JP5736996B2 - Ventilation structure of fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池スタックの換気構造に関し、特に移動体に搭載される燃料電池スタックの換気構造に関する。 The present invention relates to a ventilation structure for a fuel cell stack, and more particularly to a ventilation structure for a fuel cell stack mounted on a moving body.
燃料電池スタックがハイブリッド自動車や電気自動車等の移動体に搭載される場合、燃料電池スタックは、専用のケースに収納されて車両の所定位置に搭載される。燃料電池では、反応ガスとして水素ガスが用いられ、この水素が燃料電池スタックから仮に漏洩した場合であっても漏洩水素が滞留して水素濃度が上昇することのないように、漏洩水素を外部に拡散するための通気口が設けられる。また、燃料電池スタックへの水の浸入を防止するために、収納ケースの通気口を水素透過膜で塞ぐ技術が提案されている。 When the fuel cell stack is mounted on a moving body such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, the fuel cell stack is housed in a dedicated case and mounted at a predetermined position of the vehicle. In a fuel cell, hydrogen gas is used as a reaction gas, and even if this hydrogen leaks from the fuel cell stack, the leaked hydrogen is externally disposed so that the leaked hydrogen does not stay and the hydrogen concentration does not increase. A vent is provided for diffusion. In order to prevent water from entering the fuel cell stack, a technique for closing the vent of the storage case with a hydrogen permeable membrane has been proposed.
下記の特許文献1には、液体は透過しないが気体は透過するガス透過膜(好ましくは水素透過膜)を備える燃料電池用ケースにおいて、ガス透過膜を保護する保護手段を備えることが開示されている。保護手段としては、ガス透過膜を透過したガスを内側に滞留させることがないものであり、且つ、外力が作用した場合でも破損しないだけの強度を有するものとしている。 Patent Document 1 listed below discloses that a case for a fuel cell including a gas permeable membrane (preferably a hydrogen permeable membrane) that does not transmit liquid but allows gas to pass is provided with a protective means for protecting the gas permeable membrane. Yes. The protection means is such that the gas that has passed through the gas permeable membrane is not retained inside, and has a strength that does not cause damage even when an external force is applied.
また、特許文献2には、車両に搭載される燃料電池スタックを収納する収納ケースは、燃料電池スタックを収納する筐体と、筐体の上部側に設けられた開口部を備え、開口部はその開口面が車両の走行により発生する移動風(車速風)の流れ方向の上流側が下流側よりも高くなる傾斜を有するように形成されることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that a storage case for storing a fuel cell stack mounted on a vehicle includes a housing for storing the fuel cell stack, and an opening provided on the upper side of the housing. It is disclosed that the opening surface is formed so that the upstream side in the flow direction of moving wind (vehicle speed wind) generated by traveling of the vehicle is higher than the downstream side.
図4に、特許文献2に記載された燃料電池スタック用ケースを示す。燃料電池スタックFCを収納した収納ケース20は、車両のフロアパネルFP下に、支持部材80により固定される。フロアパネルFPと収納ケース20との間には、所定のクリアランスが確保され、車両が進行方向に走行すると、当該クリアランスにはその走行により発生する移動風(車速風)が流れる。収納ケース20は、燃料電池スタックFCを収納する筐体30と、筐体30の上部側に設けられた開口部50を備える。開口部50の開口面には、全面的に水素透過膜40が貼り付けられ、開口部50が水素透過膜40により塞がれている。水素透過膜40は、水は透過しないが水素や空気等の気体は透過する材料で形成される。収納ケース20は、開口部50は、移動風の流れ方向の上流側が下流側よりも高くなるように形成され、埃等が移動風に運ばれてフロアパネルFPと収納ケース20との隙間に流入しても、これらが水素透過膜40の上面に付着し難い構成となっている。
FIG. 4 shows a fuel cell stack case described in Patent Document 2. The
開口部を移動風の流れ方向の上流側が下流側よりも高くなるように形成することで、埃等が水素透過膜の上面に付着することを有効に防止できるが、移動風が水素透過膜に直接的に当たることで、水素透過膜が振動し、水素透過膜の耐久性に多少なりとも影響を与える可能性も想定され得る。また、開口部の上方に搭載スペースが少ない場合には、水素透過膜40の必要面積を確保できない事態が想定される。開口部を下流側から上流側に向けて高くするとともに、さらに上流側に向けて再び低くなるように凸形状とすることも考えられるが、水素透過膜の必要面積は確保できるが走行風の影響を直接受けてしまう部位が生じてしまうことに変わりない。
By forming the opening so that the upstream side in the flow direction of the moving wind is higher than the downstream side, dust and the like can be effectively prevented from adhering to the upper surface of the hydrogen permeable membrane, It can be assumed that the direct hitting may cause the hydrogen permeable membrane to vibrate and affect the durability of the hydrogen permeable membrane to some extent. In addition, when the mounting space is small above the opening, it is assumed that the required area of the hydrogen
本発明の目的は、燃料電池スタックの換気性を確保しつつ、移動風が必要以上に燃料電池スタック内に流入することを抑制し、かつ、水素透過膜の振動も有効に防止できる換気構造を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a ventilation structure that can prevent the moving air from flowing into the fuel cell stack more than necessary and can effectively prevent vibration of the hydrogen permeable membrane while ensuring the ventilation of the fuel cell stack. It is to provide.
