JP5217649B2 - Fuel cell unit and vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池ユニットまたは車両に関する。   The present invention relates to a fuel cell unit or a vehicle.

燃料電池システムは、燃料電池と、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給するポンプとを備えている（下記特許文献１参照）。   The fuel cell system includes a fuel cell and a pump that supplies a reactive gas (oxidizing gas or fuel gas) (see Patent Document 1 below).

特開２００８−１６４０２号公報JP 2008-16402 A

しかしながら、上記燃料電池システムを所定場所に配置する場合において、配置空間には、種々の制約が課せられるおそれがあった。特に、上記燃料電池システムを、車両などの移動体に搭載する場合には、搭載空間の利用効率の観点から、搭載空間に種々の制約が生じるおそれがある。   However, when the fuel cell system is arranged at a predetermined location, there are fears that various restrictions may be imposed on the arrangement space. In particular, when the fuel cell system is mounted on a moving body such as a vehicle, various restrictions may occur in the mounting space from the viewpoint of utilization efficiency of the mounting space.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池およびポンプを備える燃料電池システムであって、配置空間の利用効率を向上させる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system including a fuel cell and a pump, which improves the utilization efficiency of the arrangement space.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例１]
燃料電池ユニットであって、
燃料電池セルを２つの剛性プレートで挟持して構成される燃料電池と、
シャフトを備え、前記剛性プレートのいずれか一方において、前記燃料電池セルを挟持する面の反対面に当接すると共に、前記シャフトの長手方向の向きが、前記燃料電池セルおよび前記剛性プレートを積層する積層方向に沿うように配置されるポンプと、
を備えることを要旨とする。 [Application Example 1]
A fuel cell unit,
A fuel cell configured by sandwiching a fuel cell between two rigid plates;
A stack that includes a shaft and abuts against a surface opposite to a surface that sandwiches the fuel cell in any one of the rigid plates, and a longitudinal direction of the shaft stacks the fuel cell and the rigid plate. A pump arranged along the direction;
It is a summary to provide.

上記構成の燃料電池ユニットによれば、配置空間の利用効率を向上させることができる。   According to the fuel cell unit having the above configuration, the utilization efficiency of the arrangement space can be improved.

[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池ユニットにおいて、
前記ポンプは、
流体が流入し、前記流体を吐出するためのポンプ室を備え、
前記ポンプ室が、前記剛性プレートの前記反対面に当接することを特徴とする燃料電池ユニット。 [Application Example 2]
In the fuel cell unit described in Application Example 1,
The pump is
A fluid chamber flows in and includes a pump chamber for discharging the fluid;
The fuel cell unit, wherein the pump chamber is in contact with the opposite surface of the rigid plate.

このようにすれば、燃料電池によりポンプ室を暖機することが可能である。また、配管を短くすることができる。さらに、組み付け誤差を抑制することができる。   In this way, the pump chamber can be warmed up by the fuel cell. Moreover, piping can be shortened. Furthermore, assembly errors can be suppressed.

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の燃料電池ユニットにおいて、
前記ポンプは、
前記燃料電池に燃料ガスを循環供給させるための循環ポンプであることを特徴とする燃料電池ユニット。 [Application Example 3]
In the fuel cell unit according to Application Example 1 or Application Example 2,
The pump is
The fuel cell unit is a circulation pump for circulatingly supplying fuel gas to the fuel cell.

このようにすれば、燃料電池によりポンプ室を暖機することが可能である。また、配管を短くすることができる。さらに、組み付け誤差を抑制することができる。   In this way, the pump chamber can be warmed up by the fuel cell. Moreover, piping can be shortened. Furthermore, assembly errors can be suppressed.

[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池ユニットにおいて、
前記燃料電池ユニットは、
車両において、前記車両の前後方向に伸びるセンタートンネル内に、前記前後方向と前記積層方向が略一致するように配置されることを特徴とする燃料電池ユニット。 [Application Example 4]
In the fuel cell unit according to any one of Application Examples 1 to 3,
The fuel cell unit is
In the vehicle, the fuel cell unit is disposed in a center tunnel extending in the front-rear direction of the vehicle so that the front-rear direction and the stacking direction substantially coincide with each other.

このようにすれば、車両のセンタートンネル内に、好適に燃料電池ユニットを配置することができる。   In this way, the fuel cell unit can be suitably arranged in the center tunnel of the vehicle.

[適用例５]
車両であって、
前記車両の前後方向に伸びるセンタートンネルと、
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池ユニットと、
を備え、
前記燃料電池ユニットは、
前記車両の前記センタートンネル内に、前記前後方向と前記積層方向が略一致するように配置されることを特徴とする車両。 [Application Example 5]
A vehicle,
A center tunnel extending in the longitudinal direction of the vehicle;
The fuel cell unit according to any one of Application Examples 1 to 3, and
With
The fuel cell unit is
The vehicle is arranged in the center tunnel of the vehicle so that the front-rear direction and the stacking direction substantially coincide with each other.

上記構成の車両によれば、燃料電池ユニットを、センタートンネルに好適に配置することができ、センタートンネルの利用効率を向上させることができる。   According to the vehicle having the above configuration, the fuel cell unit can be suitably disposed in the center tunnel, and the utilization efficiency of the center tunnel can be improved.

