JP7413986B2 - 燃料電池モジュールとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池モジュールおよび燃料電池モジュールの製造方法に関する。

従来、この種の燃料電池モジュールとして、たとえば、特許文献１には、燃料電池スタックと、これを駆動する補機と、燃料電池スタックと補機とが並設されるように、これらを収容するケースと、を備えた燃料電池モジュールが開示されている。

特開２０１６－９６０６４号公報

ところで、特許文献１に示す燃料電池モジュールでは、ケース内に燃料電池スタックおよび補機が、ブラケット等の支持部材を介して、ケース内に取付けられている。しかしながら、これらの複数の補機を上下方向に固定しようとした場合、上側に位置する補機は、ケースの下側から支持部材を介して支持することになる。このような支持部材は、下側に位置する補機を避けながら燃料電池モジュール内に設置されるため、燃料電池モジュールの大きさが大きくなってしまうことがある。

さらに、燃料電池モジュールを組み立てる（製造する）際には、下側に位置する補機および支持部材を配置するまでは、上側に位置する補機を配置することができないため、その作業は煩雑で、作業者によってはその作業の時間が長くなることもある。

このような点を鑑みて、本発明として、上下方向に複数の補機類を配置したとしても、燃料電池モジュールの小型化を図ることができる燃料電池モジュールを提供する。さらに、このような燃料電池モジュールをより簡単に製造することができる燃料モジュールの製造方法を提供する。

前記課題を解決すべく、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを駆動させる複数の補機と、前記燃料電池スタックおよび前記複数の補機を固定するフレームと、を備える燃料電池モジュールであって、前記フレームは、上側フレームと、前記上側フレームに連結された下側フレームと、を有しており、前記燃料電池スタックおよび前記複数の補機のうちの少なくとも１つの補機は、前記下側フレームに載置するように固定されており、前記複数の補機のうちの残りの補機は、前記上側フレームに吊下げるように固定されている。

本発明によれば、上側フレームと下側フレームに分けて補機を固定するため、複数の補機のうち上側に位置する補機は、上側フレームに吊下げられるように、固定されている。このため、上側に位置する補機を、下側フレームから支持部材を上方に延ばして固定しなくてもよいため、上下方向に複数の補機を配置したとしても、燃料電池モジュールの小型化を図ることができる。

なお、本発明でいう「複数の補機」とは、フレーム内に直接的または間接的に固定される補機であり、燃料電池スタックを駆動するすべての補機ではない。したがって、本発明でいう上側フレームに固定される「残りの補機」とは、フレーム内においてフレームの直接的または間接的に固定されている補機のうち、下側フレームに、直接的または間接的に固定にされていない残りの補機のことをいう。

ここで、たとえば、上側フレームと下側フレームとが、固着されていてもよいが、たとえば、以下に示す態様であってもよい。具体的な態様としては、前記上側フレームと前記下側フレームとは、連結部材を介して脱離自在に連結されている。

この態様によれば、下側フレームと上側フレームとを、連結部材で連結する前に、下側フレームと上側フレームとのそれぞれに、補機を予め固定しておけば、下側フレームと上側フレームとの連結時に、フレーム内にすべての補機を収容することができる。このようにして、補機をフレームに簡単に固定することができる。さらに、補機をメンテナンスする際には、上側フレームと下側フレームの連結を解除し、上側フレームを下側フレームから取り外せば、上側フレームに取付けられた補機および下側フレームに取付けられた補機の点検、交換等を簡単に行うことができる。

ここで、上側フレームと下側フレームと脱離自在に連結することができるのでれば、これらの構造および連結位置は特に限定されるものではないが、たとえば、以下に示す態様であってもよい。具体的な態様としては、前記フレームは、金属製であり、前記下側フレームは、水平方向に延在する下側梁部分と、前記下側梁部分から鉛直方向に延在する柱部分とを備えており、前記上側フレームは、水平方向に延在する上側梁部分を備えており、前記下側梁部分と前記柱部分とは、溶接により固定されており、前記柱部分と、前記上側梁部分とは、前記連結部材を介して脱離自在に連結されている。

この態様によれば、下側フレームは、下側梁部分と柱部分とを溶接により固定しているので、下側フレームの剛性を確保することができる。さらに、上側フレームは、下側フレームの柱部分に連結部材を介して脱離自在に連結されているので、上側フレームに残りの補機を固定した後、下側フレームの柱部分に、上側フレームの上側梁部分を簡単に連結することができる。また、メンテナンス時には、これらの連結を解除すれば、各補機の点検・交換を簡単に行うことができる。

