JP7090042B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池車両 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発電セルが積層された燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムおよび燃料電池車両に関する。
例えば、特許文献１には、燃料電池システムが搭載された燃料電池車両が開示されている。この燃料電池システムでは、複数の発電セルの積層方向（車幅方向）に燃料電池スタックとインジェクタ装置とを並設した構成が開示されている。
ところで、燃料ガス供給装置は、インジェクタ装置に供給される燃料ガスを加熱するための熱交換器を備えることがある。このような場合、インジェクタ装置と熱交換器とをコンパクトに配置することが望まれる。また、燃料電池とインジェクタ装置とを配管により互いに連結すると、燃料電池車両の重量およびコストが増大するおそれがある。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、燃料ガス供給装置の重量およびコストを抑えつつインジェクタ装置と熱交換器とをコンパクトに配置することができる燃料電池システムおよび燃料電池車両を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、複数の発電セルが積層された燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムであって、前記燃料ガス供給装置は、前記複数の発電セルの積層方向に前記燃料電池スタックと並ぶように配置されたインジェクタ装置と、前記インジェクタ装置に導かれる燃料ガスを加熱するための熱交換器と、を有し、前記インジェクタ装置は、インジェクタ本体と、前記インジェクタ本体に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入路が形成されて前記インジェクタ本体を支持する支持部と、を含み、前記熱交換器は、前記支持部に対して固定されている、燃料電池システムである。
本発明の他の態様は、上述した燃料電池システムを備えた燃料電池車両であって、前記燃料電池システムは、前記積層方向が前記燃料電池車両の車幅方向に沿うように配置されている、燃料電池車両である。
本発明によれば、インジェクタ装置の支持部に熱交換器が固定されているため、熱交換器と支持部とを連結するための配管を削減することができる。よって、燃料ガス供給装置の重量およびコストを抑えつつインジェクタ装置と熱交換器とをコンパクトに配置することができる。
以下、本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池車両について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る燃料電池車両１２は、燃料電池システム１０が搭載された燃料電池電気自動車である。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１４と、燃料電池スタック１４に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給装置１６と、燃料電池スタック１４に酸化剤ガス（例えば、空気）を供給する図示しない酸化剤ガス供給装置とを備える。
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る燃料電池車両１２は、燃料電池システム１０が搭載された燃料電池電気自動車である。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１４と、燃料電池スタック１４に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給装置１６と、燃料電池スタック１４に酸化剤ガス（例えば、空気）を供給する図示しない酸化剤ガス供給装置とを備える。
燃料電池スタック１４は、前輪１７の近傍のモータルーム１８に配置されている。燃料電池スタック１４は、車幅方向（水平方向）に積層される複数の発電セル２０を備える。発電セル２０は、電解質膜・電極構造体２２を第１セパレータ２４および第２セパレータ２６で挟持して構成される。第１セパレータ２４および第２セパレータ２６は、金属セパレータまたはカーボンセパレータにより構成される。
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜２８と、固体高分子電解質膜２８を挟持するアノード電極３０およびカソード電極３２とを備える。固体高分子電解質膜２８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。