なお、本発明は、上記した燃料電池ユニットや車両の他、燃料電池システムや移動体など、他の装置発明としての態様で実現することが可能である。また、上記した装置発明の態様に限ることなく、燃料電池ユニットの製造方法など、方法発明としての態様で実現することも可能である。   It should be noted that the present invention can be realized in the form of other device inventions such as a fuel cell system and a moving body in addition to the above-described fuel cell unit and vehicle. Further, the present invention is not limited to the above-described aspects of the device invention, and can be realized in the form of a method invention such as a method for manufacturing a fuel cell unit.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１０００の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０００は、主に、燃料電池９００と、水素タンク３００と、水素遮断弁３１０と、レギュレータ３１５と、コンプレッサ３３０と、水素循環ポンプ１００と、排気排水弁６１０と、を備えている。燃料電池９００と、水素循環ポンプ１００とは、一体に形成されており、燃料電池ユニットＦＵを形成する。燃料電池ユニットＦＵについての詳細は、後述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A1. Configuration of the fuel cell system 1000:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1000 as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 1000 mainly includes a fuel cell 900, a hydrogen tank 300, a hydrogen cutoff valve 310, a regulator 315, a compressor 330, a hydrogen circulation pump 100, and an exhaust drain valve 610. . The fuel cell 900 and the hydrogen circulation pump 100 are integrally formed to form a fuel cell unit FU. Details of the fuel cell unit FU will be described later.

燃料電池９００は、図１に示すように、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池であり、燃料電池セル２０と、ターミナルＴＭと、インシュレータＩＳと、エンドプレートＥＰと、を備える。具体的には、燃料電池９００は、インシュレータＩＳ、ターミナルＴＭ、複数の燃料電池セル２０、ターミナルＴＭ、インシュレータＩＳの順に積層された積層体を、剛性プレートであるエンドプレートＥＰで挟持することによって構成したスタック構造となっている。燃料電池９００において、これら構成部材は、板状部材であり、これら板状部材を積層する方向を積層方向とも呼ぶ。また、板状部材において、積層方向に略垂直な面に沿った方向を面方向とも呼ぶ。エンドプレートＥＰにおいて、面方向に沿った面であって、インシュレータＩＳ側と反対面を、外側面ＥＰＭとも呼ぶ。燃料電池セル２０は、膜電極接合体（図示せず）と、アノード側セパレータ（図示せず）と、カソード側セパレータ（図示せず）と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 900 is a polymer electrolyte fuel cell that is relatively small and has excellent power generation efficiency, and includes a fuel cell 20, a terminal TM, an insulator IS, and an end plate EP. . Specifically, the fuel cell 900 is configured by sandwiching a laminated body in which an insulator IS, a terminal TM, a plurality of fuel cells 20, a terminal TM, and an insulator IS are laminated in this order by an end plate EP that is a rigid plate. It has a stacked structure. In the fuel cell 900, these constituent members are plate-like members, and the direction in which these plate-like members are laminated is also referred to as a lamination direction. In the plate member, a direction along a plane substantially perpendicular to the stacking direction is also referred to as a plane direction. In the end plate EP, a surface along the surface direction and opposite to the insulator IS side is also referred to as an outer surface EPM. The fuel battery cell 20 includes a membrane electrode assembly (not shown), an anode side separator (not shown), and a cathode side separator (not shown).

水素タンク３００は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス供給流路３０４を介して燃料電池９００に接続されている。燃料ガス供給流路３０４上において、水素タンク３００から近い順番に、水素遮断弁３１０と、レギュレータ３１５とが設けられている。水素遮断弁３１０を開弁することにより、燃料電池９００に水素ガスを燃料ガスとして供給する。   The hydrogen tank 300 is a storage device that stores high-pressure hydrogen gas, and is connected to the fuel cell 900 via a fuel gas supply channel 304. On the fuel gas supply channel 304, a hydrogen cutoff valve 310 and a regulator 315 are provided in the order closer to the hydrogen tank 300. By opening the hydrogen shut-off valve 310, hydrogen gas is supplied to the fuel cell 900 as fuel gas.

また、燃料電池９００は、燃料ガス排出流路３０６と接続される。燃料ガス排出流路３０６上には、排気排水弁６１０が設けられる。燃料ガス排出流路３０６と、燃料ガス供給流路３０４とは、ガス循環流路３０７によって接続される。ガス循環流路３０７は、一端が、燃料ガス排出流路３０６において、燃料電池９００と排気排水弁６１０との間に接続され、他端が、燃料ガス供給流路３０４において、レギュレータ３１５と燃料電池９００との間に接続される。   The fuel cell 900 is connected to the fuel gas discharge channel 306. An exhaust / drain valve 610 is provided on the fuel gas discharge channel 306. The fuel gas discharge channel 306 and the fuel gas supply channel 304 are connected by a gas circulation channel 307. One end of the gas circulation channel 307 is connected between the fuel cell 900 and the exhaust drain valve 610 in the fuel gas discharge channel 306, and the other end is connected to the regulator 315 and the fuel cell in the fuel gas supply channel 304. 900 is connected.