本発明は、移動体に搭載される燃料電池スタックの換気構造であって、燃料電池スタックを収納する収納ケースに設けられた第1開口部と、前記第1開口部を覆う換気カバーに設けられ、前記第1開口部と対向する位置に形成された第2開口部と、前記第2開口部を覆う水素透過膜とを備え、前記換気カバーは、前記移動体の進行方向と略垂直方向の車幅方向に並設された2つのユニットを互いに接合して構成され、前記移動体の進行方向視で水平面に対して傾斜面を有するとともに、前記2つのユニットの接合部位において最も高くなるように形成されることを特徴とする。 The present invention is a ventilation structure for a fuel cell stack mounted on a mobile body, and is provided in a first opening provided in a storage case that stores the fuel cell stack, and a ventilation cover that covers the first opening. , A second opening formed at a position facing the first opening, and a hydrogen permeable membrane covering the second opening, wherein the ventilation cover is substantially perpendicular to the moving direction of the moving body . Two units arranged side by side in the vehicle width direction are joined to each other, have an inclined surface with respect to a horizontal plane when viewed in the traveling direction of the moving body, and are highest at the joint portion of the two units. It is formed .
本発明によれば、第1開口部及び第2開口部より燃料電池スタックの換気性が確保されるとともに、換気カバーの傾斜面は移動体の進行方向に対して略垂直方向に形成されているため、移動風の必要以上の流入を抑制することができる。また、本発明によれば、換気カバーの上方に搭載スペースが少ない場合においても、換気カバーの突出量を抑制しつつ換気性を確保できる。 According to the present invention, the ventilation performance of the fuel cell stack is ensured by the first opening and the second opening, and the inclined surface of the ventilation cover is formed in a direction substantially perpendicular to the moving direction of the moving body. Therefore, the inflow of the moving wind more than necessary can be suppressed. Further, according to the present invention, even when the mounting space is small above the ventilation cover, it is possible to ensure ventilation while suppressing the protrusion amount of the ventilation cover.
また、本発明によれば、換気カバーの傾斜面に移動風が直接的に当たらないため、移動風による換気カバーの振動も抑制される。 Moreover, according to this invention, since a moving wind does not directly hit the inclined surface of a ventilation cover, the vibration of the ventilation cover by a moving wind is also suppressed.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の燃料電池スタックは、図4に示された従来の燃料電池スタックと同様に、収納ケースに収納され、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両のフロアパネル下に、支持部材により固定される。また、フロアパネルと収納ケースとの間には、所定のクリアランスが確保されており、車両が進行方向に走行すると、当該クリアランスにはその走行により発生する移動風が流れる。燃料電池スタックは、固体高分子型燃料電池セルを積層して構成され、反応ガスとして水素ガス及び空気が供給される。 Similar to the conventional fuel cell stack shown in FIG. 4, the fuel cell stack according to the present embodiment is housed in a housing case and fixed under a floor panel of a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle by a support member. . Further, a predetermined clearance is secured between the floor panel and the storage case, and when the vehicle travels in the traveling direction, a moving wind generated by the travel flows through the clearance. The fuel cell stack is configured by stacking solid polymer fuel cells, and hydrogen gas and air are supplied as reaction gases.
燃料電池スタックの収納ケースは、燃料電池スタックを密封するようなシール構造であるが、その上部側には開口部が形成され、反応ガスである水素ガスが仮に漏洩した場合でも漏洩水素が収納ケース内に滞留して水素濃度が上昇することがないように、この開口部を介して外部に拡散させる。開口部には、全面的に水素透過膜が貼り付けられる。水素透過膜は、水は透過しないが水素や空気等の気体は透過する材料で構成される。 The storage case of the fuel cell stack has a sealing structure that seals the fuel cell stack, but an opening is formed on the upper side of the storage case, and even if hydrogen gas as a reaction gas leaks, the leaked hydrogen is stored in the storage case. It is diffused to the outside through this opening so that it does not stay inside and increase the hydrogen concentration. A hydrogen permeable film is stuck on the entire surface of the opening. The hydrogen permeable membrane is made of a material that does not transmit water but allows gas such as hydrogen and air to pass through.
