JP5742140B2

JP5742140B2 - 燃料電池装置

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Publication number: JP5742140B2
Application number: JP2010197632A
Authority: JP
Inventors: 片野　剛司; 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: JP2012054185A

Description

本発明は、燃料電池装置に関し、詳しくは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックを収納するスタックケースと、燃料電池スタックの運転を制御する制御ユニットとを備える燃料電池装置に関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、一般に、複数のセルを積層してなる燃料電池スタックの形態で利用される。そして、この燃料電池スタックが、燃料電池システムの一部として、いわゆる燃料電池車両（以下、単に車両とも呼ぶ）に搭載される場合には、燃料電池スタックは、防水性、防塵性、耐衝撃性を備えるケース（スタックケース）に収容されることが多い。燃料電池スタックを含む燃料電池システムの運転は、制御ユニットによって制御される。

ところで、近年では、燃料電池スタックを含む燃料電池システムの車両への搭載性を向上させるために、スタックケースに制御ユニットを一体化することが検討されている（以下、燃料電池スタックをスタックケースに収納するとともに、スタックケースに制御ユニットとを一体化した装置を燃料電池装置とも言う）。このような態様としては、例えば、以下の態様が挙げられる。燃料電池システムにおいて、制御ユニットは、スタックケースの内部に配置された内部機器とも、スタックケースの外部に配置された外部機器とも配線接続される。そして、制御ユニットは、ＣＰＵやパワー素子等を備えており、動作時に発熱するため、放熱を考慮して、スタックケースの外面に配置される。制御ユニットとスタックケースの内部に配置された内部機器との配線接続は、スタックケースの壁面に貫通孔を設け、この貫通孔に嵌め込まれたグロメットを通じて行われる。

特開２００７−２０７５１３号公報

しかし、制御ユニットとスタックケースの内部に配置された内部機器との配線接続を、グロメットを用いて行うと、配線（ワイヤーハーネス）の取り回しが悪く、燃料電池装置を組み付ける際の作業性が悪くなる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックを収納するスタックケースに制御ユニットを一体化するとともに、制御ユニットとスタックケースの内部に配置される内部機器との配線接続を容易に行うことができる技術を提供することを目的とする。

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。

［適用例１］
燃料電池装置であって、
複数のセルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収納するスタックケースと、
前記燃料電池スタックの運転を制御するための制御ユニットと、
前記制御ユニットを載置する載置部材と、
を備え、
前記スタックケースは、
前記燃料電池スタックを搬入出するための開口部を有する第１のケース部材と、
前記開口部を覆うように、前記第１のケース部材に装着される第２のケース部材と、
を備えており、
前記第１のケース部材には、前記載置部材を装着することによって覆われる貫通孔が設けられており、
前記貫通孔の周囲であって、前記第１のケース部材と前記載置部材との間には、前記第１のケース部材と前記載置部材とをシールするシール部材が配置されており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの内側に面する部位には、前記制御ユニットと前記スタックケースの内部に配置された内部機器とを配線接続するための内部コネクタが設けられており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの外側に面する部位には、前記制御ユニットと前記スタックケースの外部に配置された外部機器とを配線接続するための外部コネクタが設けられている、
燃料電池装置。

適用例１の燃料電池装置では、スタックケースに制御ユニットを一体化するに際し、先に説明したグロメットの使用を廃止することができる。したがって、スタックケースに制御ユニットを一体化する際に、グロメットに配線（ワイヤーハーネス）を通す作業を省略し、制御ユニットとスタックケースの内部に配置される内部機器との配線接続を容易に行うことができる。この結果、燃料電池装置を組み付ける際の作業性を向上させることができる。また、スタックケース（第１のケース部材）に設けられた貫通孔をスタックケース内部のメンテナンスホールとして利用し、上記載置部材を、メンテナンスホールのカバーとして利用することもできる。なお、上記第１のケース部材に設けられた貫通孔からの防水は、上記シール部材によって確保される。

［適用例２］
適用例１記載の燃料電池装置であって、
前記内部コネクタは、非防水コネクタであり、
前記外部コネクタは、防水コネクタである、
燃料電池装置。

非防水コネクタは、一般に、防水コネクタよりも小型である。また、スタックケースは、一般に、防水構造を備えるため、スタックケースの外部から内部に水が浸入することは少ない。適用例２の燃料電池装置では、上記内部コネクタとして、比較的小型の非防水コネクタを用いるので、スタックケースの内部をコンパクトに設計することができる。さらに、適用例２の燃料電池装置では、上記外部コネクタとして、防水コネクタを用いるので、スタックケースの外部において、水による短絡を防止することができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の燃料電池装置であって、
前記貫通孔は、前記第１のケース部材の側面に設けられている、
燃料電池装置。

適用例３の燃料電池装置では、上記載置部材が、スタックケースの比較的高い位置に装着されることとなる。したがって、スタックケースの内部において、水漏れが生じた場合であっても、上記内部コネクタへの浸水を抑制し、水による短絡を抑制することができる。