水素循環ポンプ１００は、ガス循環流路３０７上に設けられる。燃料電池９００で電気化学反応に供された後の燃料ガスは、水素循環ポンプ１００によって、ガス循環流路３０７を介して、燃料ガス供給流路３０４へ導入され、再び発電に利用される。なお、排気排水弁６１０を適宜開弁することにより、不純物（例えば、窒素）濃度が高くなった燃料ガスや、燃料電池９００から排出される排水を、燃料ガス排出流路３０６を介して、燃料電池システム１０００外部に排出する。以下では、ガス循環流路３０７において、水素循環ポンプ１００より燃料ガスの流れ方向の上流側の流路をガス循環上流側流路３０７Ａと呼び、水素循環ポンプ１００より下流側の流路をガス循環下流側流路３０７Ｂと呼ぶ。   The hydrogen circulation pump 100 is provided on the gas circulation channel 307. The fuel gas that has been subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell 900 is introduced into the fuel gas supply channel 304 via the gas circulation channel 307 by the hydrogen circulation pump 100 and used again for power generation. By appropriately opening the exhaust drain valve 610, the fuel gas having a high impurity (for example, nitrogen) concentration or the waste water discharged from the fuel cell 900 is supplied to the fuel via the fuel gas discharge channel 306. The battery system 1000 is discharged outside. Hereinafter, in the gas circulation channel 307, the upstream channel in the fuel gas flow direction from the hydrogen circulation pump 100 is referred to as a gas circulation upstream channel 307A, and the downstream channel from the hydrogen circulation pump 100 is gas circulated. This is referred to as a downstream channel 307B.

コンプレッサ３３０は、酸化ガス供給流路３３４を介して燃料電池９００に接続され、空気を圧縮し酸化ガスとして、カソードに供給する。また、燃料電池９００は、酸化ガス排出流路３３６と接続され、カソードで電気化学反応に供された後の酸化ガスは、この酸化ガス排出流路３３６を介して、燃料電池システム１０００の外部に排出される。なお、燃料電池９００には、燃料電池９００を冷却するための冷媒を循環させる冷却機構（図示せず）を備えている。   The compressor 330 is connected to the fuel cell 900 via the oxidizing gas supply channel 334, compresses air, and supplies it as an oxidizing gas to the cathode. Further, the fuel cell 900 is connected to the oxidizing gas discharge channel 336, and the oxidizing gas after being subjected to the electrochemical reaction at the cathode passes through the oxidizing gas discharge channel 336 to the outside of the fuel cell system 1000. Discharged. The fuel cell 900 is provided with a cooling mechanism (not shown) that circulates a refrigerant for cooling the fuel cell 900.

Ａ２．燃料電池ユニットＦＵの詳細：
図２は、本実施例における燃料電池ユニットＦＵの概略断面図である。図３は、図２に示す水素循環ポンプ１００のＡ−Ａ断面図である。図２は、図３のＢ−Ｂ断面に相当する。図２において、ｘ、ｙ、ｚ方向を図示するように規定する。図４は、図２における燃料電池ユニットＦＵをｚ方向から見た図である。 A2. Details of the fuel cell unit FU:
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell unit FU in the present embodiment. 3 is a cross-sectional view of the hydrogen circulation pump 100 shown in FIG. FIG. 2 corresponds to the BB cross section of FIG. In FIG. 2, the x, y, and z directions are defined as shown. FIG. 4 is a view of the fuel cell unit FU in FIG. 2 as viewed from the z direction.

水素循環ポンプ１００は、ルーツ式ポンプ（又はルーツ式ブロワ）であり、主に、ポンプロータ１１０Ａと、ポンプロータ１１０Ｂと、シャフト１２０Ａ，１２０Ｂと、タイミングギア１３０Ａ，１３０Ｂと、ベアリング１４０Ａ，１４０Ｂ，１７０と、モータ部１５５と、を備えている。また、水素循環ポンプ１００は、壁Ｗによって、ポンプ室ＰＲと、ギア室ＴＲと、モータ室ＭＲとに区画されている。ギア室ＴＲは、ポンプ室ＰＲとモータ室ＭＲとに挟まれている。   The hydrogen circulation pump 100 is a Roots type pump (or a Roots type blower), and mainly includes a pump rotor 110A, a pump rotor 110B, shafts 120A and 120B, timing gears 130A and 130B, and bearings 140A, 140B, and 170. And a motor unit 155. The hydrogen circulation pump 100 is partitioned by a wall W into a pump chamber PR, a gear chamber TR, and a motor chamber MR. The gear chamber TR is sandwiched between the pump chamber PR and the motor chamber MR.

図２に示すように、シャフト１２０Ａは、ポンプ室ＰＲ、ギア室ＴＲ、および、モータ室ＭＲを貫通するように配置され、シャフト１２０Ｂは、ポンプ室ＰＲ、および、ギア室ＴＲを貫通するように配置される。   As shown in FIG. 2, the shaft 120A is arranged to penetrate the pump chamber PR, the gear chamber TR, and the motor chamber MR, and the shaft 120B is penetrated to the pump chamber PR and the gear chamber TR. Be placed.

モータ室ＭＲでは、モータ部１５５が配置される。モータ部１５５は、シャフト１２０Ａに取り付けられたモータロータ１６０と、モータロータ１６０の外周を取り囲むようにモータ室の壁Ｗに取り付けられた電磁コイル（ステータ）１５０とから成る。また、モータ室ＭＲには、シャフト１２０Ａの受け軸としてのベアリング１７０が設けられている。   In the motor chamber MR, a motor unit 155 is disposed. The motor unit 155 includes a motor rotor 160 attached to the shaft 120A, and an electromagnetic coil (stator) 150 attached to the wall W of the motor chamber so as to surround the outer periphery of the motor rotor 160. The motor chamber MR is provided with a bearing 170 as a receiving shaft for the shaft 120A.

