JP5447533B2 - ガス消費システムと燃料電池システムおよび車両 - Google Patents

Description

本発明は、供給を受けたガスを消費するガス消費機器を有するガス消費システム、供給を受けた燃料ガスと酸化ガスを消費しつつ発電する燃料電池を有する燃料電池システム、および、当該燃料電池システムを搭載した車両に関する。

供給を受けたガスを消費するガス消費機器の一例である燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで配置される一対の電極（アノードおよびカソード）にそれぞれ反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス、例えば空気）の供給を受ける。燃料電池は、供給を受けた反応ガスを消費しつつ電気化学反応を進行させ、発電する。この電気化学反応の進行には、発電負荷に応じてガス供給を継続する必要がある。また、電気化学反応は発熱反応であることから、円滑な反応継続を図る上から、一般に、燃料電池を水等の冷媒で冷却することが必要とされる。このため、外気を吸引加圧して供給するコンプレッサーと、水を圧送するウォーターポンプを、燃料電池に併設することが通常なされている。

近年では、環境保全の意識の向上から、いわゆるクリーンエネルギー源として燃料電池が注目されており、車両への燃料電池搭載、発電施設としての燃料電池設置が普及しつつある。しかしながら、車両への燃料電池搭載或いは発電施設としての燃料電池設置に際して、コンプレッサーやウォーターポンプとその駆動用のモーターの併用を考慮した上での小型化や搭載性・設置性の向上には、改善の余地が残されている。

なお、このような課題は、燃料電池を有するシステムに限らず、冷却が必要とするガス消費機器を含むシステムにおいても、指摘されている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、コンプレッサーやウォーターポンプとその駆動用のモーターを併用する上での小型化を図ることを目的とする。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
ガス消費機器にガスを供給するガス供給系と、前記ガス消費機器を冷媒通過経路として冷媒を循環させ前記冷媒により前記ガス消費機器の冷却を図る冷却系とを有するガス消費システムであって、
前記ガス供給系に含まれ、ガスの供給ために回転駆動する回転駆動部材を有するガス供給機器と、
前記冷却系に含まれ、冷媒循環のために回転駆動する回転駆動部材を有する冷媒供給機器と、
前記ガス供給機器および前記冷媒供給機器の共通の駆動源となるモーターとを備え、
該モーターの駆動力を前記ガス供給機器に伝達する伝達機構を介在させて、前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記モーターのモーター駆動軸が前記ガス供給機器の前記回転駆動部材と向き合うように対向配置させ、
モーター駆動力を前記モーターのモーター駆動軸から直接もしくは前記伝達機構を介して前記冷媒供給機器に伝達するように、前記冷媒供給機器を配置すると共に、
前記冷媒供給機器が冷媒循環に求められる回転駆動状況となるよう前記モーターを回転駆動して、前記モーター駆動力を前記冷媒供給機器に伝達し、
前記伝達機構は、前記モーターの回転数の加速調整を経て、前記ガス供給機器をガス供給に求められる回転駆動状況とする。
燃料電池システムとしては、供給を受けた燃料ガスと酸素含有の酸化ガスを消費しつつ発電する燃料電池と、それぞれのガスの供給系と、燃料電池を冷媒通過経路として冷媒を循環させ前記冷媒により前記燃料電池の冷却を図る冷却系とを有する燃料電池システムであって、
前記酸化ガスの供給系である酸化ガス供給系に含まれ、前記酸化ガスの供給のために回転駆動する回転駆動部材を有するガス供給機器と、
前記冷却系に含まれ、冷媒循環のために回転駆動する回転駆動部材を有する冷媒供給機器と、
前記ガス供給機器および前記冷媒供給機器の共通の駆動源となるモーターとを備え、
該モーターの駆動力を前記ガス供給機器に伝達する伝達機構を介在させて、前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記モーターのモーター駆動軸が前記ガス供給機器の前記回転駆動部材と向き合うように対向配置させ、
モーター駆動力を前記モーターのモーター駆動軸から直接もしくは前記伝達機構を介して前記冷媒供給機器に伝達するように、前記冷媒供給機器を配置すると共に、
前記冷媒供給機器が冷媒循環に求められる回転駆動状況となるよう前記モーターを回転駆動して、前記モーター駆動力を前記冷媒供給機器に伝達し、
前記伝達機構は、前記モーターの回転数の加速調整を経て、前記ガス供給機器を酸化ガス供給に求められる回転駆動状況とする。
この他、次の適用例としても良い。

［適用例１：ガス消費システム］
ガス消費機器にガスを供給するガス供給系と、前記ガス消費機器を冷媒通過経路として冷媒を循環させ前記冷媒により前記ガス消費機器の冷却を図る冷却系とを有するガス消費システムであって、
前記ガス供給系に含まれ、ガスの供給ために回転駆動するガス供給機器と、
前記冷却系に含まれ、冷媒循環のために回転駆動する冷媒供給機器と、
前記ガス供給機器および前記冷媒供給機器の共通の駆動源となるモーターとを備え、
該モーターの駆動力を前記ガス供給機器に伝達する伝達機構を介在させて、前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記モーターのモーター駆動軸が前記ガス供給機器の前記回転駆動部材と向き合うように対向配置させ、
モーター駆動力を前記モーターのモーター駆動軸から直接もしくは前記伝達機構を介して前記冷媒供給機器に伝達するように、前記冷媒供給機器を配置した。

［適用例２：燃料電池システム］
供給を受けた燃料ガスと酸素含有の酸化ガスを消費しつつ発電する燃料電池と、それぞれのガスの供給系と、燃料電池を冷媒通過経路として冷媒を循環させ前記冷媒により前記燃料電池の冷却を図る冷却系とを有する燃料電池システムであって、
前記酸化ガスの供給系である酸化ガス供給系に含まれ、前記酸化ガスの供給のために回転駆動するガス供給機器と、
前記冷却系に含まれ、冷媒循環のために回転駆動する冷媒供給機器と、
前記ガス供給機器および前記冷媒供給機器の共通の駆動源となるモーターとを備え、
該モーターの駆動力を前記ガス供給機器に伝達する伝達機構を介在させて、前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記モーターのモーター駆動軸が前記ガス供給機器の前記回転駆動部材と向き合うように対向配置させ、
モーター駆動力を前記モーターのモーター駆動軸から直接もしくは前記伝達機構を介して前記冷媒供給機器に伝達するように、前記冷媒供給機器を配置した。

上記の構成を有するガス消費システムおよび燃料電池システムでは、モーターとガス供給機器とを、モーター駆動軸とガス供給機器の回転駆動部材とを向き合わせた上で、伝達機構を介在させて対向配置させる。こうした対向配置を採ることで、伝達機構の介在に要する分だけしか、モーターとガス供給機器の両者を離さないようにする。これに加え、冷媒供給機器の配置に当たっては、冷媒供給機器へのモーター駆動力伝達がモーター駆動軸から直接もしくは伝達機構を介してなされるようにした。このように、モーター駆動軸からその駆動力を直接伝達すれば、モーター駆動軸に冷媒供給機器の回転駆動部材を直接装着して、モーターと冷媒供給機器を近接配置できる。また、モーター駆動力を伝達機構を介して伝達すれば、冷媒供給機器を伝達機構に対してガス供給機器に並べて近接配置できる。この結果、上記構成のシステムによれば、ガス消費機器もしくは燃料電池にガス供給機器や冷媒供給機器とこれらに共用するモーターを併用するシステム構成において、両供給機器とモーター相互の近接配置が可能となり、システム小型化を図ることができる。

