JP6206376B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池の発電時に、電気化学反応により水が生成される。この水が燃料電池から漏れ出すことがあるため、燃料電池を収容するケースの内底の一部に、生成された水を収容するための凹部（水溜まり部）を形成する技術が知られている（特許文献１など）。

特開２００９−２８９４２６号公報 特開２００６−２２１８５５号公報

しかし、燃料電池を収容するケースの内底の一部に凹部を形成した場合、ケースを含む燃料電池システム全体として、上下方向の大きさが大きくなるという課題があった。

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、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、
燃料電池システムであって、
アノードガスとカソードガスとを電気化学反応させる燃料電池と、
前記燃料電池を収容した燃料電池システムケースと、
前記燃料電池システムケースの下方に配され、前記燃料電池システムケースを固定するフレームと、
前記燃料電池の運転に使用される複数の補機と、を備え、
前記フレームの上面には、リブが設けられており、
前記燃料電池システムケースの底面には、内側に凹状で外側に凸状の水溜部が設けられており、
鉛直方向において、前記水溜部の凸状の部分の少なくとも一部が、前記リブと重なる位置にあり、
前記燃料電池システムケースは、前記複数の補機を収容する補機ケースを含み、
前記補機ケースの底面には、前記水溜部が設けられている、
燃料電池システムである。また、本発明は以下の形態としても実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとを電気化学反応させる燃料電池と、前記燃料電池を収容した燃料電池システムケースと、前記燃料電池システムケースの下方に配され、前記燃料電池システムケースを固定するフレームと、を備え、前記フレームの上面には、リブが設けられており、前記燃料電池システムケースの底面には、内側に凹状で外側に凸状の水溜部が設けられており、鉛直方向において、前記水溜部の凸状の部分の少なくとも一部が、前記リブと重なる位置にある。この形態によれば、燃料電池システムの高さを広げることなく、水溜部に水を溜めることができる。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃料電池の運転に使用される複数の補機を備え、前記燃料電池システムケースは、前記複数の補機を収容する補機ケースを含み、前記補機ケースの底面には、前記水溜部が設けられているとしてもよい。この形態によれば、燃料電池システムの高さを広げることなく、補機ケースに水溜部を設けることができる。

（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムケースは、複数の前記水溜部を備えるとしてもよい。この形態によれば、燃料電池システムケース内に存在する水を、複数の水溜部に分けて溜めることができる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの製造方法や、製造方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態に用いる燃料電池システム１０の外観図。 補機ケース１３０の内面を示す模式図。 燃料電池システム１０の補機ケース１３０を上方から見た外観図。 図３のＡ−Ａ´断面を示す断面図。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態に用いる燃料電池システム１０の外観図である。図１において、Ｘ軸正方向は車両前方を示し、Ｙ軸正方向は車両上方を示し、Ｚ軸正方向は車両右方を示す。燃料電池システム１０は、燃料電池システムケース１４０と、フレーム２００と、を備える。燃料電池システム１０は、車両に搭載されている。本実施形態において、燃料電池システム１０は、車室の下に設けられている。

燃料電池システムケース１４０は、燃料電池ケース１００と、補機ケース１３０とを備える。内部に水やほこりなどの異物が浸入しないように、燃料電池システムケース１４０の部材間は、ガスケットによりシールされている。

燃料電池ケース１００は、アノードガスとしての水素ガスと、カソードガスとしての酸素ガスとを電気化学反応させる燃料電池を収容している。燃料電池は、単セルを積層することにより構成されており、積層方向が車両幅方向となるように搭載されている。

燃料電池ケース１００は、燃料電池の車両右側（Ｚ軸正方向側）の側面を覆うマニホールド１２０と、燃料電池の車両右側（Ｚ軸正方向側）の側面以外の側面と上面とを覆うスタックケースと、燃料電池の底面を覆うロアカバー（図示せず）と、を備える。マニホールド１２０は、水素ガスと、酸素ガスと、燃料電池を冷却する冷却水との流路を形成している。また、マニホールド１２０は、燃料電池ケース１００内の高電圧部品との絶縁性を確保する機能や、単セル同士を圧縮する機能を有する。

図２は、補機ケース１３０の内面を示す模式図である。ＸＹＺ軸は、図１のＸＹＺ軸と対応している。以下の図においても同じである。

補機ケース１３０は、燃料電池の運転に使用される複数の補機（図示せず）を収容している。ここで、複数の補機としては、例えば、水素ポンプ、インジェクタ、排気排水弁、バルブ、センサなどが挙げられる。補機ケース１３０には、補機以外にも、冷却水用の配管や、各補機に電力を供給する配線などが設けられている。

補機ケース１３０には複数の孔１３２（１３２Ａ〜１３２Ｅ）が設けられている。孔１３２は、配線を通すための配線口や、燃料電池に用いるガスの配管及び冷却水の配管を通すための配管口、配線を接続するための作業に用いるサービスホールなどとして用いられる。補機ケース１３０は、後に詳述する水溜部１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃを備える。本実施形態において、複数の補機は、マニホールド１２０に固定されている。また、補機ケース１３０の車両左側（Ｚ軸負方向側）の側面は、マニホールド１２０に覆われている。

