JP2021026871A - 燃料電池システムの支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの高温部品の固定と、高温部品の熱膨張による変位の吸収と、を両立させる。【課題を解決するための手段】内部を高温室と低温室とに分ける隔壁を有し、燃料電池スタックおよび燃料処理ユニットが、高温室に収容された筐体と、を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックおよび燃料処理ユニットの少なくとも一方を含む高温部品を、筐体に対して支持する、燃料電池システムの支持構造が提供される。高温部品と筐体とを、高温部品の筐体に対する相対的な位置を固定可能に連結する固定支持機構と、高温部品と筐体とを、高温部品の筐体に対する変位を許容可能に接続する変位吸収機構と、が設けられ、固定支持機構は、高温部品に対する接続点が高温室に配置され、変位吸収機構は、当該変位吸収機構のバネ定数を固定支持機構よりも低下させる可動部を有し、可動部は、低温室に配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、高温部品が筐体に収容された燃料電池システムの支持構造に関する。

特許文献１には、断熱壁が付加された筐体を備え、燃料電池スタックと改質ユニットとが、いずれもこの筐体に収容された燃料電池システムの支持構造が開示されている。長尺状に形成された改質ユニットの一端から延びる導管（ガス管、給水管）を筐体外に延出させ、導管と筐体との接合部を溶接により固定する一方、改質ユニットの他端と断熱壁との間に、改質ユニットの熱膨張による縦方向の変位を吸収する隙間を形成したものである。

特開２０１３−１９１３１８号公報（段落００２０、００２４、００２５）

特許文献１では、改質ユニットが筐体に対して導管の外周に形成された溶接部により片持ちの状態で固定されるに過ぎないため、改質ユニットの固定強度が不足しがちであることが懸念される。車上での適用を考慮した場合は、路面からの加振等により改質ユニットが常に振動に晒される環境にあるため、この懸念がより顕著となる。さらに、特許文献１では、改質ユニットの他端と断熱壁との間に隙間が形成されるものの、改質ユニットを筐体に対して支持する構造自体に、改質ユニットの熱膨張による変位を吸収する機能はない。

本発明は、このような実情に鑑み、燃料電池システムの高温部品の固定と、高温部品の熱膨張による変位の吸収と、を両立させることが可能な燃料電池システムの支持構造を提供することを目的とする。

本発明の一形態では、複数の燃料電池を積層させた燃料電池スタックと、原燃料を処理し、燃料電池の燃料ガスを生成する燃料処理ユニットであって、燃料電池スタックに対し、生成された燃料ガスを燃料電池に供給可能に接続された燃料処理ユニットと、内部を高温室と低温室とに分ける隔壁を有し、燃料電池スタックおよび燃料処理ユニットが、高温室に収容された筐体と、を備える燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックおよび燃料処理ユニットの少なくとも一方を含む高温部品を、筐体に対して支持する、燃料電池システムの支持構造が提供される。本形態では、高温部品と筐体とを、高温部品の筐体に対する相対的な位置を固定可能に連結する固定支持機構と、高温部品と筐体とを、高温部品の筐体に対する変位を許容可能に接続する変位吸収機構と、が設けられ、固定支持機構は、高温部品に対する接続点が高温室に配置され、変位吸収機構は、当該変位吸収機構のバネ定数を固定支持機構よりも低下させる可動部を有するとともに、高温部品と筐体とを、可動部を介して接続し、さらに、可動部は、低温室に配置される。

本発明によれば、固定支持機構と変位吸収機構とが設けられ、燃料電池システムの高温部品と筐体とを、固定支持機構により連結することで、高温部品の筐体に対する固定強度を確保することが可能である。さらに、高温部品を、筐体に対し、可動部を有する変位吸収機構により支持することで、高温部品の熱膨張による変位をこの可動部により吸収し、燃料電池システムおよびその支持機構に過大な応力がかかるのを回避することが可能である。ここで、固定支持機構の高温部品に対する接続点を高温室に設けることで、高温部品の固定に適した接続点を得て、路面からの加振等による振動に耐え得る充分な固定強度を確保するとともに、変位吸収機構の可動部を低温室に設けることで、可動部に対する熱入力を抑制し、固定強度の確保と維持との両立を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る支持構造が適用された燃料電池システムの、車両における設置状態を示す概略図である。 図２は、同上実施形態に係る燃料電池システムの支持構造を破断平面視により示す概略図である。 図３は、同上実施形態に係る燃料電池システムの支持構造を破断側面視により示す概略図である。 図４は、同上実施形態に係る燃料電池システムの支持構造に適用可能な可動マウント装置の一例を示す概略図である。 図５は、同上実施形態に係る燃料電池システムの支持構造により形成される振動系を模式的に示す概略図である。 図６は、同上振動系の共振周波数および変位量を示す説明図である。 図７は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの支持構造を破断側面視により示す概略図である。 図８は、同上実施形態の変形例に係る燃料電池システムの支持構造を破断側面視により示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（全体構成の説明）
図１は、本発明の一実施形態に係る支持構造が適用された燃料電池システムＳの車上での設置状態を、車体上方からの平面視により示す概略図である。

