JP2020047385A

JP2020047385A - 燃料電池モジュール

Info

Publication number: JP2020047385A
Application number: JP2018172832A
Authority: JP
Inventors: 亮一吉冨; Ryoichi Yoshitomi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: JP7093705B2; US11335927B2; US20200091526A1

Abstract

【課題】外部からの荷重の入力が発生した場合であっても、燃料ガス系デバイスの破損を防止できる燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池車両に搭載される燃料電池モジュール１０であって、燃料電池スタックの側部に設けられた補機ケース７２内には、水素ガスの供給及び循環を行う水素系補機７１と、酸化剤ガスの供給及び排出を行う酸化剤系補機４０とが収められている。酸化剤系補機４０の加湿器６０には、燃料電池車両の前方からの荷重の入力が発生した際に、加湿器６０が水素系補機７１へ干渉して水素系補機７１を破壊するのを阻止する燃料ガス系保護機構を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池車両に搭載される燃料電池モジュールに関する。

従来より、燃料電池車両の前方のフロントルーム（モータルーム）等に搭載される燃料電池モジュールが提案されている。例えば、特許文献１には、燃料電池スタックとともに、空気を供給する酸化剤ガス系デバイスと、水素ガスを供給する燃料ガス系デバイスとをフロントルームに配置した燃料電池モジュールが開示されている。

特開２０１４−８３８７５号公報

燃料電池モジュールでは、燃料ガス系デバイスからの水素の漏洩対策及び燃料ガス系デバイスの保護のために燃料ガス系デバイスが補機ケースに収納されることがある。また、燃料電池モジュールの小型、軽量化及び起動特性の向上を図るために、補機である酸化剤ガス系デバイスを、燃料ガス系デバイスとともに、燃料電池スタックに隣接した補機ケースに収めるレイアウトが検討されている。

しかし、補機ケースに酸化剤ガス系デバイスと燃料ガス系デバイスとを収める場合には、外部からの荷重の入力が発生した場合であっても、酸化剤ガス系デバイスが燃料ガス系デバイスを破損させない構造が望まれる。

本発明は、外部からの荷重の入力が発生した場合であっても、燃料ガス系デバイスの破損を防止できる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一観点は、燃料電池車両に搭載された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの側部に設けられた補機ケースと、前記補機ケースに収納された燃料ガス系デバイス及び酸化剤ガス系デバイスと、を備え、前記補機ケースに対する荷重の入力に対して、前記酸化剤ガス系デバイスの前記燃料ガス系デバイスへの干渉を阻止する燃料ガス系保護機構を有する燃料電池車両モジュールにある。

本発明に係る燃料電池モジュールによれば、前記補機ケースに対する荷重の入力が発生した場合であっても、燃料ガス系保護機構により、酸化剤ガス系デバイスの燃料ガス系デバイスへの干渉を阻止できる。その結果、外部からの荷重の入力が発生した場合であっても、燃料ガス系デバイスの破損を防止できる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの斜視図である。図２Ａは、図１の燃料電池モジュールの補機ケースを右方向（図１のＢＲ方向）から見た模式断面図であり、図２Ｂは図２Ａの燃料電池モジュールの作用を示す模式断面図である。図３Ａは、第２の実施形態に係る燃料電池モジュールの補機ケースを右方向（図１のＢＲ方向）から見た模式断面図であり、図３Ｂは図３Ａの燃料電池モジュールの作用を示す模式断面図である。図４Ａは、第３の実施形態に係る燃料電池モジュールの補機ケースを右方向（図１のＢＲ方向）から見た模式断面図であり、図４Ｂは図４Ａの燃料電池モジュールの作用を示す模式断面図である。図５は、第４の実施形態に係る燃料電池モジュールの補機ケースを上（図１のＣ方向）から見た模式断面図である。図６Ａは、第５の実施形態に係る燃料電池モジュールの補機ケースを上（図１のＣ方向）方向から見た模式断面図であり、図６Ｂは図６Ａの燃料電池モジュールの作用を示す模式断面図である。図７Ａは、第６の実施形態に係る燃料電池モジュールの補機ケースを上（図１のＣ方向）から見た模式断面図であり、図７Ｂは図７Ａの燃料電池モジュールの作用を示す模式断面図である。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池車両１１は、燃料電池モジュール１０を備える。燃料電池車両１１は、例えば、燃料電池電気自動車である。以下の説明において、上方（上部）とは、鉛直方向の上方（上部）を意味する。燃料電池車両１１において、燃料電池スタック１２を収納したスタックケース１４が、ダッシュボード１６の前方（矢印Ａｆ方向）に形成されたフロントルーム（モータルーム）１８内に配設されている。

