JP2020095818A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ダクトにスタックケースの内部を連通させるためのプレート接続部材を、エンドプレートに接続可能な構成としても、積層方向に大型化することを抑制できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０では、発電セル１８を複数積層した積層体２０を収納するスタックケース６０が、周壁ケース６８とエンドプレート７０とを含んで形成される。エンドプレート７０の厚さ方向の一端側には、スタックケース６０の内部に臨む内側主面８６が設けられる。エンドプレート７０の外周端面８８の上部に開口する第１開口部９６と、内側主面８６に開口する第２開口部９８とを連通する連通路１００がエンドプレート７０の内部に設けられる。第１開口部９６に接続されるプレート接続部材１３０を介してスタックケース６０の内部と排気ダクト１３８とが連通する。【選択図】図４

Description

本発明は、発電セルを複数積層した積層体の積層方向の端部にエンドプレートが配設される燃料電池システムに関する。

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の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、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・電極構造体をセパレータで挟持することにより、発電セルが構成され、複数個の発電セルを積層することにより、積層体が構成される。この積層体に、さらにエンドプレート等を積層して、発電セルを積層状態で保持することにより、燃料電池システムが構成される。

この種の燃料電池システムは、例えば、燃料電池車両の搭載空間に搭載して用いることができる。この場合、特に水素である燃料ガスが積層体等から漏出したとしても、該漏出燃料ガスが車両内の搭載空間等に留まることを抑制する必要がある。そこで、例えば、特許文献１には、積層体をスタックケースに収容して燃料電池システムを構成することが提案されている。この燃料電池システムでは、エンドプレートが、積層方向の両端側におけるスタックケースの側壁を構成する。このエンドプレートを厚さ方向（積層方向）に貫通する貫通孔に対し、積層方向の外側から接続部材が接続され、該接続部材を介して、スタックケースの内部と排気ダクトとが連通可能となる。これによって、スタックケース内の漏出燃料ガスを、排気ダクトを介して車両の外部等の所定の場所に導出することが可能になり、搭載空間等に漏出燃料ガスが留まることを抑制できる。

特許第６１０４８６４号公報

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、漏出燃料ガスを所定の場所へ導出する排気ダクトにスタックケースの内部を連通させるためのプレート接続部材を、エンドプレートに対して接続可能な構成としても、積層方向に大型化することを抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、発電セルを複数積層した積層体と、前記積層体を収納するスタックケースとを備え、前記積層体の積層方向の端部にエンドプレートが配設される燃料電池システムであって、前記スタックケースは、前記積層体の外周面を覆う周壁ケースと、前記エンドプレートとを含んで形成され、前記エンドプレートの厚さ方向の一端側には、前記スタックケースの内部に臨む内側主面が設けられ、前記エンドプレートには、前記エンドプレートの外周端面の上部に開口する第１開口部と、前記エンドプレートの上部で前記内側主面に開口する第２開口部とが設けられ、前記エンドプレートの内部には前記第１開口部と前記第２開口部とを連通する連通路が設けられ、前記第１開口部に接続されるプレート接続部材を介して、前記スタックケースの内部と排気ダクトとが連通する。

本発明の燃料電池システムでは、エンドプレートの外周端面に開口する第１開口部に、スタックケースの内部と排気ダクトとを連通させるためのプレート接続部材を接続することができる。このため、例えば、エンドプレートの内側主面の裏面に第１開口部を設けた場合とは異なり、エンドプレートにプレート接続部材を接続しても、スタックケースよりも積層方向の外側にプレート接続部材が突出することを抑制できる。その結果、漏出燃料ガスを所定の場所へ導出する排気ダクトにスタックケースの内部を連通させるためのプレート接続部材を、エンドプレートに対して接続可能な構成としても、特に、積層方向において燃料電池システムが大型化することを抑制できる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムを備えた燃料電池車両の概略斜視図である。 発電セルの分解斜視図である。 スタックケースの分解斜視図である。 エンドプレートと、プレート接続部材との要部分解斜視図である。 エンドプレートの第１開口部に接続されたプレート接続部材の要部平面図である。 変形例に係るエンドプレートと、プレート接続部材との要部分解斜視図である。 変形例に係る第２開口部が設けられたエンドプレートと、第２絶縁プレートと、周壁ケースとの要部分解斜視図である。

本発明に係る燃料電池システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

本実施形態では、図１に示すように、燃料電池システム１０が、燃料電池電気自動車である燃料電池車両１２に搭載される場合を例に挙げて説明するが、特にこれに限定されるものではなく、燃料電池システム１０は種々の搭載体（不図示）に搭載して用いることができる。以下では、特に説明しない限り、燃料電池車両１２の運転席に着座した乗員（不図示）から見た方向を基準に、前後方向（矢印Ａ方向）、左右方向（矢印Ｂ方向）、上下方向（矢印Ｃ方向）を説明する。