モータ室ＭＲにおいて、モータ部１５５は、電磁コイル１５０によって、モータロータ１６０を回転させ、それによりシャフト１２０Ａを回転駆動させる。   In the motor chamber MR, the motor unit 155 rotates the motor rotor 160 by the electromagnetic coil 150, thereby rotating the shaft 120A.

ギア室ＴＲでは、シャフト１２０Ａにタイミングギア１３０Ａが取り付けられ、シャフト１２０Ｂにタイミングギア１３０Ｂが取り付けられる。また、この場合、タイミングギア１３０Ａとタイミングギア１３０Ｂとが、勘合するように配置される。さらに、ギア室ＴＲには、シャフト１２０Ａおよびシャフト１２０Ｂの受け軸としてのベアリング１４０Ａおよびベアリング１４０Ｂが設けられている。   In gear chamber TR, timing gear 130A is attached to shaft 120A, and timing gear 130B is attached to shaft 120B. Further, in this case, the timing gear 130A and the timing gear 130B are arranged so as to fit each other. Further, the gear chamber TR is provided with a bearing 140A and a bearing 140B as receiving shafts of the shaft 120A and the shaft 120B.

ギア室ＴＲにおいて、シャフト１２０Ａが回転駆動すると、タイミングギア１３０Ａが回転し、タイミングギア１３０Ｂを回転させ、それに伴い、シャフト１２０Ｂが回転駆動する。   When the shaft 120A is rotationally driven in the gear chamber TR, the timing gear 130A is rotated, the timing gear 130B is rotated, and accordingly, the shaft 120B is rotationally driven.

図２、図３に示すように、ポンプ室ＰＲでは、シャフト１２０Ａおよびシャフト１２０Ｂに、それぞれ、ポンプロータ１１０Ａおよびポンプロータ１１０Ｂが取り付けられる。また、ポンプ室ＰＲは、ガス循環上流側流路３０７Ａから燃料ガスを吸入するための吸入口ＩＮと、吸入した燃料ガスをガス循環下流側流路３０７Ｂへ導出するための導出口ＯＵＴとを備えている。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the pump chamber PR, the pump rotor 110A and the pump rotor 110B are attached to the shaft 120A and the shaft 120B, respectively. The pump chamber PR also includes an intake port IN for sucking fuel gas from the gas circulation upstream channel 307A, and an outlet port OUT for deriving the sucked fuel gas to the gas circulation downstream channel 307B. ing.

ポンプ室ＰＲにおいて、シャフト１２０Ａが回転駆動すると、ポンプロータ１１０Ａが回転する。また、シャフト１２０Ｂが回転駆動することにより、ポンプロータ１１０Ｂが回転する。これにより、ポンプ室ＰＲにおいて、吸入口ＩＮから燃料ガスを吸入し、その燃料ガスを導出口ＯＵＴから導出させることができる。このようにして、ガス循環流路３０７において、ガス循環上流側流路３０７Ａの燃料ガスが、ガス循環下流側流路３０７Ｂへ汲み上げられる。   In the pump chamber PR, when the shaft 120A is driven to rotate, the pump rotor 110A rotates. Further, when the shaft 120B is driven to rotate, the pump rotor 110B rotates. Thereby, in the pump chamber PR, the fuel gas can be sucked from the suction port IN, and the fuel gas can be led out from the outlet port OUT. In this way, in the gas circulation channel 307, the fuel gas in the gas circulation upstream channel 307A is pumped to the gas circulation downstream channel 307B.

図２、図４に示すように、燃料電池ユニットＦＵにおいて、水素循環ポンプ１００は、燃料電池９００のエンドプレートＥＰの外側面ＥＰＭの略中央付近に固定されている。具体的には、燃料電池ユニットＦＵにおいて、水素循環ポンプ１００は、シャフト１２０Ａおよびシャフト１２０Ｂの長手方向の向きが積層方向に沿った方向となるように配置されると共に、ポンプ室ＰＲがエンドプレートＥＰの外側面ＥＰＭの略中央付近と当接するように、固定ボルト（図示せず）で固定されている。   As shown in FIGS. 2 and 4, in the fuel cell unit FU, the hydrogen circulation pump 100 is fixed near the approximate center of the outer side surface EPM of the end plate EP of the fuel cell 900. Specifically, in the fuel cell unit FU, the hydrogen circulation pump 100 is disposed such that the longitudinal direction of the shaft 120A and the shaft 120B is in the direction along the stacking direction, and the pump chamber PR is provided in the end plate EP. It is fixed with a fixing bolt (not shown) so as to come into contact with the vicinity of the substantial center of the outer surface EPM.