さらに、上側フレームを構成する上側梁部分、下側フレームを構成する下側梁部分と柱部分は、フレームの剛性を確保できるのであれば、角材などにより構成されていてもよいが、たとえば、以下に示す態様であってもよい。具体的な態様としては、前記燃料電池スタックと前記複数の補機は、可撓性を有したケーブルまたはパイプで接続されており、前記下側梁部分、前記上側梁部分、および前記柱部分は、長手方向と直交する断面がＬ字状となるＬ字部分が形成され、前記Ｌ字部分により形成された空間が、前記フレームの内部空間の一部として形成されており、前記Ｌ字部分により形成された空間内において、前記ケーブルまたは前記パイプが、前記Ｌ字部分に接触するように配設されている。

この態様によれば、燃料電池スタックと各補機とを可撓性を有したケーブルまたはパイプを介して接続する際に、ケーブルまたはパイプのうち、フレームからはみ出しそうな部分を、Ｌ字部分により形成された空間内に収まるように、Ｌ字部分に接触させながら配設することができる。これにより、フレームの内部空間にケーブルおよびパイプを収めることができるため、燃料電池モジュールの小型化を図ることができる。

本明細書では、本発明に係る燃料電池モジュールの製造方法も開示する。本発明に係る燃料電池モジュールの製造方法は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを駆動させる複数の補機と、前記燃料電池スタックおよび前記複数の補機を固定するフレームと、を備える燃料電池モジュールの製造方法であって、前記フレームは、上側フレームと、前記上側フレームに連結された下側フレームと、を有しており、前記上側フレームと前記下側フレームとを離した状態で、前記燃料電池スタックと、前記複数の補機のうちの少なくとも１つの補機と、を前記下側フレームに載置するように固定し、前記複数の補機のうちの残りの補機を前記上側フレームに固定する工程と、前記上側フレームに前記残りの補機が吊下げられるように、前記下側フレームの上方から、前記下側フレームに前記上側フレームを連結する工程と、を含むことを特徴とする。

前記のように構成された燃料電池モジュールの製造方法では、上側フレームと下側フレームとを離した状態で、燃料電池スタックと複数の補機と固定する。具体的には、燃料電池スタックと少なくとも１つの補機とが載置される位置に、これらを下側フレームに固定し、複数の補機のうちの残りの補機が吊下げられる位置に、残りの補機を上側フレームに固定する。その後、下側フレームに上側フレームを連結するので、フレームを作製後、フレームに燃料電池スタックおよび複数の補機を取付ける場合に比べて、これらをフレームに簡単に組み付けることができる。

ここで、下側フレームと上側フレームを連結する際には、これらを溶接等で固着してもよく、これらを連結し、１つのフレームとして機能できるものであれば、その連結方法は特に限定されるものではないが、たとえば、以下の態様であってもよい。より具体的な態様としては、前記上側フレームと前記下側フレームとは、連結部材を介して脱離自在に連結されているものであり、前記連結する工程において、前記連結部材を介して前記下側フレームに前記上側フレームを連結する。

この態様によれば、下側フレームに上側フレームを連結部材を介して容易に連結することができ、補機をメンテナンスする際には、上側フレームと下側フレームの連結を解除し、上側フレームを下側フレームから取り外せば、上側フレームに取付けられた補機および下側フレームに取付けられた補機の点検、交換等を簡単に行うことができる。

ここで、上側フレームと下側フレームと脱離自在に連結することができるのでれば、これらの構造および連結位置は特に限定されるものではないが、たとえば、以下に示す態様であってもよい。より具体的な態様としては、前記フレームは、金属製であり、前記下側フレームは、水平方向に延在する下側梁部分と、前記下側梁部分から鉛直方向に延在する柱部分とを備えており、前記上側フレームは、水平方向に延在する上側梁部分を備えており、前記下側梁部分と前記柱部分とは、溶接により固定されており、前記連結する工程において、前記柱部分と、前記上側梁部分とを、前記連結部材を介して連結する。

この態様によれば、下側フレームは、下側梁部分と柱部分とを溶接により固定しているので、下側フレームの剛性を確保することができる。さらに、上側フレームは、下側フレームの柱部分に連結部材を介して脱離自在に連結されているので、上側フレームに残りの補機を固定した後、下側フレームの柱部分に、上側フレームの上側梁部分を簡単に連結することができる。また、メンテナンス時には、これらの連結を解除すれば、各補機の点検・交換を簡単に行うことができる。