燃料電池スタック１２は、複数の発電セルが車両幅方向（矢印Ｂ方向）に積層されてなるセル積層体２０ａｓを備える。セル積層体２０ａｓの積層方向一端（矢印ＢＲ方向側）には、第１ターミナルプレート２２ｂ及び第１絶縁プレート２４ｂが外方に向かって順次配設される。セル積層体２０ａｓの積層方向他端（矢印ＢＬ方向側）には、第２ターミナルプレート２２ａ及び第２絶縁プレート２４ａが配設される。燃料電池スタック１２は、スタックケース１４の右サイドパネル７８と補機ケース７２の第１ケース部材８８との間にスペーサ（図示せず）を介して挟持され、積層方向に締め付け加重が付与されている。

燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１２を収納するスタックケース１４と、燃料電池用補機７０を収納する補機ケース７２とを備える。スタックケース１４と、補機ケース７２とにより、ケースユニット７４が構成されている。スタックケース１４と補機ケース７２とからなるケースユニット７４は、平面視で、長辺が車両幅方向に沿って延在する略長方形の四角形状をなしている。

スタックケース１４は、平面視で四角形状のケース本体７６を有する。ケース本体７６は、左側（矢印ＢＬ方向側）に形成された左開口部７６ａと、右側（矢印ＢＲ方向側）に形成された四角形状の右開口部７６ｂと、を有し、箱形に構成されている。

スタックケース１４は、さらに、ケース本体７６の右開口部７６ｂを閉じる右サイドパネル７８を備えてなる。右サイドパネル７８は、四角形状のパネルであり、ケース本体７６の右側にボルト（不図示）により接合される。ケース本体７６と右サイドパネル７８との間には、弾性材料からなる不図示のシール部材がケース本体７６と右サイドパネル７８との接合面の全周に亘って配置される。

補機ケース７２は、燃料電池用補機７０を保護するための保護ケースであり、スタックケース１４の水平方向に隣接してスタックケース１４に接合されている。補機ケース７２は、スタックケース１４に隣接して設けられた凹形状の第１ケース部材８８と、第１ケース部材８８に接合された凹形状の第２ケース部材９０とを有する。第１ケース部材８８と第２ケース部材９０とは、互いの凹部を向かい合わせに配置され、第１ケース部材８８のフランジ部８８ａと、第２ケース部材９０のフランジ部９０ａとで当接されている。そのフランジ部８８ａ、９０ａをボルト等（不図示）により締結することで、第１ケース部材８８と第２ケース部材９０とが接合されている。第１ケース部材８８及び第２ケース部材９０とにより、水素系補機７１及び酸化剤系補機４０を収納する収納空間７３が形成されている。

第１ケース部材８８は、ケース本体７６に接合される壁部９２（凹形状の第１ケース部材８８の底壁部）を有する。第１ケース部材８８は、ケース本体７６の左端に不図示のボルトで接合される。ケース本体７６と第１ケース部材８８との間には、弾性材料よりなるシール部材（不図示）が、ケース本体７６と第１ケース部材８８との接合面の全周に亘って配置される。第１ケース部材８８の壁部９２には、燃料電池スタック１２に酸化剤ガス又は水素ガスを供給する接続配管を通すための不図示の配管用開口部が設けられている。