次に、上記燃料電池システム１０００（燃料電池ユニットＦＵ）を、下記に示す自動車ＨＲに搭載した場合を説明する。図５は、燃料電池ユニットＦＵを搭載した自動車ＨＲの一部を示す図である。自動車ＨＲは、連結シャフトＲＳと、フロアパネルＰＮと、フロアパネルＰＮ上に形成されるセンタートンネルＣＴと、を備えている。連結シャフトＲＳは、自動車ＨＲの各車輪（図示せず）を連結し、各車輪に駆動力を伝達するための駆動軸であり、センタートンネルＣＴ内に配置される。図５は、具体的には、センタートンネルＣＴを自動車ＨＲの進行方向（前方向）から見た図である。自動車ＨＲは、図５に示すように、上記燃料電池ユニットＦＵを、センタートンネルＣＴ内に配置している。この場合、自動車ＨＲにおいて、燃料電池ユニットＦＵは、積層方向と自動車ＨＲの進行方向（前方向）とが略一致するように配置される。   Next, the case where the fuel cell system 1000 (fuel cell unit FU) is mounted on an automobile HR shown below will be described. FIG. 5 is a view showing a part of an automobile HR equipped with a fuel cell unit FU. The automobile HR includes a connecting shaft RS, a floor panel PN, and a center tunnel CT formed on the floor panel PN. The connection shaft RS is a drive shaft for connecting each wheel (not shown) of the automobile HR and transmitting a driving force to each wheel, and is disposed in the center tunnel CT. Specifically, FIG. 5 is a view of the center tunnel CT as seen from the traveling direction (forward direction) of the automobile HR. As shown in FIG. 5, the automobile HR has the fuel cell unit FU disposed in the center tunnel CT. In this case, in the automobile HR, the fuel cell unit FU is arranged so that the stacking direction and the traveling direction (front direction) of the automobile HR substantially coincide.

図６は、比較例としての燃料電池ユニットＦＵＨを示す図である。図６に示す比較例の燃料電池ユニットＦＵＨにおいて、燃料電池９００および水素循環ポンプ１００の材料構成は、上記実施例の燃料電池ユニットＦＵと同様である。しかし、燃料電池ユニットＦＵＨでは、水素循環ポンプ１００において、シャフト１２０Ａおよびシャフト１２０Ｂの長手方向の向きが、燃料電池９００における面方向に沿うように配置されると共に、モータ室ＭＲが燃料電池９００のエンドプレートＥＰの外側面ＥＰＭと当接するように、固定されている。   FIG. 6 is a view showing a fuel cell unit FUH as a comparative example. In the fuel cell unit FUH of the comparative example shown in FIG. 6, the material configurations of the fuel cell 900 and the hydrogen circulation pump 100 are the same as those of the fuel cell unit FU of the above embodiment. However, in the fuel cell unit FUH, in the hydrogen circulation pump 100, the longitudinal directions of the shaft 120A and the shaft 120B are arranged along the surface direction of the fuel cell 900, and the motor chamber MR is the end of the fuel cell 900. It fixes so that it may contact | abut with the outer surface EPM of plate EP.

ところで、水素循環ポンプ１００は、燃料ガスを輸送する際の体積効率の向上等のため、シャフトの長手方向の向きに、できるだけ大きくしたいという要望がある。このような要望を満たすため、水素循環ポンプ１００において、シャフト１２０Ａおよびシャフト１２０Ｂの長手方向に比較的大きく形成した場合であって、図６に示す比較例のごとく水素循環ポンプ１００を配置すると、燃料電池ユニットＦＵＨにおいて、水素循環ポンプ１００が、面方向において燃料電池９００よりも飛び出てしまい、燃料電池ユニットが面方向に大きくなるおそれがあった。このように燃料電池ユニットが面方向に大きくなると、上記のごとく、自動車ＨＲのセンタートンネルＣＴ内に燃料電池ユニットを配置する場合に、センタートンネルＣＴを面方向（車幅方向）に広く取る必要が生じ、自動車ＨＲにおける搭乗空間や他の装置の搭載空間の減少など種々の不具合が生じるおそれがあった。   Incidentally, there is a demand for the hydrogen circulation pump 100 to be as large as possible in the longitudinal direction of the shaft in order to improve volumetric efficiency when transporting the fuel gas. In order to satisfy such a demand, in the hydrogen circulation pump 100, when the hydrogen circulation pump 100 is arranged as in the longitudinal direction of the shaft 120A and the shaft 120B and the hydrogen circulation pump 100 is arranged as in the comparative example shown in FIG. In the battery unit FUH, the hydrogen circulation pump 100 may jump out of the fuel cell 900 in the surface direction, and the fuel cell unit may become larger in the surface direction. As described above, when the fuel cell unit is enlarged in the plane direction, as described above, when the fuel cell unit is arranged in the center tunnel CT of the automobile HR, it is necessary to widen the center tunnel CT in the plane direction (vehicle width direction). As a result, various problems such as a reduction in the boarding space of the automobile HR and the mounting space of other devices may occur.

