JP7006222B2

JP7006222B2 - 燃料電池ケース

Info

Publication number: JP7006222B2
Application number: JP2017240122A
Authority: JP
Inventors: 秀幸金澤; 仁濱田; 輝史小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP2019109962A

Description

本発明は、燃料電池を収容する燃料電池ケースに関する。

従来、燃料電池を収容する燃料電池ケースにおいて、例えば、燃料電池ケース内の換気とともに、燃料電池ケース内に雨水や飛び石等が侵入することを防止するため、換気用の開口部を設け、この開口部の外側に、複数の羽板を有するルーバーを有する換気カバーをボルト締結したものが知られている（例えば、下記特許文献１、２参照）。

特開２０１７－０５４７５９号公報特開２０１５－０７６１５２号公報

ところで、通常、この種の燃料電池ケースは、アルミニウム等の鋳造品で作製されるとともに、換気カバーを取り付けるためのボルト（やボルトに外装されるカラー）は鉄製とされている。また、通常、鋳造性の観点から、この種の燃料電池ケースでは、開口部の周囲に形成されるシール部（面）とボルトが取着される締結点（面）とは同一平面で成形されている。

そのため、上記従来構造の燃料電池ケースでは、例えば図４に示すように、燃料電池ケースにおけるシール部および締結点と換気カバーとの間（より詳しくは、シール部および締結点において、換気カバーに設けられるガスケットとボルト（やカラー）との間の平坦面部分）に塩水が溜まるとともに、燃料電池ケースを構成するアルミニウムとボルト（やカラー）を構成する鉄との異種金属同士がその間に溜まった塩水を介して電気的に反応して腐食する場合がある。

このような塩水の滞留による腐食の進行を抑制するため、一般に、アルミニウムからなる高電圧部品を収容する燃料電池ケースや燃料電池ケースに締結する部品にアルマイト処理を施すことが考えられている。

しかし、アルマイト層は酸化アルミニウムからなるため、異種金属（鉄など）との電位差により、腐食は進行する。また、アルマイト処理後の製品に存在する傷やアルマイト層の膜厚、密度が不十分な箇所が起点となり、腐食が促進される。

そのため、水かかりが厳しい環境下では、腐食が前記締結点およびシール部からガスケットとの接触部分であるシールラインを越え、燃料電池ケース内に水が侵入し、内部の高電圧部品と電気的につながることで、高電圧安全性を満足できない可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、塩水の滞留による腐食の進行を確実に抑制することのできる燃料電池ケースを提供することにある。

前記課題を解決すべく、本発明による燃料電池ケースは、燃料電池を収容する燃料電池ケースであって、前記燃料電池ケースの側面に設けられた開口部と、前記開口部の周囲に設けられたシール部と、前記シール部の周囲に設けられ、前記燃料電池ケースの側面に取付部材を締結するための複数の締結点と、を備え、前記シール部と前記複数の締結点とは同一平面を形成しており、前記複数の締結点は、前記開口部の直上には位置しておらず、前記複数の締結点のうち最も下方に位置する締結点は、前記シール部から離間して配置され、前記シール部との間に排水溝を画成していることを特徴としている。

本発明によれば、シール部と取付部材との間に塩水が侵入した場合でも、締結点とシール部との間の排水溝から塩水を排出できるので、塩水の滞留による腐食の進行を確実に抑制することができる。

本発明による燃料電池ケースの一実施形態の要部拡大側面図であり、（Ａ）は部品組み付け状態、（Ｂ）は部品取り外し状態を示す図である。図１（Ａ）のＡ－Ａ矢視線に従う断面図である。図１に示す燃料電池ケースの側面における塩水排出経路を説明する図である。従来構造の燃料電池ケースを示す図であり、（Ａ）は要部拡大側面図（部品取り外し状態）、（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ－Ｂ矢視線に従う断面図（部品組み付け状態）である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態の一例に基づいて詳細に説明する。以下では、一例として、燃料電池車に搭載される燃料電池またはこれを含む燃料電池システムに本発明を適用した場合を例示して説明するが、適用範囲がこのような例に限られることはない。

図１は、本発明による燃料電池ケースの要部拡大側面図であり、図１（Ａ）は部品組み付け状態、図１（Ｂ）は部品取り外し状態を示している。また、図２は、図１（Ａ）のＡ－Ａ矢視線に従う断面図である。