補機ケース７２内には、燃料電池用補機７０として、水素系補機（燃料ガス系デバイス）７１と酸化剤系補機（酸化剤ガス系デバイス）４０とが収納される。第１ケース部材８８には、主に水素系補機７１が収納される。第１ケース部材８８には、水素系補機７１として、インジェクタ８４と、エジェクタ８５と、水素ポンプ８６と、バルブ類（図示せず）等が収納される。インジェクタ８４及びエジェクタ８５は、車体のセンタートンネル等に配置された水素タンク（不図示）から供給された水素ガスを、燃料電池スタック１２に供給する補機である。インジェクタ８４には、水素タンクからの配管（不図示）と連通したインジェクタ上流配管８９が接続されている。インジェクタ上流配管８９は、その一端が第２ケース部材９０側の上端部に設けられた水素配管接続口９０ｄに接続されている。インジェクタ上流配管８９は、水素配管接続口９０ｄから第１ケース部材８８に向けて伸び、インジェクタ８４に接続される。なお、本明細書において水素系補機７１には、補機ケース７２に収納された補機を接続する配管も含まれるものとする。

第２ケース部材９０には、酸化剤系補機４０が収納される。第２ケース部材９０内に収納される酸化剤系補機４０としては、例えば、加湿器６０やバルブ類（図示せず）が挙げられる。図示のように、水素系補機７１と酸化剤系補機４０とは向かい合わせに配置される。

補機ケース７２に収納される酸化剤系補機４０の中でも比較的大型の補機である加湿器６０は、補機ケース７２内において、水素系補機７１のインジェクタ８４及びエジェクタ８５の左方向（矢印ＢＬ方向）に隣接して配置されている。加湿器６０は、燃料電池スタック１２に供給する圧縮空気（被加湿流体）を加湿するために用いられるものであり、水蒸気（水分）を多く含んだカソードオフガス（加湿流体）を用いて酸化剤ガスである空気（被加湿流体）を加湿する。

図２Ａに示すように、加湿器６０は、円筒状の本体６２と、本体６２の一端を封止する出口ヘッド６６と、本体６２の他端を封止する入口ヘッド６４とを有している。本体６２の内部に数千本の中空糸膜が束ねられて収納されている。出口ヘッド６６と本体６２とは、フランジ部６２ａ、６６ａで接合される。また、入口ヘッド６４と本体６２とは、フランジ部６２ｂ、６４ａで接合される。

加湿器６０は本体６２の軸方向が前後方向（矢印Ａ方向）に向くように配置され、出口ヘッド６６が前方に配置され、入口ヘッド６４が後方を向くように配置されている。出口ヘッド６６からは、第２ケース部材９０を貫通する配管５８が前方（矢印Ａｆ方向）に伸び出ている。配管５８には、継手やバルブなどの流路部材５６が接続されている。配管５８及び流路部材５６は、例えばアルミニウムの鋳造品よりなる。また、加湿器６０は、本体６２の複数個所に設けられた固定部６０ａにおいて第２ケース部材９０の取付部９０ｅに固定される。

本実施形態においては、補機ケース７２の前方に、配管５８及び流路部材５６が突出して配置されている。その配管５８には、流路部材５６を介して後方（Ａｒ方向）への荷重が入力された際に、破断しやすい破断ポイント５８ａが設けられている。破断ポイント５８ａは、配管５８において他の部分よりも圧縮方向の荷重に対する強度が弱く形成された部分である。例えば、破断ポイント５８ａは、配管５８を径方向に凹んだ凹部とすることができる。また、破断ポイント５８ａは、配管５８の周方向に伸びる溝としてもよい。また、破断ポイント５８ａは、配管５８の長さ方向に形成されたスリット状の肉薄部や配管５８の屈曲部などとしてもよい。配管５８は、所定値以上の圧縮方向の荷重が加わると破断ポイント５８ａを起点にして破断する。配管５８が破断する荷重は、流路部材５６及び配管を介した加湿器６０への荷重の入力により、固定部６０ａが破壊される荷重よりも小さい値に設定されている。このような破断ポイント５８ａにより本実施形態の燃料ガス系保護機構が構成される。

