向（矢印Ｂ方向）に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔４２ａ、冷却媒体入口連通孔４３ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔４２ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう）を供給する。冷却媒体入口連通孔４３ａは、冷却媒体を供給する一方、燃料ガス出口連通孔４４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を排出する。
燃料電池２２の矢印Ａ方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔４４ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔４３ｂ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔４２ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
図２に示すように、第１セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３６に向かう面には、酸化剤ガス入口連通孔４２ａと酸化剤ガス出口連通孔４２ｂとに連通する酸化剤ガス流路４８が設けられる。第２セパレータ４０の電解質膜・電極構造体３６に向かう面には、燃料ガス入口連通孔４４ａと燃料ガス出口連通孔４４ｂとに連通する燃料ガス流路５０が設けられる。
互いに隣接する燃料電池２２を構成する第１セパレータ３８と第２セパレータ４０との間には、冷却媒体入口連通孔４３ａと冷却媒体出口連通孔４３ｂとを連通する冷却媒体流路５２が設けられる。第１セパレータ３８と第２セパレータ４０とには、図示しないが、それぞれシール部材が、一体的又は個別に設けられる。
電解質膜・電極構造体３６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５８と、前記固体高分子電解質膜５８を挟持するカソード電極６０及びアノード電極６２とを備える。カソード電極６０及びアノード電極６２は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５８の両面に形成される。
図４に示すように、一方のエンドプレートである第１エンドプレート２８ａには、酸化剤ガス入口連通孔４２ａ、酸化剤ガス出口連通孔４２ｂ、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂが形成される。第２エンドプレート２８ｂには、冷却媒体入口連通孔４３ａ及び冷却媒体出口連通孔４３ｂが形成される。
図３及び図４に示すように、燃料電池スタック１４は、積層方向両端部である第１エンドプレート２８ａ及び第２エンドプレート２８ｂ以外が、燃料電池カバー部材６４により覆われる。燃料電池カバー部材６４は、図４に示すように、前方サイドパネル６４ａ、後方サイドパネル６４ｂ、アッパーパネル６４ｃ及びローワーパネル６４ｄを備える。燃料電池カバー部材６４を構成する各部品は、互いに、さらに第１エンドプレート２８ａ及び第２エンドプレート２８ｂに対して、孔部６６を通ってねじ穴６８に螺合するねじ６９により固定される。
図２に示すように、燃料ガス供給装置２０は、高圧水素を貯留する水素タンク７０を備える。水素タンク７０は、水素供給流路７２を介して燃料電池スタック１４の燃料ガス入口連通孔４４ａに連通する。水素供給流路７２には、減圧弁７３、遮断弁７４及びエゼクタ７６が設けられるとともに、前記エゼクタ７６をバイパスするバイパス流路７２ａには、インジェクタ７８が設けられる。インジェクタ７８は、燃料ガスの流量調整、湿度調整及び温度調整に利用される。
燃料電池スタック１４の燃料ガス出口連通孔４４ｂには、オフガス流路８０が連通する。オフガス流路８０は、気液分離器８２に接続されるとともに、前記気液分離器８２には、液体成分を排出するドレン流路８４が設けられ、前記ドレン流路８４にドレン弁８６が配設される。オフガス流路８０には、パージ弁８８が接続されるとともに、前記パージ弁８８の上流には、循環路９０の一端が連通される。循環路９０の他端は、エゼクタ７６に接続される一方、前記循環路９０の途上には、燃料ガス循環ポンプ９２及び逆止弁９４が配設される。
