JP4403563B2

JP4403563B2 - 燃料電池の車載構造

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Publication number: JP4403563B2
Application number: JP2008152068A
Authority: JP
Inventors: 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: WO2009150923A1; EP2289727A4; CA2726514C; US20110079455A1; CN102056760B; KR20110006719A; KR101245299B1; JP2009298196A; CA2726514A1; EP2289727B1; CN102056760A; US8607906B2; EP2289727A1

Description

本発明は、燃料電池の車載構造に関する。

反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池の電力でトラクションモータを駆動して走行する燃料電池搭載車両が提案され、実用化されている。かかる車両において、燃料電池は、セルを複数枚積層した燃料電池スタックの、セル積層方向における端部をエンドプレートで支持して構成されている。そして、燃料電池の補機類である燃料ガス供給系の部品を、上記したエンドプレートに取り付けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２２１９１５号公報

従来の燃料電池搭載車両においては、特に燃料電池のガス流路の圧力損失低減に関して、改善の余地があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池のガス流路の圧力損失低減が可能な燃料電池の車載構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池の車載構造は、セルの積層方向の端部がエンドプレートで支持された燃料電池スタックを、前記積層方向を車両左右方向に沿わせて車載し、前記燃料電池スタックからの酸化ガスのオフガスを希釈器を介して前記燃料電池スタックよりも車両前後方向後側から排気する燃料電池の車載構造において、前記燃料電池スタックから排出される前記酸化ガスのオフガスを案内する複数のエキゾーストマニホールドが前記エンドプレートの上部に取り付けられていると共にこれらエキゾーストマニホールドの合流部が、前記エンドプレートにおける車両前後方向前側に配置されており、前記希釈器と前記合流部との接続口が車両前後方向前部側に位置し、前記希釈器が前記エキゾーストマニホールドの下方にて車両前後方向に延在するように配置されている。

かかる構成によれば、燃料電池スタックの酸化ガスのオフガスを案内する複数のエキゾーストマニホールドの合流部が、エンドプレートにおける車両前後方向前側に配置されているため、希釈器を車両前後方向に大きくしこの希釈器を介して燃料電池スタックよりも車両前後方向後側から酸化ガスのオフガスを排気する場合に、希釈器の前部に酸化ガスを導入することが可能になる。したがって、希釈器の中央部に導入する場合と比べて酸化ガスを希釈器内で円滑に後方の排気口に向けて流すことが可能となり、圧力損失を低減することが可能となる。

前記燃料電池の車載構造において、前記合流部に調圧弁を直結することができる。

かかる構成によれば、エキゾーストマニホールドの合流部に調圧弁を直結することで、エキゾーストマニホールドの合流部と希釈器とを接続する接続配管の途中に調圧弁を配置する場合と比較して、当該接続配管の配置スペースが不要あるいは縮小される分、希釈器を配置するためのスペースを広く確保できるようになるため、希釈器の大きさを拡大することが可能になる。

前記燃料電池の車載構造において、前記燃料電池スタックに該燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスを戻す循環ポンプを、前記エンドプレートと該エンドプレートから離間配置された前記希釈器との間に配置することができる。

かかる構成によれば、酸化ガスのオフガスを案内するエキゾーストマニホールドでの圧力損失を抑制するために、エキゾーストマニホールドをガス流通の円滑な形状とした結果、希釈器がエンドプレートから若干離れても、これらの間の隙間を循環ポンプの配置のために有効利用することが可能となる。

前記燃料電池の車載構造において、前記燃料電池スタックに該燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスを戻す循環ポンプのポンプ出口部と、前記燃料ガスのオフガスが導入される前記エンドプレートの燃料ガス入口部とを、前記エンドプレートにおける車両前後方向反対側に配置し、これらポンプ出口部と燃料ガス入口部とを結ぶ接続流路の前記ポンプ出口部側に、燃料ガス供給源からの燃料ガス導入部を設けても良い。