本実施形態に係る燃料電池システム（以下「燃料電池システム」といい、単に「システム」という場合がある）Ｓは、燃料電池スタック１と、燃料処理ユニット２と、を備える。燃料電池スタック１は、発電ユニットである複数の燃料電池ないし燃料電池セルを積み重ねて構成され、個々の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である。燃料処理ユニット２は、原燃料を処理し、燃料電池ないし燃料電池セルにおける発電反応に用いられる燃料ガスを生成する。燃料処理ユニット２は、燃料電池スタック１に対し、生成された燃料ガスをそれぞれの燃料電池に供給可能に接続されている。

本実施形態では、燃料電池の原燃料として、含酸素燃料水溶液、具体的には、エタノール水溶液が用いられる。燃料処理ユニット２は、改質器により具現され、原燃料中の燃料成分であるエタノールの改質により、燃料ガスである水素を生成する。燃料電池スタック１は、燃料処理ユニット２から水素の供給をアノード側で受けるとともに、図示しないカソードガス供給ユニットから、酸化剤ガスである酸素の供給をカソード側で受け、水素と酸素との電気化学反応により、発電を行う。還元剤ガスの供給は、例えば、エアコンプレッサにより大気中から取り込んだ空気を燃料電池スタック１に供給することにより達成可能である。発電により得られた電気は、走行用の電動モータに供給して、車両の推進力を得るのに用いたり、バッテリに供給して、その充填に充てたりすることが可能である。

燃料電池スタック１のアノード極およびカソード極での発電に係る反応は、次式(１．１）、（１．２）により表され、燃料処理ユニット２における改質反応は、エタノールの水蒸気改質による場合に、次式（２）により表される。
アノード極： ２Ｈ₂＋４Ｏ^2- → ２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^- …（１．１）
カソード極： Ｏ₂＋４ｅ^- → ２Ｏ^2- …（１．２）
Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＋３Ｈ₂Ｏ → ６Ｈ₂＋２ＣＯ₂ …（２）

燃料電池システムＳは、さらに、燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２を収容する筐体３を備える。図１は、筐体３に収容された状態にある燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２の外形を、二点鎖線により模式的に示している。燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２は、筐体３の内部で、本実施形態に係る支持構造により筐体３の内壁に固定されており、この筐体３が車体のフレーム構造に支持されることで、車体に対し、筐体３を介して間接的に支持された状態にある。

図１は、車両の後輪１１ｒ、１１ｌを示すとともに、後輪１１ｒ、１１ｌと、車体のフレーム構造および筐体３等の燃料電池システムＳの主要部品と、の相対的な位置関係を示している。フレーム構造は、車体の骨格をなすものであり、モノコック式またはラダーフレーム式等、その形式を問わない。後輪１１ｒ、１１ｌは、回転軸１２を介して互いに連結されるとともに、フレーム構造に対して図示しない後輪マウント機構により支持されている。

本実施形態において、筐体３は、車両の進行方向に対して後輪１１ｒ、１１ｌの後方に配置され、車体のフレーム構造に対する支持は、筐体３を足回りの骨格部分であるシャシーフレームのサイドメンバ２１ｒ、２１ｌに対して支持することによる。筐体３の支持のため、筐体３とサイドメンバ２１ｒ、２１ｌとの間に複数の固定点ないし接続点を形成する筐体マウント機構が設けられ、筐体マウント機構の固定点３１ａ〜３１ｃは、燃料電池スタック１に近いサイドメンバ２１ｒ上で、燃料処理ユニット２に近いサイドメンバ２１ｌ上よりも多い数に設定されている。本実施形態では、燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２とが、車両の進行方向に対して垂直な方向、つまり、車両の横方向に並べて配置されており、車両の進行方向に対して右側に燃料電池スタック１が、左側に燃料処理ユニット２が、夫々配置されている。筐体マウント機構の固定点３１ａ〜３１ｃは、右側のサイドメンバ２１ｒ上に２つまたは２箇所、左側のサイドメンバ２１ｌ上に１つまたは１箇所である。燃料電池システムＳの構成によっては燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２との位置が左右で逆であってもよく、さらに、筐体マウント機構の固定点の数として、３つ以外の数が採用されてもよいことは、勿論である。例えば、一方のサイドメンバ上の固定点を２つ、他方のサイドメンバ上の固定点を３つ以上とする。