酸化剤ガス供給装置２１は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ（エアコンプレッサ）９６を備え、前記エアポンプ９６が酸化剤ガス供給流路９８に配設される。酸化剤ガス供給流路９８には、供給ガス（供給酸化剤ガス）と排出ガス（排出酸化剤ガス）との間で水分と熱を交換する加湿器１００が配設される。エアポンプ９６と加湿器１００との間には、封止弁１０１が配置される。酸化剤ガス供給流路９８は、燃料電池スタック１４の酸化剤ガス入口連通孔４２ａに連通する。
酸化剤ガス供給装置２１は、酸化剤ガス出口連通孔４２ｂに連通する酸化剤ガス排出流路１０２を備える。酸化剤ガス排出流路１０２は、加湿器１００の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、前記加湿器１００の下流には、封止弁１０３及び背圧弁１０４が配置される。酸化剤ガス供給流路９８と酸化剤ガス排出流路１０２とは、燃料電池スタック１４と加湿器１００との間に位置してリターン流路１０６により連通する。リターン流路１０６には、酸化剤ガス循環ポンプ１０８及び逆止弁１１０が配設される。
図３及び図５に示すように、燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４、燃料ガスユニット１１２及び酸化剤ガスユニット１１４を備える。図３に示すように、燃料電池スタック１４を構成する第１エンドプレート２８ａには、燃料ガスユニット１１２が装着される。第１エンドプレート２８ａには、燃料ガスユニット１１２を囲繞して燃料ガスユニットカバー部材１１８が装着される。燃料ガスユニットカバー部材１１８には、酸化剤ガスユニット１１４が固定される。
燃料ガスユニット１１２は、燃料ガス配管及び燃料ガス補機を含む燃料ガス系部材の中、少なくとも２つの前記燃料ガス系部材を一体に組み付けている。燃料ガス配管は、例えば、水素供給流路７２、オフガス流路８０及び循環路９０を含み、これらが直接、又は、ブラケットを介して一体に組み付けられる。燃料ガス補機は、例えば、減圧弁７３、遮断弁７４、エゼクタ７６、インジェクタ７８、気液分離器８２、ドレン弁８６、パージ弁８８、燃料ガス循環ポンプ９２及び逆止弁９４を含み、これらの２つ以上が直接、又は、ブラケットを介して一体に組み付けられる。
酸化剤ガスユニット１１４は、酸化剤ガス配管及び酸化剤ガス補機を含む酸化剤ガス系部材の中、少なくとも２つの前記酸化剤ガス系部材を一体に組み付けている。酸化剤ガス配管は、例えば、酸化剤ガス供給流路９８、酸化剤ガス排出流路１０２及びリターン流路１０６を含み、これらが直接、又は、ブラケットを介して一体に組み付けられる。酸化剤ガス補機は、例えば、エアポンプ９６、加湿器１００、封止弁１０１、１０３、背圧弁１０４、酸化剤ガス循環ポンプ１０８及び逆止弁１１０を含み、前記エアポンプ９６を除いて、これらの２つ以上が直接、又は、ブラケットを介して一体に組み付けられる。
燃料ガスユニット１１２は、複数本のねじ１２０を介して第１エンドプレート２８ａに固定される。図６に示すように、燃料ガスユニット１１２は、第１エンドプレート２８ａの正面投影領域内に収容されることが好ましい。
図３に示すように、第１電力出力端子３０ａには、第１ケーブル部材１２２ａが接続される一方、第２電力出力端子３０ｂには、第２ケーブル部材１２２ｂが接続される。第１ケーブル部材１２２ａは、車幅方向（矢印Ｂ方向）において、燃料電池スタック１４と燃料ガスユニット１１２との間を通って配設される（図５参照）。
燃料ガスユニットカバー部材１１８は、図３に示すように、燃料ガスユニット１１２を覆って第１エンドプレート２８ａに複数本のねじ１２４を介して固定される。燃料ガスユニットカバー部材１１８の外形形状は、酸化剤ガスユニット１１４の取り付け部位の形状に対応して成形されるとともに、マウント部１２６が設けられる。マウント部１２６は、燃料電池車両１０を構成する車両フレーム（図示せず）に固定される。
図５に示すように、加湿器１００は、燃料電池スタック１４に取り付けられる燃料ガスユニット１１２の下方に隣接して配置される。具体的には、燃料電池スタック１４の第１エンドプレート２８ａの下部側と、燃料ガスユニット１１２の底面との間には、空間部１２８が形成される。加湿器１００は、空間部１２８に燃料ガスユニット１１２の底部に隣接して、好ましくは、第１エンドプレート２８ａに可及的に近接して配置される。
酸化剤ガスユニット１１４を構成するエアポンプ９６は、他の酸化剤ガス系部材とは分離されており、燃料電池スタック１４及び燃料ガスユニット１１２よりも鉛直方向下方に離間して配置される。