［適用例４］
適用例１または２記載の燃料電池装置であって、
前記貫通孔は、前記第１のケース部材の底面に設けられている、
燃料電池装置。

適用例３，４の燃料電池装置では、上記制御ユニットとスタックケースの内部に配置された内部機器とを配線接続する作業を比較的容易に行うことができる。

［適用例５］
適用例４記載の燃料電池装置であって、
前記第１のケース部材の内部において、前記貫通孔の周囲には、防水壁が設けられている、
燃料電池装置。

適用例５の燃料電池装置では、スタックケースの内部において、水漏れが生じた場合であっても、上記防水壁によって、上記内部コネクタへの浸水を抑制し、水による短絡を抑制することができる。

［適用例６］
適用例１ないし５のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記内部コネクタは、前記開口部に向かう方向に着脱可能に設けられている、
燃料電池装置。

適用例６の燃料電池装置では、上記内部コネクタの着脱作業を行うスペースが比較的広く確保されるので、上記内部コネクタの着脱作業を容易に行うことができる。したがって、燃料電池装置を組み付ける際の作業性をさらに向上させることができる。

［適用例７］
適用例１ないし６のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材には、該載置部材を冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられている、
燃料電池装置。

適用例７の燃料電池装置では、上記載置部材を介して、上記制御ユニットの冷却を行うことができる。

［適用例８］
適用例３記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材には、該載置部材を冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられており、
前記載置部材において、前記冷却水流路の入口および出口は、それぞれ、前記内部コネクタおよび前記外部コネクタよりも下方に設けられている、
燃料電池装置。

適用例８の燃料電池装置では、上記載置部材を介して、上記制御ユニットの冷却を行うことができる。さらに、適用例８の燃料電池装置では、上記冷却水流路の入口または出口からの水漏れが生じたときに、上記内部コネクタ、または、上記外部コネクタの水濡れを抑制することができる。したがって、上記内部コネクタ、または、上記外部コネクタの水による短絡を抑制することができる。

［適用例９］
適用例７または８記載の燃料電池装置であって、
前記燃料電池スタックには、該燃料電池スタックを冷却する冷却水を流すための冷却水配管が接続されており、
前記載置部材に設けられた前記冷却水流路には、前記冷却水配管から分岐して冷却水を流すための分岐配管が接続されている、
燃料電池装置。

燃料電池スタックは、発電時に発熱するため、一般に、燃料電池スタックには、燃料電池スタックを冷却する冷却水を流すための冷却水配管が接続される。適用例９の燃料電池装置では、上記分岐配管によって、上記冷却水配管から分岐した冷却水を上記載置部材に設けられた冷却水流路に流すことができる。つまり、適用例９の燃料電池装置では、燃料電池スタック用の既存の冷却水配管を用いて、上記載置部材の冷却を行うことができるので、燃料電池システムの大型化を抑制することができる。

［適用例１０］
適用例９記載の燃料電池装置であって、
前記分岐配管の太さは、前記冷却水配管の太さよりも十分に細い、
燃料電池装置。

適用例１０の燃料電池装置では、燃料電池スタックの絶縁抵抗を容易に確保することができる。

［適用例１１］
適用例７ないし１０のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材は、前記第１のケース部材の外側から、締結ボルトによって、前記第１のケース部材に締結されており、
前記冷却水流路の入口は、前記第１のケース部材の外側に設けられており、
前記冷却水流路の出口は、前記第１のケース部材の内側に設けられており、
前記冷却水流路の入口には、所定の肉厚を有するホースが接続されており、
前記冷却水流路の入口、および、前記締結ボルトは、前記締結ボルトの軸方向から見たときに、前記締結ボルトの少なくとも一部と前記ホースの一部とが、互いに重なり合うように配置されている、
燃料電池装置。

適用例１１の燃料電池装置では、上記載置部材に設けられた冷却水流路の入口に接続されたホースを取り外した後にしか、上記締結ボルトを緩めることができない。したがって、燃料電池装置のメンテナンス作業者に対して、上記冷却水流路の入口から上記ホースを取り外して、上記冷却水流路の入口から上記冷却水流路内の冷却水を抜いた後に、スタックケース（第１のケース部材）から、上記締結ボルト、および、上記載置部材を取り外すように促すことができる。この結果、燃料電池装置のメンテナンス作業者が、上記冷却水流路内の冷却水を抜く前に、スタックケースから上記載置部材を取り外して、スタックケースの内側の上記冷却水流路の出口に接続された配管（例えば、ホース）を取り外してしまう不具合を抑制することができる。

［適用例１２］
適用例３記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材には、該載置部材を冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられており、
前記冷却水流路の入口および出口の少なくとも一方は、前記第１のケース部材の内側に設けられており、
前記第１のケース部材の内部には、前記貫通孔の最下部よりも低い位置から、前記貫通孔の最下部よりも高い位置にまで、防水壁が設けられている、
燃料電池装置。

適用例１２の燃料電池装置では、スタックケース（第１のケース部材）の内部において、上記載置部材に設けられた冷却水流路の入口または出口からの水漏れが生じた場合であっても、その水がスタックケースの内部全体に流出するのを防止し、上記貫通孔から排水することができる。