燃料電池システム１０は、燃料電池車両１２のダッシュボード１４の前方（矢印ＡＦ側）に形成されたフロントルーム（モータルーム）１６内に配設されている。また、燃料電池システム１０は、複数の発電セル１８（図２参照）が左右方向（矢印Ｂ方向）に積層されてなる積層体２０を備える。積層体２０の積層方向の一端（左端、矢印ＢＬ側端）には、第１ターミナルプレート２２及び第１絶縁プレート２４が外方に向かって順次積層される。積層体２０の積層方向の他端（右端、矢印ＢＲ側端）には、第２ターミナルプレート２６及び第２絶縁プレート２８（絶縁プレート）が外方に向かって順次積層される。

図２に示すように、発電セル１８は、電解質膜・電極構造体３０と、電解質膜・電極構造体３０を両側から挟持する第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４とを有する。電解質膜・電極構造体３０は、電解質膜３６と、電解質膜３６を挟持するカソード電極３８及びアノード電極４０とを備える。電解質膜・電極構造体３０の外周部には、フィルム状の樹脂枠部材４２が全周に亘って設けられている。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。

矩形状の発電セル１８の長手方向（矢印Ａ方向）の一端縁部（矢印ＡＲ側端部）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４４ａ、冷却媒体入口連通孔４６ａ及び燃料ガス出口連通孔４８ｂが、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔４４ａには、酸化剤ガスとして、例えば、酸素含有ガスが供給される。冷却媒体入口連通孔４６ａは、冷却媒体が供給される。燃料ガス出口連通孔４８ｂからは、燃料ガスとして、例えば、水素含有ガスが排出される。

発電セル１８の長手方向の他端縁部（矢印ＡＦ側端部）には、積層方向に互いに連通して、燃料ガスが供給される燃料ガス入口連通孔４８ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔４６ｂ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔４４ｂが、鉛直方向に配列して設けられる。

第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面には、酸化剤ガス入口連通孔４４ａと酸化剤ガス出口連通孔４４ｂとに連通する酸化剤ガス流路５０が設けられる。第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面には、燃料ガス入口連通孔４８ａと燃料ガス出口連通孔４８ｂとに連通する燃料ガス流路５２が設けられる。

互いに隣接する発電セル１８を構成する第１セパレータ３２と第２セパレータ３４との間には、冷却媒体入口連通孔４６ａと冷却媒体出口連通孔４６ｂとを連通する冷却媒体流路５４が設けられる。第１セパレータ３２と第２セパレータ３４とには、それぞれ樹脂枠部材４２に当接するシール部材５６が、一体的又は個別に設けられる。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４には、シール部材５６に代えて、樹脂枠部材４２に向かって突出したビードシール（不図示）がプレス成形により設けられてもよい。

図１に示すように、燃料電池システム１０は、積層体２０を収納するスタックケース６０と、燃料電池用補機６２を収納する補機ケース６４とから構成されるケースユニット６６を備える。ケースユニット６６は平面視で矩形状であり、その長辺が車両幅方向（積層体２０の積層方向、矢印Ｂ方向）に沿って延在する。

図３に示すように、スタックケース６０は、積層体２０（図１参照）の外周面を覆う周壁ケース６８と、積層体２０の積層方向の右端（矢印ＢＲ側端）に配設されたエンドプレート７０とを含んで形成される。周壁ケース６８は、平面視で矩形状のケース本体７２と、後方パネル７４とを有する。ケース本体７２は、左側（矢印ＢＬ側）に形成された矩形状の左開口部７６と、右側（矢印ＢＲ側）に形成された矩形状の右開口部７８と、後側（矢印ＡＲ側）に形成された矩形状の後方開口部８０とを有する箱型である。

後方パネル７４は、後方開口部８０を閉塞するようにケース本体７２にボルト８２により接合される。ケース本体７２と後方パネル７４との間には、後方開口部８０の外周に沿って、弾性材料からなるシール部材８４が介装されている。なお、後方パネル７４は、ケース本体７２と別部品ではなく、ケース本体７２と一体に構成されてもよい。

エンドプレート７０は、右開口部７８を閉塞するようにケース本体７２にボルト８２により接合されることで、ケース本体７２の内部に配設された積層体２０（図１参照）の積層方向の一端部（右端部、矢印ＢＲ側端部）に臨む。ケース本体７２とエンドプレート７０との間には、右開口部７８の外周に沿って、弾性材料からなるシール部材８４が介装されている。エンドプレート７０は、前後方向（矢印Ａ方向）を長手方向とする矩形板状である。