さらに、上側フレームを構成する上側梁部分、下側フレームを構成する下側梁部分と柱部分は、フレームの剛性を確保できるのであれば、角材などにより構成されていてもよいが、たとえば、以下に示す態様であってもよい。具体的な態様としては、前記燃料電池スタックと前記複数の補機は、前記固定する工程後および前記連結する工程後に、可撓性を有したケーブルまたはパイプで接続されるものであり、前記下側梁部分、前記上側梁部分、および前記柱部分は、長手方向と直交する断面がＬ字状となるＬ字部分が形成され、前記Ｌ字部分により形成された空間が、前記フレームの内部空間の一部として形成されており、前記燃料電池スタックと前記複数の補機とを接続する際に、前記ケーブルまたは前記パイプを、前記Ｌ字部分により形成された空間内において、前記Ｌ字部分に接触させて接続する。

この態様によれば、燃料電池スタックと各補機とをケーブルまたはパイプを介して接続するとき、フレームからはみ出しそうなケーブルまたはパイプの部分を、Ｌ字部分により形成された空間内に収まるように接触させるため、燃料電池モジュールの小型化を図ることができる。

本発明に係る燃料電池モジュールによれば、上下方向に複数の補機類を配置したとしても、燃料電池モジュールの小型化を図ることができる。本発明に係る燃料電池モジュールの製造方法によれば、上下方向に複数の補機類を配置した燃料電池モジュールをより簡単に製造することができる。

本実施形態に係る燃料電池モジュールの模式的斜視図である。 本実施形態に係る燃料電池モジュールの一実施形態を構成する燃料電池システムの概略系統図である。 図１に示す燃料電池モジュールのフレームを分解した分解斜視図である。 本実施形態の燃料電池モジュールの底面図である。 図３に示すフレームの上側フレームに複数の補機を固定し、下側フレームに複数の補機を固定した状態の斜視図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 図１のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 図１に示す、燃料電池モジュールの製造方法を説明するためのフロー図である

以下、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池モジュール１は、燃料電池スタック１Ａと、燃料電池スタック１Ａを駆動させる複数の補機（後述する）と、燃料電池スタック１Ａおよび複数の補機を固定するフレーム１０と、を備える。フレーム１０については後述する。図２に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール１、メンテナンス部品等の機器のほか、水素タンク等の他の装置から構成される。

燃料電池スタック１Ａの燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（アノード電極）およびカソード側触媒層（カソード電極）とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。ＭＥＡの両側には、燃料ガスである水素ガス、酸化剤ガスであるエアを供給するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層（ＧＤＬ）が形成されている。ＧＤＬが両側に配置された膜電極接合体は、ＭＥＧＡと称され、ＭＥＧＡは、一対のセパレータにより挟持されている。ここで、ＭＥＧＡが燃料電池の発電部であり、ガス拡散層がない場合には、ＭＥＡが燃料電池の発電部となる。

燃料電池スタック１Ａは、これを駆動する複数の補機に接続されており、図２に示すように、これらの補機は、エア供給系２０、水素ガス供給系３０、冷却系４０、および制御系５０を構成している。

エア供給系２０は、燃料電池スタック１Ａを構成する各セルのカソード電極にエアを供給し、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後のオフガスを燃料電池スタック１Ａから排出するものである。エア供給系２０には、燃料電池スタック１Ａの上流側から、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、インタクーラ２３等が設けられ、燃料電池スタック１Ａの下流側には、マフラ２８等が設けられている。

エアクリーナ２１は、大気中から取り込むエア中の塵埃を除去する。コンプレッサ２２は、エアクリーナ２１を介して導入されたエアを圧縮し、圧縮されたエアをインタクーラ２３へ圧送する。インタクーラ２３は、コンプレッサ２２から圧送されて導入されたエアを通過させるときに、例えば冷媒との熱交換によって冷却し、燃料電池スタック１Ａ（のカソード電極）に供給する。本実施形態の燃料電池モジュール１では、燃料電池スタック１Ａの補機として、コンプレッサ２２およびインタクーラ２３が、フレーム１０に固定されている。

水素ガス供給系３０は、燃料電池スタック１Ａを構成する各セルのアノード電極に水素ガスを供給し、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後のオフガスを燃料電池スタック１Ａから排出するものである。水素ガス供給系３０は、燃料電池スタック１Ａの上流側から、水素ガス供給源３１、および水素ガス供給装置３３を備え、燃料電池スタック１Ａの下流側には、気液分離器３７を備えている。水素ガス供給系３０は、気液分離器３７を通過した水素ガスを上流側に循環させる水素ガスポンプ３８を備えている。