［適用例１３］
適用例１ないし１２のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記燃料電池スタックは、
前記複数のセルの積層方向についての一方の端部に配置された第１のエンドプレートと、
前記複数のセルの積層方向についての他方の端部に配置された第２のエンドプレートと、
を備えており、
前記内部機器は、前記スタックケースの内部において、前記第２のエンドプレートよりも前記第１のエンドプレートに近い位置に配置されており、
前記第１のケース部材において、前記貫通孔は、前記第２のエンドプレートよりも前記第１のエンドプレートに近い位置に設けられている、
燃料電池装置。

適用例１３の燃料電池装置によって、スタックケースの内部において、上記内部コネクタから上記内部機器までの距離を比較的短くすることができる。したがって、上記内部コネクタから上記内部機器までの配線の長さを比較的短くすることができる。

［適用例１４］
適用例７ないし１２のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材は、発熱する電子部品が載置される平面状の載置部を有しており、
前記冷却水流路は、前記載置部の内部に形成されている、
燃料電池装置。

適用例１４の燃料電池装置では、上記載置部に上記電子部品を載置することによって、燃料電池システムのコンパクト化を図るとともに、上記電子部品を効果的に冷却することができる。

［適用例１５］
燃料電池装置であって、
複数のセルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収納するスタックケースと、
前記燃料電池スタックの運転を制御するための制御ユニットと、
前記制御ユニットを載置する載置部材と、
を備え、
前記スタックケースは、
前記燃料電池スタックを搬入出するための開口部を有する第１のケース部材と、
前記開口部を覆うように、前記第１のケース部材に装着される第２のケース部材と、
を備えており、
前記第２のケース部材には、前記載置部材を装着することによって覆われる貫通孔が設けられており、
前記貫通孔の周囲であって、前記第２のケース部材と前記載置部材との間には、前記第２のケース部材と前記載置部材とをシールするシール部材が配置されており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの内側に面する部位には、前記制御ユニットと前記スタックケースの内部に配置された内部機器とを配線接続するための内部コネクタが設けられており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの外側に面する部位には、前記制御ユニットと前記スタックケースの外部に配置された外部機器とを配線接続するための外部コネクタが設けられている、
燃料電池装置。

適用例１５の燃料電池装置によっても、適用例１の燃料電池装置と同様に、スタックケースに制御ユニットを一体化するに際し、先に説明したグロメットの使用を廃止することができる。したがって、スタックケースに制御ユニットを一体化する際に、グロメットに配線（ワイヤーハーネス）を通す作業を省略し、制御ユニットとスタックケースの内部に配置される内部機器との配線接続を容易に行うことができる。また、適用例１の燃料電池装置と同様に、スタックケース（第２のケース部材）に設けられた貫通孔を、スタックケース内部のメンテナンスホールとして利用し、上記載置部材を、メンテナンスホールのカバーとして利用することもできる。なお、上記第２のケース部材に設けられた貫通孔からの防水は、上記シール部材によって確保される。

本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略したり、適宜、組み合わせたりして構成することができる。

本発明の第１実施例としての燃料電池装置１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池スタック１０を含む燃料電池システムにおける冷却システムの概略構成を示す説明図である。載置部材４０に設けられた冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉ付近を示す説明図である。載置部材４０の一部の断面構造を示す説明図である。本発明の第２実施例としての燃料電池装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。変形例としてのスタックケース３０Ａの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池装置１００の概略構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池装置１００は、燃料電池システムの一部を構成する装置であり、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０を収納するスタックケース３０と、燃料電池スタック１０を含む燃料電池システムの運転を制御する制御ユニット４１と、を備えている。この燃料電池装置１００は、例えば、車両のフロント部分のフード下方の空間や、床下や、いわゆるセンタートンネル等に搭載される。このため、本実施例の燃料電池装置１００では、車両への搭載性を向上させるために、スタックケース３０に制御ユニット４１を一体化している。

燃料電池スタック１０は、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との電気化学反応によって発電する複数のセルを積層したセル積層体１２を備えている。そして、燃料電池スタック１０において、セル積層体１２におけるセルの積層方向についての両端部には、それぞれ、比較的剛性が高い金属製のエンドプレート１４ａ，１４ｂが配置され、燃料電池スタック１０は、これらを図示しない締結部材によって締結することによって構成されている。セル積層体１２におけるセルの積層数は、燃料電池スタック１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。なお、燃料電池スタック１０において、エンドプレート１４ａ，１４ｂとセル積層体１２との間には、それぞれ、セル積層体１２によって発電された電力を集電するための集電板、および、この集電板とエンドプレート１４ａ，１４ｂとの間の絶縁を確保するための絶縁板が配置されている。