第１セパレータ２４と電解質膜・電極構造体２２との間には、アノード電極３０に燃料ガスを導くための燃料ガス流路３４が設けられている。第２セパレータ２６と電解質膜・電極構造体２２との間には、カソード電極３２に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路３６が設けられている。
燃料ガス供給装置１６は、燃料電池スタック１４の片方の端面（車両左側の端面）に設けられている。換言すれば、燃料ガス供給装置１６と燃料電池スタック１４とは、車幅方向（複数の発電セル２０の積層方向または燃料電池スタック１４の長手方向）に並設されている。つまり、燃料ガス供給装置１６は、モータルーム１８における燃料電池スタック１４の横の限られたスペースに配置されている。
図２に示すように、燃料ガス供給装置１６は、燃料ガス供給配管４０、熱交換器４２、インジェクタ装置４４およびエゼクタ装置４６を有する。
図２および図３において、燃料ガス供給配管４０は、図示しない燃料ガスタンク（水素タンク）の燃料ガスを熱交換器４２に導く。燃料ガス供給配管４０の端部には、外方に延出したフランジ状の配管固定部４８が設けられている。配管固定部４８には、ねじ部材などの配管締結部材５０が挿通する挿通孔５２（図３参照）が形成されている。
図２～図４Ｂに示すように、熱交換器４２は、燃料ガス供給配管４０から導かれた燃料ガス（インジェクタ装置４４に導かれる燃料ガス）を加熱する。熱交換器４２は、インジェクタ装置４４を構成する後述する支持部８８に対して固定されている。図３において、熱交換器４２は、熱交換器本体５４、燃料ガス入口部５６ａ、燃料ガス出口部５６ｂ、熱媒体入口部５８ａ、熱媒体出口部５８ｂ、熱媒体供給配管６０ａ、熱媒体排出配管６０ｂを含む。
熱交換器本体５４は、直方体形状に形成されている。図示を省略するが、熱交換器本体５４の内部には、燃料ガスが流通する流路と熱媒体が流通する流路とが形成されている。熱交換器４２に用いられる熱媒体としては、例えば、燃料電池スタック１４を流通することにより暖められた水が用いられる。ただし、熱媒体は、任意の流体を用いてよい。
熱交換器本体５４は、インジェクタ装置４４の支持部８８と燃料電池スタック１４との間の空間に配設されている（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。熱交換器本体５４は、左右方向（車幅方向）に厚みのある収容部６２と、収容部６２に固定された板状の蓋部６４とを含む。収容部６２および蓋部６４は、一方向（矢印Ａ方向）に延在している。蓋部６４は、収容部６２に対してインジェクタ装置４４を構成する支持部８８側（燃料電池スタック１４とは反対側）に位置している。
蓋部６４は、平面視で直方体形状に形成されている。すなわち、蓋部６４には、上方に位置する第１長辺６６ａと、下方に位置する第２長辺６６ｂと、蓋部６４の一端（車両前方側、矢印Ａ１方向）に位置する第１短辺６８ａと、蓋部６４の他端（車両後方側、矢印Ａ２方向）に位置する第２短辺６８ｂとを含む。
第１長辺６６ａの延在方向の中間部分には、第２長辺６６ｂとは反対方向に向かって突出した第１固定部７０が設けられている。第１固定部７０には、ねじ部材などの第１締結部材７２が挿通する第１挿通孔７０ａが形成されている。第２長辺６６ｂの延在方向の一端部には、第１長辺６６ａとは反対方向に向かって突出した第２固定部７４が設けられている。第２固定部７４には、ねじ部材などの第２締結部材７６が挿通する第２挿通孔７４ａが形成されている。第２短辺６８ｂの延在方向の中間部には、第１短辺６８ａとは反対方向に突出した第３固定部７８が設けられている。第３固定部７８には、ねじ部材などの第３締結部材８０が挿通する第３挿通孔７８ａが形成されている。
蓋部６４の長手方向の一端側には、熱媒体入口部５８ａと燃料ガス入口部５６ａとが蓋部６４の短手方向に沿って並んで配置されている。蓋部６４の長手方向の他端側には、燃料ガス出口部５６ｂと熱媒体出口部５８ｂとが蓋部６４の短手方向に沿って並んで配置されている。
図３および図４Ｂにおいて、燃料ガス入口部５６ａは、熱交換器本体５４から支持部８８側に突出し、燃料ガス供給配管４０から熱交換器本体５４内に燃料ガスを導入する。図３および図４Ａにおいて燃料ガス出口部５６ｂは、熱交換器本体５４から支持部８８側に突出し、熱交換器本体５４内から燃料ガスを導出する。
