JP2020155212A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】スタックケースに隣接して補機ケースが配置される燃料電池スタックにおける排気構造の簡素化を図る。【解決手段】燃料電池スタック１１は、積層された複数の発電セル１８を有する積層体２０と、積層体２０を収容したスタックケース６０と、燃料電池用補機６２を収容した補機ケース６４とを備える。スタックケース６０の上部に２つの排気開口１２９ａ、１２９ｂが設けられている。補機ケース６４の上部に１つの排気開口１２９ｃが設けられている。合計３つのみの排気開口１２９ａ、１２９ｂ、１２９ｃに排気ダクト１３が接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。

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、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に搭載されている。

燃料電池車両では、特に燃料ガスである水素が、燃料電池スタックを搭載する空間内に漏出するおそれがある。このため、燃料電池スタックから漏出した水素を外部に効率よく排出することを目的として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池車両が提案されている。特許文献１は、燃料電池スタックを収容するスタックケースに排気ダクト（換気用ダクト）を接続し、スタックケース内から当該排気ダクトを介して車外へと水素を排出する構成を採用している。

特開２０１５−１９３３７０号公報

特許文献１では、スタックケースに排気ダクトを接続していたが、スタックケースに隣接して、例えば水素系補機（インジェクタ等）を収容する補機ケースを接合する構成を採用した場合、排気ダクトを含む排気構造が複雑化する可能性がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、スタックケースに隣接して補機ケースが配置される燃料電池スタックにおける排気構造の簡素化を図ることを目的とする。

本発明の一態様は、積層された複数の発電セルを有する積層体と、前記積層体を収容したスタックケースと、前記スタックケースに水平方向に隣接して接合されて燃料電池用補機を収容した補機ケースと、を備え、前記スタックケースの一端部に配置された一方のエンドプレートと前記スタックケースの他端部に配置された他方のエンドプレートとにより前記積層体に締付荷重が付与され、車両に搭載された燃料電池スタックであって、前記スタックケースの上部に２つの排気開口が設けられ、前記補機ケースの上部に１つの排気開口が設けられ、合計３つのみの前記排気開口に排気ダクトが接続されている、燃料電池スタックである。

本発明によれば、スタックケースに隣接して補機ケースが配置される燃料電池スタックにおける排気構造の簡素化を図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを搭載した燃料電池車両の斜視図である。 発電セルの分解斜視図である。 燃料電池スタックのケースユニット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。 第１ケース部材の正面図である。 補機ケースの断面図である。

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１０ｖ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１０ｖ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１０ｖ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、燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１に接続された排気ダクト１３とを備える。燃料電池スタック１１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に当接する弾性を有するシール部材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、燃料電池スタック１１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。第１開口部９６は、積層体２０から燃料ガスが漏出した場合に、燃料ガスをスタックケース６０から排出するための排気開口１２９ａ（以下、「第１排気開口１２９ａ」ともいう）である。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３に示すように、ケースユニット６６のうち、周壁ケース６８の上壁１２０には、積層体２０から燃料ガスが漏出した場合に、燃料ガスをスタックケース６０から排出するための排気開口１２９ｂ（以下、「第２排気開口１２９ｂ」ともいう）が設けられている。ケースユニット６６において、第２排気開口１２９ｂ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）に設けられている。第２排気開口１２９ｂは、スタックケース６０の内部空間（以下、「積層体収納空間１１４」という）の内部と外部とを連通するように貫通形成されている。

図１に示すように、補機ケース６４は、当該補機ケース６４の内部に収容された燃料電池用補機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、エジェクタ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、燃料電池用補機６２（図１参照）を収納する補機ケース６４の内部空間（以下、「補機収納空間１１０」という）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。なお、第１ケース部材１０４に一体に設けられた区画壁１１２がエンドプレートを兼ねる構成に代えて、周壁ケース６８の左端にエンドプレートが接合され、当該エンドプレートに、区画壁１１２が設けられていない第１ケース部材１０４が接合されてもよい。

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個の縦長形状の配管用開口部１１８が形成されている。

補機ケース６４の第２ケース部材１０６の上部には、積層体２０又は燃料電池用補機６２から燃料ガスが漏出した場合に、燃料ガスを補機ケース６４から排出するための排気開口１２９ｃ（以下、「第３排気開口１２９ｃ」ともいう）が設けられている。第３排気開口１２９ｃは、補機収納空間１１０の内部と外部とを連通するように貫通形成されている。

