(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇に対応するためのケース変形抑制構造を提供する。【解決手段】燃料電池車のフロアの下部に空隙を設けて搭載された燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇に対応するためのケース変形抑制構造である。収納ケースの外部上面に設けられた圧力調整ベントであって、内部の圧力が外部の圧力より高い場合に内部の圧力が低下するように、内部の圧力を減圧するための圧力調整ベントと、収納ケースの内部の下面上に設けられたマウントに設置された燃料電池スタックの両端部のエンドプレートの上部と、収納ケースの内部の上面との間を接続するテンションプレートと、備える。テンションプレートは、圧力調整ベントの外周部の収納ケースの内部の上面と、エンドプレートの上部との位置関係を固定するように接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車のフロアの下部に空隙を設けて搭載された燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇に対応するための圧力変動対応構造であって、
前記収納ケースの外部上面に設けられた圧力調整ベントであって、前記内部の圧力が外部の圧力より高い場合に前記内部の圧力が低下するように、前記内部の圧力を減圧するための圧力調整ベントと、
前記収納ケースの内部の下面上に設けられたマウントに設置された前記燃料電池スタックの両端部に有するエンドプレートの上部と、前記収納ケースの内部の上面との間を接続するテンションプレートと、
を備え
前記テンションプレートは、前記圧力調整ベントの外周部の前記収納ケースの内部の上面と、前記エンドプレートの上部との位置関係を固定するように接続されている
ことを特徴とする圧力変動対応構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇に対するケース変形抑制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素の電気化学反応によって発電し、発電した電気を動力源とする電動モータを動力とする自動車、いわゆる燃料電池車の開発が進められている。この燃料電池車では、実際には、いわゆるセルと呼ばれる１つの燃料電池を複数重ねた燃料電池スタックを用いて、電動モータを駆動するための動力源としている。
【０００３】
図１０は、従来の問題点について示す説明図である。図１０（Ａ）に示すように、燃料電池スタックは、一般的に、収納ケースに収納して、車室フロアの下部に搭載されている（破線枠で示す部分）。図１０（Ｂ）は、燃料電池スタック１０が収納された収納ケース２０がフロア１００の下部に搭載されている部分を拡大して示している。収納ケース２０の上面には、圧力調整ベント２２が設けられている。この圧力調整ベントは、収納ケース内部の圧力が外部の圧力より高い場合には、内部の圧力が低下するように、内部の気体が外部へ抜けるようになっている。この圧力調整ベントとしては、例えばポアフロン膜等が利用されている。燃料電池スタック１０は、両端のエンドプレート１２の下部が、収納ケース２０の内部下面上に設けられたマウント２４に接続固定されている。なお、燃料電池スタックの搭載スペースは少なくしたいという要望から、フロア１００と収納ケース２０の上部との間隔Ａは、極力狭くしたいという要望がある。
【０００４】
ここで、上述したように、通常、収納ケース内に圧力上昇があっても、圧力調整ベント２２を介して内部の気体が外部へ抜けるようになっているので、問題は発生しない。しかしながら、水素と酸素の急激な反応が発生したような場合には、圧力調整ベント２２からの圧力調整が間に合わず、図１０（Ｃ）に示すように、収納ケースを変形させてしまう可能性がある。この場合には、圧力調整ベント２２がフロア１００に接触してしまい、圧力を低減することができなくなってしまう、という問題が発生する。そして、さらに、圧力上昇が進むと、図１０（Ｄ）に示すように、フロア１００までも変形させてしまう、という問題も発生することになる。
【０００５】
上記問題点を解決する手法として、１）圧力調整ベントの面積を拡大する方法、２）ケースの強度を高める方法、３）ケースが変形しても影響を及ぼさないだけのスペースを確保する等が考えられる。しかしながら、１）の方法では、ベントの防水信頼性が低下するという問題や、ケースの剛性・強度の低下による変形増大の可能性が増大するというように、結局、効果が得られない可能性もある。２）の方法では、収納ケースの上面部の変形を抑制することは実質的に困難と考えられる。３）の方法では、無駄なスペースが増大することになり、燃料電池車全体としてのパッケージ効率の低下という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９７３７７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇に対応するためのケース変形抑制構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料電池車のフロアの下部に空隙を設けて搭載された燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇に対応するための圧力変動対応構造であって、
前記収納ケースの外部上面に設けられた圧力調整ベントであって、前記内部の圧力が外部の圧力より高い場合に前記内部の圧力が低下するように、前記内部の圧力を減圧するための圧力調整ベントと、