図1に、本実施形態における燃料電池スタックの換気構造を示す。収納ケースに収納された燃料電池スタックを上部側から見た斜視図である。 FIG. 1 shows a ventilation structure of a fuel cell stack in the present embodiment. It is the perspective view which looked at the fuel cell stack accommodated in the storage case from the upper side.
収納ケース上部には、換気カバー10が設けられ、この換気カバー10には合計で4つの開口部12,14が形成される。開口部12,14にはそれぞれ水素透過膜が貼り付けられ、これにより収納ケースの開口部及び換気カバーの開口部12,14が塞がれる。本実施形態の換気カバー10は、2つの換気カバーユニット10a,10bからなり、これらの換気カバーユニット10a,10bを接合して構成される。2つの換気カバーユニット10a,10bは同一平面上ではなく、接合面における高さが最も高くなるように傾斜して形成される。より具体的には、図1に示すように、2つの換気カバーユニット10a,10bは、車両進行方向に対して略垂直方向に並設され、2つのユニット10a,10bの接合部において最も高くなるように、車両進行方向に対して略垂直方向(車両の車幅方向)に傾斜するように形成される。
A
図2に、本実施形態における燃料電池スタックの換気構造を上部から見た平面図を示す。燃料電池スタックを収納する収納ケース15の上部には、開口部(第1開口部)16が形成される。開口部16は、車両の車幅方向に延在した略楕円形状であり、車両の進行方向に沿って複数個形成される。図では、開口部16は車両進行方向に沿って合計4個示されているが、もちろんこれは例示であって、その数は限定されない。また、収納ケース15は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属、強化プラスチックから構成される。
In FIG. 2, the top view which looked at the ventilation structure of the fuel cell stack in this embodiment from the upper part is shown. An opening (first opening) 16 is formed in the upper part of the
収納ケース15の上部側、すなわち開口部16が形成された側には、換気カバー10が設けられる。換気カバー10は、その平面形状は矩形状をなし、4隅で収納ケース15に固定される。換気カバー10は、図1で示したように2つの換気カバーユニット10a,10bを互いに接合して構成され、換気カバーユニット10a側に2つの開口部12が形成され、換気カバーユニット10b側に2つの開口部14が形成される。2つの開口部12は、それぞれ平面形状が矩形状をなし、車両進行方向に並設される。同様に、2つの開口部14は、それぞれ平面形状が矩形状をなし、車両進行方向に並設される。開口部(第2開口部)12,14の全てには、水素透過膜が貼り付けられる。水素透過膜は、水は透過しないが水素や空気等の気体は透過する材料、例えば多孔質材料により形成される。水素透過膜の材料の一例はポアフロン(登録商標)であるが、これに限定されない。
A
開口部12,14は、収納ケース15の開口部16に対向するように設けられ、かつ、開口部12,14の形成位置は、開口部16の形成位置と少なくともその一部が互いに重複し、仮に燃料電池スタックから水素の一部が漏洩したとしても、収納ケース15の開口部15及び換気カバー10の開口部12,14を介して漏洩水素は外部に拡散される。
The
図3に、図2のA−A断面を示す。また、図3には、併せて車両ボデーも示す。燃料電池スタックFCは、車両ボデー18、具体的にはフロアパネルの下に支持部材で固定される。2つの換気カバーユニット10a,10bからなる換気カバー10は、収納ケース15の上部に設けられる。車両ボデー18と換気カバー10との間には所定のクリアランスが確保され、このクリアランスに各種ワイヤハーネス17が配設される。
FIG. 3 shows a cross section taken along the line AA of FIG. FIG. 3 also shows a vehicle body. The fuel cell stack FC is fixed to the
換気カバーユニット10a,10bは、車両の車幅方向に並設し、かつ、その中央において最も高くなるように傾斜して形成される。その傾斜角θは、5°以上に形成され、例えば8°に形成される。
The
このように、換気カバー10には傾斜面が形成されるとともに、その傾斜方向が車両進行方向ではなくこれと略垂直な車両の車幅方向であるため、漏洩水素の換気性を確保しつつ、車両の走行に伴う移動風が必要以上に開口部12,14,16を介して流入することがない。また、換気カバー10の傾斜方向は車両の車幅方向であるため、移動風が傾斜面に直接当たることがなく、移動風による換気カバー10の振動を抑制し、換気カバー10の耐久性を維持することもできる。
In this way, the
また、換気カバー10の傾斜面が車両の車幅方向に形成されているので、車両が登坂路を走行していても水が換気カバー10の上面に溜らない利点もある。
Further, since the inclined surface of the
また、本実施形態における換気カバー10は単一部材から構成されるのではなく、2つの換気カバーユニット10a,10bを接合して構成されているため、上部方向の高さを抑制できる。このことは、車両ボデー18と換気カバー10との間のクリアランスを確保してワイヤハーネス17の配設領域を確実に確保できることを意味する。
Moreover, since the
なお、本実施形態において、水素透過膜は、換気カバー10の表面に貼り付けられ、図3において車両ボデー18側に貼り付けられるが、これにより水素透過膜上に水分が溜ることも防止することができる。
In this embodiment, the hydrogen permeable membrane is attached to the surface of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible.