第３排気開口１２９ｃは、補機ケース６４の上面を構成する傾斜部６４ｋの上部に設けられている。具体的に、補機ケース６４の上部は、上方に向う凸形状を構成する複数（本実施形態では３個）の傾斜部６４ｋを有し、複数の傾斜部６４ｋが集合する頂部に排気開口１２９ｃが設けられている。補機ケース６４の上部（第１ケース部材１０４及び第２ケース部材１０６の上部）は、積層体２０の積層方向（矢印Ｂ方向）（水平方向）から見たとき、及び車両前後方向（矢印Ａ方向）から見たときのいずれにおいても、逆Ｖ字形状（三角屋根形状）となっている（図５及び図６も参照）。

図６に示すように、第１ケース部材１０４の上面（上部）を構成する複数の傾斜部６４ｋ１は、第２ケース部材１０６側に向かって鉛直方向に高くなるように傾斜している。第２ケース部材１０６の上面（上部）を構成する複数の傾斜部６４ｋ２は、第１ケース部材１０４側に向かって鉛直方向に高くなるように傾斜している。第３排気開口１２９ｃは、第２ケース部材１０６において、エンドプレートを兼ねる区画壁１１２と反対側（積層体２０と反対側）の斜め上方に向けて開口している。すなわち、第３排気開口１２９ｃは、スタックケース６０から補機ケース６４側に向かう斜め上方に開口している。

図３に示すように、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１２４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排気開口１２９ａには、排気ダクト１３のプレート接続部材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）（第１接続端）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管部１４０（接続管）の後端に連結される。

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。締結部材１４４は、フランジ１４２に形成された挿通孔１４２ａに挿通されるともに、エンドプレート７０の上端部に形成されたネジ穴７０ａに螺合される。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排気開口１２９ａ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に設けられた第２排気開口１２９ｂには排気ダクト１３の第２接続端が接続される。周壁接続部材１４６の上端側には、第１管部１４０の前端側が接続される。第２ケース部材１０６の上部に設けられた第３排気開口１２９ｃには排気ダクト１３の第３接続端が接続される。

排気ダクト１３は、第１排気開口１２９ａ及び第２排気開口１２９ｂに接続した第１管部１４０と、第３排気開口１２９ｃに接続した第２管部１５０と、第１管部１４０と第２管部１５０とを互いに連通する連結管部１５２とを有する。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管部１４０、第２管部１５０、連結管部１５２を介して、車幅方向（矢印Ｂ方向）に延在する排気ダクト１３と連通する。

第１管部１４０は、プレート接続部材１３０を介して、スタックケース６０に設けられた第１排気開口１２９ａに接続される。第１管部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管部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）を延在する。第２管部１５０は、上下方向の厚さが水平方向の幅よりも小さい扁平断面形状を有する。第２管部１５０の上下方向の厚さは、第１管部１４０の上下方向の厚さ（外径）よりも小さい。第１管部１４０及び第２管部１５０の前端側は、連結管部１５２に接続されている。

排気ダクト１３はさらに、２本の導出ダクト１３８を備える。連結管部１５２の延在方向の一端側（右端側）は、第１管部１４０を介して一方の導出ダクト１３８に連結されている。導出ダクト１３８は、燃料電池車両１０ｖ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。連結管部１５２の延在方向の他端側（左端側）は、第２管部１５０を介して他方の導出ダクト１３８に連結されている。排気ダクト１３は、燃料電池車両１０ｖ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１３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１０ｖ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１０ｖの動作について、以下に説明する。

燃料電池車両１０ｖ（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（第１排気開口１２９ａ）及びプレート接続部材１３０を介して排気ダクト１３の第１管部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、第２排気開口１２９ｂ及び周壁接続部材１４６を介して、第１管部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から連通孔１１６を介して補機収納空間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６４を介して、排気ダクト１３の第２管部１５０に流入することが可能になっている。第１管部１４０及び第２管部１５０に流入した漏出燃料ガスは、連結管部１５２及び導出ダクト１３８を介して右側排気口１５６及び左側排気口１６０の少なくともいずれか一方へと導かれ、車外へと排気される。