熱媒体入口部５８ａは、熱交換器本体５４から支持部８８側に突出し、熱交換器本体５４内に熱媒体を導入する。熱媒体入口部５８ａには、熱媒体供給配管６０ａの端部が連結されている。熱媒体入口部５８ａと熱媒体供給配管６０ａとの連結部分の外周側には、熱媒体入口部５８ａと熱媒体供給配管６０ａとの連結を保持する環状の入口側保持部材８２ａが設けられている。
図３および図４Ｂにおいて、熱媒体出口部５８ｂは、熱交換器本体５４から支持部８８側に突出し、熱交換器本体５４内から熱媒体を導出する。熱媒体出口部５８ｂには、熱媒体排出配管６０ｂの端部が連結されている。熱媒体出口部５８ｂと熱媒体排出配管６０ｂとの連結部分の外周側には、熱媒体出口部５８ｂと熱媒体排出配管６０ｂとの連結を保持する環状の出口側保持部材８２ｂが設けられている。
図２に示すように、インジェクタ装置４４は、複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向）に燃料電池スタック１４と並ぶように配置されている。具体的には、インジェクタ装置４４は、図示しないねじ部材などの固定部材によって燃料電池スタック１４の端面に固定されている。
インジェクタ装置４４は、インジェクタ本体８６と、熱交換器４２に設けられた支持部８８と、支持部８８に設けられてインジェクタ本体８６を保持する保持部９０とを含む。
インジェクタ本体８６は、第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４を有する。第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４のそれぞれは、熱交換器４２によって加熱された燃料ガスを下流側に噴射する。
図３に示すように、支持部８８は、支持部本体９６、第１アーム部９８および第２アーム部１００を有する。支持部本体９６は、矢印Ａ方向に沿って延在している。図４Ａにおいて、支持部本体９６には、燃料ガス出口部５６ｂが挿入される挿入孔１０２と、熱交換器４２で加熱された燃料ガスを第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４に導入するための燃料ガス導入路１０４とが形成されている。
挿入孔１０２を構成する壁面には、燃料ガス出口部５６ｂの外周面に設けられた環状のシール部材１０６が気密に接触している。すなわち、燃料ガス出口部５６ｂは、支持部本体９６に対して直接連結されている。燃料ガス出口部５６ｂの内孔は、燃料ガス出口部５６ｂが挿入孔１０２に挿入された状態で燃料ガス導入路１０４に連通している。
燃料ガス導入路１０４は、矢印Ａ方向に延在した長孔１０８と、長孔１０８に連通する第１導入孔１１０および第２導入孔１１２とを含む。第１導入孔１１０は、長孔１０８内の燃料ガスを第１インジェクタ９２に導く。第２導入孔１１２は、長孔１０８内の燃料ガスを第２インジェクタ９４に導く。
図３において、支持部本体９６の一端部には、第１被固定部１１４が設けられている。第１被固定部１１４には、第１締結部材７２によって第１固定部７０が連結される。第１アーム部９８は、支持部本体９６の一端部から矢印Ａ１方向に延出している。第１アーム部９８の延出端部には、燃料ガス供給配管４０の端部が接続される接続部１１６が設けられている。
図３および図４Ｂに示すように、接続部１１６には、貫通孔１１６ａが形成されている。換言すれば、接続部１１６は、円環状に形成されている。貫通孔１１６ａの一端側（熱交換器本体５４とは反対側の端部）には、燃料ガス供給配管４０の端部が挿入されている。貫通孔１１６ａを構成する壁面には、燃料ガス供給配管４０の端部の外周面に設けられた環状のシール部材１１８が気密に接触している。
貫通孔１１６ａの他端側（熱交換器本体５４が位置する側の端部）には、燃料ガス入口部５６ａが挿入されている。貫通孔１１６ａを構成する壁面には、燃料ガス入口部５６ａの外周面に設けられた環状のシール部材１２０が気密に接触している。
接続部１１６には、配管被固定部１２２、第２被固定部１２４および第１連結部１２６が一体的に設けられている。配管被固定部１２２には、配管締結部材５０によって配管固定部４８が連結される。図３において、第２被固定部１２４には、第２締結部材７６によって第２固定部７４が連結される。第１連結部１２６には、ねじ部材などの第４締結部材１２８が挿通する孔１２６ａが形成されている。
第２アーム部１００は、支持部本体９６の他端部から矢印Ａ２方向に延出している。第２アーム部１００の根元部には、第３被固定部１３０が一体的に設けられている。第３被固定部１３０には、第３締結部材８０によって第３固定部７８が連結される。第２アーム部１００の延出端部には、第２連結部１３２が一体的に設けられている。第２連結部１３２には、ねじ部材などの第５締結部材１３４が挿通する孔１３２ａが形成されている。