例えば、本実施形態における開口部16は、楕円形状であって車両の進行方向に沿って複数設けられており、いわばスリット状に形成されているが、これは燃料電池スタックの換気性を確保しつつ、収納カバー15の強度を維持するためである。従って、収納カバー15の強度を維持できる範囲内において、任意の形状の開口部を設けることができる。
For example, the
また、本実施形態では、換気カバー10の傾斜角θ(図3を参照)を5°以上としているが、傾斜角θが増大するほど水等の滞留を防止する効果が大きくなる一方、換気カバー10の高さも増大して車両ボデー18との間のクリアランスを圧迫することになる。従って、傾斜角θは、この両者を考慮した適当な値とすることが好ましい。もちろん、クリアランス内にワイヤハーネス17を配設する必要がない場合には、このような配慮は不要である。
In the present embodiment, the inclination angle θ (see FIG. 3) of the
また、本実施形態における傾斜角θは、2つの換気カバーユニット10a,10bで同一としているが、必ずしも同一である必要はなく、一方の傾斜角が他方の傾斜角よりも大きい非対称の傾斜面を形成してもよい。
In addition, the inclination angle θ in the present embodiment is the same in the two
また、本実施形態における「略垂直」とは、厳密な意味での垂直を意味するものではなく、所定の公差の範囲内における垂直も含まれる意味である。この意味で、換気カバー10の傾斜面が車両の進行方向に対して90°をなす場合だけでなく、90°±α(αは所定の公差であり、例えば10°に設定される)の範囲内であれば略垂直と言い得る。
In addition, “substantially vertical” in the present embodiment does not mean a vertical in a strict sense, but also includes a vertical within a predetermined tolerance range. In this sense, not only when the inclined surface of the
さらに、本実施形態では、燃料電池スタックを車両のフロアパネルの下に配置する構成について説明したが、これ以外の位置に搭載してもよく、例えば従来のガソリンエンジンを動力源とする車両のエンジンルームに相当する空間(エンジンコンパートメント)に搭載してもよく、センタートンネル、トランク等であってもよい。センタートンネルに搭載する場合、図3における車両ボデー18はセンタートンネルに相当し、ワイヤハーネス17はこのセンタートンネル内に配設されることになる。センタートンネルの高さは制限されており、この意味で換気カバー10の傾斜角θは一定の範囲内に制限されることが理解されよう。
Furthermore, in the present embodiment, the configuration in which the fuel cell stack is disposed under the floor panel of the vehicle has been described. However, the fuel cell stack may be mounted at other positions, for example, a vehicle engine using a conventional gasoline engine as a power source. It may be mounted in a space (engine compartment) corresponding to a room, or may be a center tunnel, a trunk, or the like. When mounted in the center tunnel, the
10 換気カバー、10a 換気カバーユニット、10b 換気カバーユニット、12,14 開口部(換気カバーの開口部)、15 収納ケース、16 開口部(収納ケースの開口部)、17 ワイヤハーネス、18 車両ボデー、FC 燃料電池スタック。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
燃料電池スタックを収納する収納ケースに設けられた第1開口部と、
前記第1開口部を覆う換気カバーに設けられ、前記第1開口部と対向する位置に形成された第2開口部と、
前記第2開口部を覆う水素透過膜と、
を備え、
前記換気カバーは、前記移動体の進行方向と略垂直方向の車幅方向に並設された2つのユニットを互いに接合して構成され、前記移動体の進行方向視で水平面に対して傾斜面を有するとともに、前記2つのユニットの接合部位において最も高くなるように形成される
ことを特徴とする燃料電池スタックの換気構造。 A fuel cell stack ventilation structure mounted on a moving body,
A first opening provided in a storage case for storing the fuel cell stack;
A second opening provided in a ventilation cover covering the first opening, and formed at a position facing the first opening;
A hydrogen permeable membrane covering the second opening;
With
The ventilation cover is formed by joining two units arranged in parallel in the vehicle width direction substantially perpendicular to the traveling direction of the moving body, and has an inclined surface with respect to a horizontal plane in the traveling direction view of the moving body. And a ventilation structure for a fuel cell stack, wherein the ventilation structure is formed so as to be highest at a joint portion of the two units .
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