水素ガス供給装置３３は、燃料電池スタック１Ａに水素ガスを供給するインジェクタ等を備えている。気液分離器３７は、オフガスに含まれる生成水を分離し、生成水を分離した水素ガスは水素ガスポンプ３８に送られ、生成水はマフラ２８に送られる。水素ガスポンプ３８は、気液分離器３７で分離された水素ガスを圧送して、燃料ガス供給流路へ循環させる。本実施形態の燃料電池モジュール１では、燃料電池スタック１Ａの補機として、水素ガスポンプ３８等が、フレーム１０内に搭載されている。

冷却系４０は、燃料電池スタック１Ａを冷却するメイン冷却系４０Ａと、後述するコンバータ５４等が集約された高電圧機器５４Ａ（図１参照）、コンプレッサ２２のモータ等を冷却するサブ冷却系４０Ｂと、で構成されている。

メイン冷却系４０Ａは、循環系であり、メイン冷却系４０Ａには、メインポンプ４２Ａ、熱交換器４３Ａ、三方弁（ロータリバルブ）４５、イオン交換器４７、およびメインタンク４８Ａが設けられている。メインポンプ４２Ａは、熱交換器４３Ａで冷却された冷媒（冷却液）を燃料電池スタック１Ａに圧送する。熱交換器４３Ａは、燃料電池スタック１Ａから排出される冷媒を冷却する。イオン交換器４７は、燃料電池スタック１Ａを冷却する冷媒からイオンを除去する機能を有しており、バイパス通路に設けられている。三方弁４５は、燃料電池スタック１Ａから排出された冷媒を、熱交換器４３Ａまたはイオン交換器４７に分流する。メインタンク４８Ａは、メイン冷却系４０Ａに補給用の冷媒を収容しており、冷媒の不足時に、メイン冷却系４０Ａに補給用の冷媒が供給される。本実施形態では、燃料電池スタック１Ａの補機として、メインポンプ４２Ａおよび三方弁４５等が、フレーム１０に固定されている。

サブ冷却系４０Ｂには、熱交換器４３Ｂ、サブポンプ４２Ｂ、およびサブタンク４８Ｂが設けられている。サブポンプ４２Ｂは、熱交換器４３Ｂで冷却された冷媒（冷却液）をコンバータ５４等に圧送する。熱交換器４３Ａは、コンバータ５４等から排出される冷媒を冷却する。サブタンク４８Ｂは、サブ冷却系４０Ｂに補給用の冷媒を収容しており、冷媒の不足時に、サブ冷却系４０Ｂに補給用の冷媒が供給される。本実施形態では、燃料電池スタック１Ａの補機として、サブポンプ４２Ｂ等が、フレーム１０に固定されている。

エア供給系２０、水素ガス供給系３０、冷却系４０の各機器（補機等）は、可撓性を有したパイプ７で接続されており、バルブを介して、これらを流れる流体の流量、圧力等が制御されている。なお、図１では、複数のパイプのうち、一部のパイプ７が示されている。

制御系５０は、燃料電池スタック１Ａの駆動等を制御するものである。制御系５０には、制御装置５１、バッテリ５２、ＰＣＵ５３、コンバータ５４、ジャンクションボックス（中継ボックス）５５、および負荷５６が設けられている。制御装置５１は、上述したバルブ、後述するＰＣＵ（パワーコントロールユニット）５３を制御する。バッテリ５２は、燃料電池スタック１Ａで発電された電力を蓄電する。ＰＣＵ５３は、制御装置５１の制御に応じてジャンクションボックス５５を介して負荷５６に電力を供給する。コンバータ５４は、高電圧機器５４Ａ（図１参照）に含まれており、燃料電池スタック１Ａの出力電圧を昇圧してＰＣＵ５３に供給する。これらの補機は、ケーブル６を介して電気的に接続されている。なお、図１では、複数のケーブルのうち、一部のケーブル６が示されている。

ここで、本実施形態では、図１および図５に示すように、フレーム１０には、燃料電池スタック１Ａおよび複数の補機が固定されている。フレーム１０に固定される複数の補機は、上述したように、コンプレッサ２２、インタクーラ２３、水素ガス供給装置３３、水素ガスポンプ３８、メインポンプ４２Ａ、三方弁４５、サブポンプ４２Ｂ、ＰＣＵ５３、高電圧機器５４Ａ、ジャンクションボックス５５等である。しかしながら、これらの補機に限定されるものではなく、エアクリーナ２１、熱交換器４３Ａ、４３Ｂ、その他のバルブ等がさらに固定されていてもよい。図１および図５では、これらの補機のうち、後述する下側フレーム１２に固定される補機に、符号８Ａを付し、上側フレーム１５に固定される補機に、符号８Ｂを付す。