（支持構造の説明）
図２および３は、本実施形態に係る燃料電池システムＳの支持構造を、筐体３を水平面または鉛直面により破断させた状態で概略的に示しており、図２は、当該支持構造を車体上方からの破断平面視により、図３は、車体側方からの破断側面視により、夫々示している。図２および３を参照して、燃料電池システムＳのより具体的な構成および燃料電池システムＳの支持構造について説明する。

本実施形態では、筐体３の内面全体に断熱材４が施され、筐体３に断熱性が付与されている。さらに、筐体３の内部に隔壁５が設置され、この隔壁５により、筐体３の内部が高温室Ｒｈと低温室Ｒｌとに隔てられている。隔壁５に囲まれた空間が高温室Ｒｈであり、その外側の空間が低温室Ｒｌである。

先に述べたとおり、本実施形態では、燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２とが、筐体３の内部で車両の横方向に並べて配置されており、隔壁５によりそれらの全周に亘って包囲されている。換言すれば、燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２は、いずれも高温室Ｒｈに配置されており、本実施形態に係る「高温部品」を構成する。本実施形態では、燃料電池スタック１を初め、燃料電池システムＳの作動時に発熱が問題となり得る全ての構成要素が、筐体３外部との熱的絶縁のために高温室Ｒｈに配置されているが、燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２である改質器以外の構成要素が、高温室Ｒｈに配置されてもよい。そのような構成要素として、液体である原燃料を改質器への導入前に蒸発させる燃料蒸発器を例示することができる。燃料蒸発器が備わる場合は、改質器と燃料蒸発器とが、「燃料処理ユニット」を構成し、燃料電池スタック１および改質器に加え、燃料蒸発器も「高温部品」に含まれ、本実施形態に係る支持構造による支持の対象となる。本実施形態では、燃料電池システムＳの作動中に、高温室Ｒｈは、６００℃〜８００℃ほどの温度にまで上昇し、低温室Ｒｌは、隔壁５により、高温室Ｒｈよりも低い温度に維持される。

筐体３の外部から内部へ、原燃料供給管６が筐体３および断熱材４を貫通して挿入され、原燃料供給管６は、筐体３の内部で隔壁５をさらに貫通して、燃料処理ユニット２に接続されている。他方で、原燃料供給管６は、筐体３の外部で図示しない原燃料タンクに接続されており、原燃料タンクに貯蔵されている原燃料、具体的には、エタノール水溶液が、原燃料供給管６を介して燃料処理ユニット２に供給可能な状態にある。本実施形態では、原燃料供給管６は、筐体３の外部で、図示しないブラケット等の支持部材により、車体のフレーム構造に対して支持されている。

さらに、燃料処理ユニット２と燃料電池スタック１とが、アノードガス供給管７により接続されており、燃料処理ユニット２により生成された燃料ガス、つまり、水素が、アノードガス供給管７を介して燃料電池スタック１に供給され、燃料電池スタック１の内部でそれぞれの燃料電池に供給可能な状態にある。

燃料電池スタック１から筐体３の外部へ、複数のバスバー８ａ、８ｂが隔壁５、断熱材４および筐体３を貫通して引き出され、電子制御基盤等の燃料電池スタック１の周辺電気機器に接続されている。それらの電気機器が車体またはそのフレーム構造に支持されていることで、バスバー８ａ、８ｂは、車体のフレーム構造に対して支持された状態にある。

燃料電池システムＳの構成部品として、上記以外に、燃料電池スタック１に還元剤ガス（具体的には、酸素）を供給するカソードガス供給管、燃料電池スタック１における発電後のオフガスを、アノード極およびカソード極から夫々排出するオフガス排出管等が設けられるが、原燃料供給管６に適用されるのと同様の構成により本実施形態に係る支持構造を構成可能であることから、それらの図示および具体的な説明を省略する。