一方、本実施例の燃料電池ユニットＦＵでは、水素循環ポンプ１００は、シャフト１２０Ａおよびシャフト１２０Ｂの長手方向の向きが積層方向に沿った方向となるように配置され、エンドプレートＥＰの外側面ＥＰＭと当接するように固定されているので、水素循環ポンプ１００が、面方向において燃料電池９００よりも飛び出すことを抑制することができる。その結果、自動車ＨＲのセンタートンネルＣＴ内に燃料電池ユニットを配置する場合において、自動車ＨＲのセンタートンネルＣＴを面方向（車幅方向）に大きくすることを抑制することができ、自動車ＨＲの搭乗空間や他の装置の搭載空間の減少など種々の不具合が生じることを抑制することができる。   On the other hand, in the fuel cell unit FU of the present embodiment, the hydrogen circulation pump 100 is arranged such that the longitudinal direction of the shaft 120A and the shaft 120B is the direction along the stacking direction, and the outer surface EPM of the end plate EP Since it is fixed so as to come into contact, the hydrogen circulation pump 100 can be prevented from popping out from the fuel cell 900 in the surface direction. As a result, when the fuel cell unit is arranged in the center tunnel CT of the automobile HR, it is possible to suppress the center tunnel CT of the automobile HR from being enlarged in the plane direction (vehicle width direction), and the boarding space of the automobile HR The occurrence of various problems such as a reduction in the mounting space of other devices can be suppressed.

本実施例の燃料電池ユニットＦＵでは、燃料電池９００に水素循環ポンプ１００を固定している。このようにすれば、燃料電池９００と水素循環ポンプ１００とを同じ振動系とすることができ、ガス循環流路３０７等の配管系の接続部分において、振動に起因するひび割れ等を抑制することができる。   In the fuel cell unit FU of the present embodiment, the hydrogen circulation pump 100 is fixed to the fuel cell 900. In this way, the fuel cell 900 and the hydrogen circulation pump 100 can be made the same vibration system, and cracks and the like caused by vibration can be suppressed at the connection portion of the piping system such as the gas circulation flow path 307. it can.

ところで、水素循環ポンプ１００において、モータ室ＭＲ側をエンドプレートＥＰに固定したとすると、「エンドプレート内の、流路とポンプ取り付け部の誤差」、「モータ内のポンプ取り付け部とポンプ部取り付け部の誤差」、「ポンプ部内のモータ部取り付け部と配管取り付け部の誤差」、「ポンプ部とモータ部の組み付け時ばらつき誤差」、および、「エンドプレートとポンプの組み付け時のばらつき誤差」の５つの組み付け誤差が生じる。   By the way, in the hydrogen circulation pump 100, when the motor chamber MR side is fixed to the end plate EP, “an error between the flow path and the pump mounting portion in the end plate”, “the pump mounting portion and the pump portion mounting portion in the motor” Error ”,“ error in the motor unit mounting part and piping mounting part in the pump part ”,“ variation error in assembling the pump part and motor part ”, and“ variation error in assembling the end plate and pump ” Assembly error occurs.

一方、本実施例の燃料電池ユニットＦＵのごとく、水素循環ポンプ１００において、モータ室ＭＲ側ではなく、ポンプ室ＰＲ側を燃料電池９００のエンドプレートＥＰに固定した場合には、組み付け誤差が、「エンドプレート内の、流路とポンプ取り付け部の誤差」、「ポンプ取り付け部とポンプの配管取り付け部の誤差」、および、「エンドプレートとポンプの組み付け時のばらつき誤差」の３つで済むので、モータ室ＭＲ側をエンドプレートＥＰに固定した場合と比較して、組み付け誤差を抑制することができる。 On the other hand, as in the fuel cell unit FU of the present embodiment, in the hydrogen circulation pump 100, when the pump chamber PR side is fixed to the end plate EP of the fuel cell 900 instead of the motor chamber MR side, the assembly error is “ in the end plates, the error of the flow path and the pump mounting portion "," error pipe mounting portion of the pump mounting portion and the pump ", and, 3 Tsudesumi free because of the" fluctuation error during assembly of the end plates and the pump " As compared with the case where the motor chamber MR side is fixed to the end plate EP, assembly errors can be suppressed.

本実施例の燃料電池ユニットＦＵにおいて、水素循環ポンプ１００のポンプ室ＰＲ側を燃料電池９００のエンドプレートＥＰに固定している。このようにすれば、燃料電池９００から伝達される熱によって、ポンプ室ＰＲを暖機することができ、低温時の燃料電池システム１０００の起動時であっても、水素循環ポンプ１００を素早く起動させることが可能となる。   In the fuel cell unit FU of the present embodiment, the pump chamber PR side of the hydrogen circulation pump 100 is fixed to the end plate EP of the fuel cell 900. In this way, the pump chamber PR can be warmed up by the heat transferred from the fuel cell 900, and the hydrogen circulation pump 100 is quickly started even when the fuel cell system 1000 is started at a low temperature. It becomes possible.

また、燃料電池ユニットＦＵにおいて、水素循環ポンプ１００のポンプ室ＰＲ側を燃料電池９００のエンドプレートＥＰに固定すれば、水素循環ポンプ１００のモータ室ＭＲ側を燃料電池９００のエンドプレートＥＰに固定した場合と比較して、ガス循環流路３０７等の配管を短くすることができ、コストの抑制、大型化の抑制、または、配管の凍結抑制等を達成することができる。   In the fuel cell unit FU, if the pump chamber PR side of the hydrogen circulation pump 100 is fixed to the end plate EP of the fuel cell 900, the motor chamber MR side of the hydrogen circulation pump 100 is fixed to the end plate EP of the fuel cell 900. Compared to the case, piping such as the gas circulation flow path 307 can be shortened, and it is possible to achieve cost reduction, suppression of enlargement, suppression of piping freezing, and the like.