図６に示すように、燃料ガス循環ポンプ９２の軸と、酸化剤ガス循環ポンプ１０８の軸とは、車幅方向において互いにオフセットして配置される。燃料ガス循環ポンプ９２は、第１エンドプレート２８ａの面内に配置される一方、酸化剤ガス循環ポンプ１０８は、前記燃料ガス循環ポンプ９２よりも鉛直方向上方に配置される。
図５に示すように、第２エンドプレート２８ｂには、マウント部材１３０が取り付けられる。マウント部材１３０は、燃料電池車両１０を構成する車両フレーム（図示せず）に固定される。
このように構成される燃料電池車両１０の動作について、以下に説明する。
先ず、燃料電池車両１０の運転時には、図２に示すように、燃料ガス供給装置２０では、遮断弁７４が開放されることにより水素タンク７０から導出された水素ガスは、減圧弁７３により減圧された後、水素供給流路７２に供給される。この水素ガスは、水素供給流路７２を通って燃料電池スタック１４の燃料ガス入口連通孔４４ａに供給される。
水素ガスは、燃料ガス入口連通孔４４ａから第２セパレータ４０の燃料ガス流路５０に導入される。この水素ガスは、電解質膜・電極構造体３６を構成するアノード電極６２に沿って供給される。
一方、酸化剤ガス供給装置２１では、エアポンプ９６を介して酸化剤ガス供給流路９８に酸化剤ガス（空気）が送られる。酸化剤ガスは、加湿器１００を通って加湿された後、燃料電池スタック１４の酸化剤ガス入口連通孔４２ａに供給される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔４２ａから第１セパレータ３８の酸化剤ガス流路４８に導入される。酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体３６を構成するカソード電極６０に沿って供給される。
従って、電解質膜・電極構造体３６では、アノード電極６２に供給される水素ガスと、カソード電極６０に供給される空気とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４４ｂからオフガス流路８０に排出され、気液分離器８２に導入される。気液分離器８２で液状水が除去された水素ガスは、循環路９０を介してエゼクタ７６に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１４に供給される。一方、使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔４２ｂから酸化剤ガス排出流路１０２に排出される。この排出空気は、加湿器１００に送られることによって、水透過膜を介して水分と熱が移動し、新たに供給される空気を加湿した後、外部に排出される。
また、冷却媒体供給装置（図示せず）から冷却媒体入口連通孔４３ａに冷却媒体が供給される。この冷却媒体は、第１セパレータ３８及び第２セパレータ４０間の冷却媒体流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４３ｂを流通して冷却媒体循環系に排出される。
この場合、本実施形態では、図３及び図５に示すように、燃料電池スタック１４の第１エンドプレート２８ａには、燃料ガスユニット１１２が取り付けられている。さらに、燃料ガスユニット１１２には、前記第１エンドプレート２８ａとは反対側に位置して酸化剤ガスユニット１１４が取り付けられている。このため、燃料ガス系部材は、酸化剤ガス系部材よりも燃料電池スタック１４側に隣接して配置されている。
従って、燃料電池車両１０に外部荷重が付与された際、燃料ガス系部材は、前記外部荷重から離間しており、酸化剤ガス系部材を介して前記燃料ガス系部材を確実に保護することができる。
さらに、燃料ガスユニット１１２は、予め燃料ガス配管及び燃料ガス補機を含む燃料ガス系部材の中、少なくとも２つの前記燃料ガス系部材を一体に組み付けている。同様に、酸化剤ガスユニット１１４は、予め酸化剤ガス配管及び酸化剤ガス補機を含む酸化剤ガス系部材の中、少なくとも２つの前記酸化剤ガス系部材を一体に組み付けている。
次いで、燃料電池スタック１４、燃料ガスユニット１１２及び酸化剤ガスユニット１１４は、燃料ガスユニットカバー部材１１８を介して一体に固定されている。これにより、燃料電池システム１２の組み立て作業性が良好に向上するとともに、簡単且つコンパクトな構成で、前記燃料電池システム１２全体の小型化が良好に遂行可能になるという効果が得られる。