図４に示すように、エンドプレート７０の厚さ方向（矢印Ｂ方向）の一端（左端、矢印ＢＬ側端）には、スタックケース６０（ケース本体７２、図３参照）の内部に臨む内側主面８６が設けられる。内側主面８６の、図４に二点鎖線で示す領域Ｘ内に、ケース本体７２（図３参照）の右開口部７８を介して積層体２０（図１参照）の右端に配設された第２絶縁プレート２８が臨む。すなわち、領域Ｘの外縁は、第２絶縁プレート２８の外周端に対応している。

また、図３に示すように、エンドプレート７０の外周端面８８は、底面９０と、上面９２と、側面９４ａ、９４ｂとを有する。図３及び図４に示すように、エンドプレート７０の長手方向の一端側（後端側、矢印ＡＲ側）には、上面９２に開口する第１開口部９６と、内側主面８６の上部に開口する第２開口部９８と、該エンドプレート７０の内部を延在して第１開口部９６と第２開口部９８とを連通する連通路１００とが設けられている。図４に示すように、第２開口部９８は、内側主面８６の領域Ｘの外側を、エンドプレート７０の長手方向（矢印Ａ方向）に沿って設けられている。また、連通路１００は、屈曲部１００ａを有し、矢印Ａ方向視でＬ字形状である。

第１開口部９６では、エンドプレート７０の厚さ方向（矢印Ｂ方向）に沿った第１開口部９６の長さＬａよりも、エンドプレート７０の周方向に沿った第１開口部９６の長さＬｂが大きい。また、エンドプレート７０の周方向に沿った第１開口部９６の両端は、円弧形状である。

図１に示すように、補機ケース６４は、燃料電池用補機６２を保護するための保護ケースである。補機ケース６４内には、燃料電池用補機６２として、水素系補機（燃料ガス供給デバイス）１０２が収納されている。水素系補機１０２は、インジェクタ１０２ａ、１０２ｂ、燃料ガスポンプ１０２ｃ、バルブ類（図示せず）等を有する。

具体的には、図３に示すように、補機ケース６４は、一端が開口し、その開口周縁部にフランジ１０４ａ、１０６ａがそれぞれ設けられた箱型の第１ケース部材１０４及び第２ケース部材１０６を有する。第１ケース部材１０４と第２ケース部材１０６は互いのフランジ１０４ａ、１０６ａ同士がボルト止めされることによって一体化される。このようにして一体化された第１ケース部材１０４と第２ケース部材１０６との間に、水素系補機１０２（図１参照）を収納する補機収納空間１１０が形成されている。

第１ケース部材１０４の右端（矢印ＢＲ側端）には、左開口部７６を閉塞する区画壁１１２が設けられ、該区画壁１１２がケース本体７２の左端（矢印ＢＬ側端）にボルト８２により接合される。区画壁１１２とケース本体７２との間には、左開口部７６の外周に沿って、弾性材料からなるシール部材８４が介装されている。補機ケース６４の区画壁１１２がスタックケース６０のエンドプレートの機能も兼ね備えることにより、ケースユニット６６では、区画壁１１２よりも右側に積層体２０（図１参照）を収納する積層体収納空間１１４が形成され、区画壁１１２よりも左側に補機収納空間１１０が形成される。すなわち、積層体２０の左端側に臨む区画壁１１２と、積層体２０の外周面に臨む周壁ケース６８と、積層体２０の右端側に臨むエンドプレート７０とによってスタックケース６０が形成され、その内部に積層体収納空間１１４が形成される。

区画壁１１２の上部には、積層体収納空間１１４と補機収納空間１１０とを連通させる複数の連通孔１１６が設けられ、該連通孔１１６よりも外側にシール部材８４が配置されている。また、区画壁１１２には、積層体２０に設けられた酸化剤ガス入口連通孔４４ａ、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂ、燃料ガス入口連通孔４８ａ、燃料ガス出口連通孔４８ｂ、冷却媒体入口連通孔４６ａ及び冷却媒体出口連通孔４６ｂ（図２参照）にそれぞれ接続される接続配管（図示せず）を通すための例えば２個の配管用開口部１１８が形成されている。

ケースユニット６６のうち、周壁ケース６８の上壁１２０には、エンドプレート７０の長手方向で、第１開口部９６とは反対である他端側に近接する部分、換言すると、該上壁１２０の前端側（矢印ＡＦ側）の右端側（矢印ＢＲ側）に、積層体収納空間１１４の内部と外部とを連通する周壁貫通孔１２２が貫通形成されている。補機ケース６４の第２ケース部材１０６の上壁１２４には、前後方向（矢印Ａ方向）の両端側に、補機収納空間１１０の内部と外部とを連通する補機ケース貫通孔１２６がそれぞれ貫通形成されている。