上記した燃料電池システムは、次のような形態とすることもできる。例えば、前記冷媒供給機器が冷媒循環に求められる回転駆動状況となるよう前記モーターを回転駆動して、前記モーター駆動力を前記冷媒供給機器に伝達する。ガス供給機器へのモーター駆動力伝達を図る伝達機構については、これを、前記モーターの回転数の加速調整を経て、前記ガス供給機器を酸化ガス供給に求められる回転駆動状況とするものとできる。こうすれば、次の利点がある。なお、モーター回転数の加速調整は、速度調整機器を組み込むことで容易に達成できる。

一般に、冷媒の循環供給による機器冷却を図る場合には、冷媒の循環流量を冷却を受ける燃料電池の発熱の状況に応じて増減するとしても、冷媒循環流量を大きく変える必要は少ない。このため、冷媒供給機器にあっては、冷媒の循環供給に関与する回転駆動部材を冷媒循環に求められる回転駆動状況となるようにすれば足りる。その一方、ガス供給機器については、その供給対象がガスである都合上、通常、ガス供給に際してガスの圧縮が不可欠なため、ガスの圧縮と圧送に関与する回転駆動部材を比較的高速に回転駆動する必要がある。

上記形態の燃料電池システムでは、冷媒循環に求められる回転駆動状況となるようモーターを回転駆動するだけで、冷媒供給機器については、当該機器を冷媒循環に求められる回転駆動状況とできるほか、ガス供給機器については、加速調整を経て、酸化ガス供給に求められる回転駆動状況とできる。つまり、モーターを、比較的高速な回転駆動が求められるガス供給機器に合わせて高速回転駆動する必要がない。よって、モーター能力を不用意に大能力化する必要が無くなり、モーターの小型化のみならずモーター体格の小型化も可能となるので、システムとしてもその小型化を図ることができる。また、冷媒供給機器を冷媒循環に求められる回転駆動状況とすれば足りるので、冷媒供給機器自体は元より冷媒循環の経路におけるシール性の確保も簡便となり、シールの信頼性の低下も抑制できる。

また、更に、脚を有するケースを備えるものとした上で、このケースに、前記伝達機構を介在させて対向配置する前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記冷媒供給機器と共に収容し、前記ケースを前記脚を介して前記燃料電池に固定するようにできる。こうすれば、脚を経由した燃料電池の熱のケースへの伝播も可能となり、電池冷却の上で有益となる。しかも、ケースにて、その取扱ができるため、簡便となる。

また、前記モーターを取り囲む前記ケースのモーター包囲周壁に、前記冷媒供給機器を通過する冷媒のケース内流路を有するようにすれば、冷媒によりモーターについてもこれを外部から冷却できる。よって、モーターの能力維持の上から有益であると共に、モーター自体に放熱面積確保のための構成を簡略化でき、モーター体格の小型化も可能となる。

この他、前記ケース内流路に栓止めされた冷媒導出孔を形成し、該冷媒導出孔を、前記ケースがその固定箇所に固定された状況において、ケース上方側に位置するようにできる。こうすれば、冷却系の流路に入り込んだ気泡を、この冷媒導出孔から外部に排出した上で、この冷媒導出孔を栓止めすることで、できるだけ気泡が存在しない状態で、冷媒を循環供給できる。よって、冷媒供給に際しての残存気泡による圧損を抑制して、安定した冷媒供給を図ることができる。例えば、冷媒へのイオン溶解が進んで冷媒のイオン導電率が上がると、冷媒交換がなされ、こうした冷媒交換に伴って混入した気泡を、上記したように容易に冷媒から取り除くことができる。

［適用例３：車両］
車両であって、
上記したいずれかの形態の燃料電池システムを搭載するに当たり、前記モーターのモーター駆動軸と前記冷媒供給機器の回転駆動軸および前記ガス供給機器の回転駆動軸を車幅方向に沿って並べた上で、前記燃料電池と前記モーターと前記冷媒供給機器および前記ガス供給機器を車両のフードの下のフード下方領域に搭載する。

上記の構成を有する車両は、既述したシステムやその構成部品の小型化、ケースでの取扱等により、高い搭載性を有するものとなる。加えて、フード下方領域に占めるスペースも小さくできるので、燃料電池に付属する制御装置等の付属機器の搭載スペースも広くなり、その搭載の自由度を高めることができる。

また、こうした車両において、前記フード下方領域の車両前方側を前記モーターの外郭が占めるよう前記燃料電池システムを搭載すれば、車両前方衝突の際には、その衝撃荷重を高剛性のモーターにて受けることができる。よって、他の部品の損傷抑制が可能となる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを備える発電施設や、燃料電池以外のガス消費機器を有するシステムとしての形態で実現することができる。

本発明の実施例としての燃料電池搭載車両１０を概略的に平面視して示す説明図である。 電池補機ユニット２００を断面視してその内部構成を概略的に示す説明図である。 燃料電池搭載車両１０への電池補機ユニット２００の搭載の様子を車両側方から概略的に示す説明図である。 燃料電池搭載車両１０への電池補機ユニット２００の搭載の様子を車両上方から概略的に示す説明図である。 第２実施例の電池補機ユニット２００Ａを断面視してその内部構成を概略的に示す説明図である。 図５を６−６線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図である。 図５を７−７線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図である。 図５を８−８線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図である。 図５を９−９線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図ある。 図３相当図であり電池補機ユニット２００Ａの搭載の様子を車両側方から概略的に示す説明図である。 図４相当図であり電池補機ユニット２００Ａの搭載の様子を車両上方から概略的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池搭載車両１０を概略的に平面視して示す説明図である。

図示するように、この燃料電池搭載車両１０は、車体２０に燃料電池システム４０を搭載して備える。燃料電池システム４０は、燃料電池１００と、水素ガスタンク１１０を含む水素ガス供給系１２０と、コンプレッサー１３０を含む空気供給系１４０と、ラジエター１５０およびファン１５２とを含む冷却系１６０とを備える。燃料電池１００は、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成され、車体２０のフード下方領域に位置する。なお、この電池搭載位置については、コンプレッサー１３０等と併せて後述する。燃料電池１００は、後述の水素ガス供給系１２０と空気供給系１４０から水素ガスと空気の供給を受け、これらガスを消費しつつ、詳しくはガス中の水素と酸素とを電気化学反応に供して発電し、その発電電力にて前後輪の図示しない駆動用モーター等の負荷を駆動する。

水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０から燃料電池１００に到る水素供給経路１２１と、未消費の水素ガス（アノードオフガス）を水素供給経路１２１に循環させる循環経路１２２とを備える。そして、この水素ガス供給系１２０は、水素供給経路１２１の流量調整バルブ１２３にて調整した流量と、循環経路１２２の循環ポンプ１２４にて調整した循環流量との合算した流量の水素ガスを、燃料電池１００のアノードに供給する。この水素ガス供給量は、アクセル３１０の操作に基づいて、後述の制御装置３００にて定められ、燃料電池１００に求められる負荷に応じた供給量となる。なお、水素ガス供給系１２０は、循環経路１２２から分岐した排出管路１２５の開閉バルブ１２６の開閉調整を経て、適宜、アノードオフガスを大気放出する。