図３を参照して、本実施形態に係る燃料電池ユニットＳの支持構造についてさらに説明する。

図３は、燃料電池システムＳの支持構造を、当該システムＳを側方から、具体的には、車両の進行方向に、筐体３の後方から見た状態で示しており、下段に、燃料電池システムＳの支持構造を、上段に、図３の下段および図２に点線Ａで示す線上の各部における温度Ｔを示している。このように、本実施形態では、温度Ｔは、燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２との間で最も高くなり、点線Ａに沿ってこの最高点から離れるに従って低下する傾向にある。そして、温度Ｔは、隔壁５の内外（つまり、高温室Ｒｈと低温室Ｒｌとの境界）および筐体３（断熱材４）の内外で、不連続な変化を示す。

本実施形態では、燃料電池システムＳの支持構造は、異なる機能を持たせた複数の構造要素、具体的には、固定支持機構と変位吸収機構とにより構成される。固定支持機構は、高温部品である燃料電池スタック１、燃料処理ユニット２と筐体３とを、剛的に、換言すれば、高温部品１、２の筐体３に対する相対的な位置を固定可能に連結するものである。これに対し、変位吸収機構は、高温部品１、２と筐体３とを、高温部品１、２の筐体３に対する変位を許容可能に接続するものである。

本実施形態に係る支持構造の固定支持機構は、ブラケット９１により具現される。ブラケット９１は、筐体３の内部で、低温室Ｒｌから高温室Ｒｈにかけて延在し、低温室Ｒｌにおいて、基端が筐体３に接続される一方、高温室Ｒｈにおいて、先端が高温部品１、２に接続されている。ブラケット９１の筐体３に対する接続は、ボルト等の締結具９１ａにより、筐体３に対して着脱可能になされ、他方で、高温部品１、２に対する接続は、溶接（９１ｂ）等の恒久的な固定部を形成可能な手段によりなされる。本実施形態では、ブラケット９１先端の固定部、つまり、高温部品１、２に対する接続点は、燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２との間、つまり、高温室Ｒｈのうち、最も温度の高い部位またはその近傍に設けられている。さらに、本実施形態では、燃料処理ユニット２との溶接（９１ｂ）により、高温部品１、２に対する固定部を形成するが、この固定部の形成は、燃料電池スタック１との溶接によっても可能である。

変位吸収機構は、ベローズ９２およびツイストワイヤ９３により具現される。ベローズ９２およびツイストワイヤ９３は、変位吸収機構に備わる「可動部」に相当し、高温部品１、２および支持構造により形成される振動系において、高温部品１、２の熱膨張による変位の方向に係る変位吸収機構のバネ定数を、固定支持機構の同じ方向に係るバネ定数よりも有意に低下させる。ベローズ９２およびツイストワイヤ９３は、筐体３の内部において、いずれも低温室Ｒｌに配置されている。例えば、ベローズ９２は、低温室Ｒｌにおいて、原燃料供給管６に介装されており、燃料処理ユニット２と原燃料供給管６の上流部とがベローズ９２を介して接続されることで、高温部品１、２と筐体３とが「可動部」であるベローズ９２を介して接続された状態が形成されている。

以上に加え、本実施形態では、燃料電池システムＳの高温部品（燃料電池スタック１、燃料処理ユニット２）が、筐体３に対し、固定支持機構であるブラケット９１とは高温部品１、２に対する接続点が異なる可動マウント装置Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）を介してさらに支持されている。

（可動マウント装置の構成）
図４は、本実施形態に係る燃料電池システムＳの支持構造に適用される可動マウント装置Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）の構成を示しており、図４（ａ）は、可動マウント装置Ｍを正面視により、同図（ｂ）は、側面視により、夫々示している。

本実施形態では、図２に示されるように、燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２が夫々２つ、合計４つの可動マウント装置Ｍ１、Ｍ２により支持されるが、これらの可動マウント装置Ｍ１、Ｍ２は、いずれも同じ構造である。

可動マウント装置Ｍは、筐体３に固定される固定部１０１と、固定部１０１に対して変位可能に支持され、高温部品の荷重を受ける可動部１０２と、を備える。可動マウント装置Ｍは、可動部１０２の、固定部１０１に対する単位量の相対変位を第１方向、例えば、特定の一方向に生じさせるのに要する力が、第１方向とは異なる第２方向、例えば、一方向以外の他方向に同じ単位量の相対変位を生じさせるのに要する力よりも小さくなるように構成される。

本実施形態では、固定部１０１および可動部１０２は、いずれも平板状をなす。可動部１０２は、固定部１０１に対する不動点を形成する基部１０２ａと、高温部品の荷重を受ける座部１０２ｂと、基部１０２ａと座部１０２ｂとを連結し、可動部１０２の固定部１０１に対する変位方向を定める腕部１０２ｃと、を有する。腕部１０２ｃの材料力学的な特徴により、固定部１０１に対する可動部１０２の相対的な変位の方向が規制される。