また、ケースユニット６６では、エンドプレート７０の下部と、後方パネル７４の下部と、補機ケース６４の側壁の下部とのそれぞれに貫通形成された換気孔１２８を介して、該ケースユニット６６の内部（積層体収納空間１１４及び補機収納空間１１０）に空気を流入させることが可能になっている。なお、図１では、換気孔１２８の図示を省略している。

図４に示すように、エンドプレート７０の上面９２に設けられた第１開口部９６には、プレート接続部材１３０が接続される。プレート接続部材１３０は、例えば、金属等からなる中空状であり、第１開口部９６に接続される側の端部である開口側端部１３２（下端部）と、該開口側端部１３２から上方に延在する第１延在部１３４と、第１延在部１３４の上側（矢印ＣＵ側）の左端（矢印ＢＬ側端）に連通して前方（矢印ＡＦ側）に延在する第２延在部１３６とを有する。すなわち、第２延在部１３６は、第１延在部１３４よりも積層方向の内方（矢印ＢＬ側）に配設される。第２延在部１３６の前端は、第１接続管１４０（接続管）の後端に連結される。

また、図４及び図５に示すように、第１開口部９６を覆う開口側端部１３２にはフランジ１４２が設けられ、フランジ１４２とエンドプレート７０とが、第１開口部９６の長手方向の両端近傍でボルト等の締結部材１４４を介して固定される。なお、フランジ１４２と外周端面８８（上面９２）との間には、不図示のプレート状弾性シールが介装される。

これによって、プレート接続部材１３０が第１開口部９６に接続される。この際、プレート接続部材１３０の少なくとも開口側端部１３２、フランジ１４２及び第１延在部１３４は、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿った両端が、エンドプレート７０の厚さの範囲内に設けられる。すなわち、本実施形態では、プレート接続部材１３０の開口側端部１３２、フランジ１４２及び第１延在部１３４は、左右方向（積層方向、矢印Ｂ方向）の長さよりも前後方向（外周端面８８の周方向、矢印Ａ方向）の長さが大きくなるように偏平した形状となっている。

図１に示すように、周壁ケース６８の上壁１２０に設けられた周壁貫通孔１２２には円環状の周壁接続部材１４６の下端側が接続される。周壁接続部材１４６の上端側には、第１接続管１４０の前端側が接続される。第２ケース部材１０６の上壁１２４に設けられた補機ケース貫通孔１２６には円環状の補機ケース接続部材１４８ａ、１４８ｂの下端側がそれぞれ接続される。第２ケース部材１０６の前端側に配設された補機ケース接続部材１４８ａの上端側には、第２接続管１５０の前端側が接続される。第２ケース部材１０６の後端側に配設された補機ケース接続部材１４８ｂの上端側には、第２接続管１５０の後端側が接続される。

第１接続管１４０と第２接続管１５０は、合流管１５２を介して互いに連通し、合流管１５２は排気ダクト１３８に連通する。すなわち、スタックケース６０の内部及び補機ケース６４の内部は、第１接続管１４０、第２接続管１５０、合流管１５２を介して、車幅方向（矢印Ｂ方向）に延在する排気ダクト１３８と連通する。

第１接続管１４０は、スタックケース６０の右端（矢印ＢＲ側端）よりも左側（積層方向の内側）を通って周壁接続部材１４６とプレート接続部材１３０との間を延在する。第２接続管１５０は、補機ケース６４の左端（矢印ＢＬ側端）よりも右側（積層方向の内側）を通って補機ケース接続部材１４８ａ、１４８ｂ同士の間を延在する。第１接続管１４０及び第２接続管１５０の前端側は、合流管１５２に接続されている。

合流管１５２の延在方向の一端側（右端側）は、第１接続管１４０を介して排気ダクト１３８に連結され、合流管１５２の延在方向の他端側（左端側）は、第２接続管１５０を介して排気ダクト１３８に連結されている。合流管１５２よりも右側を延在する排気ダクト１３８は、燃料電池車両１２の右側フェンダー部１５４に設けられた右側排気口１５６に接続される。また、合流管１５２よりも左側を延在する排気ダクト１３８は、燃料電池車両１２の左側フェンダー部１５８に設けられた左側排気口１６０に接続される。つまり、排気ダクト１３８は、右側排気口１５６及び左側排気口１６０を介して、燃料電池車両１２の外部に連通する。

このように構成される燃料電池システム１０を備える燃料電池車両１２の動作について、以下に説明する。

燃料電池車両１２（図１）の運転時には、燃料電池システム１０の燃料ガス入口連通孔４８ａ（図２）に燃料ガスが供給され、酸化剤ガス入口連通孔４４ａ（図２）に酸化剤ガスが供給され、冷却媒体入口連通孔４６ａ（図２）に冷却媒体が供給される。図２に示すように、燃料ガス入口連通孔４８ａに供給された燃料ガスは、第２セパレータ３４の燃料ガス流路５２に導入され、アノード電極４０に沿って流通する。酸化剤ガス入口連通孔４４ａに供給された酸化剤ガスは、第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路５０に導入され、カソード電極３８に沿って流通する。