空気供給系１４０は、コンプレッサー１３０を経て燃料電池１００に到る酸素供給経路１４１と、未消費の空気（カソードオフガス）を大気放出する放出経路１４２とを備える。そして、この空気供給系１４０は、酸素供給経路１４１の開口端から取り込んだ空気を、エアクリーナー１４４にて除塵した上で、コンプレッサー１３０での圧縮および流量調整を経て、燃料電池１００のカソードに供給する。また、空気供給系１４０は、放出経路１４２の排出流量調整バルブ１４３で調整された流量でカソードオフガスを放出経路１４２を経て大気放出する。このように空気供給系１４０にて空気供給とカソードオフガス排出とを行う場合、空気供給系１４０は、排出流量調整バルブ１４３を所定開度にした上で、コンプレッサー１３０にて空気を供給する。この際の空気供給量にあっても、水素ガスと同様に、アクセル３１０の操作に基づいて制御装置３００にて定められ、燃料電池１００に求められる負荷に応じた供給量となる。空気供給系１４０は、この負荷に応じた供給量を増量した供給量での空気供給（圧送供給）と、排出流量調整バルブ１４３の所定開度以上の開度調整とを行うことで、カソード側の電極に残留する残留水量を放出経路１４２から排出して電極の残留水量の低減を図る。なお、空気の増量供給による残留水量低減は、本発明と直接の関係はないのでその説明を省略する。

冷却系１６０は、ラジエター１５０から燃料電池１００への冷媒の循環を図る循環経路１６１と、バイパス経路１６２と、経路合流点の三方流量調整弁１６３と、循環ポンプ１７０とを備える。そして、この冷却系１６０は、ラジエター１５０にて熱交換した冷媒を循環経路１６１を経て燃料電池１００の図示しないセル内循環経路に導き、燃料電池１００を所定温度に冷却する。この場合、循環ポンプ１７０の駆動量、即ち冷媒の循環供給量や、三方流量調整弁１６３によるラジエータパイパス流量は、図示しない温度センサーで検出した燃料電池温度や図示しないセンサーで検出した発電状況に基づいて、制御装置３００にて定められる。

空気供給系１４０に含まれるコンプレッサー１３０と、冷却系１６０に含まれる循環ポンプ１７０は、共にモーター駆動方式とされ、電池補機ユニット２００に組み込まれている。この電池補機ユニット２００は、コンプレッサー１３０および循環ポンプ１７０の共通の駆動源となるモーター２１０を備える他、循環ポンプ１７０を通過する冷媒のユニット内流路２５０を有し、当該流路を経て冷媒を循環経路１６１に流す。電池補機ユニット２００の構成については、後述する。

制御装置３００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、燃料電池搭載車両１０の種々の制御を司る。例えば、制御装置３００は、アクセル３１０等のセンサー入力を受けて燃料電池１００への水素・空気の供給量を定め、その定めた供給量での水素供給と空気供給ができるよう、流量調整バルブ１２３やコンプレッサー１３０を駆動制御する。

次に、電池補機ユニット２００について説明する。図２は電池補機ユニット２００を断面視してその内部構成を概略的に示す説明図である。

既述したように、電池補機ユニット２００は、コンプレッサー１３０と、循環ポンプ１７０と、この両者の共通の駆動源となるモーター２１０に加え、モーター駆動力の伝達機構２３０とを、図２に示すように、ケース内に収容して備える。電池補機ユニット２００のユニットケースは、上記の各パーツに対応して図における左方から、第１ケース２０１、ケースベース２０２、第２ケース２０３、第３ケース２０４、第４ケース２０５に区画されている。これらケースは、上記の各パーツの外郭をなす。

第１ケース２０１は、中空形状とされ、ケースベース２０２と接合してコンプレッサー１３０を収容する。コンプレッサー１３０は、図示するように二つの回転軸１３１を並んで備えたルーツ式或いはスクリュー式の２軸同期運転の構成とされ、第１ケース２０１の内部支持壁２０１ａとケースベース２０２に組み込んだベアリング１３２にて、それぞれの回転軸１３１を両端で軸支する。ケースベース２０２は、第１シール部材１３３を介在させてベアリング１３２を組み込み、この第１シール部材１３３と第２シール部材１３４とで、第１ケース２０１のベース側を、その開口およびベアリング組み込み部でシールする。これにより、第１ケース２０１の内部支持壁２０１ａとケースベース２０２との間の中空部が、エアー圧縮室として機能する。このエアー圧縮室へのエアー流入のため、内部支持壁２０１ａには、等ピッチで貫通孔１３８が形成されている。

コンプレッサー１３０は、後述するようにモーター駆動力の伝達を受けると、それぞれの回転軸１３１を回転部材１３５と共に回転させる。コンプレッサー１３０は、この回転部材１３５の回転により、第１ケース２０１の吸入孔１３７からエアクリーナー１４４を経てエアーを吸引して、吸引エアーを圧縮する。圧縮されたエアーは、第１ケース２０１の側面に形成された通気孔１３９から圧送され、酸素供給経路１４１（図１参照）を経て燃料電池１００のカソードに供給される。

第２ケース２０３は、中空形状とされ、第１ケース２０１の反対側でケースベース２０２と接合して伝達機構２３０を収容する。伝達機構２３０は、モーター２１０のモーターの駆動力をコンプレッサー１３０に伝達するギヤ群として、同期ギヤ２３１とモーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３とを有する。同期ギヤ２３１は、ケースベース２０２を貫通して第２ケース２０３まで延びたコンプレッサー１３０のそれぞれの回転軸１３１に装着される。それぞれの回転軸１３１の同期ギヤ２３１は、同じ歯数のギヤであり、図示するように第２ケース２０３において噛み合う。モーター駆動ギヤ２３２は、第２ケース２０３まで延びた後述のモーター駆動軸２１２に装着され、図における上側の回転軸１３１の軸端に装着された従動ギヤ２３３に第２ケース２０３において噛み合う。

伝達機構２３０は、こうしたギヤ構成を有することから、モーター駆動軸２１２の回転を、モーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３の噛み合いにより、従動ギヤ２３３を有する回転軸１３１に伝達する。この際の回転伝達は、モーター駆動ギヤ２３２のギヤ歯列の長さと従動ギヤ２３３のギヤ歯列の長さの比で定まり、回転軸１３１へは、加速調整を経てモーター駆動軸２１２の回転が伝達される。そして、同期ギヤ２３１の噛み合いにより、一方の回転軸１３１の回転は、同じ回転数で同期して他方の回転軸１３１に伝達される。回転軸１３１の回転は、コンプレッサー１３０の回転に他ならないことから、本実施例では、コンプレッサー１３０を、燃料電池１００への空気供給に求められる回転駆動状況、例えば２０，０００ｒｐｍ程度を上限とする回転数での回転駆動状況とするよう、モーター駆動軸２１２の回転数を考慮して、モーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３のギヤ比を定めた。その詳細については後述する。

第３ケース２０４は、第２ケース２０３の側で開口し他方側で閉塞した中空形状の内側ケース２０４ａとこれを取り囲むケース外壁２０４ｂとを有し、このケース外壁２０４ｂにてモーター２１０の外郭をなす。この第３ケース２０４は、内側ケース２０４ａとケース外壁２０４ｂの間を図１にて示したユニット内流路２５０とすると共に、第２ケース２０３と接合してモーター２１０を内側ケース２０４ａに収容する。モーター２１０は、回転子２１３を有するモーター駆動軸２１２を、第２ケース２０３に組み込んだベアリング２１４と第３ケース２０４の閉塞壁２０４ｃに組み込んだベアリング２１５にて、両端で軸支する。モーター駆動軸２１２は、既述したように、一端側が第２ケース２０３にまで延び、他端側にあっても、後述の第４ケース２０５まで延ばしている。