図２に示すように、保持部９０は、第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４を覆うように設けられている。保持部９０には、第１インジェクタ９２から吐出された燃料ガスが流通する第１吐出流路１３６と、第２インジェクタ９４から吐出された燃料ガスが流通する第２吐出流路１３８とが形成されている。
保持部９０には、第１被連結部１４０と第２被連結部１４２とが設けられている。第１被連結部１４０には、第４締結部材１２８によって第１連結部１２６が連結される。第２被連結部１４２には、第５締結部材１３４によって第２連結部１３２が連結される。支持部８８と保持部９０とは、一つの部材によって構成されていてもよい。
エゼクタ装置４６は、保持部９０に連結されたエゼクタ本体１４４を有する。エゼクタ本体１４４には、インジェクタ本体８６から導かれた燃料ガスを燃料電池スタック１４に導く導出流路１４６が形成されている。導出流路１４６は、第１吐出流路１３６と第２吐出流路１３８とに連通している。燃料ガス流路３４には、ディフューザ１４８が配設されている。
図５に示すように、エゼクタ本体１４４における燃料電池スタック１４に対向する面１４４ａには、燃料電池スタック１４側に開口した凹部１５０が形成されている。凹部１５０の開口部は、カバー部材１５２によって閉塞されている。カバー部材１５２は、ねじ部材などの複数の締結部材１５４によってエゼクタ本体１４４に締結されている。エゼクタ本体１４４の面１４４ａには、凹部１５０の外側を一周するように環状溝１５６が形成されている。この環状溝１５６には、カバー部材１５２とエゼクタ本体１４４との間を気密にシールする環状のシール部材１５８が配設されている。
図５および図６において、凹部１５０の底面には、エゼクタ本体１４４の導出流路１４６に連通する連通孔１６０が形成されている。凹部１５０と連通孔１６０とは、燃料電池スタック１４から排出された燃料排ガスの一部を燃料ガス流路３４におけるディフューザ１４８よりも上流側に導くための循環流路１６２の一部を構成する。循環流路１６２には、リード弁１６４が設けられている。
具体的には、リード弁１６４は、凹部１５０の側面に形成された段差部１６６に配設されている。すなわち、図６において、リード弁１６４は、凹部１５０内をカバー部材１５２側の第１空間１６８ａと連通孔１６０側の第２空間１６８ｂとに仕切るように配設されている。第１空間１６８ａは、燃料電池スタック１４の図示しない燃料排ガス出口に連通している。第２空間１６８ｂは、連通孔１６０を介して燃料ガス流路３４に連通している。
図５および図６に示すように、リード弁１６４は、段差部１６６に固定されて２つの開口部１７０が形成された支持板１７２と、これら開口部１７０のそれぞれを覆うように支持板１７２に設けられた２つの板状の弁体１７４とを有する。リード弁１６４は、弁体１７４の厚さ方向が複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向、左右方向）に沿うように配設されている。
支持板１７２は、その厚さ方向が車幅方向に沿うように段差部１６６に固定されている。開口部１７０は、平面視で矩形状に形成されている。弁体１７４は、弾性変形可能な矩形状の平板であって、開口部１７０を連通孔１６０が位置する側から覆うように支持板１７２に設けられている。弁体１７４の一端部は、ねじ部材などの締結部材１７６によって支持板１７２に締結されている。
弁体１７４は、その長手方向の中間部分から他端部に向かって支持板１７２とは反対方向に反るように湾曲している（図６参照）。弁体１７４は、上下方向に沿って延在している。図５において、リード弁１６４は、熱交換器本体５４の下方に位置している。換言すれば、リード弁１６４は、熱交換器本体５４に対して複数の発電セル２０の積層方向と直交する方向（上下方向）に並ぶように配置されている。
リード弁１６４は、弁体１７４の他端部が支持板１７２から離間することにより第２空間１６８ｂから第１空間１６８ａへの燃料排ガスの流通を許可する。リード弁１６４は、第２空間１６８ｂに導かれた燃料ガスによって弁体１７４の他端部が支持部８８側に押されて接触することにより、燃料ガスの第２空間１６８ｂから第１空間１６８ａへの流通を阻止する。
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
燃料ガス供給装置１６では、図示しない燃料ガスタンクから燃料ガス供給配管４０に供給される燃料ガスは、燃料ガス入口部５６ａを介して熱交換器本体５４内に導入される（図４Ｂ参照）。熱交換器本体５４内において、燃料ガスは、熱媒体との熱交換によって加熱される。なお、熱媒体は、燃料電池スタック１４を冷却するために燃料電池スタック１４内を流通して暖められた水が用いられる。熱交換器本体５４で加熱された燃料ガスは、燃料ガス出口部５６ｂから長孔１０８を介して第１導入孔１１０と第２導入孔１１２に導かれる（図４Ａ参照）。