従って、電解質膜・電極構造体３０では、アノード電極４０に供給される燃料ガスと、カソード電極３８に供給される酸化剤ガスとが、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。電気化学反応で消費されなかった残余の燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４８ｂから排出され、残余の酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂから排出される。

一方、冷却媒体入口連通孔４６ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路５４を流通することで、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４６ｂから排出される。

図１に示すように、積層体２０からスタックケース６０内（積層体収納空間１１４）に燃料ガスが漏出した場合、該漏出燃料ガスは、図４に示すように、第２開口部９８、連通路１００、第１開口部９６及びプレート接続部材１３０を介して第１接続管１４０に流入することが可能になっている。また、図１に示すように、スタックケース６０内の漏出燃料ガスは、周壁貫通孔１２２及び周壁接続部材１４６を介して、第１接続管１４０に流入することも可能になっている。

さらに、積層体収納空間１１４から補機収納空間１１０に流入した漏出燃料ガスや、水素系補機１０２から補機収納空間１１０に漏出した漏出燃料ガスは、補機ケース貫通孔１２６及び補機ケース接続部材１４８ａ、１４８ｂを介して、第２接続管１５０に流入することが可能になっている。第１接続管１４０及び第２接続管１５０に流入した漏出燃料ガスは、合流管１５２及び排気ダクト１３８を介して右側排気口１５６及び左側排気口１６０の少なくとも何れか一方へと導かれ、車外へと排気される。

以上から、本実施形態に係る燃料電池システム１０では、エンドプレート７０の上面９２に設けられた第１開口部９６に、スタックケース６０の内部（積層体収納空間１１４）を排気ダクト１３８に連通させるためのプレート接続部材１３０を接続することができる。このため、例えば、第１開口部９６が、エンドプレート７０の内側主面８６の裏面に設けられたような場合とは異なり、エンドプレート７０にプレート接続部材１３０を接続しても、スタックケース６０よりも積層方向（矢印Ｂ方向）の外側にプレート接続部材１３０が突出することを抑制できる。

また、プレート接続部材１３０は、少なくとも第１開口部９６に接続される開口側端部１３２が、該第１開口部９６を覆うことが可能な大きさであればよい。つまり、積層方向（矢印Ｂ方向）における開口側端部１３２の幅をエンドプレート７０の厚さ程度まで薄くすることが容易である。これによっても、スタックケース６０よりも積層方向の外側に、プレート接続部材１３０が突出することを容易に回避できる。

その結果、漏出燃料ガスを燃料電池車両１２の外部等の所定の場所へ導出する排気ダクト１３８にスタックケース６０の内部を連通させるためのプレート接続部材１３０を、エンドプレート７０に対して接続可能な構成としても、特に、積層方向において燃料電池システム１０が大型化することを抑制できる。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、プレート接続部材１３０は、少なくとも第１開口部９６に接続される側の端部（開口側端部１３２）の積層方向（左右方向、矢印Ｂ方向）に沿った両端が、エンドプレート７０の厚さの範囲内に設けられることとした。上記のように、積層方向における開口側端部１３２の幅をエンドプレート７０の厚さの範囲内として、プレート接続部材１３０の薄幅化を図ることで、燃料電池システム１０の積層方向の大型化を一層効果的に抑制することが可能になる。なお、開口側端部１３２の積層方向の幅は、燃料電池システム１０の積層方向の外側に著しくはみ出さない程度にエンドプレート７０の厚さを超えてもよい。第１延在部１３４及びフランジ１４２についても同様である。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、第１開口部９６は、エンドプレート７０の上面９２に設けられることとした。燃料ガスである水素は、質量が小さいため、鉛直方向の上側（矢印ＣＵ側）に向かい易い。このため、第１開口部９６をエンドプレート７０の上面９２に設けることで、スタックケース６０内の漏出水素を排気ダクト１３８（第１接続管１４０）へ効率的に導くことが可能になる。

なお、第１開口部９６は、エンドプレート７０の上面９２に代えて側面９４ａ、９４ｂの何れか又は両方の上部に設けられてもよい。図６に示すように、エンドプレート７０の後端側（矢印ＡＲ側）の側面９４ｂに第１開口部９６が設けられた場合、第２開口部９８は、例えば、内側主面８６の領域Ｘの外側を上下方向（矢印Ｃ方向）に沿って配置される。また、連通路１００は、屈曲部１００ａを有することで、矢印Ｃ方向視でＬ字形状となる。さらに、第１開口部９６には、プレート接続部材１３０に代えて、プレート接続部材１７０を接続することができる。

