(57)【要約】【課題】冷却流路への異物混入をより効果的に防止できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】車両に搭載される燃料電池システム１０は、ＦＣスタック１２と、前記ＦＣスタック１２を制御するコントロールユニット１４と、を有したＦＣアセンブリ１８と、前記ＦＣスタック１２を完全密閉式の冷却流路３２を用いて冷却する冷却機構３０と、前記冷却流路３２の途中、かつ、前記ＦＣアセンブリ１８に隣接する位置に設けられ、冷却液を貯留するリザーブタンク５０であって、その内部に連通する開口５２と当該開口５２を塞ぐキャップ５４とを有するリザーブタンク５０と、前記ＦＣアセンブリ１８および前記リザーブタンク５０のキャップ５４を上方から覆う意匠カバー６０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを制御するコントロールユニットと、を有したＦＣアセンブリと、
前記燃料電池スタックを完全密閉式の冷却流路を用いて冷却する冷却機構と、
前記冷却流路の途中、かつ、前記ＦＣアセンブリに隣接する位置に設けられ、冷却液を貯留するリザーブタンクであって、その内部に連通する開口と当該開口を塞ぐ蓋体とを有するリザーブタンクと、
前記ＦＣアセンブリおよび前記リザーブタンクの蓋体を上方から覆う意匠カバーと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックを冷却する冷却機構と、を有した燃料電池システムを開示する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池を搭載した車両が提案されている。例えば、特許文献１には、車両に、燃料電池スタックと、リザーブタンクと、制御回路と、を備えた燃料電池システムを搭載することが提案されている。この特許文献１では、リザーブタンクを燃料電池スタックより上方に配置している。かかる構成とすることで、リザーブタンクに冷却水を補充した場合でも、水頭圧により冷却水の補給口から冷却水が噴出することが防止される。
【０００３】
ところで、燃料電池スタックは、電気化学反応によって発電するものであり、内燃機関等と比べて、異物による悪影響を受けやすい。そのため、燃料電池スタックを冷却する冷却流路は、異物混入を極力抑えた構造とすることが望まれている。
【０００４】
そこで、燃料電池スタックを冷却する冷却機構は、冷却液が外気に触れることなく循環し続ける完全密閉式とすることが提案されている。かかる完全密閉式の冷却機構を採用することで、冷却流路への異物の混入、ひいては、燃料電池スタックへの異物混入を効果的に防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
完全密閉式の冷却機構の場合、冷却流路の途中に、冷却液を貯留するリザーブタンクが設けられる。このリザーブタンクには、内部に連通した開口と、当該開口を塞ぐ蓋体とが設けられている。冷却液を補充する際には、この蓋体を外して、リザーブタンクに冷却液を注入すればよい。こうした冷却液の補充は、異物の混入が生じないように専門の作業者により行なわれることが望ましい。
【０００７】
しかし、特許文献１等の従来技術では、リザーブタンクの蓋体が外部に露出していることが多かった。そのため、ユーザが安易に蓋体を開けてしまい、リザーブタンク、ひいては、冷却流路に異物が混入するリスクが高かった。
【０００８】
そこで、本明細書では、冷却流路への異物混入をより効果的に防止できる燃料電池システムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で開示する燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを制御するコントロールユニットと、を有したＦＣアセンブリと、前記燃料電池スタックを完全密閉式の冷却流路を用いて冷却する冷却機構と、前記冷却流路の途中、かつ、前記ＦＣアセンブリに隣接する位置に設けられ、冷却液を貯留するリザーブタンクであって、その内部に連通する開口と当該開口を塞ぐ蓋体とを有するリザーブタンクと、前記ＦＣアセンブリおよび前記リザーブタンクの蓋体を上方から覆う意匠カバーと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
意匠カバーが、ＦＣアセンブリだけでなく、リザーブタンクの蓋体も覆うため、蓋体へのアクセスがしづらくなり、ユーザが不必要に蓋体を開けることが防止される。そして、これにより、冷却流路への異物の混入を効果的に防止できる。