しかも、燃料電池スタック１４、燃料ガスユニット１１２及び酸化剤ガスユニット１１４は、一体に固定されており、全体として一体に移動することができる。このため、外部荷重が付与された際、燃料電池システム１２の損傷を可及的に抑制させることが可能になる。
また、第１エンドプレート２８ａには、燃料ガス入口連通孔４４ａ、燃料ガス出口連通孔４４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔４２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４２ｂが設けられている。そして、第１エンドプレート２８ａには、燃料ガスユニット１１２及び酸化剤ガスユニット１１４が配置されている。従って、燃料ガス及び酸化剤ガスの配管長が可及的に短尺化され、燃料電池システム１２全体の小型化が容易に遂行される。
さらに、酸化剤ガスユニット１１４は、予め一体化された状態で、燃料電池スタック１４に取り付けられている。これにより、燃料電池システム１２の組み立て作業性が良好に向上する。
さらにまた、酸化剤ガスユニット１１４は、加湿器１００を備えるとともに、図５に示すように、前記加湿器１００は、燃料電池スタック１４に可及的に近接して取り付けられている。このため、燃料電池車両１０が傾斜した際に、液絡を考慮した高さ設定が簡便になり、燃料電池システム１２全体をコンパクトに構成することができる。
また、燃料電池スタック１４は、第１エンドプレート２８ａ及び第２エンドプレート２８ｂ以外が、燃料電池カバー部材６４により覆われている。その際、燃料ガスユニット１１２と酸化剤ガスユニット１１４との間には、前記燃料ガスユニット１１２の一部を覆う燃料ガスユニットカバー部材１１８が配置されている。
すなわち、燃料電池カバー部材６４と燃料ガスユニットカバー部材１１８とは、別体に構成されている。従って、燃料ガスユニット１１２及び酸化剤ガスユニット１１４のメンテナンス性が良好に向上するとともに、組み立て作業性が向上するという利点がある。
さらに、燃料電池スタック１４から電流を取り出す第１ケーブル部材１２２ａを備えるとともに、前記第１ケーブル部材１２２ａは、車幅方向において、燃料電池スタック１４と燃料ガスユニット１１２との間を通って配設されている（図３及び図５参照）。これにより、燃料電池システム１２のコンパクト化が図られるとともに、第１ケーブル部材１２２ａを確実に保護することが可能になる。
さらにまた、図５に示すように、酸化剤ガスユニット１１４は、エアポンプ９６を備えるとともに、前記エアポンプ９６は、燃料電池スタック１４及び燃料ガスユニット１１２よりも鉛直方向下方に離間して配置されている。このため、衝突時に潰れ難い部材であるエアポンプ９６は、燃料電池スタック１４及び燃料ガスユニット１１２に干渉しない位置に配置することができる。従って、燃料電池車両１０に外部荷重が付与された際、燃料電池スタック１４及び燃料ガスユニット１１２を良好に保護することが可能になる。しかも、エアポンプ９６の振動が燃料電池スタック１４に影響を与えることを抑制することができる。
また、図６に示すように、燃料ガスユニット１１２を構成する燃料ガス循環ポンプ９２の軸と、酸化剤ガスユニット１１４を構成する酸化剤ガス循環ポンプ１０８の軸とは、車幅方向において互いにオフセットして配置されている。これにより、幅寸法の大きな燃料ガス循環ポンプ９２と酸化剤ガス循環ポンプ１０８とが重なり合うことがなく、しかも各軸により燃料電池スタック１４が損傷することを防止することができる。
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…燃料電池スタック １８…フロントルーム
２０…燃料ガス供給装置 ２１…酸化剤ガス供給装置
２２…燃料電池 ２４ａ、２４ｂ…ターミナルプレート
２６ａ、２６ｂ…絶縁プレート ２８ａ、２８ｂ…エンドプレート
３０ａ、３０ｂ…電力出力端子 ３６…電解質膜・電極構造体
３８、４０…セパレータ ４２ａ…酸化剤ガス入口連通孔
４２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ４４ａ…燃料ガス入口連通孔
４４ｂ…燃料ガス出口連通孔 ４８…酸化剤ガス流路
５０…燃料ガス流路 ５８…固体高分子電解質膜
６０…カソード電極 ６２…アノード電極
６４…燃料電池カバー部材 ７０…水素タンク
７２…水素供給流路 ７４…遮断弁
７６…エゼクタ ７８…インジェクタ
８０…オフガス流路 ８２…気液分離器
８４…ドレン流路 ８６…ドレン弁