そして、第１導入孔１１０に導かれた燃料ガスは第１インジェクタ９２から第１吐出流路１３６に噴射され、第２導入孔１１２に導かれた燃料ガスは第２インジェクタ９４から第２吐出流路１３８に噴射される（図２参照）。第１吐出流路１３６の燃料ガスと第２吐出流路１３８の燃料ガスとは、エゼクタ装置４６の導出流路１４６を介して燃料電池スタック１４の燃料ガス流路３４に導入され、解質膜・電極構造体のアノード電極３０に供給される。
図示しない酸化剤ガス供給装置から酸化剤ガス流路３６に導入された酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３２に供給される。
従って、各電解質膜・電極構造体２２では、アノード電極３０に供給される燃料ガスと、カソード電極３２に供給される酸化剤ガス中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
次いで、アノード電極３０に供給されて一部が消費された水分を含む燃料ガスは、燃料排ガスとして図示しない燃料ガス排出路と気液分離器を介して循環流路１６２の第１空間１６８ａに導かれる（図６参照）。第１空間１６８ａに導かれた燃料排ガスは、リード弁１６４、第２空間１６８ｂおよび連通孔１６０を介して導出流路１４６に吸引されて燃料ガスに混合される。
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１０および燃料電池車両１２の効果について説明する。
本実施形態によれば、インジェクタ装置４４の支持部８８に熱交換器４２が固定されているため、熱交換器４２と支持部８８とを連結するための配管を削減することができる。よって、燃料ガス供給装置１６の重量およびコストを抑えつつインジェクタ装置４４と熱交換器４２とをコンパクトに配置することができる。
熱交換器４２は、支持部８８と燃料電池スタック１４との間の空間に配設された熱交換器本体５４を有している。このような構成によれば、燃料ガス供給装置１６を一層コンパクトにすることができる。
熱交換器４２は、熱交換器本体５４内に燃料ガスを導入するための燃料ガス入口部５６ａと、熱交換器本体５４内から燃料ガスを導出するための燃料ガス出口部５６ｂと、を有する。燃料ガス入口部５６ａおよび燃料ガス出口部５６ｂのそれぞれは、熱交換器本体５４から支持部８８側に突出している。
このような構成によれば、燃料ガス供給装置１６の重量およびコストを一層抑えつつ燃料ガス供給装置１６をより一層コンパクトにすることができる。
燃料ガス供給装置１６は、燃料ガスを燃料ガス入口部５６ａに導くための燃料ガス供給配管４０を有し、支持部８８には、燃料ガス供給配管４０の端部と燃料ガス入口部５６ａとが挿入される貫通孔１１６ａが形成されている。
このような構成によれば、燃料ガス供給配管４０と燃料ガス入口部５６ａとの連結部からの燃料ガスの漏出を支持部８８によって効果的に防止することができる。また、燃料ガス供給配管４０と支持部８８とが干渉することを貫通孔１１６ａによって回避できる。
支持部８８には、燃料ガス出口部５６ｂが挿入される挿入孔１０２が形成され、燃料ガス出口部５６ｂの内孔は、燃料ガス出口部５６ｂが挿入孔１０２に挿入された状態で燃料ガス導入路１０４に連通している。
このような構成によれば、燃料ガス出口部５６ｂから燃料ガス導入路１０４に燃料ガスを導く際に燃料ガスが漏出することを支持部８８によって効果的に防止することができる。また、燃料ガス供給装置１６をさらにコンパクトにすることができる。
熱交換器４２は、熱交換器本体５４内に熱媒体を導入するための熱媒体入口部５８ａと、熱交換器本体５４内から熱媒体を導出するための熱媒体出口部５８ｂとを有する。熱媒体入口部５８ａおよび熱媒体出口部５８ｂのそれぞれは、熱交換器本体５４から支持部８８側に突出している。
このような構成によれば、支持部８８と熱交換器本体５４との間の空間に熱媒体入口部５８ａと熱媒体出口部５８ｂを配置することができるため、燃料ガス供給装置１６を一層コンパクトにすることができる。
燃料ガス供給装置１６は、複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向）に燃料電池スタック１４と並ぶようにインジェクタ装置４４に設けられたエゼクタ装置４６を有する。エゼクタ装置４６には、インジェクタ本体８６から導かれた燃料ガスを燃料電池スタック１４に導くための導出流路１４６と、燃料電池スタック１４から排出された燃料排ガスの一部を導出流路１４６に導くための循環流路１６２とが形成されている。循環流路１６２には、板状の弁体１７４を有するリード弁１６４が設けられ、リード弁１６４は、弁体１７４の厚さ方向が複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向）に沿うように配置されている。