【００１１】
また、前記意匠カバーは、前記ＦＣアセンブリおよび前記リザーブタンクの上方を覆う上面部と、前記上面部の周縁から下方に延びる周壁部と、を有し、前記周壁部のうち前記蓋体に隣接する部分の下端高さは、前記蓋体の下端高さより低くてもよい。
【００１２】
かかる構成とすることで、蓋体に、上方からはもちろん、横方向からもアクセスしにくくなるため、蓋体の誤開放、ひいては、冷却流路への異物の混入をより効果的に防止できる。
【００１３】
また、前記リザーブタンクの周面には、冷却液の水位を示す目盛りが付されており、前記周壁部のうち前記目盛りに隣接する部分の下端高さは、前記目盛りの上端高さより高くてもよい。
【００１４】
かかる構成とすることで、意匠カバーを取り付けた状態で、目盛りを視認でき、冷却液の補充の要否判断が行なえる。
【発明の効果】
【００１５】
本明細書で開示する燃料電池システムによれば、冷却流路への異物の混入をより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃料電池システムの概略的な平面図である。
【図２】燃料電池システムの概略的な側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線での端面図である。
【図４】冷却機構の構成を示すブロック図である。
【図５】リザーブタンク周辺の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して燃料電池システム１０の構成について説明する。図１は、燃料電池システム１０の概略平面図であり、図２は、側面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ線での端面図であり、図４は、燃料電池システム１０に組み込まれる冷却機構３０のブロック図である。なお、図１、図２では、主要な部品のみを図示し、各種配管や電動バルブ４８、ポンプ等の図示は省略している。また、図１では、意匠カバー６０を二点鎖線で図示し、意匠カバー６０の下側に見える部材を実線で図示している。また、以下の図面において、「Ｆｒ」、「Ｗ」、「Ｕｐ」は、それぞれ、車両の前方、幅方向、上方を示している。
【００１８】
燃料電池システム１０は、車両に搭載されて、走行用電動モータ等に電力を供給する電源として用いることができる。図１〜図３に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック（以下、「ＦＣスタック」と略す）１２と、コントロールユニット１４と、意匠カバー６０と、ＦＣスタック１２を冷却する冷却機構３０と、を備えている。
【００１９】
ＦＣスタック１２は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池のセルを複数有している。複数のセルは、車両前後方向に積層されて、一対のエンドプレートで挟持される。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池を用いることができる。燃料電池の種類はこれに限定されるものではなく、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等であってもかまわない。
【００２０】
このＦＣスタック１２は、スタックケース１６（図３参照）に収容され、ベース部材２０を介して車両に固定される。このときＦＣスタック１２は、後ろ下がりに傾斜した状態で固定される。これは、ＦＣスタック１２内に流れる液体を効率的に流すためである。すなわち、ＦＣスタック１２には、冷却液が流れる冷却流路３２や、燃料ガスおよび酸化ガスが流れるガス流路が設けられている。冷却液や水が、これら冷却流路３２およびガス流路を円滑に流れて、ＦＣスタック１２の外部に排出されるように、本例では、ＦＣスタック１２を後ろ下がりに傾斜させている。なお、ガス流路において存在する水とは、燃料ガスまたは酸化ガスを加湿するために投入された水や、発電によって生じた水である。
【００２１】
ＦＣスタック１２の上には、ＦＣスタック１２が生成する電力および電流を制御するコントロールユニット１４が設置されている。本例では、図３に示すように、スタックケース１６を、上下二段構成とし、下側にＦＣスタック１２を、上側にコントロールユニット１４を配置している。以下では、スタックケース１６により、一体化され、ユニット化されたＦＣスタック１２およびコントロールユニット１４をまとめて、ＦＣアセンブリ１８と呼ぶ。