プレート接続部材１７０は、例えば、金属等からなる中空状であり、第１開口部９６を覆う開口側端部１３２と、該開口側端部１３２から所定距離を後方（矢印ＡＲ側）に延在してから上方（矢印ＣＵ側）に延在する折曲部１７２と、折曲部１７２の上側（矢印ＣＵ側）の左端（矢印ＢＬ側端）から前方（矢印ＡＦ側）に延在する第２延在部１３６とを有する。すなわち、第２延在部１３６は、折曲部１７２よりも積層方向の内方（矢印ＢＬ側）に配設される。第２延在部１３６の前端は、第１接続管１４０の後端に接続される。

プレート接続部材１７０の開口側端部１３２、フランジ１４２及び折曲部１７２は、左右方向（積層方向、矢印Ｂ方向）の長さよりも上下方向（外周端面８８の周方向、矢印Ｃ方向）の長さが大きくなるように偏平した形状である。プレート接続部材１７０の少なくとも開口側端部１３２、フランジ１４２及び折曲部１７２の積層方向（矢印Ｂ方向）に沿った両端は、エンドプレート７０の厚さの範囲内に設けられることが好ましい。

図６に示す場合においても、第２開口部９８、連通路１００、第１開口部９６及びプレート接続部材１７０等を介して、スタックケース６０内の漏出水素を排気ダクト１３８に導出して、燃料電池車両１２（図１）の外部へと排気することができる。この際、第１開口部９６が、エンドプレート７０の内側主面８６の裏面に設けられたような場合に比して、スタックケース６０よりも積層方向の外側にプレート接続部材１３０が突出することを抑制できる。

また、プレート接続部材１７０の開口側端部１３２の幅をエンドプレート７０の厚さ程度まで容易に薄くできるため、スタックケース６０よりも積層方向の外側にプレート接続部材１７０が突出することも容易に回避できる。これらから、エンドプレート７０に対してプレート接続部材１７０を接続可能な構成としても、燃料電池システム１０が積層方向に大型化することを抑制できる。

なお、第１開口部９６は、エンドプレート７０の上面９２及び側面９４ａ、９４ｂの全てにそれぞれ設けられてもよいし、上面９２及び側面９４ａ、９４ｂの何れか１つ又は複数に選択的に設けられてもよい。質量の小さい燃料ガスを排出し易くする観点から、外周端面８８に対しては、その鉛直方向の上部に第１開口部９６を設けることが好ましい。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、図４に示すように、エンドプレート７０の厚さ方向に沿った第１開口部９６の長さＬａよりも、エンドプレート７０の周方向に沿った第１開口部９６の長さＬｂが大きく、プレート接続部材１３０にはフランジ１４２が設けられ、フランジ１４２とエンドプレート７０は、第１開口部９６の長手方向の両端近傍で締結部材１４４を介して固定されることとした。

第１開口部９６を上記の形状とすることで、エンドプレート７０の上面９２を有効に利用して、漏出水素を通過させるために十分な大きさの第１開口部９６を設けることが可能になる。また、第１開口部９６の長手方向の両端近傍でフランジ１４２とエンドプレート７０とを締結部材１４４を介して固定することで、プレート接続部材１３０を、その幅を増大させることなく第１開口部９６に良好に接続することが可能になる。ひいては、燃料電池システム１０の積層方向の大型化を効果的に抑制することが可能になる。プレート接続部材１７０についても同様である。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、エンドプレート７０は矩形状であり、第１開口部９６は、エンドプレート７０の長手方向の一端側に設けられることとした。しかしながら、第１開口部９６は、エンドプレート７０の外周端面８８の上部であれば何れの箇所に、何れの個数設けられていてもよい。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、周壁ケース６８には、エンドプレート７０の長手方向で、第１開口部９６とは反対である他端側に近接する部分に、周壁ケース６８の内部と外部とを連通する周壁貫通孔１２２が設けられ、排気ダクト１３８は、第１接続管１４０（接続管）を介して前記スタックケース６０の内部と連通し、第１接続管１４０の一端側は、周壁貫通孔１２２に接続された周壁接続部材１４６と連結され、第１接続管１４０の他端側は、プレート接続部材１３０と連結され、第１接続管１４０は、周壁接続部材１４６とプレート接続部材１３０との間をスタックケース６０の積層方向の端部よりも内側を通って延在することとした。