以下、本実施形態の燃料電池モジュール１０の作用について説明する。

燃料電池車両１１の前方から、例えば障害物などによって、後方（矢印Ａｒ方向）向きの荷重が入力されると、補機ケース７２の前方に突出した流路部材５６及び配管５８を介して、加湿器６０に後方に向かう荷重が加わる。加湿器６０は、固定部６０ａにより補機ケース７２内に保持され、補機ケース７２内において所定の位置に保たれる。

図２Ｂに示すように、流路部材５６及び配管５８に加わる荷重が増大すると、加湿器６０の固定部６０ａが破壊される前に、配管５８の破断ポイント５８ａが破断することで、荷重の入力が緩和される。配管５８の破断後は、流路部材５６が移動（ストローク）することで、補機ケース７２に接触し、前方からの荷重を補機ケース７２の全体で受ける。これにより、加湿器６０の固定部６０ａが破壊されずに、加湿器６０が補機ケース７２内で動くことなく保持される。

本実施形態の燃料電池モジュール１０は、以下の効果を奏する。

本実施形態の燃料電池モジュール１０は、補機ケース７２に収納された加湿器６０（酸化剤ガス系デバイス）に接続されるとともに補機ケース７２の前方に伸び出た配管５８及び流路部材５６を備えており、燃料ガス系保護機構として、配管５８には破断ポイント５８ａが形成されている。

上記の構成によれば、流路部材５６及び配管５８を介して前方からの荷重の入力が発生した場合であっても、加湿器６０の固定部６０ａが破壊される前に、配管５８の破断ポイント５８ａが破断する。それにより、加湿器６０への荷重の入力が緩和され、加湿器６０が補機ケース７２内で動くことなく保持される。その結果、加湿器６０の水素系補機７１（図１参照）への干渉を防ぐことができ、加湿器６０による水素系補機７１の破壊を防ぐことができる。また、加湿器６０によるインジェクタ上流配管８９の破損も防止できる。

なお、上記の配管５８に設けられた破断ポイント５８ａの強度は、加湿器６０の固定部６０ａが破壊される強度よりも低く設定すると、固定部６０ａの破壊を防ぐことができて好適である。

（第２の実施形態）
図３Ａに示すように、第２の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ａでは、加湿器６０の出口ヘッド６６に接続された配管５８Ａが、補機ケース７２Ａの下側に突出するように配置されている。また、配管５８Ａに接続される流路部材５６は、配管５８Ａの下方に配置されている。

なお、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａにおいて、配管５８Ａ及び流路部材５６は、補機ケース７２Ａ（第２ケース部材９０Ａ）の下側ではなく、補機ケース７２Ａの右側又は上方等に配置してもよい。すなわち、配管５８Ａ及び流路部材５６は、補機ケース７２Ａの前方以外に接続されていればよい。

配管５８Ａの強度は、配管５８Ａを介して加湿器６０に荷重が入力された際に、固定部６０ａが破壊される前に配管５８Ａが破断するようにすることが好ましい。なお、必要に応じて、図示のように配管５８Ａの途中に肉薄に形成された破断ポイント５８ａを設けてもよい。