かかる構成によれば、ポンプ出口部と燃料ガス入口部とを結ぶ接続流路を長くして燃料ガス導入部と燃料ガス入口部との距離を確保できるため、燃料ガス供給源からの燃料ガスの燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスへの混合を促進することが可能になる。

前記燃料電池の車載構造において、燃料ガスのオフガスが導入される燃料ガス入口部を前記エンドプレートの車両前後方向前側に配置することができる。

かかる構成によれば、車両前後方向後方に燃料ガス供給源を配置した場合に、燃料ガス供給源からの流路の長さを確保しつつ、圧力損失を抑制する構造を採り易くなる。

前記燃料電池の車載構造において、燃料ガスのオフガスを排出する燃料ガス出口部を前記エンドプレートの車両前後方向後側に配置することができる。

かかる構成によれば、燃料電池スタックの酸化ガスのオフガスを案内するエキゾーストマニホールドの合流部をエンドプレートにおける車両前後方向前側に配置したことで生じる当該合流部よりも車両前後方向後側の隙間に、燃料電池スタックに燃料ガスのオフガスを戻す循環ポンプを配置した場合には、この循環ポンプに燃料ガス出口部を近づけることが可能になる。よって、燃料ガスのオフガスの結露を抑制することが可能になる。

前記燃料電池の車載構造において、前記燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスを外部に排気するための排気弁を前記希釈器に配置することができる。

かかる構成によれば、排気弁を希釈器で断熱すること或いは希釈器から排気弁に受熱させることが可能となるため、排気弁の凍結を抑制することが可能になる。

前記燃料電池の車載構造において、前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路を前記エンドプレートから車両前後方向前方に指向させることができる。

かかる構成によれば、エアコンプレッサを燃料電池よりも車両前後方向前側に配置した場合に、エアコンプレッサから燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路を最小化することが可能となる。

前記燃料電池の車載構造において、酸化ガスのオフガスを排出する酸化ガス出口部を前記エンドプレートの上部に設けることができる。

かかる構成によれば、車両の水没時に酸化ガスのオフガスの排気系から進入する水が酸化ガス出口部から燃料電池スタック内に逆流するのを抑制することが可能となる。

本発明によれば、燃料電池のガス流路の圧力損失低減が可能な燃料電池の車載構造を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造について説明する。

まず、図１を用いて、燃料電池１０を用いた発電システムである燃料電池システム１の構成について説明する。

燃料電池システム１は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３、燃料電池１０を冷却する冷却系４等を備えている。

酸化ガス配管系２は、図示略の加湿器により加湿された空気を燃料電池１０に供給する空気供給流路２０と、燃料電池１０から排出された空気のオフガスを希釈器２１に導く空気排出流路２２と、希釈器２１から車外に空気のオフガスを導くための排気流路２３とを備えている。空気供給流路２０には、空気を燃料電池１０に圧送するエアコンプレッサ２４と、空気供給流路２０を開閉する入口弁２５とが設けられている。空気排出流路２２には空気圧を調整するエア調圧弁２６と、空気排出流路２２を開閉する出口弁２７とが設けられている。

水素ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源である水素タンク（燃料ガス供給源）３０から水素ガスを燃料電池１０に供給するための水素供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素ガスのオフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路３２とを備えている。

水素供給流路３１には、循環流路３２の合流位置よりも上流側に水素タンク３０からの水素ガスの供給を制御するインジェクタ３５が設けられている。インジェクタ３５は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。

循環流路３２には、気液分離器３６および排気排水弁（排気弁）３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素ガスのオフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素ガスのオフガスとを外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路３２には、燃料電池１０から排出された循環流路３２内の水素ガスのオフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出して燃料電池１０に戻す水素ポンプ（循環ポンプ）３９が設けられている。なお、排気排水弁３７および排出流路３８を介して排出される水素ガスのオフガスは、希釈器２１によって空気排出流路２２の空気のオフガスと合流して希釈されるようになっている。