なお、本実施例において、燃料電池ユニットＦＵは、特許請求の範囲における燃料電池ユニットに該当し、燃料電池セル２０は、特許請求の範囲における燃料電池セルに該当し、エンドプレートＥＰは、特許請求の範囲における剛性プレートに該当し、外側面ＥＰＭは、特許請求の範囲における剛性プレートの反対面に該当し、燃料電池９００は、特許請求の範囲における燃料電池に該当し、水素循環ポンプ１００は、特許請求の範囲におけるポンプに該当し、ポンプ室ＰＲは、特許請求の範囲におけるポンプ室に該当し、自動車ＨＲは、特許請求の範囲における車両に該当し、センタートンネルＣＴは、特許請求の範囲におけるセンタートンネルに該当する。   In this embodiment, the fuel cell unit FU corresponds to the fuel cell unit in the claims, the fuel cell 20 corresponds to the fuel cell in the claims, and the end plate EP corresponds to the claim. The outer surface EPM corresponds to the opposite surface of the rigid plate in the claims, the fuel cell 900 corresponds to the fuel cell in the claims, and the hydrogen circulation pump 100 is It corresponds to the pump in the claims, the pump chamber PR corresponds to the pump chamber in the claims, the automobile HR corresponds to the vehicle in the claims, and the center tunnel CT in the claims. Corresponds to the center tunnel.

Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。 B. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｂ１．変形例１：
上記実施例において、水素循環ポンプ１００は、ルーツ式のポンプを用いているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、水素循環ポンプ１００は、スクロール式、ターボ式、または、スクリュー式のポンプを用いるようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。 B1. Modification 1:
In the above embodiment, the hydrogen circulation pump 100 uses a roots type pump, but the present invention is not limited to this. For example, the hydrogen circulation pump 100 may be a scroll type, turbo type, or screw type pump. Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example.

Ｂ２．変形例２：
上記燃料電池ユニットＦＵにおいて、燃料電池９００のエンドプレートＥＰに固定するポンプは、水素循環ポンプ１００としているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、燃料電池９００に固定するポンプを、コンプレッサ３３０や、冷却機構の冷媒循環ポンプ（図示せず）等としてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。 B2. Modification 2:
In the fuel cell unit FU, the pump fixed to the end plate EP of the fuel cell 900 is the hydrogen circulation pump 100. However, the present invention is not limited to this, and for example, the pump fixed to the fuel cell 900 is It is good also as the compressor 330, the refrigerant | coolant circulation pump (not shown) of a cooling mechanism, etc. Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example.

Ｂ３．変形例３：
上記実施例では、燃料電池ユニットＦＵを自動車ＨＲのセンタートンネルＣＴに配置するようにしているが、本発明は、これに限られるものではなく、燃料電池９００の面方向に大きさが制限されるような場所（例えば、自動車ＨＲのシート（図示せず）下など）に配置するようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。上記燃料電池ユニットＦＵは、種々の場所に配置することが可能であり、例えば、自動車ＨＲ以外の移動体（電車、リニアモーターカー、ロボット、船舶、飛行機、ロケットなど）に搭載するようにしてもよい。 B3. Modification 3:
In the above embodiment, the fuel cell unit FU is arranged in the center tunnel CT of the automobile HR, but the present invention is not limited to this, and the size is limited in the surface direction of the fuel cell 900. You may make it arrange | position in such a place (for example, under the sheet | seat (not shown) of motor vehicle HR etc.). Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example. The fuel cell unit FU is able to place at various locations, for example, moving objects other than automotive HR (train, linear motor mosquitoes over, a robot, a ship, an airplane, a rocket, etc.) so as to mount the Also good.

Ｂ４．変形例４：
上記実施例では、燃料電池ユニットＦＵを自動車ＨＲに搭載する場合、図５に示すように、吸入口ＩＮおよび導出口ＯＵＴがほぼ平行になるように配置されているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、燃料電池ユニットＦＵを自動車ＨＲに搭載する場合、吸入口ＩＮが重力方向下側で導出口ＯＵＴが重力方向上側になるように配置するようにしてもよい。このようにすれば、燃料電池９００で生成された生成水が、水素循環ポンプ１００に流入することを抑制することができ、燃料ガスと共に、生成水が循環することを抑制することができる。 B4. Modification 4:
In the above embodiment, when the fuel cell unit FU is mounted on the automobile HR, as shown in FIG. 5, the inlet port IN and the outlet port OUT are arranged substantially parallel to each other. It is not limited. For example, when the fuel cell unit FU is mounted on the automobile HR, the fuel cell unit FU may be arranged so that the suction port IN is on the lower side in the gravity direction and the outlet port OUT is on the upper side in the gravity direction. If it does in this way, it can control that generated water generated with fuel cell 900 flows into hydrogen circulation pump 100, and can suppress that generated water circulates with fuel gas.