第２ケース２０３と第３ケース２０４は、それぞれのベアリング組み込み箇所にモーターシール部材２１６を備え、当該シール部材により、第３ケース２０４の中空部、即ち回転子２１３の回転領域および第３ケース２０４の内壁に装着済みの誘導コイル２１７をシールする。この場合、第３ケース２０４は、その閉塞壁２０４ｃにおいて、ベアリング２１５とモーターシール部材２１６との間に保水性の環状体２１８を組み込み、当該環状体組み込み箇所からケース外壁までの間に、小径の排水孔２１９を備える。閉塞壁２０４ｃのモーターシール部材２１６の側は、後述するように循環ポンプ１７０が組み込まれているので、仮にモーターシール部材２１６を水が通過しても、その水は、環状体２１８にて保水された後、排水孔２１９から第３ケース２０４の外部に排出される。この場合、こうした水の排出が水の自重で起きるよう、排水孔２１９は、電池補機ユニット２００が後述するように車両搭載された姿勢で、鉛直下方を向くようにされている。

第４ケース２０５は、中空形状とされ、第３ケース２０４のケース外壁２０４ｂおよび閉塞壁２０４ｃと接合して循環ポンプ１７０を収容する。この第４ケース２０５の接合に際しては、第３シール部材２２０が用いられるので、第４ケース２０５の内部は、第３ケース２０４のユニット内流路２５０と繋がった上で、モーター２１０の内側ケース２０４ａとシールされる。循環ポンプ１７０は、多数枚のブレードを備えて冷媒の圧送のために回転する回転翼１７２を主要部材とし、この回転翼１７２を、第４ケース２０５まで延びたモーター駆動軸２１２に装着固定している。回転翼１７２がモーター２１０のモーター駆動軸２１２に直接装着されていることから、循環ポンプ１７０は、モーター２１０と同じ回転数で回転翼１７２を回転させ、回転するブレードにより冷媒を圧送する。つまり、循環ポンプ１７０は、この回転翼１７２の回転により、第４ケース２０５の冷媒吸入孔１７４から流れ込んだ冷媒をユニット内流路２５０に圧送する。こうして送り出された冷媒は、モーター２１０の外郭となる第３ケース２０４のユニット内流路２５０に行き渡ると共に、ユニット内流路２５０の底面側で第３ケース２０４のケース外壁２０４ｂに設けた冷媒通過孔１７８から循環経路１６１（図１参照）を経て燃料電池１００に達し、循環経路１６１を循環する。また、第４ケース２０５には、孔内壁をテーパ雌ネジとする冷媒導出孔１７６が形成されている。この冷媒導出孔１７６は、テーパ雌ネジに螺合するテーパ雄ネジの栓１７６Ｓにて、通常は閉鎖され、冷媒交換等の際に、解放される。なお、冷媒導出孔１７６の形成位置については後述する。

以上説明した第１〜第４の各ケースとケースベース２０２は、いずれもアルミダイキャスト製であり、既述した各シール部材を介在させてボルトにて一体化されている。よって、電池補機ユニット２００は、各ケースにコンプレッサー１３０等を収容した状態のまま、車両搭載や点検のための取り外しにおいてケースごと取り扱われる。

また、第１〜第４の各ケースとケースベース２０２を用いてコンプレッサー１３０やモーター２１０等を組み込んだ電池補機ユニット２００では、モーター２１０とコンプレッサー１３０とを、モーター駆動軸２１２とコンプレッサー１３０の回転軸１３１とを向き合わせた上で、伝達機構２３０を介在させて対向配置させる。しかも、電池補機ユニット２００は、循環ポンプ１７０については、モーター駆動軸２１２を回転翼１７２の回転駆動軸として共有することで、モーター駆動軸２１２からモーター駆動力を循環ポンプ１７０に直接伝達して、モーター２１０に循環ポンプ１７０を近接配置させた。これら配置は、既述したようなケースの接合でなされる。

次に、電池補機ユニット２００の車両搭載の様子について説明する。図３は燃料電池搭載車両１０への電池補機ユニット２００の搭載の様子を車両側方から概略的に示す説明図、図４は燃料電池搭載車両１０への電池補機ユニット２００の搭載の様子を車両上方から概略的に示す説明図である。

電池補機ユニット２００は、燃料電池１００への酸素供給と冷媒の循環供給に関与する機器を有するので、供給管路の取り回しの簡便化、および管路の短縮化を図るため、燃料電池１００の近くに設置することが望ましい。よって、本実施例では、図３に示すように、燃料電池１００に電池補機ユニット２００を直接固定することとした。ユニット固定には、電池補機ユニット２００のケースから延びた二股の固定脚２０７を用いることとし、当該脚を、図４に示すように、モーター２１０の第３ケース２０４とコンプレッサー１３０の第１ケース２０１とから延ばして、燃料電池１００の固定用部材、例えばエンドプレート等に図示しないボルトにて固定した。

そして、図３に示すように、車体２０の前方に当たるフード２０Ｆの下方領域に、燃料電池１００と電池補機ユニット２００とを搭載することとした。こうした搭載に当たっては、車体幅方向左右において車両前後に延びる図示しないサイドフレームに掛け渡された図示しないクロスフレームに、電池補機ユニット２００を固定済みの燃料電池１００を載置固定すればよい。本実施例では、燃料電池１００および電池補機ユニット２００が、左右の前輪ＦＷの間に位置し、前輪駆動シャフトＦＷＳと干渉しないよう、車両前方側に搭載した。

しかも、燃料電池１００については、フード２０Ｆの下方領域の有効利用を図るべく、斜めに傾けて搭載し、電池補機ユニット２００については、燃料電池１００よりも更に車両前方側に位置させた。その上で、燃料電池１００は、電池補機ユニット２００と反対側に、コンバーター等の損傷抑制が望まれる基幹部品１０２を装着させている。こうした搭載姿勢において、電池補機ユニット２００は、固定脚２０７にて斜めに傾いて支えられ、その姿勢において、冷媒導出孔１７６を、ユニットケースの上方側、即ち図３における車両上下方向における第４ケース２０５の上方側に位置するようにした。また、電池補機ユニット２００は、固定脚２０７の間に、冷媒通過孔１７８が形成されたケース外壁２０４ｂの一部を延ばすと共に、モーター２１０の電源供給ケーブルが接続されるケーブル台座２０９を有する。電池補機ユニット２００が図３の姿勢で固定されている場合、冷媒通過孔１７８およびケーブル台座２０９は、車両前方側から見て電池補機ユニット２００のケース、詳しくはモーター２１０の外郭をなす第３ケース２０４に隠れることになる。

この他、本実施例では、図４に示すように、燃料電池１００および電池補機ユニット２００をトランスミッションＴＭに並べてフード２０Ｆの下方領域に載置すると共に、電池補機ユニット２００については、循環ポンプ１７０の回転駆動軸でもあるモーター２１０のモーター駆動軸２１２とコンプレッサー１３０の回転軸１３１を車幅方向に沿って並べた。

以上説明した構成を有する本実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、次の利点がある。

本実施例の燃料電池搭載車両１０では、燃料電池１００や空気供給系１４０、冷却系１６０等を含む燃料電池システムを車体２０に搭載するに当たり、空気供給系１４０に含まれるコンプレッサー１３０と、冷却系１６０に含まれる循環ポンプ１７０と、この両者の共通の駆動源であるモーター２１０とを、モーター駆動力をコンプレッサー１３０に伝達する伝達機構２３０を含んで、それぞれを第１ケース２０１等に収容して一体とした電池補機ユニット２００として取り扱うようにした（図２参照）。よって、車体２０への車体２０の組み込み搭載、或いは保守点検や交換等の際の取り外しの際の取扱が簡便となる。

