JP2018129166A - Fuel cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module.
従来、燃料電池を収容する燃料電池ケースにおいて、換気用の開口部を設け、この開口部に水の浸入を防止する換気膜を配置した構成が提案されている(特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a fuel cell case that accommodates a fuel cell, a configuration has been proposed in which an opening for ventilation is provided, and a ventilation membrane that prevents water from entering the opening is disposed (Patent Document 1).
前記従来の技術では、燃料電池内で水素燃焼が発生し、燃料電池ケース内の圧力が上がり過ぎた場合に、圧力によって換気膜が破断されることで、燃料電池内の異常な圧力上昇が防止される。しかしながら、前記従来の技術では、換気膜が破断されるまで、ある程度の時間が必要であり、その間に燃料電池ケース内の部品が損傷する虞があった。 In the conventional technology, when hydrogen combustion occurs in the fuel cell and the pressure in the fuel cell case increases too much, the ventilation membrane is broken by the pressure, thereby preventing an abnormal pressure increase in the fuel cell. Is done. However, in the conventional technique, a certain amount of time is required until the ventilation membrane is broken, and parts in the fuel cell case may be damaged during that time.
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、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態は、燃料電池モジュールである。この燃料電池モジュールは;燃料電池と;前記燃料電池を収容するとともに、換気用の貫通孔を有する燃料電池ケースと;前記貫通孔を覆う換気膜と;前記換気膜の外側に、前記換気膜に対して隙間を開けて配置され、前記換気膜に向かう刃部と;を備えることを特徴としている。この燃料電池モジュールによれば、燃料電池ケース内で圧力が上昇した際に、換気膜が内側から外側へ押圧され外側へ膨らむ。この際に刃部に換気膜が接触し、換気膜が素早く破断されるため、燃料電池ケース内の圧力を素早く逃すことができる。したがって、本発明の一形態の燃料電池モジュールによれば、燃料電池ケース内の圧力が上昇し過ぎて、燃料電池ケース内の部品が損傷することを抑制できるという効果を奏する。 (1) One aspect of the present invention is a fuel cell module. The fuel cell module includes: a fuel cell; a fuel cell case that houses the fuel cell and has a through hole for ventilation; a ventilation membrane that covers the through hole; And a blade portion that is disposed with a gap therebetween and that faces the ventilation membrane. According to this fuel cell module, when the pressure rises in the fuel cell case, the ventilation membrane is pressed from the inside to the outside and swells to the outside. At this time, the ventilation membrane comes into contact with the blade and the ventilation membrane is quickly broken, so that the pressure in the fuel cell case can be quickly released. Therefore, according to the fuel cell module of one aspect of the present invention, it is possible to suppress the pressure in the fuel cell case from excessively increasing and damaging the components in the fuel cell case.
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池モジュール100の全体構成を示す説明図である。燃料電池モジュール100は、燃料電池スタック80と、燃料電池スタック80を収容する燃料電池ケース10と、を備える。燃料電池モジュール100は、車両の床下に搭載される。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a
燃料電池スタック80は、燃料電池のセル(発電セル)が複数、積層されたセル積層体であり、例えば固体高分子型のものである。各発電セルは、車両が搭載する燃料ガスタンク(図示せず)から供給される燃料ガスと、車両の周囲から酸化剤ガスとして供給される空気とを用いて発電する。本実施形態においては、燃料ガスとして水素ガスを採用する。
The
燃料電池ケース10は、大まかには直方体の形状を有しており、直方体の長手方向と複数の発電セルの積層方向Xが一致するように、燃料電池スタック80を収容する。燃料電池ケース10は、金属(例えば、アルミニウム)製の鋳造品である。