このような構成によれば、複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向）に沿ったエゼクタ装置４６の寸法を短くすることができる。また、燃料排ガスに含まれている水分（液滴）が弁体１７４に付着したとしてもその液滴を下方に落下させることができる。そのため、弁体１７４に対する液滴付着による弁体１７４の凍結を抑制することができる。
リード弁１６４は、熱交換器本体５４に対して積層方向と直交する方向に並ぶように配置されている。このような構成によれば、複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向）に沿った燃料ガス供給装置１６の寸法を効率的に短くすることができる。
燃料電池システム１０は、複数の発電セル２０の積層方向が燃料電池車両１２の車幅方向に沿うように配置されている。このような構成によれば、燃料ガス供給装置１６の車幅方向に沿った寸法を効率的に短縮することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池車両１２Ａについて説明する。本実施形態に係る燃料電池車両１２Ａにおいて、上述した燃料電池車両１２と同一の構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明については省略する。
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池車両１２Ａについて説明する。本実施形態に係る燃料電池車両１２Ａにおいて、上述した燃料電池車両１２と同一の構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図７に示すように、燃料電池車両１２Ａには、燃料電池システム１０Ａが搭載されている。燃料電池システム１０Ａは、燃料電池スタック１４と、燃料ガス供給装置２００と、図示しない酸化剤ガス供給装置とを備える。
燃料ガス供給装置２００は、燃料ガス供給配管４０、熱交換器２０２、インジェクタ装置２０４、消音装置２０６およびエゼクタ装置４６を有する。
図８および図９に示すように、熱交換器２０２は、熱交換器本体２０８、燃料ガス入口部５６ａ、燃料ガス出口部５６ｂ、熱媒体入口部５８ａ、熱媒体出口部２１２、熱媒体供給配管６０ａ、熱媒体排出配管６０ｂを含む。
熱交換器本体２０８は、インジェクタ装置２０４の支持部２３０と燃料電池スタック１４との間の空間に配設されている（図９参照）。熱交換器本体２０８は、収容部６２と、収容部６２に固定された板状の蓋部２１４とを含む。蓋部２１４は、平面視で直方体形状に形成されている。
図８において、蓋部２１４には、上方に位置する第１長辺２１４ａと、下方に位置する第２長辺２１４ｂと、蓋部２１４の一端に位置する第１短辺２１６ａと、蓋部２１４の他端に位置する第２短辺２１６ｂとを含む。
第１長辺２１４ａの延在方向の中間部分には、第２長辺２１４ｂとは反対方向に向かって突出した第１固定部２１８が設けられている。第１固定部２１８には、ねじ部材などの第１締結部材２２０が挿通する第１挿通孔２１８ａが形成されている。第１短辺２１６ａの下端部には、第２短辺２１６ｂとは反対方向に向かって突出した第２固定部２２２が設けられている。
第２固定部２２２には、ねじ部材などの第２締結部材２２４が挿通する第２挿通孔２２２ａが形成されている。第２長辺２１４ｂの延在方向の他端部には、第１長辺２１４ａとは反対方向に向かって突出した第３固定部２２６が設けられている。第３固定部２２６には、ねじ部材などの第３締結部材２２８が挿通する第３挿通孔２２６ａが形成されている。熱媒体出口部２１２は、熱交換器本体２０８内から熱媒体を導出するための孔である。
インジェクタ装置２０４は、複数の発電セル２０の積層方向（車幅方向）に燃料電池スタック１４と並ぶように配置されている。具体的には、インジェクタ装置２０４は、図示しないねじ部材などの固定部材によって燃料電池スタック１４の端面に固定されている。
図７および図８において、インジェクタ装置２０４は、インジェクタ本体８６と、熱交換器２０２に設けられた支持部２３０と、支持部２３０に設けられてインジェクタ本体８６を保持する保持部２３２とを含む。インジェクタ本体８６は、第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４を有する。