具体的には、腕部１０２ｃは、図４に示されるように、基部１０２ａから外方に延びる水平部ｃ１と、水平部ｃ１に対し、座部１０２ｂに向けて垂直な方向に延びる鉛直部ｃ２と、を有する。このような構成により、本実施形態では、水平部ｃ１に基部１０２ａを基点とする捩れが生じる方向にのみ、可動部１０２の実質的な変位が許容され、これ以外の方向、特に水平部ｃ１に平行な方向への変位が禁止される。微視的には、変位が許容されるのは、水平部ｃ１の軸を中心とする回転方向であるが、図４は、この回転による変位量が小さく、線形的な変位とみなせるものとして、変位方向Ｄを矢印付きの線分により示している。

本実施形態では、可動部１０２の変位が許容される方向が、燃料電池システムＳの運転時における高温部品１、２の熱膨張による変位の方向に設定されている。ここで、この熱膨張による変位は、高温室Ｒｈのうち、最も温度が高くなる部位を基点として生じる。本実施形態では、可動マウント装置Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）は、この基点を挟んで両側に設置されている。

さらに、本実施形態では、可動部１０２に一対の腕部１０２ｃが設けられているが、可動部１０２の構成は、これに限定されるものではなく、図４（ａ）に示す正面視において、左右いずれか一方の腕部１０２ｃのみが設けられた構成であってもよいし、腕部１０２ｃの捩りにより変位を付与する構成に代え、基部１０２ａと座部１０２ｂとを接続する部材の撓みまたは曲げにより変位を付与する構成や、基部１０２ａと座部１０２ｂとの間に、摺動式の変位要素を介装した構成が採用されてもよい。部材の撓み等により変位を付与する場合は、厚さの違い等により部材の弾性率を方向に応じて異ならせることで、変位が許容される方向を設定することが可能である。

（作用効果の説明）
本実施形態に係る燃料電池システムＳの支持構造は、以上の構成を有し、本実施形態により得られる効果について、以下に説明する。

第１に、燃料電池システムＳの高温部品（燃料電池スタック１、燃料処理ユニット２）を、筐体３に対し、固定支持機構と変位吸収機構とを備える支持構造により支持した。ここで、高温部品１、２と筐体３とを、固定支持機構（ブラケット９１）により連結することで、高温部品１、２の筐体３に対する固定強度を確保することが可能である。さらに、高温部品１、２を、筐体３に対し、可動部（ベローズ９２、ツイストワイヤ９３）を有する変位吸収機構により支持することで、高温部品１、２の熱膨張による変位をこれらの可動部９２、９３により吸収し、燃料電池システムＳおよびその支持構造に過大な応力がかかるのを回避することが可能である。

ここで、固定支持機構（ブラケット９１）の高温部品１、２に対する接続点を高温室Ｒｈに設けることで、高温部品１、２の固定に適した接続点を得て、路面からの加振等による振動に耐え得る充分な固定強度を確保することが可能である。

他方で、変位吸収機構の可動部（ベローズ９２、ツイストワイヤ９３）を低温室Ｒｌに設けることで、可動部９２、９３に対する熱入力を抑制し、可動部９２、９３の脆弱化を抑制して、固定強度の確保と維持との両立を図ることができる。

図５は、燃料電池システムＳの支持構造により形成される振動系を模式的に示しており、図５（ａ）は、本実施形態に係る支持構造による振動系（質量ｍ）を、同図（ｂ）は、比較例として、同じ質量ｍの高温部品をバネ定数ｋｃの弾性体により片持ちの状態で支持した場合に形成される振動系を、夫々示している。

本実施形態の振動系は、高温部品である燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２が、弾性体としてみなすことのできるブラケット９１、ベローズ９２およびツイストワイヤ９３を介して筐体３またはフレーム構造に支持されたモデルとして模式化することが可能である。図５中、ｋｒは、ブラケット９１のバネ定数を、ｋａｔは、ベローズ９２のバネ定数を、ｋａｈは、ツイストワイヤ９３のバネ定数を、夫々示している。振動系の共振周波数ｆｎは、バネ定数をｋとした場合に、次式（３）により表される。
ｆｎ＝（１／２π）×（ｋ／ｍ）^1/2 …（３）