以下、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａの作用について説明する。

図３Ｂに示すように、燃料電池車両１１の前方から、例えば障害物などによって、後方（矢印Ａｒ方向）に向かう荷重が入力されると、補機ケース７２Ａよりも前側に突出した流路部材５６及び配管５８Ａに白抜矢印に示す方向の荷重が入力される。加湿器６０には、配管５８Ａを介して荷重が入力される。流路部材５６及び配管５８Ａに加わる荷重が増大すると、配管５８Ａに曲げ荷重が増加する。その結果、配管５８Ａの肉薄部等よりなる破断ポイント５８ａから破断する。これにより、加湿器６０への荷重の入力が緩和され、加湿器６０が補機ケース７２Ａ内で動くことなく保持される。

なお、配管５８Ａに破断ポイント５８ａを設けない場合には、配管５８Ａと補機ケース７２Ａとの付け根付近から配管５８Ａが折れ曲がり、加湿器６０の固定部６０ａが破壊される前に、配管５８Ａが破断する。すなわち、配管５８Ａと補機ケース７２Ａとの付け根付近が破断ポイントとして機能する。このように、配管５８Ａが補機ケース７２Ａの前方（矢印Ａｆ方向）と異なる方向に伸び出た部分が破断ポイントとなって破断する。

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ａは、以下の効果を奏する。

燃料電池モジュール１０Ａは、補機ケース７２Ａに収納された加湿器６０（酸化剤ガス系デバイス）に接続されるとともに補機ケース７２Ａの前方以外の方向に伸び出た配管５８Ａ（及び流路部材５６）を備えている。上記の構成によれば、流路部材５６及び配管５８Ａに前方からの荷重の入力が発生した場合に、配管５８Ａの基端部が破断することで、加湿器６０の固定部６０ａが破壊されるのを防止できる。その結果、加湿器６０の水素系補機７１への干渉を防ぐことができ、加湿器６０による水素系補機７１の破壊を防ぐことができる。また、加湿器６０によるインジェクタ上流配管８９の破損も防止できる。

（第３の実施形態）
図４Ａに示すように、第２の実施形態に係る燃料電池モジュール１０Ｂでは、加湿器６０の出口ヘッド６６に接続された配管５８Ｂが、補機ケース７２の前方に、斜め方向に傾いて延在している。

以下、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｂの作用について説明する。

図４Ｂに示すように、燃料電池車両１１の前方から、例えば障害物などによって、後方（矢印Ａｒ方向）に向かう荷重が入力されると、補機ケース７２よりも前側に突出した流路部材５６及び配管５８Ｂに白抜矢印に示す方向の荷重が入力される。加湿器６０には、配管５８Ｂを介して荷重が入力される。流路部材５６及び配管５８Ｂに加わる荷重が増大すると、斜めに伸びた配管５８Ｂの基端部付近に曲げ荷重が作用して、配管５８Ｂが容易に破断する。その結果、加湿器６０の固定部６０ａが破壊される前に、配管５８Ｂが破断し、加湿器６０が補機ケース７２内で動くことなく保持される。

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｂは、以下の効果を奏する。

燃料電池モジュール１０Ｂは、補機ケース７２に収納された加湿器６０（酸化剤ガス系デバイス）に接続されるとともに補機ケース７２の斜め前方に伸び出た配管５８Ｂ及び流路部材５６を備えている。上記の構成によれば、流路部材５６及び配管５８Ｂに対して前方からの荷重の入力が発生した場合であっても、配管５８Ｂが容易に破断することで、加湿器６０の固定部６０ａが破壊されるのを防止できる。その結果、加湿器６０の水素系補機７１への干渉を防ぐことができ、加湿器６０による水素系補機７１の破壊を防ぐことができる。また、加湿器６０によるインジェクタ上流配管８９の破損も防止できる。