本実施形態の燃料電池モジュール１を構成する複数の補機８Ａ、８Ｂは、燃料電池スタック１Ａとともにフレーム１０に固定されている。図３において、フレーム１０は、基本的には金属製の溝型鋼材やアングル材、パイプ材等で構成され、下側フレーム１２と上側フレーム１５とを有している。上側フレーム１５と、下側フレーム１２とは脱離自在に連結されている。具体的には、フレーム１０は金属製であり、下側フレーム１２の上部に上側フレーム１５が連結ボルト等のブラケット１６および連結部材１８を介して脱離自在に連結されている。

下側フレーム１２は、フレーム１０の下部を構成しており、下側フレーム１２には、燃料電池スタック１Ａおよび複数の補機８Ａが、載置するように固定されている。ここで、補機８Ａは、インタクーラ２３、水素ガスポンプ３８、メインポンプ４２Ａ、三方弁４５、サブポンプ４２Ｂ、高電圧機器５４Ａ、およびジャンクションボックス５５等である。なお、高電圧機器５４Ａは、燃料電池スタック１Ａを介して、下側フレーム１２に間接的に固定されている。

上側フレーム１５は、フレーム１０の上部を構成し、上側フレーム１５には、残りの補機８Ｂが、吊下げるように固定されている。ここで、残りの補機８Ｂは、上述した補機のうち、フレーム１０に固定される補機のうち、下側フレーム１２に搭載された補機８Ｂを除く、残りの補機である。ここで、補機８Ｂは、コンプレッサ２２、水素ガス供給装置３３、およびＰＣＵ５３が吊下げるように固定されている。

図３に示すように、下側フレーム１２は、水平方向に延在する下側梁部分１２Ａ、１２Ｂと、下側梁部分１２Ａ、１２Ｂから鉛直方向に延在する柱部分１２Ｃと、を備えている。下側梁部分１２Ａ、１２Ｂは、矩形状の枠を形成しており、外周の４辺のうち、長辺の下側梁部分１２Ａと短辺の下側梁部分１２Ｂとは、溶接により、接合されている。

さらに、対向する長辺の下側梁部分１２Ａ、１２Ａを連結するように、短辺方向に沿って、複数の連結部１２Ｄが、下側梁部分１２Ａ、１２Ａに溶接等により固定されている。これらの連結部１２Ｄにより、下側フレーム１２を固定するとともに、下側フレーム１２に、燃料電池スタック１Ａおよび補機８Ａが、ブラケット等を介して固定される。

図３に示すように、下側フレーム１２の四隅および長辺に沿った隅部同士の中間位置には、鉛直方向に延在する６本の柱部分１２Ｃが下側梁部分１２Ａ、１２Ｂに溶接により固定されている。各柱部分１２Ｃの上部は、広がるように形成されており、上側フレーム１５に連結するためのブラケット１６が、ボルト等を介して固定されている。ブラケット１６の上面には、上側フレーム１５を連結ボルトで連結するためのボルト孔が穿設されている。上側フレーム１５と下側フレーム１２とは、ボルト等の連結部材１８を介して脱離自在に連結される。

図４に示すように、下側フレーム１２の底面には、燃料電池モジュール１をボルトで固定するための貫通孔１９Ａが複数形成されている。本実施形態では、貫通孔１９Ａは、下側フレーム１２の四隅と、長辺に沿った隅部同士の中間位置に、設けられている。貫通孔１９Ａが形成された下側フレーム１２の上部には、ナット１９Ｂ（図３参照）が固着されている。これにより、車体等の取付け部（図示せず）から、固定用のボルトを、貫通孔１９Ａに挿通し、ナット１９Ｂに螺着させれば、燃料電池モジュール１を安定して固定することができる。

上側フレーム１５は、下側フレーム１２の形状に応じて形成されており、水平方向に延在する上側梁部分１５Ａ、１５Ｂを備えている。上側梁部分１５Ａ、１５Ｂは、矩形状の枠を形成しており、外周の４辺のうち、長辺の上側梁部分１５Ａと短辺の上側梁部分１５Ｂとは、下側フレーム１２の柱部分１２Ｃに取付けられたブラケット１６を介して、ボルト等の連結部材１８で連結されている。なお、上側梁部分１５Ａ、１５Ｂを溶接により接合し、矩形状の上側フレーム１５を形成してもよい。

さらに、本実施形態では、長辺方向の上辺の上側梁部分１５Ａ、１５Ａの中間に２本の中間梁１５Ｃ、１５Ｃが連結されるとともに、これらの中間梁１５Ｃ、１５Ｃの長手方向の中央には、補強バー１５Ｄが連結されている。