この場合、スタックケース６０内の漏出水素を、第１開口部９６に加え周壁貫通孔１２２からも排気ダクト１３８に導出することが可能になる。このため、燃料電池車両１２が傾斜した場合であっても、スタックケース６０内の漏出水素を良好に排出することが可能である。また、スタックケース６０の複数箇所から導出した漏出水素を第１接続管１４０及び合流管１５２で合流させてから排気ダクト１３８を介して燃料電池車両１２の外部に排気することができる。つまり、第１開口部９６及び周壁貫通孔１２２のそれぞれに、燃料電池車両１２の外部に向かって延在する排気ダクト１３８を個別に接続する必要がないことによっても、燃料電池システム１０の大型化を抑制することができる。さらに、第１接続管１４０は、スタックケース６０の積層方向の端部よりも内側に配設されるため、燃料電池システム１０の積層方向の大きさが増大することを効果的に抑制できる。

なお、上記の実施形態では、周壁ケース６８の上壁１２０に周壁貫通孔１２２を設けることとしたが、周壁ケース６８の側壁１８０（図１）や、後方パネル７４（図３）に周壁貫通孔１２２を設けることとしてもよい。また、周壁ケース６８に周壁貫通孔１２２を設けなくてもよい。この場合、例えば、エンドプレート７０の長手方向の両端側の上面９２、側面９４ａ、９４に第１開口部９６を設けてもよい。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、図４及び図６に示すように、第２開口部９８が、内側主面８６の領域Ｘの外側を、エンドプレート７０の長手方向（前後方向、矢印Ａ方向）又は上下方向（矢印Ｃ方向）に沿って延在する略直線状であることとした。このように領域Ｘの外側に第２開口部９８を設けることで、第２開口部９８が第２絶縁プレート２８等で閉塞されることがなく、スタックケース６０内の漏出水素を排気ダクト１３８へ効率的に導くことが可能になる。また、第２開口部９８を略直線状とすることで、該第２開口部９８や連通路１００等の構造を簡素化することができる。

しかしながら、第２開口部９８の形状は特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、直線状の第２開口部９８に代えて、湾曲する形状の第２開口部２００をエンドプレート７０に設けてもよい。

第２開口部２００は、領域Ｘの外側を、エンドプレート７０の上端側（矢印ＣＵ側）且つ後端側（矢印ＡＲ側）の角部２０２に沿って湾曲する。すなわち、第２開口部２００は、上面９２と領域Ｘの上辺Ｘ１との間、及び後方の側面９４ｂと領域Ｘの後端側（矢印ＡＲ側）を上下方向（矢印Ｃ方向）に延在する辺Ｘ２との間を湾曲しながら延在する。このように第２開口部２００を湾曲した形状とすることで、エンドプレート７０の角部２０２を有効に利用して第２開口部２００の面積を大きくとることが可能になる。ひいては、スタックケース６０内の漏出水素を排気ダクト１３８へ効率的に導くことが可能になる。

なお、上記の実施形態では、第２開口部９８、２００の全部が領域Ｘの外側に配設されることとした。しかしながら、第２開口部９８、２００を介したスタックケース６０内の漏出水素の排出が著しく妨げられない範囲であれば、第２開口部９８、２００の一部が領域Ｘの内側に配設されていてもよい。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、スタックケース６０の下方に、スタックケース６０の内部に空気を流入させることが可能な換気孔１２８が設けられることとした。この場合、スタックケース６０内の換気を促して、より効果的にスタックケース６０内の漏出水素を排気ダクト１３８へ導出することが可能になる。

上記の実施形態に係る燃料電池システム１０では、エンドプレート７０は、積層方向の一端側に配設され、積層方向の他端側には、燃料電池用補機６２を収納する補機ケース６４が配設され、補機ケース６４の内部は、スタックケース６０の内部と連通し、補機ケース６４の上壁又は側壁の少なくとも一方には、補機ケース６４の内部と外部とを連通する補機ケース貫通孔１２６が設けられ、補機ケース貫通孔１２６に接続された補機ケース接続部材１４８ａ、１４８ｂを介して排気ダクト１３８と補機ケース６４の内部とが連通することとした。

この場合、補機ケース６４を有する燃料電池システム１０であっても、燃料電池システム１０の積層方向の大型化を抑制しつつ、補機ケース６４及びスタックケース６０内の漏出水素を排気ダクト１３８へと良好に導くことが可能になる。

なお、上記の実施形態では、スタックケース６０の左端の側壁が、補機ケース６４の区画壁１１２によって構成されることとした。このように、補機ケース６４の一部とスタックケース６０の一部を共通の構成要素とすることで、ケースユニット６６の小型化を図ることができる。しかしながら、燃料電池システム１０は、補機ケース６４を備えていなくてもよく、例えば、積層体２０の積層方向（左右方向）の両端にエンドプレート７０を設けることで、スタックケース６０の左端の側壁をエンドプレート７０から構成してもよい。この場合、スタックケース６０の左右両端に配設された各エンドプレート７０の上面９２や側面９４ａ、９４ｂに第１開口部９６を設けることとしてもよい。