図示実施形態の燃料電池ケース１０は、燃料電池（燃料電池スタック）（図示省略）を収容するケースである。燃料電池は、セル（発電セル）が複数枚積層されたセル積層体で構成されており、例えば固体高分子型のものである。各セルは、燃料電池車が搭載する燃料ガスタンク（図示省略）から供給される水素などの燃料ガスと、燃料電池車の周囲から供給される空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する。

前記燃料電池ケース１０は、概略直方体形状を有しており、例えば、直方体形状の長手方向に複数のセルの積層方向が一致するように、燃料電池を収容する。燃料電池ケース１０は、例えばアルミニウム製の鋳造品であり、その側面１０ａが鉛直（上下）方向に沿うような姿勢で、例えば、燃料電池車の車体に連結されたスタックフレーム（図示省略）上に固定されて搭載される。

前記燃料電池ケース１０の側面１０ａには、中心付近にルーバー２９が設けられた換気口２２を備え、周縁に複数（図示例では、３個）の取付部２５を備える換気カバー２０が取り付けられている。

前記換気カバー２０は、枠体２１とルーバー２９とを備えた樹脂製の一体成形物で作製される。枠体２１は、側面視の外形が概略逆三角形状を有し、その中央付近に円形開口からなる換気口２２を有するとともに、換気口２２の周縁で逆三角形状の頂点に相当する位置に、取付部２５が延設されている。各取付部２５には、例えば鉄製のボルト３０を通すための取付穴２３が貫設されるとともに、各取付穴２３には、例えば鉄製の円筒体からなるカラー２４が内挿されて嵌め込まれている（図２参照）。また、換気口２２の周囲における燃料電池ケース１０（の側面１０ａ）側の面には円環状の凹溝２６が形成されるとともに、この凹溝２６に円環状のシール部材としてのガスケット２７が装着されている（図２参照）。枠体２１の換気口２２の内側には、細長い板形状である複数の羽板２８を隙間をあけて平行に組んだルーバー２９が固設されている。

前記燃料電池ケース１０の側面１０ａには、図１（Ｂ）および図２を参照すればよく分かるように、換気カバー２０の換気口２２とほぼ同形状およびほぼ同寸法（より詳しくは、換気口２２より若干大径）の換気用の開口部１１が設けられるととともに、開口部１１の周囲に、円環状の平面で構成されるシール部（面）１２が設けられ、このシール部１２の周囲に、シール部１２より半径の小さい円形平面で構成される複数（図示例では、３個）の締結点（面）１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられている。

シール部１２には、前記換気カバー２０の換気口２２周りに形成された凹溝２６に（圧縮状態で）装着されたガスケット２７が押し付けられ、これにより、燃料電池ケース１０の側面１０ａ（における開口部１１周り）と換気カバー２０（における換気口２２周り）との間の気密性（シール性）が確保されるようになっている。なお、シール部１２におけるガスケット２７との接触部分をシールライン１２ｓと称することがある。

各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、前記シール部１２の周囲において前記換気カバー２０の取付穴２３に対応する位置（すなわち、側面から視て逆三角形状の頂点となる位置）に設けられている。より詳しくは、本例では、２個の締結点１３ａ、１３ｂがシール部１２の上部左右に配設されるとともに、締結部１３ｃがシール部１２の下側に配設されている。すなわち、本例では、各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、開口部１１の直上には位置していない（締結点が開口部の直上には位置する従来構造を示す図４（Ａ）を併せて参照）。

各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、シール部（面）１２と同一平面を形成する（言い換えれば、面一に形成される）とともに、シール部１２の上部左右に設けられた締結点１３ａ、１３ｂは、シール部１２と連続するように形成されている。

一方、シール部１２（開口部１１）の下側に（言い換えれば、３個の締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち最も下方に）位置する締結点１３ｃは、シール部１２と離れて配置され、シール部１２との間に所定幅および所定深さを有する凹状の排水溝１４を画成している。

なお、各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中央付近には、ボルト３０（の雄ねじ部）と螺合される雌ねじ部が螺設されている。