【００２２】
冷却機構３０は、ＦＣスタック１２に冷却液を供給することでＦＣスタック１２を冷却する。本例では、冷却機構３０として、冷却液が外気に接触しない、いわゆる完全密閉型の冷却機構３０を採用している。なお、冷却液としては、低温時の凍結を防止するために、例えば、エチレングリコールと水との混合溶液、いわゆる不凍液を用いることができる。
【００２３】
この冷却機構３０は、図４に示すように、冷却液が流れる冷却流路３２を有しており、この冷却流路３２の途中には、ラジエータ３８やウォータポンプ４２等が設けられている。冷却流路３２は、ＦＣスタック１２から流出した冷却液をラジエータ３８を経て、再び、ＦＣスタック１２に戻す環状流路であるメイン流路３４のほか、このメイン流路３４から分岐したバイパス流路３６ａ〜３６ｃと、ラジエータ３８とリザーブタンク５０を連通する連通流路３７と、を含む。
【００２４】
ラジエータ３８は、ＦＣスタック１２から排出された冷却液を外気との熱交換により冷却する熱交換器である。このラジエータ３８の背後には、熱交換を促進するためのラジエータファン４０が設けられている。ウォータポンプ４２は、メイン流路３４の途中に設けられ、冷却液を圧送する。一つのバイパス流路３６ａには、冷却液からイオンを吸着除去するイオン交換機４６が設けられている。また、別のバイパス流路３６ｂには、ＦＣスタック１２に供給される空気と冷却液とを熱交換するインタークーラ４４が設けられている。電動バルブ４８は、メイン流路３４とバイパス流路３６ａとの分岐点に設けられ、ラジエータ３８を通過する冷却液とバイパス通路を通過する冷却液との流量比率を調節する。
【００２５】
さらに、別のバイパス流路３６ｃには、冷却液を貯留するリザーブタンク５０も設けられている。リザーブタンク５０は、連通流路３７を介してラジエータ３８に連通されており、ラジエータ３８との間で冷却液を送受する。このリザーブタンク５０は、大気開放されることなく、完全に閉鎖された、いわゆる完全密閉式のリザーブタンク５０である。このリザーブタンク５０内の上部に貯まった空気がダンパの役割を果たすことで、温度変動に伴う冷却液の圧力変動を吸収できる。
【００２６】
また、図３に示すように、リザーブタンク５０には、その内部に連通する開口５２が設けられており、この開口５２には、圧力調整弁の機能を有したキャップ５４（蓋体）が取り付けられている。この開口５２およびキャップ５４は、リザーブタンク５０の上部に設けられている。
【００２７】
キャップ５４は、例えば、樹脂からなり、螺合等の手段により開口５２に着脱自在に取り付けられている。このキャップ５４は、タンク内圧力が高くなれば、タンク内の水蒸気を外部に放出し、タンク内圧力が低くなればタンク内に空気を流入させ、タンク内の圧力を正常に保つ。
【００２８】
ここで、本例では、このリザーブタンク５０をＦＣアセンブリ１８の前方に配置している。より具体的には、リザーブタンク５０は、スタックケース１６の前端面にボルト等の締結部材で固定されている。このとき、リザーブタンク５０の上端は、ＦＣアセンブリ１８の上端よりも低くなっている。そして、本例では、このＦＣアセンブリ１８およびリザーブタンク５０の上方に、ＦＣアセンブリ１８およびリザーブタンク５０を上方から覆う意匠カバー６０を配置している。
【００２９】
意匠カバー６０は、ＦＣアセンブリ１８、ひいては、コントロールユニット１４の上方を覆うことで、見た目を向上する。また、コントロールユニット１４には、保守メンテナンス時に、作業者がアクセスする各種電気部品が設置されているが、意匠カバー６０で覆うことで、ユーザがこれら電気部品に不必要に接触することが防止される。
【００３０】
この意匠カバー６０は、ＦＣアセンブリ１８に着脱自在に取り付けられている。例えば、意匠カバー６０は、クリップによりＦＣアセンブリ１８に装着されてもよい。具体的には、例えば、ＦＣアセンブリ１８の上面からクリップを突出させておく。また、意匠カバー６０の裏面（ＦＣアセンブリ１８の上面と対向する面）に、下方に突出するボスを設けるとともに、このボスにクリップ孔を設けてもよい。そして、ＦＣアセンブリ１８のクリップを、意匠カバー６０のクリップ孔に嵌合することで、意匠カバー６０をＦＣアセンブリ１８に装着するようにしてもよい。また、別の形態として、意匠カバー６０は、爪嵌合やボルト締結等で、ＦＣアセンブリ１８に装着されてもよい。
【００３１】