上記した燃料電池システム１の通常運転時においては、水素タンク３０からインジェクタ３５で制御されて水素ガスが水素供給流路３１を介して燃料電池１０の燃料極に供給されるとともに、エアコンプレッサ２４の駆動により空気が空気供給流路２０を介して燃料電池１０の酸化極に供給されることにより、発電が行われる。そして、水素ガスの燃料電池１０から排出されたオフガスが、水素ポンプ３９の駆動により、気液分離器３６で水分が除去されてから水素供給流路３１に導入され、水素タンク３０側の水素ガスと適宜混合されて再び燃料電池１０に供給される。

また、適宜のタイミングで排気排水弁３７が開弁させられると、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素ガスのオフガスとが希釈器２１に導入される。すると、希釈器２１では、水分と水素ガスのオフガスを、燃料電池１０から空気排出流路２２を介して排出された空気のオフガスを混合することで希釈した後、排気流路２３を介して車外に排気する。

冷却系４は、燃料電池１０に冷却水を循環させる冷却流路４０を有している。冷却流路４０には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ４１、および冷却水を加圧して循環させる冷却水ポンプ４２が設けられている。

図２に示すように、燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電するセル５１を所要数積層しこの積層方向の端部が共通のエンドプレート５０で支持された燃料電池スタック５２を有している。燃料電池１０は、燃料電池スタック５２がセル５１の積層方向を車両左右方向に沿わせて車両Ｖに車載されている。ここで、エンドプレート５０は、車両前後方向に長い長方形状をなしている。なお、燃料電池１０の配置場所は、図示略の前部座席の位置の床下となっており、後部座席の下側に配置しても良い。また、水素タンク３０は、燃料電池１０よりも車両前後方向後方である車両Ｖの後部に車載される。また、排気流路２３は、燃料電池１０よりも車両前後方向後方に延出し、その車外への出口である排気口２３Ａが燃料電池１０よりも車両前後方向後方で開口している。

別途の強度部材を設けて搭載する必要をなくすことができる点、振動吸収に燃料電池１０の重さを利用できる点、組み付け誤差の吸収部が不要となり小型化できる点等のメリットから、図３に示すように、燃料電池１０の補機類を燃料電池１０のエンドプレート５０に取り付けている。

図４に示すように、エンドプレート５０の上端部には、車両前後方向前後の複数カ所、具体的には二カ所に、燃料電池スタック５２からの空気のオフガスを排出する空気出口部（酸化ガス出口部）５０Ａが形成されている。また、エンドプレート５０の下端部には、車両前後方向前後の複数カ所、具体的には二カ所に、燃料電池スタック５２への空気が導入される空気入口部（酸化ガス入口部）５０Ｂが形成されている。

エンドプレート５０の車両前後方向前端部の上部には、水素ガスおよび水素ガスのオフガスが導入される水素ガス入口部（燃料ガス入口部）５０Ｃが形成されている。また、エンドプレート５０の車両前後方向後端部の下部には、水素ガスのオフガスを排出する水素ガス出口部（燃料ガス出口部）５０Ｄが形成されている。

エンドプレート５０の車両前後方向前端部の水素ガス入口部５０Ｃよりも下側には、冷却水が導入される冷却水入口部５０Ｅが形成されており、エンドプレート５０の車両前後方向後端部の水素ガス出口部５０Ｄよりも上側には、冷却水を排出する冷却水出口部５０Ｆが形成されている。

そして、エンドプレート５０の上部には、車両前後方向前側の空気出口部５０Ａからの空気のオフガスを案内するエアエキゾーストマニホールド（以下、エアエキマニという）６３と、車両前後方向後側の空気出口部５０Ａからの空気のオフガスを案内するエアエキマニ６３とを有する単一のエアエキゾーストマニホールド部材（以下、エアエキマニ部材という）６４が取り付けられている。このエアエキマニ部材６４は、図５に示すように、車両前後方向においてエンドプレート５０の範囲内に配置されている。

このエアエキマニ部材６４は、複数カ所、具体的には二カ所のエアエキマニ６３およびエアエキマニ６３を内部で合流させており、これらが合流する合流部６５が、エアエキマニ部材６４の車両前後方向前部から鉛直下方に突出してエンドプレート５０における車両前後方向の中央よりも前側に配置されている。合流部６５には車両前後方向前方に突出するように図４に示す圧力センサ６６が取り付けられている。