８８…パージ弁 ９０…循環路
９２…燃料ガス循環ポンプ ９４、１１０…逆止弁
９６…エアポンプ ９８…酸化剤ガス供給流路
１００…加湿器 １０１、１０３…封止弁
１０２…酸化剤ガス排出流路 １０６…リターン流路
１０８…酸化剤ガス循環ポンプ １１２…燃料ガスユニット
１１４…酸化剤ガスユニット １１８…燃料ガスユニットカバー部材
１２６…マウント部 １３０…マウント部材

Claims (8)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配置される燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックに前記燃料ガスを供給する燃料ガスユニットと、
    前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスユニットと、
    を備える燃料電池システムが搭載される燃料電池車両であって、
    前記燃料ガスユニットは、燃料ガス配管及び燃料ガス補機を含む燃料ガス系部材の中、少なくとも２つの前記燃料ガス系部材を一体に組み付ける一方、
    前記酸化剤ガスユニットは、酸化剤ガス配管及び酸化剤ガス補機を含む酸化剤ガス系部材の中、少なくとも２つの前記酸化剤ガス系部材を一体に組み付けるとともに、
    前記燃料電池スタックと前記酸化剤ガスユニットとの間には、前記燃料ガスユニットの少なくとも一部が介装された状態で、前記燃料電池スタック、前記燃料ガスユニット及び前記酸化剤ガスユニットは、一体に固定されることを特徴とする燃料電池車両。
  2. 請求項１記載の燃料電池車両において、前記燃料電池スタックは、一方のエンドプレートから前記燃料電池の積層方向に延在する燃料ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を設けるとともに、
    前記一方のエンドプレートには、前記燃料ガスユニット及び前記酸化剤ガスユニットが配置されることを特徴とする燃料電池車両。
  3. 請求項１又は２記載の燃料電池車両において、前記酸化剤ガスユニットは、一体化された状態で、前記燃料電池スタックに取り付けられることを特徴とする燃料電池車両。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記酸化剤ガスユニットは、前記酸化剤ガス系部材である酸化剤ガス加湿用の加湿器を備え、
    前記燃料電池スタックに取り付けられる前記燃料ガスユニットの下方に隣接して前記加湿器が配置されることを特徴とする燃料電池車両。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記燃料電池スタックは、前記エンドプレートが配置される両端部以外を覆う燃料電池カバー部材を有するとともに、
    前記燃料ガスユニットと前記酸化剤ガスユニットとの間には、該燃料ガスユニットの一部を覆う燃料ガスユニットカバー部材が配置され、
    前記燃料電池カバー部材と前記燃料ガスユニットカバー部材とは、別体に構成されることを特徴とする燃料電池車両。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の前記積層方向が車両の車幅方向に一致するとともに、
    前記燃料電池スタックから電流を取り出すケーブル部材を備え、
    前記ケーブル部材は、前記車幅方向において、前記燃料電池スタックと前記燃料ガスユニットとの間を通って配設されることを特徴とする燃料電池車両。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記酸化剤ガスユニットは、前記酸化剤ガス系部材であるエアポンプを備え、
    前記エアポンプは、前記燃料電池スタック及び前記燃料ガスユニットよりも鉛直方向下方に配置されることを特徴とする燃料電池車両。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、前記燃料ガスユニットは、前記燃料ガス系部材である燃料ガス循環ポンプを備えるとともに、
    前記酸化剤ガスユニットは、前記酸化剤ガス系部材である酸化剤ガス循環ポンプを備え、
    前記燃料ガス循環ポンプの軸と前記酸化剤ガス循環ポンプの軸とは、前記車幅方向において互いにオフセットして配置されることを特徴とする燃料電池車両。
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