（第４の実施形態）
図５に示すように、第４実施形態の燃料電池モジュール１０Ｃは、補機ケース７２内に、加湿器６０の水素系補機７１への接近及び干渉を阻止するストッパ５２を備えている。ストッパ５２は、その基端部５２ａが第１ケース部材８８の内壁に接続され、先端部５２ｂが加湿器６０の近傍にまで左右方向に延在した棒状部材として構成されている。ストッパ５２は、前後方向に間隔をおいて複数設けられている。なお、ストッパ５２は、左右方向に延在した棒状部材に限定されるものではなく、加湿器６０の水素系補機７１への接近及び干渉を阻止して、加湿器６０を安全な部位に導くことができる形状としてもよい。ストッパ５２の他の構成例としては、例えば、第１ケース部材８８の内壁から水素系補機７１と加湿器６０との間を隔てるように伸び出た板状の部材としてもよい。

以下、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｃの作用について説明する。

燃料電池車両１１の前方から、例えば障害物などによって、後方（矢印Ａｆ方向）に向かう荷重が入力されると、補機ケース７２よりも前側に突出した流路部材５６及び配管５８に白抜矢印に示すような荷重が入力される。加湿器６０には、配管５８を介して、後側（Ａｒ方向）に向かう向きの荷重が入力される。これにより、加湿器６０の固定部６０ａが破壊されて加湿器６０が動き始める。その際に、加湿器６０の水素系補機７１に接近する方向への移動は、ストッパ５２によって阻止される。その結果、加湿器６０の移動方向は、水素系補機７１がない安全な方向へと導かれる。

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｃは、以下の効果を奏する。

燃料電池モジュール１０Ｃは、補機ケース７２の内部に設けられるとともに、加湿器６０（酸化剤ガス系デバイス）の近傍に配置され、加湿器６０の水素系補機７１に接近する方向への移動を阻止するストッパ５２を有する。これにより、荷重の入力によって加湿器６０の固定部６０ａが破壊されて加湿器６０が移動した場合であっても、加湿器６０が水素系補機７１と接触することはなく、水素系補機７１の破壊を防止できる。

（第５の実施形態）
図６Ａに示すように、第５実施形態の燃料電池モジュール１０Ｄは、補機ケース７２内に、加湿器６０の移動を阻止する第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂを備えている。第１の支持部材５４ａは、出口ヘッド６６のフランジ部６６ａと第２ケース部材９０の前面９０ｂとの間に挿入されている。また、第２の支持部材５４ｂは、入口ヘッド６４のフランジ部６４ａと、第２ケース部材９０の後面９０ｃとの間に挿入されている。第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂは、前方から後方に向けた荷重の入力に対して、固定部６０ａの破壊強度よりも高いものを用いることが好ましい。なお、第１の支持部材５４ａは、加湿器６０の前方であればどこに設置されていてもよい。また、第１の支持部材５４ａの形状は、第２ケース部材９０の前面９０ｂと加湿器６０の前方との隙間を埋めるものであれば、どのような形状であってもよい。さらに、第２の支持部材５４ｂは、加湿器６０の後方であればどこに設置されていてもよい。また、第２の支持部材５４ｂの形状は、第２ケース部材９０の後面９０ｃと加湿器６０の後方との隙間を埋めるものであればどのような形状であってもよい。

以下、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｄの作用について説明する。

図６Ｂに示すように、燃料電池車両１１の前方から、例えば障害物などによって、後方（矢印Ａｒ方向）向きの荷重が入力されると、補機ケース７２よりも前側に突出した流路部材５６及び配管５８に白抜矢印に示す方向の荷重が入力される。加湿器６０には、配管５８を介して後方（矢印Ａｒ方向）に向かう向きの荷重が入力される。この荷重は、図中の矢印Ｆに示すように、第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂを介して第２ケース部材９０の後面９０ｃに伝達される。その際に、加湿器６０の固定部６０ａに加わる荷重は、第２の支持部材５４ｂに分散される。そのため、流路部材５６及び配管５８を介して加湿器６０に荷重の入力が発生しても、固定部６０ａが破壊されることなく残る。