図６は、振動系のバネ定数ｋ０に対する共振周波数ｆｎおよび変位量Ａの変化を示している。本実施形態の振動系（図５（ａ））と比較例の振動系（図５（ｂ））とで、質量は、いずれも同じｍであるが、バネ定数ｋ０は、両者で互いに相違する。本実施形態と比較例とで、バネ定数ｋ０１、ｋ０２は、夫々次のようである。
ｋ０１＝ｋｒ＋ｋａｔ＋ｋａｈ …（３．１）
ｋ０２＝ｋｃ …（３．２）

ここで、ブラケット９１は、その有意な変位が抑制された固定点を形成するものであることから、そのバネ定数ｋｒは、他に比較して充分に大きいとみなすことができる。

よって、本実施形態と比較例とでは、振動系全体のバネ定数ｋ０１、ｋ０２に関し、次の関係が成立する。
ｋ０２＜ｋ０１ …（４）

このように、本実施形態によれば、固定支持機構の採用により、片持ちの弾性支持による場合と比較して、バネ定数ｋ０（ｋ０１）の増大により、振動系の共振周波数ｆｎを増大させ、実際の運転時に路面からの加振等による振動周波数がとり得る範囲を逸脱させ、燃料電池システムＳおよびその支持構造に共振が生じるのを抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、ブラケット９１に加え、ベローズ９２等を含む他の弾性体を設けたことで、これらのバネ定数の調整により振動モードを積極的に制御可能とし、支持構造による制振機能の最適化を図ることができる。

第２に、固定支持機構（ブラケット９１）の高温部品１、２に対する接続点を、高温室Ｒｈのうち、最も温度の高い部位に設けることで、高温部品１、２の熱膨張により固定支持機構に力が及ぶのを抑制し、固定強度の維持を推進することが可能である。

第３に、固定支持機構の接続点を、燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２との間に設けることで、高温部品１、２の熱膨張により固定支持機構に力が及ぶのを抑制可能な接続点を、容易に設定することが可能である。

第４に、高温部品１、２と筐体３とを連結するブラケット９１を、高温部品１、２に対し、溶接により固定したことで、高温部品１、２の高い固定強度を実現可能とし、路面からの加振等に対して必要な耐震強度を確保するのが容易となる。

第５に、ブラケット９１を、隔壁５を介して低温室Ｒｌにまで延在させ、筐体３に対し、低温室Ｒｌで固定したことで、筐体３に対するブラケット９１の固定部への熱入力を軽減し、ブラケット９１による高温部品１、２の固定強度が、固定部に設けられる締結具の緩み等により低下するのを抑制することが可能である。

さらに、高温部品１、２が有する熱を、ブラケット９１を介して低温室Ｒｌ、さらに、筐体３に逃がすことが可能となり、高温部品１、２の温度が過度に上昇するのを回避することができる。

第６に、固定支持機構に加え、可動マウント装置Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）によっても高温部品１、２を支持することで、固定支持機構のみによる場合と比較して、高温部品１、２をより安定して支持することが可能である。

そして、路面からの加振等に対し、可動マウント機構Ｍにより不要な方向への変位を抑制可能であることで、高温部品１、２およびその周辺機器に無理な力がかかることによる破損を回避することができる。

ここで、可動マウント装置Ｍに対して変位が許容される方向を、燃料電池システムＳの運転時に、高温部品１、２の熱膨張により変位が生じる方向に設定することで、高温部品１、２等の破損を回避しながら、熱膨張による変位を吸収可能とし、燃料電池システムＳ等に対する過大な応力の印加を回避することができる。

第７に、車載用途の燃料電池システムＳにおいて、車体のフレーム構造（サイドメンバ２１ｒ、２１ｌ）に対する筐体マウント機構の固定点３１ａ〜３１ｃの数を、重量が比較的大きい燃料電池スタック１に近い右側のサイドメンバ２１ｒ上で、重量のより小さな燃料処理ユニット２に近い左側のサイドメンバ２１ｌ上よりも多くしたことで、燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２を収容した筐体３を、フレーム構造に対して安定して支持することが可能である。

（他の実施形態の説明）
本実施形態では、変位吸収機構の例示として掲げられるベローズ９２およびツイストワイヤ９３を、いずれも低温室Ｒｌに配置した。しかし、変位吸収機構の構成および配置は、これに限定されるものではなく、変位吸収量の異なる複数の変位吸収機構を採用し、高温室Ｒｈと低温室Ｒｌとに、振り分けて配置することが可能である。変位吸収量の調整は、例えば、可動部により変位吸収機構に与えられるバネ定数を異ならせることによる。