フレーム１０を形成する下側梁部分１２Ａ、１２Ｂ、上側梁部分１５Ａ、１５Ｂ、および柱部分１２Ｃは、長手方向と直交する断面がＬ字状となるＬ字部分が形成されており、アングル材等により形成されている。なお、Ｌ字部分を有するアングル材は、２つの長尺状の板材を長手方向に沿って溶接することにより形成してもよいし、１つの長尺状の板材を長手方向に沿ってプレス成形することにより形成してもよい。

たとえば図６Ａ、図６Ｂに示すように、下側梁部分１２Ａ、１２Ｂ、上側梁部分１５Ａ、１５Ｂ、および柱部分１２ＣのＬ字部分により形成された空間Ｓ１は、フレーム１０の内部空間Ｓの一部として形成されている。換言すると、長手方向に沿って形成されたＬ字部分が、フレーム１０の内側に開口している。たとえば、下側梁部分１２Ａ、１２Ｂは、フレーム１０の内側の上方に向けて開口している。また、上側梁部分１５Ａ、１５ＢのＬ字部分は、フレーム１０の内側の下方に向けて開口している。このようなＬ字部分は、上述したケーブル６およびパイプ７をフレーム１０内に収納するためのガイド部分として、作用させることができる。

このように構成されたフレーム１０の上側フレーム１５と下側フレーム１２とは、柱部分１２Ｃの上部のブラケット１６を介してボルト等の連結部材１８を介して連結されるとともに、連結部材１８を外すことで分離できる構成となっている。

つぎに、フレーム１０に固定される燃料電池スタック１Ａと、複数の補機８Ａ、８Ｂについて説明する。図５に示すように、フレーム１０の下側フレーム１２には、燃料電池スタック１Ａが固定される。具体的には、燃料電池スタック１Ａは、下側フレーム１２の短辺方向の２本の連結部１２Ｄ、１２Ｄに跨って載置するように固定ボルト等で固定されている。

また、下側フレーム１２には、複数の補機８Ａ、８Ｂのうち、補機８Ａに相当するインタクーラ２３、水素ガスポンプ３８、高電圧機器５４Ａ、三方弁４５、メインポンプ４２Ａ、サブポンプ４２Ｂ、ジャンクションボックス５５が、載置するように固定ボルト等で固定されている。上側フレーム１５には、複数の補機８Ａ、８Ｂのうち、補機８Ｂに相当するコンプレッサ２２、水素ガス供給装置３３、ＰＣＵ５２が、吊下げるように固定ボルト等で固定されている。これらの補機８Ａ、８Ｂは、ブラケット等を介して、フレーム１０に固定されていてもよく、たとえば、補機８Ａは、フレーム１０に固定された燃料電池スタック１Ａまたは別の補機８Ａに固定することにより、間接的に下側フレーム１２に固定されてもよい。

下側梁部分１２Ａ、１２Ｂ、上側梁部分１５Ａ、１５Ｂ、および柱部分１２ＣのＬ字部分により形成された空間Ｓ１内において、上述した可撓性を有したケーブル６またはパイプ７が、Ｌ字部分に接触するように配設されている。たとえば、Ｌ字部分に、ケーブル６またはパイプ７が、たとえば結束バンド等で結束されていてもよい。

図６Ａの断面図に示すように、長辺の上側梁部分１５Ａには、Ｌ字部分１５ａが形成されており、Ｌ字部分１５ａにより形成された空間Ｓ１は、フレーム１０の内側に向けて開口している。本実施形態では、Ｌ字部分１５ａにより形成された空間Ｓ１内に、高電圧機器５４Ａと、ジャンクションボックス５５とを接続するケーブル６が、Ｌ字部分１５ａに接触するように配設されている。

また、図６Ｂの断面図に示すように、下側フレーム１２の隅部同士の中間に位置する柱部分１２Ｃにも、Ｌ字部分１２ａが形成されている。Ｌ字部分１２ａにより形成された空間Ｓ１は、フレーム１０の内側に向けて開口している。本実施形態では、Ｌ字部分１２ａにより形成された空間Ｓ１内に、高電圧機器５４Ａと、水素ガスポンプ３８とを接続するケーブル６が、Ｌ字部分１５ａに接触するように配設されている。

図６Ａ、図６Ｂに示すいずれの場合であっても、ケーブル６のうち、フレーム１０からはみ出しそうな部分を、Ｌ字部分１２ａ、１５ａにより形成された空間Ｓ１内に収まるように、フレーム１０の内部空間Ｓにケーブル６を収納することができるため、燃料電池モジュール１の小型化を図ることができる。さらに、図６Ａ、図６Ｂでは、上側梁部分１５Ａ、柱部分１２ＣのＬ字部分１５ａ、１２ａに、ケーブル６を接触させたが、たとえば、これらに、パイプ７が接触するように配設されていてもよく、下側梁部分１２ＡのＬ字部分１２ａに、ケーブル６またはパイプ７を接触させてもよい。