一方のエンドプレート１４ｂの表面には、ポンプ２０が設けられている。このポンプ２０は、燃料ガスとしての水素を燃料電池スタック１０に供給するための水素供給配管に、各セルのアノードから排出されるアノードオフガスに含まれる水素を循環させて再利用するために用いられる。なお、図１では、燃料電池スタック１０に接続されたガス（水素、および、空気）の給排気用配管や、冷却水用配管や、ポンプ２０に接続された配管の図示は省略されている。これら各種配管には、各種センサや、バルブ等の機器が配設されている。これらの機器のうち、スタックケース３０の内部に配置される機器やポンプ２０は、［課題を解決するための手段］における内部機器に相当する。

スタックケース３０は、第１のケース部材３０ａと、第２のケース部材３０ｂと、を備えている。第１のケース部材３０ａは、燃料電池スタック１０を搬入出するための開口部３０ａｏを有している。本実施例では、第１のケース部材３０ａが有する開口部３０ａｏの開口面は、鉛直方向に対して水平であるものとした。そして、第２のケース部材３０ｂは、開口部３０ａｏを覆うように、第１のケース部材３０ａに装着される。このスタックケース３０は、防水性、防塵性、耐衝撃性を備えている。

第１のケース部材３０ａの側面３０ａｓには、貫通孔３０ａｈが設けられている。この貫通孔３０ａｈは、制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）４１が載置された載置部材４０が装着されることによって覆われる。なお、貫通孔３０ａｈの周囲であって、第１のケース部材３０ａと載置部材４０との間には、第１のケース部材３０ａと載置部材４０とをシールするシール部材４７が配置されている。そして、第１のケース部材３０ａと載置部材４０とは、締結ボルト４８ｂ、および、締結ナット４８ｎによって締結される。こうすることによって、第１のケース部材３０ａにおける貫通孔３０ａｈからの防水が確保されている。

載置部材４０において、載置部材４０が貫通孔３０ａｈに装着されたときに、スタックケース３０の内側に面する部位には、制御ユニット４１とスタックケース３０の内部に配置された内部機器（例えば、ポンプ２０）とを、ワイヤーハーネス（図示省略）によって、配線接続するための内部コネクタ４２が設けられている。また、載置部材４０において、載置部材４０が貫通孔３０ａｈに装着されたときに、スタックケース３０の外側に面する部位には、制御ユニット４１とスタックケース３０の外部に配置された外部機器とを、ワイヤーハーネス（図示省略）によって、配線接続するための外部コネクタ４３が設けられている。

なお、本実施例では、内部コネクタ４２は、非防水コネクタであるものとした。また、外部コネクタ４３は、防水コネクタであるものとした。非防水コネクタは、一般に、防水コネクタよりも小型である。また、スタックケース３０は、防水構造を備えるため、スタックケース３０の外部から内部に水が浸入することは少ない。本実施例の燃料電池装置１００では、内部コネクタ４２として、比較的小型の非防水コネクタを用いるので、スタックケース３０の内部をコンパクトに設計することができる。さらに、本実施例の燃料電池装置１００では、外部コネクタとして、防水コネクタを用いるので、スタックケース３０の外部において、水による短絡を防止することができる。

また、本実施例では、載置部材４０において、内部コネクタ４２は、第１のケース部材３０ａの開口部３０ａｏに向かう方向に着脱可能に設けられているものとした。こうすることによって、内部コネクタ４２の着脱作業を行うスペースが比較的広く確保されるので、内部コネクタ４２の着脱作業を容易に行うことができる。したがって、燃料電池装置１００を組み付ける際の作業性を向上させることができる。

また、本実施例では、第１のケース部材３０ａにおいて、貫通孔３０ａｈは、ポンプ２０が設けられたエンドプレート１４ｂに近い側の側面３０ａｓに設けるものとした。こうすることによって、スタックケース３０の内部において、内部コネクタ４２から内部機器（例えば、ポンプ２０）までの距離を比較的短くすることができる。したがって、内部コネクタ４２から内部機器までの配線（ワイヤーハーネス）の長さを比較的短くすることができる。

また、載置部材４０は、制御ユニット４１のヒートシンクとしての機能を有している。そして、本実施例では、載置部材４０の内部には、載置部材４０を冷却する冷却水を流すための冷却水流路４６が設けられている。そして、冷却水流路４６において、スタックケース３０の外側には、冷却水入口４６ｉが設けられている。また、冷却水流路４６において、スタックケース３０の内側には、冷却水出口４６ｏが設けられている。この冷却水流路４６に冷却水を流すことによって、載置部材４０を冷却し、この載置部材４０を介して、制御ユニット４１の冷却を行うことができる。なお、図１では、冷却水入口４６ｉ、および、冷却水出口４６ｏに接続された配管の図示は省略されている。

また、本実施例では、載置部材４０において、冷却水入口４６ｉ、および、冷却水出口４６ｏは、それぞれ、内部コネクタ４２、および、外部コネクタ４３よりも下方に設けられているものとした。こうすることによって、冷却水入口４６ｉ、または、冷却水出口４６ｏからの水漏れが生じたときに、内部コネクタ４２、または、外部コネクタ４３の水濡れを抑制することができる。したがって、内部コネクタ４２、または、外部コネクタ４３の水による短絡を抑制することができる。