しかも、コンプレッサー１３０や循環ポンプ１７０、共通のモーター２１０および伝達機構２３０をそれぞれのケースに収容して電池補機ユニット２００とするに当たり、モーター２１０の一方端側にコンプレッサー１３０を位置させた上で、モーター駆動軸２１２とコンプレッサー１３０の回転軸１３１とが向き合うようにして、モーター２１０とコンプレッサー１３０とを伝達機構２３０を介在させて対向配置させた（図２参照）。コンプレッサー１３０とモーター２１０のこうした対向配置を採ることで、伝達機構２３０の介在に要する分だけしか、モーター２１０とコンプレッサー１３０の両者を不用意に離さないようにできる。

この両者の配置のみならず、本実施例の電池補機ユニット２００では、循環ポンプ１７０についても、モーター２１０の他方端側に配置させた上で、モーター駆動軸２１２に循環ポンプ１７０の回転翼１７２を直接装着することで、循環ポンプ１７０へのモーター駆動力伝達をモーター駆動軸２１２から直接行うようにした。よって、図２からも明らかなように、循環ポンプ１７０とモーター２１０を近接配置できる。この結果、本実施例の燃料電池搭載車両１０によれば、燃料電池１００に不可欠なコンプレッサー１３０や、循環ポンプ１７０およびモーター２１０の機器配置的な集約を図った上でこれらを電池補機ユニット２００にてユニット化したので、システム小型化を図ることができる。しかも、電池補機ユニット２００によるユニット化により、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、燃料電池１００や電池補機ユニット２００の搭載性を高めることができると共に、フード２０Ｆの下方領域に占める搭載スペースも小さくできるので、燃料電池１００に付属する制御装置やコンバーター等の基幹部品１０２の搭載スペースも広くなり、その搭載の自由度を高めることができる。

また、コンプレッサー１３０等を上記したように集約して収容した電池補機ユニット２００については、これを固定脚２０７を介して燃料電池１００に固定するようにした（図３参照）。よって、燃料電池１００が運転中に発する熱を、固定脚２０７を経由して電池補機ユニット２００の第１ケース２０１等のケースに伝播できるので、燃料電池１００の放熱による冷却ができ、望ましい。しかも、本実施例では、第１ケース２０１〜第４ケース２０５の各ケースとケースベース２０２とをアルミダイキャスト製としたので、固定脚２０７を経由した燃料電池１００の放熱冷却の効率が高まり、燃料電池１００の運転維持の観点からも有益となる。

加えて、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、電池補機ユニット２００に上記したように集約して収容したコンプレッサー１３０と循環ポンプ１７０とをモーター２１０にて運転させるに当たり、循環ポンプ１７０については、モーター２１０のモーター駆動軸２１２にてモーター回転で回転翼１７２を回転駆動し、コンプレッサー１３０にあっては、伝達機構２３０を介在させて、回転軸１３１を回転駆動させた。しかも、コンプレッサー１３０については、伝達機構２３０におけるモーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３のギヤ歯列の比で定まる割合でモーター２１０の回転を加速調整して、回転軸１３１を回転駆動させた。このため、次の利点がある。

燃料電池１００のカソードでは、電気化学反応の進行に伴い水が生成する。このため、この生成水を電池外に持ち出すため、カソードには、発電に必要な空気量を上回る多流量の空気を圧縮して供給される。本実施例で採用したルーツ式或いはスクリュー式の２軸同期運転のコンプレッサー１３０では、こうした多流量での空気の圧縮供給に対処すべく、例えば２０，０００ｒｐｍ程度を上限とする回転数での回転駆動が求められる。その一方、循環ポンプ１７０については、燃料電池１００を含む循環経路１６１における冷媒循環の維持ができればよいことから、多流量での冷媒供給は必要とされない。

こうしたコンプレッサー１３０および循環ポンプ１７０について求められる運転状況（回転状況）の相違と、伝達機構２３０を介したコンプレッサー１３０へのモーター駆動力伝達、循環ポンプ１７０への直接のモーター駆動力伝達を考慮し、本実施例では、循環ポンプ１７０に冷媒循環を図る上で回転駆動状況、例えば８，０００ｒｐｍ程度を上限とする回転数での回転駆動となるようモーター２１０を回転駆動することとした。そして、モーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３を加速調整が可能なギヤ比とすることで、コンプレッサー１３０についても２０，０００ｒｐｍ程度を上限とする回転数での回転駆動を図ることとした。つまり、冷媒循環に求められる回転駆動状況が循環ポンプ１７０にて得られるようにモーター２１０を回転駆動するだけで、コンプレッサー１３０についても加速調整を経て、多流量での空気の圧縮供給に求められる回転駆動状況とできる。この結果、モーター２１０を、比較的高速な回転駆動が求められるコンプレッサー１３０に合わせて高速回転駆動する必要となるので、モーター能力を不用意に大能力化する必要が無くなり、モーター２１０の小型化のみならずモーター体格の小型化も可能となるので、システム、具体的には電池補機ユニット２００の小型化を図ることができる。また、循環ポンプ１７０を冷媒循環に求められる回転駆動状況とすれば足りるので、循環ポンプ１７０の外郭をなす第４ケース２０５の固定の際のシール性や、ユニット内のユニット内流路２５０および循環経路１６１におけるシール性の確保も簡便となり、シールの信頼性を確保できる。

また、コンプレッサー１３０等を上記したように集約して電池補機ユニット２００に収容するに当たり、モーター２１０の外郭をなす第３ケース２０４を、内側ケース２０４ａとこれを取り囲むケース外壁２０４ｂとで構成して、ケースの間を循環ポンプ１７０からの冷媒が通過するユニット内流路２５０とした。このため、モーター２１０についても、ユニット内流路２５０を通過する冷媒によりその外部から冷却できる。よって、モーター２１０の能力維持の実効性を高めることができると共に、モーター外郭をなす第３ケース２０４における放熱面積確保のための構成の簡略化或いは省略が可能となり、モーター体格の小型化、延いては電池補機ユニット２００の小型化を図ることができる。

この他、コンプレッサー１３０等を上記したように集約して収容した電池補機ユニット２００において、ユニット内流路２５０に冷媒導出孔１７６を形成し、当該導出孔を通常は栓１７６Ｓにて閉塞するようにした。その上で、図３に示すように、燃料電池１００と電池補機ユニット２００およびこれと反対側の基幹部品１０２をフード２０Ｆの下方領域に斜めに傾けて搭載した搭載姿勢（以下、傾斜搭載姿勢と称する）において、冷媒導出孔１７６を、車両上下方向における第４ケース２０５の上方側に位置するようにした。よって、冷媒注入や冷媒交換に伴って循環経路１６１或いはユニット内流路２５０に気泡が混入しても、その混入気泡を、ケース上方の冷媒導出孔１７６から容易に外部に排出して、できるだけ気泡が存在しない状態で、冷媒を循環供給できる。このため、循環ポンプ１７０による冷媒の循環供給に際しての残存気泡による圧損を抑制して、安定した冷媒供給を図ることができる。