合流部６５は、鉛直下方に向けて開口しており、この合流部６５の下部開口部６５Ａに、上記したエア調圧弁２６が上部開口部２６Ａにおいて直結されている。このエア調圧弁２６は、下部開口部２６Ｂを鉛直下方に向けて開口させており、内部流路を鉛直方向に沿わせている。なお、エアエキマニ部材６４は、上記した空気排出流路２２の一部を構成している。

上記した希釈器２１は、その車両前後方向前部のエンドプレート５０側に上方に開口して接続口２１Ａが設けられている。この接続口２１Ａに上記したエア調圧弁２６の下部開口部２６Ｂが接続される。ここで、上記したエアエキマニ部材６４は、エアエキマニ６３およびエアエキマニ６３の形状による圧力損失を低減するため、図６に示すように、これらを下方に開口する合流部６５に向けてなだらかに湾曲させており、その結果、エアエキマニ部材６４の合流部６５、エア調圧弁２６および希釈器２１は、エンドプレート５０との間に隙間Ｓを有する。

図４に示すように、希釈器２１には、車両前後方向後端部から後方に向けて排気口２１Ｂが形成されており、この排気口２１Ｂは上記した排気流路２３に接続されている。

希釈器２１の車両前後方向後部には、そのエンドプレート５０側に、エンドプレート５０の方向に開口する接続口２１Ｃが形成されており、この接続口２１Ｃの上部には、図７に示すように、排気排水弁３７を取り付けるための取付口２１Ｄが上方に開口して形成されている。つまり、排気排水弁３７は希釈器２１に配置される。

希釈器２１とエンドプレート５０との間には上記した隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓに配置するようにして、図４に示すように、希釈器２１の接続口２１Ｃとエンドプレート５０の水素ガス出口部５０Ｄとを結ぶ気液分離器３６が取り付けられている。気液分離器３６はそのエンドプレート５０側に水素ガス出口部５０Ｄに接続される接続口３６Ａが、その上部に上方に開口する接続口３６Ｂが設けられている。希釈器２１の取付口２１Ｄに取り付けられた排気排水弁３７は、希釈器２１の接続口２１Ｃを開閉することになる。そして、排気排水弁３７が、接続口２１Ｃを開くと水素ガス出口部５０Ｄからの水素ガスのオフガスを気液分離器３６に貯留していた水とともに希釈器２１に導入する一方、接続口２１Ｃを閉じると、水素ガス出口部５０Ｄから排出され気液分離器３６で水分が除去された水素ガスのオフガスを上部の接続口３６Ｂから排出する。

気液分離器３６の上部の接続口３６Ｂに、上記した水素ポンプ３９が接続される。この水素ポンプ３９は、下部のポンプ入口部３９Ａが気液分離器３６の上部の接続口３６Ｂに接続されて接続口３６Ｂから水素ガスのオフガスを吸引し上部のポンプ出口部３９Ｂから吐出するポンプ部７０と、このポンプ部７０を駆動する駆動部７１とを有している。この水素ポンプ３９も、希釈器２１とエンドプレート５０の間の上記した隙間Ｓに配置されてエンドプレート５０に固定されることになる。つまり、水素ポンプ３９は、車両前後方向に長手方向を沿わせ、ポンプ部７０を車両前後方向後側に位置させて、エアエキマニ部材６４の下側であって合流部６５よりも車両前後方向後側の隙間Ｓに配置される。その結果、水素ポンプ３９は、エア調圧弁２６と同等の高さ位置でエア調圧弁２６の車両前後方向後側に配置される。