また、本実施例では、第１のケース部材３０ａの内部であって、貫通孔３０ａｈの近傍、すなわち、載置部材４０の近傍の底面３０ａｂには、図示するように、防水壁３０ｗが設けられている。第１のケース部材３０ａの底面３０ａｂからの防水壁３０ｗの高さは、ｈ１であり、第１のケース部材３０ａの底面３０ａｂから貫通孔３０ａｈの最下部までの高さは、ｈ２である。そして、ｈ１＞ｈ２である。つまり、第１のケース部材３０ａの内部には、貫通孔３０ａｈの最下部よりも低い位置から、貫通孔３０ａｈの最下部よりも高い位置にまで、防水壁３０ｗが設けられている。こうすることによって、スタックケース３０の内部において、載置部材４０に設けられた冷却水出口４６ｏからの水漏れが生じた場合であっても、その水がスタックケース３０の内部に広がるのを防止し、貫通孔３０ａｈから排水することができる。

図２は、燃料電池スタック１０を含む燃料電池システムにおける冷却システムの概略構成を示す説明図である。この冷却システムにおいて、冷却水は、ラジエータ５０によって冷却されて、ウォータポンプ５２によって、冷却水用の配管５１を通じて、燃料電池スタック１０に供給される。燃料電池スタック１０から排出された冷却水は、配管５４を通じて、ラジエータ５０に導入される。なお、配管５１，５４には、ラジエータ５０を通さずに、冷却水を循環させるためのバイパス配管５５が接続されており、配管５１とバイパス配管５５との接続部には、三方弁５３が配設されている。三方弁５３を切り換えることによって、ラジエータ５０を通さずに、配管５１、および、バイパス配管５５を介して、冷却水を循環させることも可能である。これらの燃料電池スタック１０の冷却システムは、従前の燃料電池システムにおいて、一般的に備えられているものである。

また、本実施例では、図示するように、配管５１から分岐して冷却水を載置部材４０に供給するための分岐配管５６、および、載置部材４０から排出された冷却水を、配管５４に合流させるための分岐配管５７が設けられている。こうすることによって、既存の冷却システムを用いて、載置部材４０の冷却を行うことができるので、燃料電池システムの大型化を抑制することができる。

なお、載置部材４０に載置された制御ユニット４１は、接地されており、分岐配管５６，５７の太さは、配管５１，５４の太さよりも十分に細く設定されている。こうすることによって、燃料電池スタック１０の絶縁抵抗を容易に確保することができる。配管５１，５４の太さは、燃料電池スタック１０の絶縁抵抗を十分に確保可能な範囲内で、任意に設定可能である。

図３は、載置部材４０に設けられた冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉ付近を示す説明図である。図３（ａ）に、載置部材４０に設けられた冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉ付近の側面図を模式的に示した。また、図３（ｂ）に、図３（ａ）に示した後述するホース５６ｈ付近を、図中に示した矢印方向から見たときの様子を示した。

図３（ａ）に示したように、載置部材４０は、第１のケース部材３０ａの外側から、締結ボルト４８ｂ、および、締結ナット４８ｎによって、第１のケース部材３０ａの側面３０ａｓに締結されている。そして、載置部材４０に設けられた冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉには、所定の肉厚を有するホース５６ｈが接続されている。そして、図３（ａ），（ｂ）に示したように、冷却水入口４６ｉ、および、締結ボルト４８ｂは、締結ボルト４８ｂの軸方向から見たときに、締結ボルト４８ｂの一部とホース５６ｈの一部とが、互いに重なり合うように配置されている。

こうすることによって、載置部材４０に設けられた冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉに接続されたホース５６ｈを取り外した後にしか、締結ボルト４８ｂを緩めることができない。したがって、燃料電池装置１００のメンテナンス作業者に対して、冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉからホース５６ｈを取り外して、冷却水流路４６の冷却水入口４６ｉから冷却水流路４６内の冷却水を抜いた後に、スタックケース３０（第１のケース部材３０ａ）から、締結ボルト４８ｂ、および、載置部材４０を取り外すように促すことができる。この結果、燃料電池装置１００のメンテナンス作業者が、冷却水流路４６内の冷却水を抜く前に、スタックケース３０から載置部材４０を取り外して、スタックケース３０の内側の冷却水流路４６の冷却水出口４６ｏに接続された配管（例えば、ホース）を取り外してしまう不具合を抑制することができる。

図４は、載置部材４０の一部の断面構造を示す説明図である。載置部材４０は、スイッチング素子４５が載置される平面状の載置部４５ｆを有しており、この載置部４５ｆ上には、スイッチング素子４５が載置される。スイッチング素子４５は、動作時に発熱する電子部品である。そして、載置部４５ｆの内部に冷却水流路４６が設けられている。このように、載置部４５ｆにスイッチング素子４５を載置することによって、燃料電池システムのコンパクト化を図るとともに、スイッチング素子４５を効果的に冷却することができる。