ところで、図１〜図３に示す通り、本例では、ＦＣアセンブリ１８だけでなく、リザーブタンク５０も意匠カバー６０で覆っている。かかる構成とするのは、ユーザが誤って、リザーブタンク５０のキャップ５４を開けることを防止するためである。すなわち、上述した通り、本例では、完全密閉式の冷却機構３０を採用している。この完全密閉式でも、冷却液の補充交換は必要となる。冷却液の補充交換は、リザーブタンク５０のキャップ５４を取り外して行なわれる。ただし、冷却流路３２内への異物の混入を防止するために、こうした冷却液の補充交換（キャップ５４の開放）は、専門の作業者によって行なわれることが望ましい。特に、ＦＣスタック１２は、僅かな異物でも発電効率に悪影響を与えるため、燃料電池システム１０に組み込まれる冷却機構３０では、異物の混入が極力防止されることが望まれる。
【００３２】
そこで、本例では、意匠カバー６０で、ＦＣアセンブリ１８だけでなく、リザーブタンク５０のキャップ５４も覆い隠している。かかる構成とすることで、ユーザは、意匠カバー６０を取り外さない限り、キャップ５４にアクセスできないため、キャップ５４の誤開放を効果的に防止できる。そして、結果として、冷却流路３２への異物混入を効果的に防止できる。
【００３３】
意匠カバー６０は、ＦＣアセンブリ１８およびリザーブタンク５０の上面を覆う天面部６２と、当該天面部６２の周縁から下方に延びる周壁部６４とを有している。図３から明らかな通り、周壁部６４のうち、リザーブタンク５０に隣接する部分の下端高さは、キャップ５４の下端高さよりも低くなっている。かかる構成とすることで、リザーブタンク５０への上方からのアクセスだけでなく、横方向からのアクセスも阻害される。そして、これにより、キャップ５４の誤開放をより確実に防止できる。
【００３４】
また、図５に示すように、リザーブタンク５０の前面には、冷却液の最小量および最大量を示す目盛り５６が付されている。周壁部６４のうちリザーブタンク５０と隣接する部分の下端高さは、この目盛り５６の上端高さ（図示例では「ＦＵＬＬ」の文字列の上端）よりも、高くなっている。そして、これにより、意匠カバー６０をつけたままでも、目盛り５６を視認でき、冷却液の補充の要否判断が可能となる。
【００３５】
以上の説明から明らかな通り、本例では、ＦＣアセンブリ１８およびリザーブタンク５０の双方を上方から覆う意匠カバー６０を設けている。これにより、不必要なキャップ５４へのアクセスが効果的に防止され、キャップ５４の誤開放、ひいては、冷却流路３２への異物侵入を効果的に防止できる。
【００３６】
なお、ここで説明した構成は一例であり、ＦＣアセンブリ１８およびリザーブタンク５０の双方を上方から覆う意匠カバー６０を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、リザーブタンク５０をＦＣアセンブリ１８の前方に配置しているが、リザーブタンク５０は、ＦＣアセンブリ１８に対して水平方向に隣接しているのであれば、他の箇所、例えば、ＦＣアセンブリ１８の右方向または左方向または後方向に配置されてもよい。ただし、意匠カバー６０の上端高さを抑えるために、リザーブタンク５０の上端高さは、ＦＣアセンブリ１８の上端高さより低いことが望ましい。
【００３７】
また、上述の説明では、意匠カバー６０に下方に延びる周壁部６４を設けているが、かかる周壁部６４は省略されてもよい。燃料電池システム１０は、車両前方に位置するパワーユニット室（エンジン車両におけるエンジンルームに対応）等に配置されるが、この場合、燃料電池システム１０は、立って作業するユーザの目線より下方に位置する。そのため、リザーブタンク５０の少なくとも上方が、意匠カバー６０で覆われていれば、周壁部６４が無くても、キャップ５４を視認しづらくなり、不必要なキャップ５４へのアクセスを防止できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  燃料電池システム、１２  ＦＣスタック、１４  コントロールユニット、１６  スタックケース、１８  ＦＣアセンブリ、２０  ベース部材、３０  冷却機構、３２  冷却流路、３８  ラジエータ、４０  ラジエータファン、４２  ウォータポンプ、４４  インタークーラ、４６  イオン交換機、４８  電動バルブ、５０  リザーブタンク、５２  開口、５４  キャップ、５６  目盛り、６０  意匠カバー、６２  天面部、６４  周壁部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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