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｄは、以下の効果を奏する。

燃料電池モジュール１０Ｄは、加湿器６０の前部（出口ヘッド６６）と第２ケース部材９０の前面９０ｂとの隙間に配置された第１の支持部材５４ａと、加湿器６０の後部（入口ヘッド６４）と第２ケース部材９０の後面９０ｃとの隙間に配置された第２の支持部材５４ｂとを備える。これにより、流路部材５６及び配管５８を介して加湿器６０に荷重が入力された場合であっても、荷重を第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂに分散することができる。その結果、固定部６０ａの破壊を防ぐことができ、加湿器６０の移動を防いで、水素系補機７１の破壊を防止できる。また、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｄでは、加湿器６０を荷重の分散経路及び強度確保のための部材として利用できるため、補機ケース７２の厚み及び重量を増加させることなく、補機ケース７２の強度を向上させることができる。

（第６の実施形態）
図７Ａに示すように、第６実施形態の燃料電池モジュール１０Ｅは、補機ケース７２内に、加湿器６０の移動を阻止する第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂを備えている。さらに、加湿器６０の本体６２には、所定値以上の荷重の入力に対して破断する変位吸収部６２ｃが設けられている。

第１の支持部材５４ａは、出口ヘッド６６のフランジ部６６ａと第２ケース部材９０の前面９０ｂとの間に挿入されている。また、第２の支持部材５４ｂは、入口ヘッド６４のフランジ部６４ａと、第２ケース部材９０の後面９０ｃとの間に挿入されている。第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂは、前方から後方に向けた荷重の入力に対して、固定部６０ａの破壊強度よりも高いものを用いることが好ましい。なお、第１の支持部材５４ａは、加湿器６０の前方であればどこに設置されていてもよい。また、第１の支持部材５４ａの形状は、第２ケース部材９０の前面９０ｂと加湿器６０の前方との隙間を埋めるものであれば、どのような形状であってもよい。さらに、第２の支持部材５４ｂは、加湿器６０の後方であればどこに設置されていてもよい。また、第２の支持部材５４ｂの形状は、第２ケース部材９０の後面９０ｃと加湿器６０の後方との隙間を埋めるものであればどのような形状であってもよい。

変位吸収部６２ｃは、本体６２において例えば肉薄部や屈曲部として形成されることで、補機ケース７２の変位や荷重入力によるエネルギーを吸収可能に構成されている。

以下、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｅの作用について説明する。

図７Ｂに示すように、燃料電池車両１１の前方から、例えば障害物などによって、後方（矢印Ａｒ方向）向きの荷重が入力されると、補機ケース７２よりも前側に突出した流路部材５６及び配管５８に白抜矢印に示す方向の荷重が入力される。加湿器６０には、配管５８を介して荷重が入力される。この荷重は、第１の支持部材５４ａ及び第２の支持部材５４ｂを介して第２ケース部材９０の後面９０ｃに伝達される。その際に、加湿器６０の固定部６０ａに加わる荷重は、第２の支持部材５４ｂに分散される。そのため、固定部６０ａが破壊されずに残る。

さらなる荷重が入力され、補機ケース７２の第２ケース部材９０が変形して第２ケース部材９０からも加湿器６０に荷重が入力されると、加湿器６０の変位吸収部６２ｃが破断又は変形する。これにより、第２ケース部材９０の変位や荷重の入力によるエネルギーが吸収される。その結果、加湿器６０の固定部６０ａの破壊が防止され、加湿器６０が移動することなく所定位置に保たれる。