以上説明した第１実施例の燃料電池装置１００によれば、スタックケース３０に制御ユニット４１を一体化するに際し、先に説明したグロメットの使用を廃止することができる。したがって、スタックケース３０に制御ユニット４１を一体化する際に、グロメットに配線（ワイヤーハーネス）を通す作業を省略し、制御ユニット４１とスタックケース３０の内部に配置される内部機器との配線接続を容易に行うことができる。この結果、燃料電池装置１００を組み付ける際の作業性を向上させることができる。また、スタックケース３０（第１のケース部材３０ａ）に設けられた貫通孔３０ａｈをスタックケース３０内部のメンテナンスホールとして利用し、載置部材４０を、メンテナンスホールのカバーとして利用することもできる。

Ｂ．第２実施例：
図５は、本発明の第２実施例としての燃料電池装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。第２実施例の燃料電池装置１００Ａでは、載置部材４０Ａの配置等が、第１実施例の燃料電池装置１００における載置部材４０の配置等と異なっている。以下、第２実施例の燃料電池装置１００Ａについて、第１実施例の燃料電池装置１００と異なる点について説明する。

第２実施例の燃料電池装置１００Ａでは、第１のケース部材３０ａの底面３０ａｂに、貫通孔３０ａｈが設けられている。そして、この貫通孔３０ａｈは、制御ユニットが載置された載置部材４０Ａが装着されることによって覆われる。なお、貫通孔３０ａｈの周囲であって、第１のケース部材３０ａと載置部材４０Ａとの間には、第１のケース部材３０ａと載置部材４０Ａとをシールするシール部材４７が配置されている。そして、第１のケース部材３０ａと載置部材４０Ａとは、締結ボルト４８ｂ、および、締結ナット４８ｎによって締結される。こうすることによって、第１のケース部材３０ａにおける貫通孔３０ａｈからの防水が確保されている。

載置部材４０Ａにおいて、載置部材４０Ａが貫通孔３０ａｈに装着されたときに、スタックケース３０の内側に面する部位には、制御ユニットとスタックケース３０の内部に配置された内部機器（例えば、ポンプ２０）とを、ワイヤーハーネス（図示省略）によって、配線接続するための内部コネクタ４２が設けられている。また、載置部材４０Ａにおいて、載置部材４０Ａが貫通孔３０ａｈに装着されたときに、スタックケース３０の外側に面する部位には、制御ユニットとスタックケース３０の外部に配置された外部機器とを、ワイヤーハーネス（図示省略）によって、配線接続するための外部コネクタ４３が設けられている。

なお、本実施例においても、載置部材４０Ａにおいて、内部コネクタ４２は、第１のケース部材３０ａの開口部３０ａｏに向かう方向に着脱可能に設けられているものとした。こうすることによって、内部コネクタ４２の着脱作業を行うスペースが比較的広く確保されるので、内部コネクタ４２の着脱作業を容易に行うことができる。したがって、燃料電池装置１００Ａを組み付ける際の作業性を向上させることができる。

また、載置部材４０Ａも、載置部材４０と同様に、制御ユニットのヒートシンクとしての機能を有している。そして、図示は省略しているが、載置部材４０Ａの内部には、載置部材４０Ａを冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられている。本実施例では、第１実施例の燃料電池装置１００とは異なり、載置部材４０Ａが第１のケース部材３０ａの底面３０ａｂに装着されているので、これに合わせて、冷却水流路、冷却水入口、冷却水出口について、設計変更がなされている。

また、本実施例では、第１のケース部材３０ａの内部において、貫通孔３０ａｈの周囲に、防水壁３０ｗが設けられている。こうすることによって、スタックケース３０の内部において、水漏れが生じた場合であっても、防水壁３０ｗによって、内部コネクタ４２への浸水を抑制し、水による短絡を抑制することができる。

以上説明した第２実施例の燃料電池装置１００Ａによっても、先に説明した第１実施例の燃料電池装置１００と同様に、スタックケース３０に制御ユニットを一体化するに際し、先に説明したグロメットの使用を廃止することができる。したがって、スタックケース３０に制御ユニットを一体化する際に、グロメットに配線（ワイヤーハーネス）を通す作業を省略し、制御ユニットとスタックケース３０の内部に配置される内部機器との配線接続を容易に行うことができる。この結果、燃料電池装置１００Ａを組み付ける際の作業性を向上させることができる。また、スタックケース３０（第１のケース部材３０ａ）に設けられた貫通孔３０ａｈをスタックケース３０内部のメンテナンスホールとして利用し、載置部材４０Ａを、メンテナンスホールのカバーとして利用することもできる。

Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、スタックケース３０において、第１のケース部材３０ａが有する開口部３０ａｏの開口面は、鉛直方向に対して水平であるものとしたが、本発明は、これに限られない。

図６は、変形例としてのスタックケース３０Ａの構成を示す説明図である。図示するように、スタックケース３０Ａは、第１のケース部材３０Ａａと、第２のケース部材３０Ａｂと、を備える。そして、スタックケース３０Ａでは、第１のケース部材３０Ａａが有する開口部３０Ａａｏの開口面は、鉛直方向に対して斜めであるものとした。スタックケース３０Ａを、上述した構成としても、スタックケース３０と同様の効果を奏することができる。