本発明は上述した実施形態に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、種々の改変が可能である。

例えば、上記の実施形態では、積層体２０の積層方向が、燃料電池車両１２の左右方向に沿うように、燃料電池システム１０を燃料電池車両１２に搭載することとしたが、特にこれに限定されるものではない。積層体２０の積層方向は、燃料電池車両１２の前後方向や、上下方向等の何れの方向に沿ってもよい。また、上記の実施形態では、スタックケース６０の左端に補機ケース６４を配設したが、スタックケース６０の右端に補機ケース６４を配設してもよい。

１０…燃料電池システム １８…発電セル
２０…積層体 ２８…第２絶縁プレート
６０…スタックケース ６２…燃料電池用補機
６４…補機ケース ６８…周壁ケース
７０…エンドプレート ８６…内側主面
８８…外周端面 ９０…底面
９２…上面 ９４ａ、９４ｂ…側面
９６…第１開口部 ９８、２００…第２開口部
１００…連通路 １２０、１２４…上壁
１２２…周壁貫通孔 １２６…補機ケース貫通孔
１２８…換気孔 １３０、１７０…プレート接続部材
１３８…排気ダクト １４０…第１接続管
１４２…フランジ １４４…締結部材
１４６…周壁接続部材 １４８ａ、１４８ｂ…補機ケース接続部材
２０２…角部 Ｘ…領域

Claims (10)

1. 発電セルを複数積層した積層体と、前記積層体を収納するスタックケースとを備え、前記積層体の積層方向の端部にエンドプレートが配設される燃料電池システムであって、
   前記スタックケースは、前記積層体の外周面を覆う周壁ケースと、前記エンドプレートとを含んで形成され、
   前記エンドプレートの厚さ方向の一端側には、前記スタックケースの内部に臨む内側主面が設けられ、
   前記エンドプレートには、前記エンドプレートの外周端面の上部に開口する第１開口部と、前記エンドプレートの上部で前記内側主面に開口する第２開口部とが設けられ、前記エンドプレートの内部には前記第１開口部と前記第２開口部とを連通する連通路が設けられ、
   前記第１開口部に接続されるプレート接続部材を介して、前記スタックケースの内部と排気ダクトとが連通する、燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
   前記プレート接続部材は、少なくとも前記第１開口部に接続される側の端部の前記積層方向に沿った両端が、前記エンドプレートの厚さの範囲内に設けられる、燃料電池システム。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第１開口部は、前記エンドプレートの上面に設けられる、燃料電池システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記エンドプレートの厚さ方向に沿った前記第１開口部の長さよりも、前記エンドプレートの周方向に沿った前記第１開口部の長さが大きく、
   前記プレート接続部材にはフランジが設けられ、
   前記フランジと前記エンドプレートは、前記第１開口部の長手方向の両端近傍で締結部材を介して固定される、燃料電池システム。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記エンドプレートは矩形状であり、
   前記第１開口部は、前記エンドプレートの長手方向の一端側に設けられる、燃料電池システム。
6. 請求項５記載の燃料電池システムにおいて、
   前記周壁ケースには、前記エンドプレートの長手方向で、前記第１開口部とは反対である他端側に近接する部分に、前記周壁ケースの内部と外部とを連通する周壁貫通孔が設けられ、
   前記排気ダクトは、接続管を介して前記スタックケースの内部と連通し、
   前記接続管の一端側は、前記周壁貫通孔に接続された周壁接続部材と連結され、前記接続管の他端側は、前記プレート接続部材と連結され、
   前記接続管は、前記周壁接続部材と前記プレート接続部材との間を前記スタックケースの前記積層方向の端部よりも内側を通って延在する、燃料電池システム。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記積層体の積層方向の端部には、前記内側主面に臨む絶縁プレートが配設され、
   前記第２開口部は、前記内側主面の前記絶縁プレートに臨む領域の外側に設けられる、燃料電池システム。
8. 請求項７記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第２開口部は、前記領域の外側を、前記エンドプレートの角部に沿って湾曲する形状である、燃料電池システム。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記スタックケースの下方には、前記スタックケースの内部に空気を流入させることが可能な換気孔が設けられる、燃料電池システム。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記エンドプレートは、前記積層方向の一端側に配設され、
    前記積層方向の他端側には、燃料電池用補機を収納する補機ケースが配設され、
    前記補機ケースの内部は、前記スタックケースの内部と連通し、
    前記補機ケースの上壁又は側壁の少なくとも一方には、前記補機ケースの内部と外部とを連通する補機ケース貫通孔が設けられ、前記補機ケース貫通孔に接続された補機ケース接続部材を介して前記排気ダクトと前記補機ケースの内部とが連通する、燃料電池システム。

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