本実施形態の燃料電池モジュール１を製造する方法について、図７を参照しながら、以下に説明する。下側固定工程Ｓ１１と上側固定工程Ｓ２１とを行う。具体的には、上側フレーム１５と下側フレーム１２とを離した状態で、下側固定工程Ｓ１１において、燃料電池スタック１Ａと、複数の補機８Ａ、８Ｂのうち補機８Ａと、を下側フレーム１２に載置するように固定し、上側固定工程Ｓ２１において、複数の補機８Ａ、８Ｂのうちの残りの補機８Ｂを上側フレーム１５に固定する。

より具体的には、下側固定工程Ｓ１１では、下側フレーム１２に燃料電池スタック１Ａを固定し、その後、水素ガスポンプ３８、高電圧機器５４Ａ、および三方弁４５等の補機８Ａを固定する。上側固定工程Ｓ２１では、補機８Ｂが吊下げられる側に、補機８Ｂを固定する。本実施形態では、上側フレーム１５のうち、短辺の上側梁部分１５Ｂを外した状態で、上側フレーム１５の本体を組み立て、この本体に、コンプレッサ２２、水素ガス供給装置３３、ＰＣＵ５２等の補機８Ｂを固定する。なお、下側固定工程Ｓ１１と上側固定工程Ｓ２１とは同時に行わなくてもよい。

次に、下側接続工程Ｓ１２と上側接続工程Ｓ２２とを行う。この工程では、下側接続工程Ｓ１２では、燃料電池スタック１Ａと複数の補機８Ａと、補機８Ａ、８Ａ同士を、可撓性を有したケーブル６またはパイプ７で接続する。上側接続工程Ｓ２２では、複数の補機８Ｂ、８Ｂ同士を、ケーブル６またはパイプ７で接続する。この際に、たとえば、図６Ｂ等で説明したように、燃料電池スタック１Ａと補機８Ａとを接続する際に、補機８Ａ、８Ａ同士、または補機８Ｂ、８Ｂ同士を接続する際に、フレーム１０の空間Ｓからその一部がはみ出しそうケーブル６またパイプ７を、Ｌ字部分により形成された空間Ｓ１内において、Ｌ字部分に接触させた状態で、接続する。なお、下側接続工程Ｓ１２と上側接続工程Ｓ２２は、同時に行わなくてもよく、下側接続工程Ｓ１２後、上側接続工程Ｓ２２を行ってもよく、各固定工程後に、各接続工程を行えばよい。

次に、連結工程Ｓ３を行う。連結工程Ｓ３では、上側フレーム１５に補機８Ｂが吊下げられるように、下側フレーム１２の上方から、下側フレーム１２に上側フレーム１５を連結する。具体的には、下側フレーム１２の柱部分１２Ｃと、上側フレーム１５の上側梁部分１５Ａ、１５Ｂとを、ボルトなどの連結部材１８を介して連結する。本実施形態では、補機８Ｂが取付けられた、上側フレーム１５の本体と、短辺の上側梁部分１５Ｂとを、下側フレーム１２の柱部分１２Ｃに、脱離自在に取付ける。

最後に、連結工程Ｓ３後に、下側フレーム１２に固定された燃料電池スタック１Ａおよび複数の補機８Ａと、上側フレーム１５に固定された複数の補機８Ｂを、ケーブル６またはパイプ７で接続する。この際、図６Ｂ等で説明するように、下側フレーム１２において接続されたケーブル６またはパイプ７が、フレーム１０の空間Ｓからはみ出さないように、Ｌ字部分により形成された空間Ｓ１内において、上側梁部分１５Ａ、１５ＢのＬ字部分１５ａに接触させた状態で、接続する。

このように、本実施形態によれば、上側フレーム１５と下側フレーム１２に分けて補機を固定するため、複数の補機８Ａ、８Ｂのうち上側に位置する補機８Ｂは、上側フレームに吊下げられるように、固定されている。このため、上側に位置する補機８Ｂを、下側フレーム１２から支持部材を上方に延ばして固定しなくてもよいため、上下方向に複数の補機８Ａ、８Ｂを配置したとしても、燃料電池モジュール１の小型化を図ることができる。さらに、下側フレーム１２と、上側フレーム１５とに、補機８Ａ、８Ｂを個別に固定することができるため、簡単かつ短時間に、フレーム１０に燃料電池スタック１Ａおよび複数の補機８Ａ、８Ｂを組み付けることができる。