具体的には、変位吸収量の大きな第１変位吸収機構を低温室Ｒｌに、変位吸収量の小さな第２変位吸収機構を高温室Ｒｈに、夫々配置するのである。これに限定されるものではないが、第１変位吸収機構は、ベローズ９２またはツイストワイヤ９３により例示することができ、第２変位吸収機構は、より高弾性のベローズ９４により例示することができる。

図７は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムＳの支持構造を、破断側面視により示している。

本実施形態では、第１変位吸収機構にツイストワイヤ９３が、第２変位吸収機構にベローズ９４が採用され、ツイストワイヤ９３が低温室Ｒｌに、ベローズ９４が高温室Ｒｈに配置されている。さらに、高温部品である燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２の支持ため、筐体３に対する固定点を形成するブラケット９１１以外に、高温部品１、２を変位可能に支持する可動マウント装置Ｍ２が採用されている。本実施形態では、高温部品１、２に対するブラケット９１１の接続点は、高温室Ｒｈのうち、最も高温となる部位よりも低温側の部位、具体的には、燃料処理ユニット２上に設定されている。

このように、変位吸収量の大きな第１変位吸収機構（ツイストワイヤ９３）を低温室Ｒｌに、変位吸収量の小さな第２変位吸収機構（ベローズ９４）を高温室Ｒｈに配置することで、異なる変位吸収機構９３、９４の間で吸収させる変位の分担を調整することが可能である。本実施形態では、低温室Ｒｌに配置されるツイストワイヤ９３を高温室Ｒｈに配置されるベローズ９４よりも低弾性としたことで、熱負荷による脆弱化を回避しながら、ツイストワイヤ９３により積極的に変位を吸収することが可能である。他方で、ベローズ９４により、熱膨張による変位を高温室Ｒｈの内部で吸収可能であることで、その変位が隔壁５を越えて低温室Ｒｌ側へ及ぶのを抑制することができるので、例えば、高温室Ｒｈと低温室Ｒｌとの間の、隔壁５による断熱性の確保が容易となる。

図８は、本実施形態の変形例に係る燃料電池システムＳの支持構造を、破断側面視により示している。

本実施形態では、第１変位吸収機構にベローズ９２およびツイストワイヤ９３が、第２変位吸収機構によりベローズ９４が採用され、ベローズ９２およびツイストワイヤ９３が低温室Ｒｌに、ベローズ９４が高温室Ｒｈに配置されている。第１変位吸収機構のベローズ９２およびツイストワイヤ９３は、先の実施形態におけるベローズ９２およびツイストワイヤ９３（図３）と同様の構成であり、ベローズ９２は、原燃料供給管６に、ツイストワイヤ９３は、バスバー８ａ、８ｂに、夫々介装されている。さらに、低温室Ｒｌに配置されるベローズ９２は、高温室Ｒｈに配置されるベローズ９４よりも低弾性である。高温部品である燃料電池スタック１および燃料処理ユニット２の支持ため、筐体３に対する固定点を形成するブラケットとして、複数のブラケット９１２、９１３が採用され、一方のブラケット９１２の接続点は、燃料処理ユニット２上に、他方のブラケット９１３の接続点は、燃料電池スタック１上に、夫々設定されている。第２変位吸収機構のベローズ９４は、燃料電池スタック１と燃料処理ユニット２との間で、アノードガス供給管７に介装されている。

このように、変位吸収量の大きな第１変位吸収機構（ベローズ９２、ツイストワイヤ９３）を低温室Ｒｌに、変位吸収量の小さな第２変位吸収機構（ベローズ９４）を高温室Ｒｈに配置することで、変位吸収機構９２〜９４の間で吸収させる変位の分担を調整することが可能となる。本実施形態では、低温室Ｒｌに配置されるベローズ９２およびツイストワイヤ９３により積極的に変位を吸収するとともに、ブラケット９１２、９１３の間で生じる変位、つまり、最も温度が高くなる部位で生じる変位を、高温室Ｒｈに配置されるベローズ９４により吸収することが可能である。ここで、本実施形態では、第２変位吸収機構のベローズ９４としてより堅固な構造のものを採用可能であることで、熱負荷によるベローズ９４の脆弱化を抑制し、より信頼性の高い支持構造を提供することができる。

変位吸収機構の可動部は、ベローズまたはツイストワイヤによるばかりでなく、変位吸収機構について実質的なバネ定数を規定可能な他の部材によっても構成可能である。さらに、可動部の設置は、原燃料供給管６またはバスバー８ａ、８ｂに介装することによるばかりでなく、高温部品である燃料電池スタック１または燃料処理ユニット２と、筐体３と、の間に接続され、車体のフレーム構造に対して支持される他の部材に介装することによっても可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。