エンドプレート５０の車両前後方向後部に配置された水素ポンプ３９のポンプ出口部３９Ｂには、これを、これとはエンドプレート５０における車両前後方向反対側の前端部に配置された水素ガス入口部５０Ｃに接続させる接続流路７５を有する水素インテークマニホールド部材（以下、水素インマニ部材という）７６が設けられている。この水素インマニ部材７６は、エアエキマニ部材６４のエンドプレート５０とは反対側に配置されており、車両前後方向に延在して水素ポンプ３９のポンプ出口部３９Ｂとエンドプレート５０の水素ガス入口部５０Ｃとを結ぶ上記した接続流路７５と、接続流路７５のポンプ出口部３９Ｂに近接する側に合流する水素ガス導入部（燃料ガス導入部）７７とを有している。接続流路７５はエアエキマニ部材６４の圧力センサ６６とエア調圧弁２６との間を通って水素ガス入口部５０Ｃに接続されている。

水素ガス導入部７７は、接続流路７５のエンドプレート５０とは反対側に配置されて車両前後方向後側に延出し、車両後部の水素タンク３０からの燃料ガスを接続流路７５に導入する。ここで、水素ガス導入部７７の接続流路７５への合流位置にはエンドプレート５０とは反対側に突出するように圧力センサ７８が取り付けられている。なお、接続流路７５の合流位置よりも水素ガス入口部５０Ｃ側と水素ガス導入部７７とが上記した水素供給流路３１の一部を構成し、接続流路７５の合流位置よりも水素ポンプ３９側が上記した循環流路３２の一部を構成する。

上記したエアコンプレッサ２４は、図２に示すように、車室内の騒音および振動を低減するため燃料電池１０より車両前後方向前方の車室外に配置されている。図４に示すように、エンドプレート５０の下部に形成された車両前後方向前後の空気入口部５０Ｂには、エアコンプレッサ２４からの空気を車両前後方向前側の空気入口部５０Ｂに案内するエアインテークマニホールド（酸化ガス供給流路。以下、エアインマニ）８１と、車両前後方向後側の空気入口部５０Ｂに案内するエアインマニ８１とを有するエアインマニ部材８２が取り付けられている。このエアインマニ部材８２は、エアコンプレッサ２４からの空気供給流路２０の一部を構成するもので、全体としてエンドプレート５０から車両前後方向前方に指向して延出しており、この延出先端の単一の導入口８２Ａがエアコンプレッサ２４側に接続される。この導入口８２Ａが内部で、上記した二つのエアインマニ８１に分流している。このエアインマニ部材８２は、エンドプレート５０と希釈器２１との上記した隙間Ｓであって水素ポンプ３９およびエア調圧弁２６の下側に配置されている。

上記したラジエータ４１は冷却効率を上げるため車両の前部に配置されており、また冷却水ポンプ４２も、車室内の騒音および振動を低減するため燃料電池１０より車両前後方向前方の車室外に配置されている。そして、エンドプレート５０の車両前後方向前側に形成された冷却水入口部５０Ｅには、冷却水ポンプ４２からの冷却流路４０の一部を構成する冷却水導入配管８５が取り付けられる。この冷却水導入配管８５は、エンドプレート５０から車両前後方向前方に指向して延出しており、エンドプレート５０とエアインマニ部材８２との間であって水素ポンプ３９およびエア調圧弁２６の下側に配置されている。

また、エンドプレート５０の車両前後方向後側に形成された冷却水出口部５０Ｆには、ラジエータ４１への冷却流路４０の一部を構成する冷却水排出配管８６が取り付けられる。この冷却水排出配管８６は、エンドプレート５０から車両前後方向前方に延出しており、前端部が燃料電池１０の前側に沿うように屈曲している。この冷却水排出配管８６は、水素ポンプ３９およびエア調圧弁２６と希釈器２１の上部との間であって、冷却水導入配管８５およびエアインマニ部材８２の上側に配置されている。なお、冷却水排出配管８６には、エンドプレート５０とは反対側に希釈器２１の上部の接合部８８が取り付けられる取付部８９が形成されている。