さらに、下側フレーム１２に上側フレーム１５を連結部材１８を介して容易に連結することができ、補機８Ａ、８Ｂをメンテナンスする際には、上側フレーム１５と下側フレーム１２の連結を解除し、上側フレーム１５を下側フレーム１２から取り外せば、上側フレーム１５に取付けられた補機８Ｂおよび下側フレーム１２に取付けられた補機８Ａの点検、交換等を簡単に行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、

１：燃料電池モジュール、１Ａ：燃料電池スタック、６：ケーブル、７：パイプ、８Ａ，８Ｂ：補機、１２：下側フレーム、１２Ａ，１２Ｂ：下側梁部分、１２ａ：Ｌ字部分、１２Ｃ：柱部分、１５：上側フレーム、１５Ａ，１５Ｂ：上側梁部分、１５ａ：Ｌ字部分、１８：連結部材（ボルト）

Claims (6)

1. 燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを駆動させる複数の補機と、前記燃料電池スタックおよび前記複数の補機を固定するフレームと、を備える燃料電池モジュールであって、
   前記フレームは、上側フレームと、前記上側フレームに連結された下側フレームと、を有しており、
   前記燃料電池スタックおよび前記複数の補機のうちの少なくとも１つの補機は、前記下側フレームに載置するように固定されており、
   前記複数の補機のうちの残りの補機は、前記上側フレームに吊下げるように固定されており、
   前記上側フレームと前記下側フレームとは、連結部材を介して脱離自在に連結されており、
   前記フレームは、金属製であり、
   前記下側フレームは、水平方向に延在する下側梁部分と、前記下側梁部分から鉛直方向に延在する柱部分とを備えており、
   前記上側フレームは、水平方向に延在する上側梁部分を備えており、
   前記下側梁部分と前記柱部分とは、溶接により固定されており、
   前記柱部分と、前記上側梁部分とは、前記連結部材を介して脱離自在に連結されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 前記燃料電池スタックと前記複数の補機は、可撓性を有したケーブルまたはパイプで接続されており、
   前記下側梁部分、前記上側梁部分、および前記柱部分は、長手方向と直交する断面がＬ字状となるＬ字部分が形成され、前記Ｌ字部分により形成された空間が、前記フレームの内部空間の一部として形成されており、
   前記Ｌ字部分により形成された空間内において、前記ケーブルまたは前記パイプが、前記Ｌ字部分に接触するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを駆動させる複数の補機と、前記燃料電池スタックおよび前記複数の補機を固定するフレームと、を備える燃料電池モジュールの製造方法であって、
   前記フレームは、上側フレームと、前記上側フレームに連結された下側フレームと、を有しており、
   前記上側フレームと前記下側フレームとを離した状態で、前記燃料電池スタックと、前記複数の補機のうちの少なくとも１つの補機と、を前記下側フレームに載置するように固定し、前記複数の補機のうちの残りの補機を前記上側フレームに固定する工程と、
   前記上側フレームに前記残りの補機が吊下げられるように、前記下側フレームの上方から、前記下側フレームに前記上側フレームを連結する工程と、
   を含むことを特徴とする燃料電池モジュールの製造方法。
4. 前記上側フレームと前記下側フレームとは、連結部材を介して脱離自在に連結されているものであり、
   前記連結する工程において、前記連結部材を介して前記下側フレームに前記上側フレームを連結することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
5. 前記フレームは、金属製であり、
   前記下側フレームは、水平方向に延在する下側梁部分と、前記下側梁部分から鉛直方向に延在する柱部分とを備えており、
   前記上側フレームは、水平方向に延在する上側梁部分を備えており、
   前記下側梁部分と前記柱部分とは、溶接により固定されており、
   前記連結する工程において、前記柱部分と、前記上側梁部分とを、前記連結部材を介して連結することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
6. 前記燃料電池スタックと前記複数の補機は、前記固定する工程後および前記連結する工程後に、可撓性を有したケーブルまたはパイプで接続されるものであり、
   前記下側梁部分、前記上側梁部分、および前記柱部分は、長手方向と直交する断面がＬ字状となるＬ字部分が形成され、前記Ｌ字部分により形成された空間が、前記フレームの内部空間の一部として形成されており、
   前記燃料電池スタックと前記複数の補機とを接続する際に、前記ケーブルまたは前記パイプを、前記Ｌ字部分により形成された空間内において、前記Ｌ字部分に接触させて接続することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池モジュールの製造方法。

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