The
燃料電池ケース10は、車両の車体に連結されたスタックフレーム(図示省略)上に固定される。燃料電池ケース10とスタックフレームとの間の固定は、本実施形態では、マウント部12によってなされている。
The
燃料電池ケース10の有する四方の側面のうちの積層方向Xに垂直な一方の側面10aには、3つの換気カバー20、30、40が取り付けられている。なお、この側面10aは、車両の上下方向Yに沿うように立設された壁体である。各換気カバー20〜40は、燃料電池ケース10に形成された後述する換気用の貫通孔を覆う。
Three ventilation covers 20, 30, and 40 are attached to one
図2は換気カバー20の平面図であり、図3は図2における1−1線矢視端面図である。3つの換気カバー20〜40は、同一の形状であることから、その一つである換気カバー20を代表として説明する。両図に示すように、換気カバー20は、枠体22とルーバー24とを備えた一体成形物であり、樹脂製である。枠体22は、平面視の外形が大まかに三角形となる形状であり、その中央に断面が円形の開口部22Hを有する。この開口部22Hにルーバー24が固設されている。
2 is a plan view of the
ルーバー24は、細長い板形状である複数の羽板24aを、隙間sをあけて平行に組んだものである。本実施形態では、羽板24aの数は6枚である。なお、羽板24aは複数であれば、いずれの数としてもよい。隣り合う羽板24aの隙間sは、例えば1mm〜5mmのいずれかの値とした。5mm以下としたのは、飛び石等の侵入を防止するためである。
The
ルーバー24は、枠体22の開口部22Hの内側に固設されており、羽板24aの角度θは、開口部22Hの気体の流れを阻害せず、かつ異物の侵入を有効に防止するに適した角度となっている。なお、羽板24aの角度θは、羽板24aの縦幅(短い方の幅)の方向Vと水平方向Wとのなす角の大きさであり、90度以下となる側の値として規定される。本実施形態では、羽板24aの角度θは例えば20〜50度である。
The
枠体22の内側における裏側(枠体22を取り付ける側)の端部には、スリット(溝)22Sが形成されている。スリット22Sは、開口部22Hの周囲に沿うもので、中空円環形状となっている。このスリット22Sの部分に、開口部22Hを覆うように換気膜50が設けられている。
A slit (groove) 22 </ b> S is formed at the end of the back side (the side to which the
換気膜50は、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する防水通気膜として機能する。換気膜50は、樹脂または金属からなる、職布、不織布、メッシュ、ネットなどである。本実施形態では、換気膜50はテフロン(登録商標)製である。換気膜50には、通常時の換気能力が備えられており、その分の圧力は抜ける。また、換気膜50は、車両使用時の冷熱の繰り返しや振動、浸水の水圧に対し破損しないための強度を備えるが、その強度を超える圧力を受けた場合、破損する。換気膜50の取り付けは、樹脂製である枠体22のスリット22S部分を熱で溶かすことによって、換気膜50を枠体22に溶着する。
The
図4は、羽板24aの詳しい形状と、羽板24aと換気膜50との位置関係を示す説明図である。図中には、互いに直交するX、Y、Z方向を規定した。X方向は図1に示した積層方向と一致し、Z方向は図1に示した上下方向と一致する。換気膜50の面方向は、Y−Z平面に沿った方向と一致する。羽板24aは、換気膜50の外側、すなわち燃料電池スタック80が収容される側とは反対の側に配置される。羽板24aと換気膜50との間には、距離dの隙間が開けられている。
FIG. 4 is an explanatory view showing the detailed shape of the slat 24a and the positional relationship between the slat 24a and the
先に説明したように、羽板24aは水平方向(X−Y平面方向)に対してθだけ傾けて配置されている。羽板24aの換気膜50とは反対の側(−X方向の側)の端面は、Y−Z平面に沿った平らな形状である。羽板24aの換気膜50側(+X方向の側)の端面は、Y−Z平面をY軸を中心として角度αだけ図中の左回り傾けて得られる面に沿った平らな形状である。これによって、羽板24aの換気膜50側は、換気膜50に向かう(すなわち、+X方向の側に向かう)角部CRを有する形状となる。角部CRの角度βは鋭角である。角度βは、例えば80度〜30度である。この角部CRが「刃部」に相当する。
As described above, the slat 24a is disposed so as to be inclined by θ with respect to the horizontal direction (XY plane direction). The end surface of the
図5は、燃料電池ケース10の側面10aに取り付けられた換気カバー20を示す端面図である。燃料電池ケース10の前述した側面10aには、換気カバー20の開口部22Hとほぼ同じ形状、サイズの貫通孔10Hが形成されている。この貫通孔10Hと換気カバー20の開口部22Hとが連結されるように、換気カバー20は燃料電池ケース10の側面10aに取り付けられている。この取り付けは、換気カバー20の外周付近の3箇所に設けられた取り付け用孔28(図2)にボルト(図示せず)を挿入し螺子止めすることで行われる。換気カバー20の取り付け方向は、換気膜50が貫通孔10Hの側となる方向である。図中の42はガスケットである。ガスケット42によって、換気カバー20の密封性が高められている。
FIG. 5 is an end view showing the
図6は、本実施形態の作用効果を示す説明図である。燃料電池ケース10内に収納される燃料電池スタック80内で水素燃焼が発生した場合に、風圧・圧力が貫通孔10Hを通って換気膜50に達し、換気膜50は外側、すなわち羽板24aの側(−X方向の側)に押圧され膨らむ。この際に、図示するように羽板24aの角部CRに換気膜50が接触する。この結果、換気膜50が破断される。換気膜50が上記の外側に膨らむ距離は予め実験的にあるいはシミュレーションにより求めてあり、羽板24aと換気膜50との間の隙間の距離dは上記膨らむ距離より短く定められている。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the effects of the present embodiment. When hydrogen combustion occurs in the