なお、スタックケース３０Ａにおいても、上記燃料電池装置１００，１００Ａにおけるスタックケース３０と同様に、載置部材４０，４０Ａが装着される貫通孔３０ａｈは、第１のケース部材３０Ａａの側面３０ａｓや、底面３０ａｂに設けることができる。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、内部コネクタ４２は、非防水コネクタであるものとし、外部コネクタ４３は、防水コネクタであるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、内部コネクタ４２と外部コネクタ４３との双方を非防水コネクタとしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、スタックケース３０の内部に防水壁３０ｗを設けるものとしたが、本発明は、これに限られない。防水壁３０ｗを省略してもよい。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、載置部材４０，４０Ａにおいて、内部コネクタ４２は、第１のケース部材３０ａの開口部３０ａｏに向かう方向に着脱可能に設けられるものとしたが、本発明は、これに限られない。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、載置部材４０，４０Ａの内部に冷却水流路４６が設けられるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、載置部材４０，４０Ａの表面に、冷却水流路を設けるようにしてもよい。

Ｃ６．変形例６：
上記第１実施例では、載置部材４０において、冷却水入口４６ｉ、および、冷却水出口４６ｏは、それぞれ、内部コネクタ４２、および、外部コネクタ４３よりも下方に設けられているものとしたが、本発明は、これに限られない。

Ｃ７．変形例７：
上記第１実施例では、載置部材４０を冷却するための冷却水と、燃料電池スタック１０を冷却するための冷却水とを兼用にしたが、本発明は、これに限られない。例えば、載置部材４０を冷却するための冷却水に、発熱する他の機器を冷却するための冷却水を兼用したり、独立の冷却システムを設けるようにしたりしてもよい。

Ｃ８．変形例８：
上記第１実施例では、図３に示したように、冷却水入口４６ｉ、および、締結ボルト４８ｂは、締結ボルト４８ｂの軸方向から見たときに、締結ボルト４８ｂの一部とホース５６ｈの一部とが、互いに重なり合うように配置されているものとしたが、本発明は、これに限られない。

Ｃ９．変形例９：
上記実施例では、スタックケース３０（第１のケース部材３０ａ）において、内部機器（例えば、ポンプ２０）の近くに、貫通孔３０ａｈを設けるものとしたが、本発明は、これに限られない。

Ｃ１０．変形例１０：
上記実施例では、載置部材４０，４０Ａが装着される貫通孔３０ａｈは、第１のケース部材３０ａの側面３０ａｓや底面３０ａｂに設けられるものとしたが、本発明は、これに限られない。載置部材４０，４０Ａが装着される貫通孔を、第２のケース部材３０ｂに設けるようにしてもよい。

１００，１００Ａ…燃料電池装置
１０…燃料電池スタック
１２…セル積層体
１４ａ，１４ｂ…エンドプレート
２０…ポンプ
３０，３０Ａ…スタックケース
３０ａ，３０Ａａ…第１のケース部材
３０ａｏ，３０Ａａｏ…開口部
３０ａｓ…側面
３０ａｂ…底面
３０ａｈ…貫通孔
３０ｗ…防水壁
３０ｂ，３０Ａｂ…第２のケース部材
４０，４０Ａ…載置部材
４１…制御ユニット
４２…内部コネクタ
４３…外部コネクタ
４５…スイッチング素子
４５ｆ…載置部
４６…冷却水流路
４６ｉ…冷却水入口
４６ｏ…冷却水出口
４７…シール部材
４８ｂ…締結ボルト
４８ｎ…締結ナット
５０…ラジエータ
５１…配管
５２…ウォータポンプ
５３…三方弁
５４…配管
５５…バイパス配管
５６，５７…分岐配管
５６ｈ…ホース