支持部２３０は、支持部本体９６、第１アーム部２３４および第２アーム部２３６を有する。支持部本体９６は、燃料ガス出口部５６ｂから導出された燃料ガスを第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４に導く。
支持部本体９６の一端部には、第１被固定部１１４が設けられている。第１被固定部１１４には、第１締結部材２２０によって第１固定部２１８が連結される。第１被固定部１１４には、消音装置２０６を取り付けるための第１被取付部２３８が一体的に設けられている。
図７において、第１アーム部２３４は、支持部本体９６の一端部から第１インジェクタ９２に沿ってエゼクタ装置４６側に延出している。第１アーム部２３４の延出端部は、ねじ部材などの締結部材２４０によって保持部２３２の第１被連結部１４０に固定されている。第１アーム部２３４の延在方向の中間部には、燃料ガス供給配管４０の端部が接続される接続部１１６が設けられている（図８参照）。
図８および図１０において、接続部１１６には、燃料ガス供給配管４０から導かれた燃料ガスを消音装置２０６に導く分岐部２４２が一体的に設けられている。分岐部２４２には、燃料ガス供給配管４０の端部が挿入される貫通孔１１６ａを形成する壁面に開口する分岐孔２４４が形成されている。分岐部２４２には、消音装置２０６を取り付けるための第２被取付部２４６が一体的に設けられている。
図７に示すように、第２アーム部２３６は、支持部本体９６の他端部から第２インジェクタ９４に沿ってエゼクタ装置４６側に延出している。第２アーム部２３６の延出端部は、ねじ部材などの締結部材２４８によって保持部２３２の第２被連結部１４２に固定されている。
図９において、第２アーム部２３６の延在方向の中間部には、熱媒体排出配管６０ｂの端部を接続するための接続部２５０が一体的に設けられている。接続部２５０には、貫通孔２５２が形成されている。接続部２５０には、ジョイント部材２５４がねじ部材などの締結部材２５６によって固定されている。
ジョイント部材２５４は、貫通孔２５２の一端側（熱交換器２０２とは反対側の端部）に挿入されている。ジョイント部材２５４には、貫通孔２５２と熱媒体排出配管６０ｂの内孔とを互いに連通する孔２５８が形成されている。貫通孔２５２の他端側（熱交換器２０２が位置する側の端部）は、熱媒体出口部２１２に連通している。接続部２５０のうち熱交換器２０２の蓋部２１４に対向する面には、シール部材２６０が設けられている。シール部材２６０は、貫通孔２５２の他端側の端部を周回するように配置された状態で蓋部２１４に気密に接触している。
図１０に示すように、消音装置２０６は、ベース部２６２と、ベース部２６２に設けられて消音室２６４を形成するチャンバ部２６６とを有する。ベース部２６２には、チャンバ部２６６とは反対側に突出して分岐孔２４４に挿入される消音接続部２６８が設けられている。消音接続部２６８には、消音室２６４内と分岐孔２４４内とを互いに連通する連通路２７０が形成されている。分岐孔２４４を形成する壁面には、消音接続部２６８の外周面に設けられたシール部材２７２が気密に接触している。
ベース部２６２には、第１被取付部２３８にねじ部材などの締結部材２７４によって連結される第１取付部２７６と、第２被取付部２４６にねじ部材などの締結部材２７８によって連結される第２取付部２８０とがさらに設けられている。チャンバ部２６６は、逆Ｕ字状の断面を有している。
図７において、保持部２３２は、第１インジェクタ９２および第２インジェクタ９４のそれぞれの一部を覆うように設けられている。保持部２３２には、第１吐出流路１３６と第２吐出流路１３８とが形成されている。保持部２３２には、第１被連結部１４０と第２被連結部１４２とが設けられている。
本実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の効果を奏する。
本発明は、上述した構成に限定されない。燃料電池システム１０、１０Ａは、複数の発電セル２０の積層方向が燃料電池車両１２の前後方向に沿うように配置されていてもよい。
本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池車両は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０、１０Ａ…燃料電池システム １２、１２Ａ…燃料電池車両
１４…燃料電池スタック １６、２００…燃料ガス供給装置
２０…発電セル ４０…燃料ガス供給配管
４２、２０２…熱交換器 ４４、２０４…インジェクタ装置
４６…エゼクタ装置 ５４、２０８…熱交換器本体
５６ａ…燃料ガス入口部 ５６ｂ…燃料ガス出口部