Ｓ…燃料電池システム
１…燃料電池スタック
２…燃料処理ユニット
３…筐体
４…断熱材
５…隔壁
６…原燃料供給管
７…アノードガス供給管
８ａ、８ｂ…バスバー
１１ｒ、１１ｌ…後輪
２１ｒ、２１ｌ…シャシーフレーム（サイドメンバ）
３１ａ〜３１ｃ…筐体マウント装置
９１、９１１、９１２、９１３…ブラケット
９１ａ…締結具（固定部）
９１ｂ…溶接部
９２…ベローズ
９３…ツイストワイヤ
９４…ベローズ
Ｒｈ…高温室
Ｒｌ…低温室
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２…可動マウント装置

Claims (9)

1. 複数の燃料電池を積層させた燃料電池スタックと、
   原燃料を処理し、前記燃料電池の燃料ガスを生成する燃料処理ユニットであって、前記燃料電池スタックに対し、生成された前記燃料ガスを前記燃料電池に供給可能に接続された燃料処理ユニットと、
   内部を高温室と低温室とに分ける隔壁を有し、前記燃料電池スタックおよび前記燃料処理ユニットが、前記高温室に収容された筐体と、
   を備える燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池スタックおよび前記燃料処理ユニットの少なくとも一方を含む高温部品を、前記筐体に対して支持する、燃料電池システムの支持構造であって、
   前記高温部品と前記筐体とを、前記高温部品の前記筐体に対する相対的な位置を固定可能に連結する固定支持機構と、
   前記高温部品と前記筐体とを、前記高温部品の前記筐体に対する変位を許容可能に接続する変位吸収機構と、
   を有し、
   前記固定支持機構は、前記高温部品に対する接続点が前記高温室に設けられ、
   前記変位吸収機構は、当該変位吸収機構のバネ定数を前記固定支持機構よりも低下させる可動部を有するとともに、前記高温部品と前記筐体とを、前記可動部を介して接続し、前記可動部が前記低温室に配設された、
   燃料電池システムの支持構造。
2. 前記固定支持機構の接続点が、前記高温室のうち、最も温度の高い部位に設けられた、
   請求項１に記載の燃料電池システムの支持構造。
3. 前記固定支持機構の接続点が、前記燃料電池スタックと前記燃料処理ユニットとの間に設けられた、
   請求項１または２に記載の燃料電池システムの支持構造。
4. 前記固定支持機構が、前記高温部品と前記筐体とを連結するブラケット部材を有し、
   前記ブラケット部材が、前記接続点において、溶接により前記燃料電池スタックまたは前記燃料処理ユニットに固定された、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの支持構造。
5. 前記固定支持機構が、前記接続点から前記隔壁を介して前記低温室にまで延在するブラケット部材を備え、
   前記ブラケット部材が、前記筐体に対し、前記低温室で着脱可能に固定された、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムの支持構造。
6. 前記高温部品が、前記筐体に対し、前記固定支持機構とは前記高温部品に対する接続点が異なる可動マウント装置を介してさらに支持され、
   前記可動マウント装置は、前記筐体に固定される固定部と、前記固定部に対して変位可能に支持され、前記高温部品の荷重を受ける可動部と、を備え、前記可動部の、前記固定部に対する単位量の相対変位を第１方向に生じさせるのに要する力が、前記単位量の相対変位を前記第１方向とは異なる第２方向に生じさせるのに要する力よりも小さい、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システムの支持構造。
7. 前記第１方向が、前記燃料電池システムの運転時における前記高温部品の熱膨張による変位の方向である、
   請求項６に記載の燃料電池システムの支持構造。
8. 前記変位吸収機構として、
   第１変位吸収機構と、
   前記第１変位吸収機構よりも変位吸収量が小さい第２変位吸収機構と、
   を備え、
   前記第１変位吸収機構が、前記低温室に設けられ、
   前記第２変位吸収機構が、前記高温室に設けられた、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池システムの支持構造。
9. 前記燃料電池システムが車両に搭載された、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池システムの支持構造であって、
   前記筐体が、当該車両のフレーム構造に対して筐体マウント機構により支持され、
   前記筐体マウント機構は、複数の固定点で前記筐体を支持し、前記燃料電池に近い固定点の数が前記燃料処理ユニットに近い固定点の数よりも多い、
   燃料電池システムの支持構造。

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