Claims

燃料電池装置であって、
複数のセルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収納するスタックケースと、
前記燃料電池スタックの運転を制御するための制御ユニットと、
前記制御ユニットが載置された載置部材と、
を備え、
前記スタックケースは、
前記燃料電池スタックを搬入出するための開口部を有する第１のケース部材と、
前記開口部を覆うように、前記第１のケース部材に装着される第２のケース部材と、
を備えており、
前記第１のケース部材の側面には、前記載置部材を装着することによって覆われる貫通孔が設けられており、
前記第１のケース部材の底面には、前記底面から、前記貫通孔の最下部よりも高い位置にまで、防水壁が設けられており、
前記貫通孔の周囲であって、前記第１のケース部材と前記載置部材との間には、前記第１のケース部材と前記載置部材とをシールするシール部材が配置されており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの内側に面する部位には、前記載置部材に載置された前記制御ユニットと前記スタックケースの内部に配置された内部機器とを配線接続するための内部コネクタが設けられており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの外側に面する部位には、前記載置部材に載置された前記制御ユニットと前記スタックケースの外部に配置された外部機器とを配線接続するための外部コネクタが設けられている、
燃料電池装置。
燃料電池装置であって、
複数のセルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収納するスタックケースと、
前記燃料電池スタックの運転を制御するための制御ユニットと、
前記制御ユニットが載置された載置部材と、
を備え、
前記スタックケースは、
前記燃料電池スタックを搬入出するための開口部を有する第１のケース部材と、
前記開口部を覆うように、前記第１のケース部材に装着される第２のケース部材と、
を備えており、
前記第１のケース部材の底面には、前記載置部材を装着することによって覆われる貫通孔が設けられており、
前記第１のケース部材の底面には、前記貫通孔の周囲に防水壁が設けられており、
前記貫通孔の周囲であって、前記第１のケース部材と前記載置部材との間には、前記第１のケース部材と前記載置部材とをシールするシール部材が配置されており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの内側に面する部位には、前記載置部材に載置された前記制御ユニットと前記スタックケースの内部に配置された内部機器とを配線接続するための内部コネクタが設けられており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの外側に面する部位には、前記載置部材に載置された前記制御ユニットと前記スタックケースの外部に配置された外部機器とを配線接続するための外部コネクタが設けられている、
燃料電池装置。
請求項１または２記載の燃料電池装置であって、
前記内部コネクタは、非防水コネクタであり、
前記外部コネクタは、防水コネクタである、
燃料電池装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記内部コネクタは、前記開口部に向かう方向に着脱可能に設けられている、
燃料電池装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材には、該載置部材を冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられている、
燃料電池装置。
請求項１記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材には、該載置部材を冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられており、
前記載置部材において、前記冷却水流路の入口および出口は、それぞれ、前記内部コネクタおよび前記外部コネクタよりも下方に設けられている、
燃料電池装置。
請求項５または６記載の燃料電池装置であって、
前記燃料電池スタックには、該燃料電池スタックを冷却する冷却水を流すための冷却水配管が接続されており、
前記載置部材に設けられた前記冷却水流路には、前記冷却水配管から分岐して冷却水を流すための分岐配管が接続されている、
燃料電池装置。
請求項７記載の燃料電池装置であって、
前記分岐配管の太さは、前記冷却水配管の太さよりも十分に細い、
燃料電池装置。
請求項５ないし８のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材は、前記第１のケース部材の外側から、締結ボルトによって、前記第１のケース部材に締結されており、
前記冷却水流路の入口は、前記第１のケース部材の外側に設けられており、
前記冷却水流路の出口は、前記第１のケース部材の内側に設けられており、
前記冷却水流路の入口には、所定の肉厚を有するホースが接続されており、
前記冷却水流路の入口、および、前記締結ボルトは、前記締結ボルトの軸方向から見たときに、前記締結ボルトの少なくとも一部と前記ホースの一部とが、互いに重なり合うように配置されている、
燃料電池装置。
請求項１記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材には、該載置部材を冷却する冷却水を流すための冷却水流路が設けられており、
前記冷却水流路の入口および出口の少なくとも一方は、前記第１のケース部材の内側に設けられている、
燃料電池装置。
請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記燃料電池スタックは、
前記複数のセルの積層方向についての一方の端部に配置された第１のエンドプレートと、
前記複数のセルの積層方向についての他方の端部に配置された第２のエンドプレートと、
を備えており、
前記内部機器は、前記スタックケースの内部において、前記第２のエンドプレートよりも前記第１のエンドプレートに近い位置に配置されており、
前記第１のケース部材において、前記貫通孔は、前記第２のエンドプレートよりも前記第１のエンドプレートに近い位置に設けられている、
燃料電池装置。
請求項５ないし１０のいずれかに記載の燃料電池装置であって、
前記載置部材は、発熱する電子部品が載置される平面状の載置部を有しており、
前記冷却水流路は、前記載置部の内部に形成されている、
燃料電池装置。
燃料電池装置であって、
複数のセルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを収納するスタックケースと、
前記燃料電池スタックの運転を制御するための制御ユニットと、
前記制御ユニットが載置された載置部材と、
を備え、
前記スタックケースは、
前記燃料電池スタックを搬入出するための開口部を有する第１のケース部材と、
前記開口部を覆うように、前記第１のケース部材に装着される第２のケース部材と、
を備えており、
前記第２のケース部材の側面には、前記載置部材を装着することによって覆われる貫通孔が設けられており、
前記第１のケース部材の底面には、前記底面から、前記貫通孔の最下部よりも高い位置にまで、防水壁が設けられており、
前記貫通孔の周囲であって、前記第２のケース部材と前記載置部材との間には、前記第２のケース部材と前記載置部材とをシールするシール部材が配置されており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの内側の部位には、前記載置部材に載置された前記制御ユニットと前記スタックケースの内部に配置された内部機器とを配線接続するための内部コネクタが設けられており、
前記載置部材において、前記載置部材が前記貫通孔に装着されたときに、前記スタックケースの外側の部位には、前記載置部材に載置された前記制御ユニットと前記スタックケースの外部に配置された外部機器とを配線接続するための外部コネクタが設けられている、
燃料電池装置。