本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

燃料電池スタック１１では、スタックケース６０の上部に２つの排気開口１２９ａ、１２９ｂが設けられ、補機ケース６４の上部に１つの排気開口１２９ｃが設けられ、２つの排気開口１２９ａ、１２９ｂと１つの排気開口１２９ｃとに排気ダクト１３が接続されている。このように、排気開口が合計で３つだけ設けられるため、燃料電池システム１０に設けられる排気構造の簡素化が図られ、組付工数及び部品点数の削減が可能となる。

１つの排気開口１２９ｃは、補機ケース６４の上面を構成する傾斜部６４ｋの上部に設けられている。この構成により、燃料電池車両１０ｖが水平方向に対して所定角度範囲内で傾斜した場合でも、補機ケース６４に設けられた１つの排気開口１２９ｃが補機ケース６４の最上部に位置するため、効果的に自然排気が可能である。

補機ケース６４の上部は、上方に向う凸形状を構成する複数の傾斜部６４ｋを有し、複数の傾斜部６４ｋが集合する頂部に排気開口１２９ｃが設けられている。この構成により、燃料電池車両１０ｖが所定角度範囲内で前後左右に傾斜した場合でも、補機ケース６４に設けられた１つの排気開口１２９ｃが補機ケース６４の最上部に位置するため、効果的に自然排気が可能である。

２つの排気開口１２９ａ、１２９ｂは、スタックケース６０のエンドプレート７０側に設けられている。この構成により、エンドプレート７０側が相対的に高くなるように燃料電池車両１０ｖが水平方向に対して傾斜した場合でも、２つの排気開口１２９ａ、１２９ｂから効果的に自然排気が可能である。

エンドプレートを兼ねる区画壁１１２には、スタックケース６０の内部空間と補機ケース６４の内部空間とを連通させる連通孔１１６が設けられている。この構成により、燃料電池車両１０ｖが傾斜した場合であっても、スタックケース６０の内部空間から補機ケース６４の内部空間へと連通孔１１６を介して漏出燃料ガスが流動することで、補機ケース６４及びスタックケース６０内の漏出燃料ガスを排気ダクト１３へと良好に導くことが可能である。

排気開口１２９ｃは、区画壁１１２（エンドプレート）と反対側の斜め上方に向けて開口する。この構成により、排気開口１２９ｃに接続される排気ダクト１３の高さを抑制することができるため、燃料電池車両１０ｖのフード高さを抑制することが可能となる。これにより、燃料電池車両１０ｖのデザイン自由度の向上が図られる。

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１３に連通させるためのプレート接続部材１３０が接続される。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１０ｖの外部等の所定の場所へ導出する排気ダクト１３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１３（第１管部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のいずれか又は両方の上部に設けられてもよい。

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のいずれか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。

なお、上記の実施形態では、周壁ケース６８の上壁１２０に第２排気開口１２９ｂ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）に第２排気開口１２９ｂを設けることとしてもよい。また、周壁ケース６８に第２排気開口１２９ｂ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、９４ｂに第１排気口を設けてもよい。

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１０ｖ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１０ｖ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１０ｖの前後方向や、上下方向等のいず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。第３排気開口１２９ｃは、第１ケース部材１０４の傾斜部６４ｋ１に設けられてもよい。

上記の実施形態をまとめると以下のようになる。

上記の実施形態は、積層された複数の発電セル（１８）を有する積層体（２０）と、前記積層体を収容したスタックケース（６０）と、前記スタックケースに水平方向に隣接して接合されて燃料電池用補機を収容した補機ケース（６４）と、を備え、前記スタックケースの一端部に配置された一方のエンドプレートと前記スタックケースの他端部に配置された他方のエンドプレートとにより前記積層体に締付荷重が付与され、車両（１０ｖ）に搭載された燃料電池スタック（１１）であって、前記スタックケースの上部に２つの排気開口（１２９ａ、１２９ｂ）が設けられ、前記補機ケースの上部に１つの排気開口（１２９ｃ）が設けられ、合計３つのみの前記排気開口に排気ダクト（１３）が接続されている、燃料電池スタックを開示している。