羽板が角部CRを有しない従来例の場合には、換気膜は通常時の換気能力を備えており、その分の圧力が抜けるため、換気膜の破断が遅れ、燃料電池ケース内の部品が損傷する虞があった。これに対して、本実施形態の燃料電池モジュール100によれば、燃料電池ケース10内で圧力が上昇した際に、上述したように羽板24aの角部CRによって換気膜50が破断されることによって、燃料電池ケース10内の圧力を素早く逃すことができる。したがって、本実施形態の燃料電池モジュール100によれば、燃料電池ケース10内の圧力が上昇し過ぎて、燃料電池ケース10内の部品が損傷することを抑制できるという効果を奏する。
In the case of the conventional example in which the slats do not have the corner CR, the ventilation membrane has a normal ventilation capacity, and the pressure of that amount is released, so the breakage of the ventilation membrane is delayed, and the components in the fuel cell case There was a risk of damage. On the other hand, according to the
・変形例1:
前記実施形態では、ルーバー24を構成する6枚の羽板24aのそれぞれに、刃部としての角部CRを備える構成とした。これに換えて、6枚の羽板24aのうちの1枚以上の羽板24aにだけに角部CRを備える構成としてもよい。
・ Modification 1:
In the said embodiment, it was set as the structure provided with the corner | angular part CR as a blade part in each of the six
・変形例2:
前記実施形態では、羽板24aの尖った角部CRを刃部として構成した。これに換えて、角部は尖っていない形状とし、羽板の換気膜側の端面に、先端の尖った円錐形の針部を設け、この針部を刃部として換気膜を破断させる構成としてもよい。
Modification 2
In the said embodiment, the corner | angular part CR of the
・変形例3:
前記実施形態では、刃部を形成する部材として羽板24aを備える構成とした。これに換えて、羽板を備えず、刃部を備える構成としてもよい。さらに、換気カバーも必ず必要というわけではなく、換気カバーを備えない構成において、刃部を備える構成としてもよい。
・ Modification 3:
In the said embodiment, it was set as the structure provided with the
・変形例4:
前記実施形態および各変形例では、燃料電池に固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池に本発明を適用してもよい。
-Modification 4:
In the above-described embodiments and modifications, the polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell. The invention may be applied.
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須な物ものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Moreover, if the technical feature is not described as an essential thing in this specification, it is possible to delete suitably.
10…燃料電池ケース
10H…貫通孔
10a…側面
12…マウント部
20…換気カバー
22…枠体
22H…開口部
22S…スリット
24…ルーバー
24a…羽板
28…取り付け用孔
30,40…換気カバー
50…換気膜
80…燃料電池スタック
100…燃料電池モジュール
CR…角部
d…距離
DESCRIPTION OF
Claims (1)
燃料電池と、
前記燃料電池を収容するとともに、換気用の貫通孔を有する燃料電池ケースと、
前記貫通孔を覆う換気膜と、
前記換気膜の外側に、前記換気膜に対して隙間を開けて配置され、前記換気膜に向かう刃部と、
を備える燃料電池モジュール。 A fuel cell module,
A fuel cell;
A fuel cell case containing the fuel cell and having a through hole for ventilation;
A ventilation membrane covering the through hole;
Outside the ventilation membrane, disposed with a gap with respect to the ventilation membrane, and a blade portion toward the ventilation membrane;
A fuel cell module comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020087776A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell case |
JP7496397B2 (en) | 2021-02-19 | 2024-06-06 | 本田技研工業株式会社 | Fuel Cell Systems |
-
2017
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