また、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、電池補機ユニット２００に集約して収容したモーター２１０の第３ケース２０４において、循環ポンプ１７０の集約配置側に環状体２１８を組み込むと共に、当該環状体形成位置から延びる排水孔２１９を、傾斜搭載姿勢の電池補機ユニット２００において鉛直下方を向くようにした。このため、モーター２１０に近接配置された循環ポンプ１７０の側から環状体２１８にまで水が浸入しても、その水を、環状体２１８にて保水した後に、排水孔２１９から第３ケース２０４の外部に水の自重により容易に排出できる。よって、水の浸入によるモーター２１０の損傷回避、延いては駆動不良を抑制できる。

加えて、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、燃料電池１００や電池補機ユニット２００をフード２０Ｆの下方領域に搭載するに当たり、傾斜搭載姿勢の電池補機ユニット２００については、燃料電池１００よりも更に車両前方側に位置させた。このため、電池補機ユニット２００と反対側の燃料電池１００の側を広くできるので、フード２０Ｆの下方領域の有効利用を図ることができ、損傷抑制が望まれる基幹部品１０２の搭載性が高まる。

また、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、電池補機ユニット２００と燃料電池１００をフード２０Ｆの下方領域に搭載するに当たり、車両前方側にモーター２１０の外郭をなす第３ケース２０４が位置するようにした（図３〜４参照）。個のため、仮に燃料電池搭載車両１０がその前方側で衝突したとすると、その衝撃荷重を車両前方側に位置する高剛性のモーター２１０にて受けることができるので、電池補機ユニット２００におけるモーター以外の部品は元より、燃料電池１００や基幹部品１０２等の他の部品の損傷を抑制できる。

また、本実施例の燃料電池搭載車両１０では、電池補機ユニット２００と燃料電池１００をフード２０Ｆの下方領域に搭載するに当たり、電池補機ユニット２００の固定に用いる固定脚２０７の間に、冷媒通過孔１７８や電源供給ケーブル接続用のケーブル台座２０９を設け、その上で、車両前方側から見て電池補機ユニット２００、詳しくはモーター２１０の外郭をなす第３ケース２０４に冷媒通過孔１７８やケーブル台座２０９が隠れるようにした。このため、仮に燃料電池搭載車両１０がその前方側で衝突したとしても、高剛性のモーター２１０がその衝撃荷重を受けることと相まって、冷媒通過孔１７８やケーブル台座２０９の損傷を抑制でき、冷媒漏洩やケーブル接続部損傷を回避もしくは抑制できる。

次に、他の実施例について説明する。この第２実施例では、電池補機ユニットにおけるコンプレッサー１３０とモーター２１０の対向配置関係は同じであるものの、循環ポンプ１７０をコンプレッサー１３０の側に並べて設けて、モーター駆動力を伝達するようにした点に特徴がある。図５は第２実施例の電池補機ユニット２００Ａを断面視してその内部構成を概略的に示す説明図、図６は図５を６−６線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図、図７は図５を７−７線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図、図８は図５を８−８線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図、図９は図５を９−９線で断面視して概略的にその構成を示す概略断面図ある。なお、以下の説明に当たっては、既述した電池補機ユニット２００と同一の機能を果たす部材についてはその説明を省略し、電池補機ユニット２００の説明で用いた符号を用いることとする。

図５に示すように、この電池補機ユニット２００Ａにあっても、既述した電池補機ユニット２００と同様、コンプレッサー１３０Ａと、循環ポンプ１７０Ａと、モーター２１０Ａと、モーター駆動力の伝達機構２３０Ａとをケース内に収容して備える。ユニットケースは、各パーツに対応して区画されているが、この実施例では、コンプレッサー１３０Ａと循環ポンプ１７０Ａを並べて配置して、これを第１ケース２０１とケースベース２０２に収容し、第２ケース２０３に伝達機構２３０Ａを収容し、第３ケース２０４にモーター２１０Ａを収容し、ケースで上記の各パーツの外郭をなす。

コンプレッサー１３０Ａにあっても、図６〜図８に示すように、二つの回転軸１３１を並んで備えたルーツ式或いはスクリュー式の２軸同期運転の構成とされ、それぞれの回転軸１３１を両端で軸支する。この実施例では、循環ポンプ１７０Ａとコンプレッサー１３０Ａを、それぞれの回転軸が並ぶように並列配置する。こうした配置に対処すべく、第１ケース２０１は、コンプレッサー収容室２０１ｂと、循環ポンプ１７０Ａの流路構成部材であるインタークーラー収納室２０１ｃとを備え、両収納室を連通孔２０１ｄで繋ぎ、インタークーラー収納室２０１ｃの外壁には通気孔１３９を備える。吸入孔１３７（図５参照）から吸入された空気は、コンプレッサー収容室２０１ｂにてコンプレッサー１３０Ａにて圧縮された後、連通孔２０１ｄを経てインタークーラー収納室２０１ｃに入り込み、通気孔１３９から酸素供給経路１４１（図１参照）を経て燃料電池１００のカソードに供給される。圧縮された空気は、通過面積が絞られた連通孔２０１ｄを通過した後、当該連通孔より拡張したインタークーラー収納室２０１ｃに入り込むので、空気通過時の脈動を抑制して、圧縮空気を酸素供給経路１４１に供給できる。また、通気孔１３９は、インタークーラー収納室２０１ｃにおいてその長手方向で連通孔２０１ｄと離れているので、上記した脈動抑制の実効性が高まる。

図５および図７に示すように、ケースベース２０２は、循環ポンプ１７０Ａの回転翼１７２を組み込むポンプ室１８０を、第１ケース２０１のインタークーラー収納室２０１ｃに繋がるよう備え、その反対側に同期ギヤ２３１のギヤ収納室２０２ａを備える。コンプレッサー収容室２０１ｂに収容されて隣り合うコンプレッサー１３０Ａは、ギヤ収納室２０２ａにおいて同一の同期ギヤ２３１を噛み合わせ、循環ポンプ１７０Ａは、ポンプ回転軸１７１をポンプ室１８０に組み込まれた回転翼１７２から第２ケース２０３のギヤ収納室２０３ａまで突出させている。ケースベース２０２は、このポンプ回転軸１７１をベアリング１３２で軸支すると共に、二つのモーターシール部材２１６でシールした上で、環状体２１８と排水孔２１９により既述した水排出を図っている。また、ケースベース２０２は、コンプレッサー１３０Ａの二つの回転軸１３１についても、これをベアリング１３２で軸支し、第１シール部材１３３でシールを図る。第１ケース２０１とケースベース２０２は、既述したようにアルミダイキャスト製であり、機械加工を経てベアリング１３２や、第１シール部材１３３、モーターシール部材２１６等の収納孔を備える。つまり、ケースベース２０２での加工精度を確保すれば、回転軸１３１やポンプ回転軸１７１の回転軸支は達成できるので、組み付け工程での精度確保が容易となる。

コンプレッサー収容室２０１ｂに収容されて隣り合うコンプレッサー１３０Ａの一方（図５に示すコンプレッサー１３０Ａ）は、図７においては左方に位置し、当該コンプレッサー１３０Ａは、ギヤ収納室２０２ａまでしか回転軸１３１を延ばしていない。他方のコンプレッサー１３０Ａ、即ち図７における右方のコンプレッサー１３０Ａは、回転軸１３１を第２ケース２０３のギヤ収納室２０３ａまで突出させ、当該ギヤ収納室内で従動ギヤ２３３を備える（図５、図８参照）。