５８ａ…熱媒体入口部 ５８ｂ、２１２…熱媒体出口部
８６…インジェクタ本体 ８８、２３０…支持部
１０２…挿入孔 １０４…燃料ガス導入路
１１６ａ…貫通孔 １４６…導出流路
１６２…循環流路 １６４…リード弁
１７４…弁体
１４…燃料電池スタック １６、２００…燃料ガス供給装置
２０…発電セル ４０…燃料ガス供給配管
４２、２０２…熱交換器 ４４、２０４…インジェクタ装置
４６…エゼクタ装置 ５４、２０８…熱交換器本体
５６ａ…燃料ガス入口部 ５６ｂ…燃料ガス出口部
５８ａ…熱媒体入口部 ５８ｂ、２１２…熱媒体出口部
８６…インジェクタ本体 ８８、２３０…支持部
１０２…挿入孔 １０４…燃料ガス導入路
１１６ａ…貫通孔 １４６…導出流路
１６２…循環流路 １６４…リード弁
１７４…弁体
Claims (9)
- 複数の発電セルが積層された燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給装置は、
前記複数の発電セルの積層方向に前記燃料電池スタックと並ぶように配置されたインジェクタ装置と、
前記インジェクタ装置に導かれる燃料ガスを加熱するための熱交換器と、を有し、
前記インジェクタ装置は、
インジェクタ本体と、
前記インジェクタ本体に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入路が形成されて前記インジェクタ本体を支持する支持部と、を含み、
前記熱交換器は、前記支持部に対して固定されている、燃料電池システム。 - 請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記熱交換器は、前記支持部と前記燃料電池スタックとの間の空間に配設された熱交換器本体を有する、燃料電池システム。 - 請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記熱交換器は、
前記熱交換器本体内に燃料ガスを導入するための燃料ガス入口部と、
前記熱交換器本体内から燃料ガスを導出するための燃料ガス出口部と、を有し、
前記燃料ガス入口部および前記燃料ガス出口部のそれぞれは、前記熱交換器本体から前記支持部側に突出している、燃料電池システム。 - 請求項３記載の燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給装置は、燃料ガスを前記燃料ガス入口部に導くための燃料ガス供給配管を有し、
前記支持部には、前記燃料ガス供給配管の端部と前記燃料ガス入口部とが挿入される貫通孔が形成されている、燃料電池システム。 - 請求項３または４に記載の燃料電池システムであって、
前記支持部には、前記燃料ガス出口部が挿入される挿入孔が形成され、
前記燃料ガス出口部の内孔は、前記燃料ガス出口部が前記挿入孔に挿入された状態で前記燃料ガス導入路に連通している、燃料電池システム。 - 請求項２～５のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記熱交換器は、
前記熱交換器本体内に熱媒体を導入するための熱媒体入口部と、
前記熱交換器本体内から熱媒体を導出するための熱媒体出口部と、を有し、
前記熱媒体入口部および前記熱媒体出口部のそれぞれは、前記熱交換器本体から前記支持部側に突出している、燃料電池システム。 - 請求項２～６のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給装置は、前記積層方向に前記燃料電池スタックと並ぶように前記インジェクタ装置に設けられたエゼクタ装置を有し、
前記エゼクタ装置には、
前記インジェクタ本体から導かれた燃料ガスを前記燃料電池スタックに導くための導出流路と、
前記燃料電池スタックから排出された燃料排ガスの一部を前記導出流路に導くための循環流路と、が形成され、
前記循環流路には、板状の弁体を有するリード弁が設けられ、
前記リード弁は、前記弁体の厚さ方向が前記積層方向に沿うように配置されている、燃料電池システム。 - 請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記リード弁は、前記熱交換器本体に対して前記積層方向と直交する方向に並ぶように配置されている、燃料電池システム。 - 請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料電池システムを備えた燃料電池車両であって、
前記燃料電池システムは、前記積層方向が前記燃料電池車両の車幅方向に沿うように配置されている、燃料電池車両。
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