本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｅは、以下の効果を奏する。

燃料電池モジュール１０Ｅは、加湿器６０の前部と第２ケース部材９０の前面９０ｂとの隙間に配置された第１の支持部材５４ａと、加湿器６０の後部と第２ケース部材９０の後面９０ｃとの隙間に配置された第２の支持部材５４ｂと、を備えるとともに、加湿器６０は、荷重の入力により破断又は変形可能な変位吸収部６２ｃを備えている。これにより、固定部６０ａの破壊を防ぐことができ、加湿器６０の移動を防いで、水素系補機７１の破壊を防止できる。また、本実施形態の燃料電池モジュール１０Ｅでは、加湿器６０を荷重の分散経路及び強度確保のための部材として利用できるため、補機ケース７２の厚み及び重量を増加させることなく、補機ケース７２の強度を向上させることができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、第１〜第６の実施形態に示された複数の特徴的構造部分を組み合わせて水素系補機７１の保護を図る燃料電池モジュールを構成してもよい。また、水素系補機７１を保護するための構造は、加湿器６０以外の酸化剤系補機４０に適用してもよく、例えばバルブ類や気液分離タンク、又はエアポンプ等に適用してもよい。

１０…燃料電池モジュール１１…燃料電池車両
４０…酸化剤系補機５２…ストッパ
５４ａ、５４ｂ…支持部材５６…流路部材
５８…配管５８ａ…破断ポイント
６０…加湿器６０ａ…固定部
６２…本体６２ｃ…変位吸収部
７１…水素系補機７２…補機ケース
８８…第１ケース部材９０…第２ケース部材

Claims

燃料電池車両に搭載された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの側部に設けられた補機ケースと、
前記補機ケースに収納された燃料ガス系デバイス及び酸化剤ガス系デバイスと、を備え、
前記補機ケースに対する荷重の入力に対して、前記酸化剤ガス系デバイスの前記燃料ガス系デバイスへの干渉を阻止する燃料ガス系保護機構を有する燃料電池モジュール。
請求項１記載の燃料電池モジュールであって、前記酸化剤ガス系デバイスに接続されるとともに前記補機ケースの前方に伸び出た配管を備え、前記燃料ガス系保護機構は、前記配管に設けられた破断ポイントを有する燃料電池モジュール。
請求項２記載の燃料電池モジュールであって、前記破断ポイントは前記酸化剤ガス系デバイスを前記補機ケースに固定する固定部の破壊荷重よりも低い荷重で破壊される燃料電池モジュール。
請求項２記載の燃料電池モジュールであって、前記破断ポイントは、前記配管に設けられた肉薄部、前記配管の屈曲した部分、又は、前記補機ケースの前方と異なる方向に伸び出た前記配管との基端部である燃料電池モジュール。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、前記燃料ガス系保護機構は、前記補機ケースの内部に設けられるとともに、前記酸化剤ガス系デバイスの近傍に配置され、前記酸化剤ガス系デバイスの前記燃料ガス系デバイスに接近する方向への移動を阻止するストッパを有する燃料電池モジュール。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、前記燃料ガス系保護機構は、前記酸化剤ガス系デバイスの前部と前記補機ケースの前面との間に設けられた第１の支持部材と、前記酸化剤ガス系デバイスの後部と前記補機ケースの後面との間に設けられた第２の支持部材とを有する燃料電池モジュール。
請求項６記載の燃料電池モジュールであって、前記酸化剤ガス系デバイスには前記第１の支持部材からの荷重の入力により、破断又は変形可能な変位吸収部が形成されている燃料電池モジュール。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールであって、前記酸化剤ガス系デバイスは加湿器を含む燃料電池モジュール。
請求項８記載の燃料電池モジュールであって、前記補機ケースは、前記燃料ガス系デバイスを収容する第１ケース部材と、前記第１ケース部材に対向して設けられ前記加湿器を含む前記酸化剤ガス系デバイスを収容する第２ケース部材とを有し、前記第１ケース部材に収納された前記燃料ガス系デバイスと前記第２ケース部材に収納された前記酸化剤ガス系デバイスとが燃料電池車両の幅方向に対向配置された燃料電池モジュール。
請求項９記載の燃料電池モジュールであって、前記第２ケース部材に燃料ガス配管接続口が設けられるとともに前記燃料ガス配管接続口と前記燃料ガス系デバイスとを接続する燃料ガス配管が前記第２ケース部材を通って配置されている燃料電池モジュール。