以上に述べた本実施形態に係る燃料電池の車載構造によれば、燃料電池スタック５２の空気のオフガスを案内する二カ所のエアエキマニ６３の合流部６５が、エンドプレート５０における車両前後方向前側に配置されているため、希釈器２１を車両前後方向に大きくしこの希釈器２１を介して燃料電池スタック５２よりも車両前後方向後側から空気のオフガスを排気する場合に、希釈器２１の前部に空気を導入することが可能になる。したがって、希釈器２１の中央部に導入する場合のように折り返し形状の流路ではなく、略直線的な流路とすることができるため、希釈器２１の中央部に導入する場合と比べて空気を希釈器２１内で円滑に後方の排気口２３Ａに向けて流すことが可能となり、圧力損失を低減できる。

また、エアエキマニ部材６４の二カ所のエアエキマニ６３の合流部６５にエア調圧弁２６を直結したため、当該エアエキマニ６３の合流部６５と希釈器２１とを接続する接続配管の途中にエア調圧弁２６を配置する場合と比較して、当該接続配管の配置スペースが不要あるいは縮小される分、希釈器２１を配置するためのスペースを広く確保できるようになるため、希釈器２１の大きさを拡大することが可能になる。また、エア調圧弁２６の内部流路を鉛直方向（天地方向）に沿わせたため、水が溜まりにくい。

また、上記のように、空気のオフガスを案内するエアエキマニ６３での圧力損失を抑制するために、内部のエアエキマニ６３をガス流通の円滑な形状とするとともに合流部６５までの距離を確保した結果、希釈器２１がエンドプレート５０から若干離れても、これらの間の隙間Ｓを水素ポンプ３９等の配置のために有効利用することが可能となる。

また、重くて振動する水素ポンプ３９をエンドプレート５０に固定したため、取り付け剛性を容易に確保でき、また防振性に優れることになる。

また、水素ポンプ３９のポンプ出口部３９Ｂとエンドプレート５０の水素ガス入口部５０Ｃとを、エンドプレート５０における車両前後方向反対側に配置し、ポンプ出口部３９Ｂ側に水素ガス導入部７７を設けたため、ポンプ出口部３９Ｂと水素ガス入口部５０Ｃとを結ぶ流路を長くして水素ガス導入部７７と水素ガス入口部５０Ｃとの距離を確保できる。よって、水素タンク３０からの水素ガスの燃料電池スタック５２からの水素ガスのオフガスへの混合を促進することが可能になる。

また、水素ガスのオフガスが導入される水素ガス入口部５０Ｃをエンドプレート５０の車両前後方向前側に配置したため、燃料電池１０よりも車両前後方向後方に配置された水素タンク３０からの流路の長さを確保しつつ、圧力損失を抑制する構造を採り易い。

また、水素ガスのオフガスを排出する水素ガス出口部５０Ｄをエンドプレート５０の車両前後方向後側に配置したため、上記のように二カ所のエアエキマニ６３の合流部６５をエンドプレート５０における車両前後方向前側に配置したことで生じる合流部６５よりも車両前後方向後側の隙間Ｓに、水素ポンプ３９を配置した場合には、この水素ポンプ３９に水素ガス出口部５０Ｄを近づけることが可能になる。よって、水素ガスのオフガスの結露を抑制することが可能になり、燃料電池１０に戻す水の量を減らすことができて電圧を安定させることができる。

また、排気排水弁３７を希釈器２１に配置したため、排気排水弁３７を希釈器２１で断熱すること或いは希釈器２１から排気排水弁３７に受熱させることが可能となり、排気排水弁３７の凍結を抑制することが可能になる。

加えて、水素ガス出口部５０Ｄと気液分離器３６と希釈器２１とを接続し排気排水弁３７を希釈器２１に挿すことで、水素ガス出口部５０Ｄから、気液分離器３６、排気排水弁３７を介した希釈器２１への流路を形成することができるため、気液分離器３６と排気排水弁３７と希釈器２１とを直列に連結する場合に比べて排気排水弁３７の取り付けが容易となる。その結果、取付用工具の工具代等を小さくでき、工具代等による希釈器容積への影響を抑制できる。