循環ポンプ１７０Ａは、インタークーラーパーツ１９０を第１ケース２０１のインタークーラー収納室２０１ｃに収容して備える。インタークーラーパーツ１９０は、先端側筒状体１９１の側で、第１ケース２０１に設置された硬質ゴム製のパッキン１９２とその外側の保持リング１９３でシール保持され、基部側においてはインタークーラー収納室２０１ｃの内壁で保持される。また、このインタークーラーパーツ１９０は、カバープレート１９４により、第１ケース２０１の端面に固定されている。つまり、インタークーラーパーツ１９０はいわゆる両持ち保持されて固定されていることから、冷媒の浸入に伴う不用意な振れが抑制されることになる。この場合、インタークーラーパーツ１９０を先端側が小径のテーパー形状とし、パッキン１９２の貫通孔をテーパー状の孔とすれば、保持シール性が高まり好ましい。インタークーラーパーツ１９０に流入した冷媒は、当該パーツ内の流路を通過した後に先端側筒状体１９１からケースベース２０２のポンプ室１８０に入り込む。ポンプ室１８０から第３ケース２０４のユニット内流路２５０までは、後述の冷媒連通路１７７が延びているので、ポンプ室１８０に入り込んだ冷媒は、回転翼１７２の回転によりユニット内流路２５０に圧送される。

この実施例の電池補機ユニット２００Ａにあっても、第１ケース２０１の反対側でケースベース２０２に接合する第２ケース２０３のギヤ収納室２０３ａに伝達機構２３０Ａを収容する。伝達機構２３０Ａでは、図５と図８に示すように、モーター２１０Ａのモーターの駆動力をコンプレッサー１３０Ａに伝達するモーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３の他、ポンプ側従動ギヤ１７３とを有し、コンプレッサー１３０Ａの同期ギヤ２３１については、ケースベース２０２のギヤ収納室２０２ａに収容させる。つまり、ケースベース２０２では、ポンプ室１８０やポンプ回転軸１７１の軸支構成が必要なため、ケースベース２０２の厚み方向の有効利用（ギヤ収納室２０２ａの形成・同期ギヤ２３１の収容）を図ることで、第２ケース２０３を薄肉化し、その分の省スペース化を図っている。

伝達機構２３０Ａは、上記したギヤ構成を有することから、モーター駆動軸２１２の回転を、モーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３の噛み合いにより、従動ギヤ２３３を有する回転軸１３１に伝達する。この際は、電池補機ユニット２００において既述したように定まる加速調整を経て、二つのコンプレッサー１３０Ａにモーター駆動軸２１２の回転が伝達される。また、伝達機構２３０Ａは、循環ポンプ１７０Ａについても、モーター駆動軸２１２の回転を、モーター駆動ギヤ２３２とポンプ側従動ギヤ１７３の噛み合いにより、ポンプ回転軸１７１に伝達する。これにより、循環ポンプ１７０Ａは、回転翼１７２を回転させて冷媒を圧送する。この実施例でも、モーター２１０Ａの回転数は、循環ポンプ１７０Ａに望まれる冷媒圧送状況に適合したものとされている。

第２ケース２０３は、既述したようにモーター駆動ギヤ２３２と従動ギヤ２３３およびポンプ側従動ギヤ１７３を収容する都合から、その外郭形状を、図８に示すように、モーター収容用の第３ケース２０４の一部の外郭と、ケースベース２０２の一部の外郭を繋げた形状とする。そして、この第２ケース２０３は、図８に示すようにケースベース２０２を下にして重なった状態において、冷媒連通路１７７をケースベース２０２から連続するように備える。

第３ケース２０４は、第２ケース２０３の側で開口し他方側で閉塞した中空形状の内側ケース２０４ａとこれを取り囲むケース外壁２０４ｂとを有し、このケース外壁２０４ｂにてモーター２１０Ａの外郭をなす。この第３ケース２０４は、内側ケース２０４ａとケース外壁２０４ｂの間を図１にて示したユニット内流路２５０とすると共に、第２ケース２０３と接合してモーター２１０Ａを内側ケース２０４ａに収容する。モーター２１０Ａは、回転子２１３を有するモーター駆動軸２１２を、第２ケース２０３に組み込んだベアリング２１４と第３ケース２０４の閉塞壁２０４ｃに組み込んだベアリング２１５にて、両端で軸支する。モーター駆動軸２１２は、一端側が第２ケース２０３のギヤ収納室２０３ａにまで延び、当該収納室で、モーター駆動ギヤ２３２と固定されている。モーター２１０Ａは、既述したモーター２１０とその構成において変わるものではないので、説明は省略する。

モーター２１０Ａを収容する第３ケース２０４は、モーター外郭をなした上で、図９に示すように、第２ケース２０３を下にして重なり、この状態において、冷媒連通路１７７をケースベース２０２および第２ケース２０３から連続するように備える。この場合、第３ケース２０４は、ユニット内流路２５０を内側ケース２０４ａに沿って図における下端側で離れた円弧状軌跡で備え、冷媒連通路１７７をこのユニット内流路２５０の一端側底部に備え、ユニット内流路２５０の他端側には、冷媒流出用の冷媒通過孔１７８を有する。この冷媒通過孔１７８は、図９における紙面手前側に位置し、図５では閉塞壁２０４ｃに形成されている。また、第３ケース２０４は、ケース外壁２０４ｂの段差部にケーブル台座２０９を備え、当該台座より奥側のケース内部を、ケーブル引き回し領域とする。なお、この電池補機ユニット２００Ａにあっても、第１〜第３の各ケースとケースベース２０２は、いずれもアルミダイキャスト製であり、シール部材介在の上でのボルト固定により一体化されている。

また、電池補機ユニット２００Ａにあっても、第１〜第３の各ケースとケースベース２０２を用いたコンプレッサー１３０Ａやモーター２１０Ａ等の組み込み、および、モーター駆動軸２１２とコンプレッサー１３０Ａの回転軸１３１とを向き合わせた上でのモーター２１０Ａとコンプレッサー１３０Ａの対向配置、この際の伝達機構２３０Ａの介在等にあっては、電池補機ユニット２００と同様である。そして、この電池補機ユニット２００Ａでは、循環ポンプ１７０Ａについては、コンプレッサー１３０Ａの収容用の第１ケース２０１に、回転軸１３１とポンプ回転軸１７１とが並ぶようにして収容した上で、ポンプ側従動ギヤ１７３とモーター駆動ギヤ２３２の噛み合わせにより、モーター駆動力を循環ポンプ１７０Ａに伝達する。これら配置は、既述したようなケースの接合でなされる。

次に、電池補機ユニット２００の車両搭載の様子について説明する。図１０は図３相当図であり電池補機ユニット２００Ａの搭載の様子を車両側方から概略的に示す説明図、図１１は図４相当図であり電池補機ユニット２００Ａの搭載の様子を車両上方から概略的に示す説明図である。

図示するように、この実施例の電池補機ユニット２００Ａにあっても、燃料電池１００に固定脚２０７を介して直接固定した上で、車体２０の前方に当たるフード２０Ｆの下方領域に、燃料電池１００と共に傾斜搭載姿勢で燃料電池搭載車両１０Ａに搭載して、フード２０Ｆの下方領域の有効利用を図った。また、燃料電池１００よりも車両前方側に電池補機ユニット２００Ａを位置させた上で、電池補機ユニット２００と反対側に基幹部品１０２を装着させた。こうした搭載姿勢における冷媒導出孔１７６のユニットケース上方配置、冷媒通過孔１７８およびケーブル台座２０９の配置等も、既述した電池補機ユニット２００と同様である。