本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system 1000 as 1st Example of this invention. 本実施例における燃料電池ユニットＦＵの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the fuel cell unit FU in a present Example. 図２に示す水素循環ポンプ１００のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of the hydrogen circulation pump 100 shown in FIG. 図２における燃料電池ユニットＦＵをｚ方向から見た図である。It is the figure which looked at the fuel cell unit FU in FIG. 2 from the z direction. 燃料電池ユニットＦＵを搭載した自動車ＨＲの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of motor vehicle HR carrying the fuel cell unit FU. 比較例としての燃料電池ユニットＦＵＨを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell unit FUH as a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

２０…燃料電池セル
１００…水素循環ポンプ
１１０Ａ…ポンプロータ
１１０Ｂ…ポンプロータ
１２０Ａ…シャフト
１２０Ｂ…シャフト
１３０Ａ…タイミングギア
１３０Ｂ…タイミングギア
１４０Ａ…ベアリング
１４０Ｂ…ベアリング
１５０…電磁コイル
１５５…モータ部
１６０…モータロータ
１７０…ベアリング
３００…水素タンク
３０４…燃料ガス供給流路
３０６…燃料ガス排出流路
３０７…ガス循環流路
３０７Ａ…ガス循環上流側流路
３０７Ｂ…ガス循環下流側流路
３１０…水素遮断弁
３１５…レギュレータ
３３０…コンプレッサ
３３４…酸化ガス供給流路
３３６…酸化ガス排出流路
６１０…排気排水弁
９００…燃料電池
１０００…燃料電池システム
ＴＭ…ターミナル
ＩＮ…吸入口
ＰＮ…フロアパネル
ＥＰ…エンドプレート
ＰＲ…ポンプ室
ＴＲ…ギア室
ＭＲ…モータ室
ＩＳ…インシュレータ
ＲＳ…連結シャフト
ＣＴ…センタートンネル
ＦＵ…燃料電池ユニット
ＣＡＲ…自動車
ＥＰＭ…外側面
ＦＵＨ…燃料電池ユニット
ＯＵＴ…導出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel cell 100 ... Hydrogen circulation pump 110A ... Pump rotor 110B ... Pump rotor 120A ... Shaft 120B ... Shaft 130A ... Timing gear 130B ... Timing gear 140A ... Bearing 140B ... Bearing 150 ... Electromagnetic coil 155 ... Motor part 160 ... Motor rotor 170 ... Bearing 300 ... Hydrogen tank 304 ... Fuel gas supply channel 306 ... Fuel gas discharge channel 307 ... Gas circulation channel 307A ... Gas circulation upstream channel 307B ... Gas circulation downstream channel 310 ... Hydrogen shut-off valve 315 ... Regulator 330 ... Compressor 334 ... Oxidizing gas supply channel 336 ... Oxidizing gas discharge channel 610 ... Exhaust drain valve 900 ... Fuel cell 1000 ... Fuel cell system TM ... Terminal IN ... Inlet PN ... Floor panel EP ... End Plate PR ... Pump chamber TR ... Gear chamber MR ... Motor chamber IS ... Insulator RS ... Connecting shaft CT ... Center tunnel FU ... Fuel cell unit CAR ... Automotive EPM ... Outer side FUH ... Fuel cell unit OUT ... Lead port

Claims (4)

燃料電池ユニットであって、
燃料電池セルを２つの剛性プレートで挟持して構成される燃料電池と、
シャフトを備え、前記剛性プレートのいずれか一方において、前記燃料電池セルを挟持する面の反対面に当接すると共に、前記シャフトの長手方向の向きが、前記燃料電池セルおよび前記剛性プレートを積層する積層方向に沿うように配置されるポンプと、
を備え、
前記ポンプは、
流体が流入し、前記流体を吐出するためのポンプ室を備え、
前記ポンプ室が、前記剛性プレートの前記反対面に当接することを特徴とする燃料電池ユニット。 A fuel cell unit,
A fuel cell configured by sandwiching a fuel cell between two rigid plates;
A stack that includes a shaft and abuts against a surface opposite to a surface that sandwiches the fuel cell in any one of the rigid plates, and a longitudinal direction of the shaft stacks the fuel cell and the rigid plate. A pump arranged along the direction;
Bei to give a,
The pump is
A fluid chamber flows in and includes a pump chamber for discharging the fluid;
The fuel cell unit, wherein the pump chamber is in contact with the opposite surface of the rigid plate. 請求項１に記載の燃料電池ユニットにおいて、
前記ポンプは、
前記燃料電池に燃料ガスを循環供給させるための循環ポンプであることを特徴とする燃料電池ユニット。 Oite the fuel cell unit according to claim 1,
The pump is
The fuel cell unit is a circulation pump for circulatingly supplying fuel gas to the fuel cell. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニットにおいて、
前記燃料電池ユニットは、
車両において、前記車両の前後方向に伸びるセンタートンネル内に、前記前後方向と前記積層方向が略一致するように配置されることを特徴とする燃料電池ユニット。 The fuel cell unit according to claim 1 or 2 ,
The fuel cell unit is
In the vehicle, the fuel cell unit is disposed in a center tunnel extending in the front-rear direction of the vehicle so that the front-rear direction and the stacking direction substantially coincide with each other. 車両であって、
前記車両の前後方向に伸びるセンタートンネルと、
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニットと、
を備え、
前記燃料電池ユニットは、
前記車両の前記センタートンネル内に、前記前後方向と前記積層方向が略一致するように配置されることを特徴とする車両。 A vehicle,
A center tunnel extending in the longitudinal direction of the vehicle;
The fuel cell unit according to claim 1 or 2 ,
With
The fuel cell unit is
The vehicle is arranged in the center tunnel of the vehicle so that the front-rear direction and the stacking direction substantially coincide with each other.
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