補機ケース１３０の表面には、補機類より発生する振動や騒音が外部へ伝わることを抑制するために、樹脂カバー１４１、１４２で覆われている（図１参照）。本実施形態において、樹脂カバー１４１、１４２は、内層がウレタンにより形成されており、外層が硬質樹脂により形成されている。

フレーム２００は、燃料電池システムケース１４０の下方に配されており、燃料電池システムケース１４０を防振マウント構造により支持している。つまり、振動を低減するため、燃料電池システムケース１４０とフレーム２００との間には、防振ゴムが配されている。フレーム２００は、燃料電池システムケース１４０の燃料電池ケース１００に形成されたボス１１１Ａ，１１１Ｂに、ボルト１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ挿入することにより、燃料電池システムケース１４０を固定している。なお、車両前方（Ｘ軸正方向）にも図示しないボスやボルトが存在する。フレーム２００は、図示しない車両のボディに締結されている。

図３は、燃料電池システム１０の補機ケース１３０を車両上方（Ｙ軸正方向）から見た外観図である。

図４は、図３のＡ−Ａ´断面を示す断面図である。フレーム２００は、下側部材２１０と上側部材２２０とを溶接することにより形成されている。フレーム２００の上面には、リブ２２１Ａ，２２１Ｂが設けられている。本実施形態において、リブ２２１Ａ，２２１Ｂは車両左右方向（Ｚ軸方向）に伸びている。リブ２２１により、フレーム２００の剛性を確保できる。

補機ケース１３０の底面には、内側（車両上方（Ｙ軸正方向）側）が凹状で外側（車両下方（Ｙ軸負方向）側）に凸状の水溜部１３１（１３１Ａ〜１３１Ｃ）が設けられている。鉛直方向（Ｙ軸方向）において、水溜部１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃの凸状の部分の少なくとも一部が、フレーム２００のリブ２２１Ａ，２２１Ｂと重なる位置にある。また、水平方向（Ｘ軸方向）において、水溜部１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃの凸状の部分は、フレーム２００のリブ２２１Ａ，２２１Ｂと重ならない位置にある。なお、補機ケース１３０は、ボルトによりマニホールド１２０へ固定されているため、図４において、補機ケース１３０とフレーム２００との間には空間がある。

従来、燃料電池ケース１００内に水溜部１３１を設ける場合、燃料電池システム全体として、上下方向の大きさが大きくなるという課題があった。しかし、鉛直方向（Ｙ軸方向）において、水溜部１３１の凸状の部分の少なくとも一部が、リブ２２１と重なる位置となるように、水溜部１３１を形成することにより、燃料電池システム１０の高さを広げることなく、水溜部１３１に水を溜めることができる。なお、水平方向（Ｘ軸方向）において、水溜部１３１の凸状の部分の頂点が、リブ２２１と重ならない位置となるように、水溜部１３１は形成されている。

補機ケース１３０の外部から内部へ水が浸入する虞がある。しかし、本実施形態において、補機ケース１３０の底面には水溜部１３１が設けられている。このため、補機ケース１３０に収容されている補機に水が接触することを抑制できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
本実施形態において、補機ケース１３０に水溜部１３１が設けられている。しかし、本発明はこれに限られない。水溜部１３１は、燃料電池ケース１００が備えていてもよく、燃料電池ケース１００と補機ケース１３０の両方が備えていてもよい。

Ｂ２．変形例２：
本実施形態において、補機ケース１３０は、複数の水溜部１３１を備える。このようにすることにより、補機ケース内に存在する水を複数の水溜部１３１に分けて溜めることができる。このため、燃料電池システムを搭載した車両が急発進や急減速、急旋回等した場合においても、水溜部１３１に溜まった水は分けて溜められているため、水の移動を抑制できる。しかし、本発明は、これに限られず、水溜部１３１を一つのみ備えるとしてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池ケース
１１１…ボス
１１２…ボルト
１２０…マニホールド
１３０…補機ケース
１３１…水溜部
１４０…燃料電池システムケース
１４１…樹脂カバー
２００…フレーム
２２１…リブ

Claims (2)

1. 燃料電池システムであって、
   アノードガスとカソードガスとを電気化学反応させる燃料電池と、
   前記燃料電池を収容した燃料電池システムケースと、
   前記燃料電池システムケースの下方に配され、前記燃料電池システムケースを固定するフレームと、
   前記燃料電池の運転に使用される複数の補機と、を備え、
   前記フレームの上面には、リブが設けられており、
   前記燃料電池システムケースの底面には、内側に凹状で外側に凸状の水溜部が設けられており、
   鉛直方向において、前記水溜部の凸状の部分の少なくとも一部が、前記リブと重なる位置にあり、
   前記燃料電池システムケースは、前記複数の補機を収容する補機ケースを含み、
   前記補機ケースの底面には、前記水溜部が設けられている、
   燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムケースは、複数の前記水溜部を備える、
   燃料電池システム。

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