前記燃料電池ケース１０の側面１０ａに換気カバー２０を組み付けるに当たっては、換気用の開口部１１と換気口２２とが連通するように、かつ、各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃに対して各取付部２５の取付穴２３を位置合わせして、燃料電池ケース１０の側面１０ａに換気カバー２０を配置し、ボルト３０を各取付部２５の取付穴２３を通して各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃ（の雌ねじ部）に螺合させて締結固定する。これにより、換気カバー２０の凹溝２６に設けられたガスケット２７がシール部１２に押し付けられた（密着された）状態で、前記燃料電池ケース１０の側面１０ａに前記換気カバー２０が取付固定される。

上記構成を有する燃料電池ケース１０では、図３に示すように、各締結点１３ａ、１３ｂ、１３ｃが開口部１１の直上には位置しておらず、水かかりなどによって燃料電池ケース１０の側面１０ａなどに付着した水は、開口部１１周りの（円環状の）シール部１２（特に、そのうちの換気カバー２０に設けられるガスケット２７との接触部分であるシールライン１２ｓの外側部分）を伝ってその最下点に到達し、当該シール部２０の最下点からその下側の締結点１３ｃに流れ込むことなく、シール部１２と締結点１３ｃとの間で画成される排出溝１４から排出されることになる。

なお、前記排出溝１４の各部の寸法（例えば、排出溝１４の（上下方向）幅ｈなど）は適宜に設定し得るが、例えば以下の式（１）で示されるように、毛管圧力（シール部１２と締結相手部品である換気カバー２０との間に塩水が存在しようとする力）＜水圧（排水しようとする力）となるように設定される。

γ：表面張力
θ：接触角
ｄ：排水溝断面の近似直径
ｈ：排水溝幅
ρ：水の密度
ｇ：重力加速度

以上で説明したように、本実施形態の燃料電池ケース１０では、水の溜まりやすい開口部１１の直上ではなく水の溜まりにくい開口部１１の下側に締結点１３ｃを配置するとともに、鋳造性の観点から同一平面で成形される締結点１３ｃとシール部１２との間に排出溝１４を設定することで、塩水が自重で流れ落ちやすい構造としつつ、締結点１３ｃには塩水が流れ込んで滞留することがない（つまり、排水性が向上する）ため、燃料電池ケース１０を構成するアルミニウムと締結部材としてのボルト３０（やボルト３０に外装されるカラー２４）との異種金属同士が塩水を介して電気的に反応して腐食することを防止できる。

このように、本実施形態の燃料電池ケース１０では、シール部１２と取付部材としての換気カバー２０との間に塩水が侵入した場合でも、締結点１３ｃとシール部１２との間の排水溝１４から塩水を排出できるので、塩水の滞留による腐食の進行を確実に抑制することができ、もって、燃料電池車の防錆性能を担保できる。

なお、上記実施形態では、燃料電池ケース１０の側面１０ａに取付固定する取付部材として、換気カバー２０を例にとって説明したが、取付部材としては、例えば各種配管など、前記換気カバー以外の部品でもよいことは詳述するまでも無い。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１０…燃料電池ケース、１０ａ…燃料電池ケースの側面、１１…開口部、１２…シール部、１２ｓ…シールライン、１３ａ～１３ｃ…締結点、１４…排出溝、２０…換気カバー（取付部材）、２１…枠体、２２…換気口、２３…取付穴、２４…カラー、２５…取付部、２６…凹溝、２７…ガスケット、２８…羽根、２９…ルーバー、３０…ボルト

Claims

燃料電池を収容する燃料電池ケースであって、
前記燃料電池ケースの側面に設けられた開口部と、
前記開口部の周囲に設けられたシール部と、
前記シール部の周囲に設けられ、前記燃料電池ケースの側面に取付部材を締結するための前記燃料電池ケースとは異種金属で構成される締結部材が取着される複数の締結部と、を備え、
前記シール部と前記複数の締結部とは同一平面を形成しており、
前記複数の締結部は、前記開口部の直上には位置しておらず、
前記複数の締結部のうち最も下方に位置する締結部は、前記シール部から離間して配置され、当該最も下方に位置する締結部と前記シール部との間に当該最も下方に位置する締結部と前記シール部と前記取付部材との間に侵入した液体を排出する排水溝を画成している燃料電池ケース。
前記排水溝は凹状に形成されている請求項１に記載の燃料電池ケース。