以上説明した構成を有する電池補機ユニット２００Ａにあっても、モーター２１０Ａとコンプレッサー１３０Ａの対向配置等の構成で電池補機ユニット２００と共通することから、既述した効果を奏することができる。そして、電池補機ユニット２００Ａでは、循環ポンプ１７０Ａを、コンプレッサー１３０Ａの収容用の第１ケース２０１とケースベース２０２とに収容して、電池補機ユニット２００における循環ポンプ１７０の収容用の第４ケース２０５を省略した。しかも、循環ポンプ１７０Ａへのモーター駆動力伝達については、伝達機構２３０Ａにおいて、コンプレッサー１３０Ａへの動力伝達用の従動ギヤ２３３の噛み合わせ対象であるモーター駆動ギヤ２３２に、ポンプ側従動ギヤ１７３を噛み合わせた。これらの結果、電池補機ユニット２００Ａにおいては、向かい合う回転軸１３１とモーター駆動軸２１２の軸方向のユニット寸法を短寸化でき、ユニットの小型化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の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て実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、コンプレッサー１３０とモーター２１０とを対向配置等した電池補機ユニット２００を燃料電池１００とともに車両に搭載する場合を例に挙げ説明したが、燃料電池１００とガス供給用のコンプレッサーおよび電池冷却用の循環ポンプに加えてモーターを有する発電施設についても適用できる。この他、ガス供給と冷却が必要とするガス消費機器を含むシステムについても適用できる。

１０〜１０Ａ…燃料電池搭載車両
２０…車体
２０Ｆ…フード
４０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…基幹部品
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素供給経路
１２２…循環経路
１２３…流量調整バルブ
１２４…循環ポンプ
１２５…排出管路
１２６…開閉バルブ
１３０〜１３０Ａ…コンプレッサー
１３１…回転軸
１３２…ベアリング
１３３…第１シール部材
１３４…第２シール部材
１３５…回転部材
１３７…吸入孔
１３８…貫通孔
１３９…通気孔
１４０…空気供給系
１４１…酸素供給経路
１４２…放出経路
１４３…排出流量調整バルブ
１４４…エアクリーナー
１５０…ラジエター
１５２…ファン
１６０…冷却系
１６１…循環経路
１６２…バイパス経路
１６３…三方流量調整弁
１７０〜１７０Ａ…循環ポンプ
１７１…ポンプ回転軸
１７２…回転翼
１７３…ポンプ側従動ギヤ
１７４…冷媒吸入孔
１７６…冷媒導出孔
１７６Ｓ…栓
１７７…冷媒連通路
１７８…冷媒通過孔
１８０…ポンプ室
１９０…インタークーラーパーツ
１９１…先端側筒状体
１９２…パッキン
１９３…保持リング
１９４…カバープレート
２００〜２００Ａ…電池補機ユニット
２０１…第１ケース
２０１ａ…内部支持壁
２０１ｂ…コンプレッサー収容室
２０１ｃ…インタークーラー収納室
２０１ｄ…連通孔
２０２…ケースベース
２０２ａ…ギヤ収納室
２０３…第２ケース
２０３ａ…ギヤ収納室
２０４…第３ケース
２０４ａ…内側ケース
２０４ｂ…ケース外壁
２０４ｃ…閉塞壁
２０５…第４ケース
２０７…固定脚
２０９…ケーブル台座
２１０〜２１０Ａ…モーター
２１２…モーター駆動軸
２１３…回転子
２１４〜２１５…ベアリング
２１６…モーターシール部材
２１７…誘導コイル
２１８…環状体
２１９…排水孔
２２０…第３シール部材
２３０〜２３０Ａ…伝達機構
２３１…同期ギヤ
２３２…モーター駆動ギヤ
２３３…従動ギヤ
２５０…ユニット内流路
３００…制御装置
３１０…アクセル
ＴＭ…トランスミッション
ＦＷ…前輪
ＦＷＳ…前輪駆動シャフト

Claims (7)

1. ガス消費機器にガスを供給するガス供給系と、前記ガス消費機器を冷媒通過経路として冷媒を循環させ前記冷媒により前記ガス消費機器の冷却を図る冷却系とを有するガス消費システムであって、
   前記ガス供給系に含まれ、ガスの供給ために回転駆動する回転駆動部材を有するガス供給機器と、
   前記冷却系に含まれ、冷媒循環のために回転駆動する回転駆動部材を有する冷媒供給機器と、
   前記ガス供給機器および前記冷媒供給機器の共通の駆動源となるモーターとを備え、
   該モーターの駆動力を前記ガス供給機器に伝達する伝達機構を介在させて、前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記モーターのモーター駆動軸が前記ガス供給機器の前記回転駆動部材と向き合うように対向配置させ、
   モーター駆動力を前記モーターのモーター駆動軸から直接もしくは前記伝達機構を介して前記冷媒供給機器に伝達するように、前記冷媒供給機器を配置すると共に、
   前記冷媒供給機器が冷媒循環に求められる回転駆動状況となるよう前記モーターを回転駆動して、前記モーター駆動力を前記冷媒供給機器に伝達し、
   前記伝達機構は、前記モーターの回転数の加速調整を経て、前記ガス供給機器をガス供給に求められる回転駆動状況とする
   ガス消費システム。
2. 供給を受けた燃料ガスと酸素含有の酸化ガスを消費しつつ発電する燃料電池と、それぞれのガスの供給系と、燃料電池を冷媒通過経路として冷媒を循環させ前記冷媒により前記燃料電池の冷却を図る冷却系とを有する燃料電池システムであって、
   前記酸化ガスの供給系である酸化ガス供給系に含まれ、前記酸化ガスの供給のために回転駆動する回転駆動部材を有するガス供給機器と、
   前記冷却系に含まれ、冷媒循環のために回転駆動する回転駆動部材を有する冷媒供給機器と、
   前記ガス供給機器および前記冷媒供給機器の共通の駆動源となるモーターとを備え、
   該モーターの駆動力を前記ガス供給機器に伝達する伝達機構を介在させて、前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記モーターのモーター駆動軸が前記ガス供給機器の前記回転駆動部材と向き合うように対向配置させ、
   モーター駆動力を前記モーターのモーター駆動軸から直接もしくは前記伝達機構を介して前記冷媒供給機器に伝達するように、前記冷媒供給機器を配置すると共に、
   前記冷媒供給機器が冷媒循環に求められる回転駆動状況となるよう前記モーターを回転駆動して、前記モーター駆動力を前記冷媒供給機器に伝達し、
   前記伝達機構は、前記モーターの回転数の加速調整を経て、前記ガス供給機器を酸化ガス供給に求められる回転駆動状況とする
   燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   更に、脚を有するケースを備え、
   該ケースに、前記伝達機構を介在させて対向配置する前記モーターと前記ガス供給機器とを、前記冷媒供給機器と共に収容し、
   前記ケースを前記脚を介して前記燃料電池に固定した、燃料電池システム。
4. 前記モーターを取り囲む前記ケースのモーター包囲周壁に、前記冷媒供給機器を通過する冷媒のケース内流路を有する、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記ケース内流路に栓止めされた冷媒導出孔を形成し、該冷媒導出孔は、前記ケースがその固定箇所に固定された状況において、ケース上方側に位置する請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 車両であって、
   請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載するに当たり、前記モーターのモーター駆動軸と前記冷媒供給機器の回転駆動軸および前記ガス供給機器の回転駆動軸を車幅方向に沿って並べた上で、前記燃料電池と前記モーターと前記冷媒供給機器および前記ガス供給機器を車両のフードの下のフード下方領域に搭載する、車両。
7. 前記フード下方領域において、車両前方側を前記モーターの外郭が占めるよう前記燃料電池システムを搭載した請求項６に記載の車両。

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