また、燃料電池スタック５２に空気を供給するエアインマニ８１をエンドプレート５０から車両前後方向前方に指向させるため、燃料電池１０よりも車両前後方向前側に配置されたエアコンプレッサ２４から燃料電池スタック５２に空気を供給する流路を最小化することが可能となり、応答性が向上する。その上、希釈器容積を最大化できる。

また、空気のオフガスを排出する空気出口部５０Ａをエンドプレート５０の上部に設けたため、車両の水没時に空気のオフガスの排気系から進入する水が空気出口部５０Ａから燃料電池スタック５２内に逆流するのを抑制することが可能となる。

本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造が適用された車両の燃料電池システムの構成図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造の平面図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造の要部の斜視図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造の要部の分解斜視図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造の要部の正面図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造の要部の側面図である。本発明の実施形態に係る燃料電池の車載構造における希釈器および排気排水弁を示す側断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池、２１…希釈器、２６…エア調圧弁（調圧弁）、３０…水素タンク（燃料ガス供給源）、３７…排気排水弁（排気弁）、３９…水素ポンプ（循環ポンプ）、３９Ｂ…ポンプ出口部、５０…エンドプレート、５０Ａ…空気出口部（酸化ガス出口部）、５０Ｃ…水素ガス入口部（燃料ガス入口部）、５０Ｄ…水素ガス出口部（燃料ガス出口部）、５１…セル、５２…燃料電池スタック、６３…エアエキゾーストマニホールド（エキゾーストマニホールド）、６５…合流部、７５…接続流路、７７…水素ガス導入部（燃料ガス導入部）、８１…エアインテークマニホールド（酸化ガス供給流路）、Ｓ…隙間、Ｖ…車両。

Claims

セルの積層方向の端部がエンドプレートで支持された燃料電池スタックを、前記積層方向を車両左右方向に沿わせて車載し、前記燃料電池スタックからの酸化ガスのオフガスを希釈器を介して前記燃料電池スタックよりも車両前後方向後側から排気する燃料電池の車載構造において、
前記燃料電池スタックから排出される前記酸化ガスのオフガスを案内する複数のエキゾーストマニホールドが前記エンドプレートの上部に取り付けられていると共にこれらエキゾーストマニホールドの合流部が、前記エンドプレートにおける車両前後方向前側に配置されており、
前記希釈器と前記合流部との接続口が車両前後方向前部側に位置し、前記希釈器が前記エキゾーストマニホールドの下方にて車両前後方向に延在するように配置されている燃料電池の車載構造。
前記合流部に調圧弁が直結されている請求項１に記載の燃料電池の車載構造。
前記燃料電池スタックに該燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスを戻す循環ポンプが、前記エンドプレートと該エンドプレートから離間配置された前記希釈器との間に配置されている請求項１に記載の燃料電池の車載構造。
前記燃料電池スタックに該燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスを戻す循環ポンプのポンプ出口部と、前記燃料ガスのオフガスが導入される前記エンドプレートの燃料ガス入口部とが、前記エンドプレートにおける車両前後方向反対側に配置されており、これらポンプ出口部と燃料ガス入口部とを結ぶ接続流路の前記ポンプ出口部側に、燃料ガス供給源からの燃料ガス導入部が設けられている請求項１に記載の燃料電池の車載構造。
燃料ガスのオフガスが導入される燃料ガス入口部が前記エンドプレートの車両前後方向前側に配置されている請求項１または４に記載の燃料電池の車載構造。
燃料ガスのオフガスを排出する燃料ガス出口部が前記エンドプレートの車両前後方向後側に配置されている請求項１または４に記載の燃料電池の車載構造。
前記燃料電池スタックからの燃料ガスのオフガスを外部に排気するための排気弁が前記希釈器に配置されている請求項１に記載の燃料電池の車載構造。
前記燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路が前記エンドプレートから車両前後方向前方に指向する請求項１に記載の燃料電池の車載構造。
酸化ガスのオフガスを排出する酸化ガス出口部が前記エンドプレートの上部に設けられている請求項１に記載の燃料電池の車載構造。