前記１つの排気開口（１２９ｃ）は、前記補機ケースの上面を構成する傾斜部（６４ｋ）の上部に設けられていてもよい。

前記補機ケースの上部は、上方に向う凸形状を構成する複数の傾斜部（６４ｋ）を有し、前記複数の傾斜部が集合する頂部に前記１つの排気開口が設けられていてもよい。

前記２つの排気開口（１２９ａ、１２９ｂ）は、前記スタックケースの前記他方のエンドプレート（７０）側に設けられていてもよい。

前記一方のエンドプレート（１１２）には、前記スタックケースの内部空間と前記補機ケースの内部空間とを連通させる連通孔（１１６）が設けられていてもよい。

前記他方の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（８６）が設けられ、前記他方のエンドプレートには、前記他方のエンドプレートの外周端面の上部に開口する前記１つの排気開口である第１開口部（９６）と、前記他方の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（９８）とが設けられ、前記他方の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（１００）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（１３０）を介して、前記スタックケースの内部と排気ダクト（１３）とが連通してもよい。

また、上記の実施形態は、積層された複数の発電セル（１８）を有する積層体（２０）と、前記積層体を収容したスタックケース（６０）と、前記スタックケースに水平方向に隣接して接合されて燃料電池用補機を収容した補機ケース（６４）と、を備え、前記スタックケースの一端部に配置された一方のエンドプレート（１１２）と前記スタックケースの他端部に配置された他方のエンドプレート（７０）とにより前記積層体に締付荷重が付与された燃料電池スタック（１０）であって、前記補機ケースの上部は、上方に向う凸形状を構成する複数の傾斜部（６４ｋ）を有し、前記複数の傾斜部が集合する頂部に排気開口（１２９ｃ）が設けられている、燃料電池スタックを開示している。

前記排気開口は、前記一方のエンドプレートと反対側の斜め上方に向けて開口してもよい。

前記補機ケースは、前記スタックケース側に配置された第１ケース部材（１０４）と、前記スタックケースと反対側で前記第１ケース部材に接合された第２ケース部材（１０６）とを有し、前記第２ケース部材に前記排気開口が設けられていてもよい。

１０…燃料電池システム １３…排気ダクト
１８…発電セル ２０…積層体
６０…スタックケース ６４…補機ケース
６４ｋ、６４ｋ１、６４ｋ２…傾斜部 １２９ａ、１２９ｂ、１２９ｃ…排気開口

Claims (9)

1. 積層された複数の発電セルを有する積層体と、前記積層体を収容したスタックケースと、前記スタックケースに水平方向に隣接して接合されて燃料電池用補機を収容した補機ケースと、を備え、前記スタックケースの一端部に配置された一方のエンドプレートと前記スタックケースの他端部に配置された他方のエンドプレートとにより前記積層体に締付荷重が付与され、車両に搭載された燃料電池スタックであって、
   前記スタックケースの上部に２つの排気開口が設けられ、
   前記補機ケースの上部に１つの排気開口が設けられ、
   合計３つのみの前記排気開口に排気ダクトが接続されている、燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記１つの排気開口は、前記補機ケースの上面を構成する傾斜部の上部に設けられている、燃料電池スタック。
3. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記補機ケースの上部は、上方に向う凸形状を構成する複数の傾斜部を有し、
   前記複数の傾斜部が集合する頂部に前記１つの排気開口が設けられている、燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記２つの排気開口は、前記スタックケースの前記他方のエンドプレート側に設けられている、燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記一方のエンドプレートには、前記スタックケースの内部空間と前記補機ケースの内部空間とを連通させる連通孔が設けられている、燃料電池スタック。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記他方の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、
   前記他方のエンドプレートには、前記他方のエンドプレートの外周端面の上部に開口する前記１つの排気開口である第１開口部と、前記他方の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、前記他方の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、燃料電池スタック。
7. 積層された複数の発電セルを有する積層体と、前記積層体を収容したスタックケースと、前記スタックケースに水平方向に隣接して接合されて燃料電池用補機を収容した補機ケースと、を備え、前記スタックケースの一端部に配置された一方のエンドプレートと前記スタックケースの他端部に配置された他方のエンドプレートとにより前記積層体に締付荷重が付与された燃料電池スタックであって、
   前記補機ケースの上部は、上方に向う凸形状を構成する複数の傾斜部を有し、
   前記複数の傾斜部が集合する頂部に排気開口が設けられている、燃料電池スタック。
8. 請求項７記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記排気開口は、前記一方のエンドプレートと反対側の斜め上方に向けて開口する、燃料電池スタック。
9. 請求項７又は８記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記補機ケースは、前記スタックケース側に配置された第１ケース部材と、前記スタックケースと反対側で前記第１ケース部材に接合された第２ケース部材とを有し、
   前記第２ケース部材に前記排気開口が設けられている、燃料電池スタック。

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