前記収納ケースの内部の下面上に設けられたマウントに設置された前記燃料電池スタックの両端部に有するエンドプレートの上部と、前記収納ケースの内部の上面との間を接続するテンションプレートと、
を備え
前記テンションプレートは、前記圧力調整ベントの外周部の前記収納ケースの内部の上面と、前記エンドプレートの上部との位置関係を固定するように接続されている
ことを特徴とする圧力変動対応構造。
この構造によれば、燃料電池スタックのエンドプレートと接続されたテンションプレートによって圧力調整ベント周辺の収納ケースの変形を抑制することができるので、燃料電池スタックの収納ケースの内部の急激な圧力上昇発生に対応することが可能である。
【００１０】
なお、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、燃料電池スタックの収納ケースの圧力変動対応構造、これを搭載した燃料電池車などの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。
【図３】圧力調整ベント２２の部分を拡大した斜視図である。
【図４】本発明の第３実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す説明図である。
【図５】本発明の第４実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第５実施例としての料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第６実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す説明図である。
【図８】本発明の第７実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第９実施例としての燃料電池スタックの収納ケース変形抑制構造を示す説明図である。
【図１０】従来の問題点について示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．第８実施例：
【００１３】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す説明図である。図１（Ａ）は、燃料電池スタック１０を（点線で示す）を収納した状態の収納ケース２０を上面視した状態を示しており、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示している。
【００１４】
燃料電池スタック１０は、図１（Ｂ）に示すうように、両端のエンドプレート１２の下部で、収納ケース２０の内部上面に設けられたマウント２４に設置固定されている。また、エンドプレート１２の上面と、圧力調整ベント２２の外周部の収納ケース２０の内面とを、テンションプレート２６で接続固定されている。
【００１５】
上記構造を有することにより、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、テンションプレート２６が、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制することができる。これにより、圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００１６】
また、テンションプレート２６は、テンションのみに対する強度を確保すればよいので、薄板を利用することが可能であり、収納ケース上面曲げ強度を高める補強に比べて大幅に全体の重さを軽くすることが可能である。さらに、テンションプレート２６は、ＦＲＰ繊維やＣＦＲＰ繊維のような超軽量な部材を用いることも可能である。
【００１７】
また、テンションプレート２６を設けたとしても、収納ケースのサイズは従来サイズのままで実現可能である。
【００１８】
また、収納ケース２０の上面とフロアとの空隙は、圧力調整ベント２２から圧力を抜くための隙間のみを確保すればよい、例えば、１０ｍｍ程度でよいので、可能な限りフロアと収納ケースとの間の隙間を小さくして搭載することが可能である。
【００１９】
Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。図１（Ｂ）に示した第１実施例と図２（Ａ）に示した本実施例とを比較すればわかるように、第１実施例では、燃料電池スタック１０の両端のエンドプレート１２と収納ケース２０との間にテンションプレート２６が接続されているのに対して、本実施例では、一方のエンドプレート１２と収納ケース２０との間にのみテンションプレート２６が接続されている点のみが異なっている。
【００２０】
本実施例においては、テンションプレート２６が接続されていない側の収納ケース２０の部分がフロア１００に接触する可能性があるが、テンションプレート２６が接続されている側の部分の変形は抑制されるので、図２（Ｂ）に示すように、圧力を抜くことが可能である。
【００２１】
図３は、圧力調整ベント２２の部分を拡大した斜視図である。本実施例のように、片方だけにテンションプレート２６を接続する場合には、図３（Ａ）に破線の枠で示すように、圧力調整ベント２２の部分に切り欠きを設けておくことが好ましい。このようにすると、テンションプレート２６が設けられていない側において圧力上昇による変形が発生した際に、切り欠けの部分を起点収納ケースが裂けやすくなり、圧力の抜ける開口部を増やすことが可能となる。
【００２２】
また、テンションプレートを１つ減らすことができるので、装置の軽量化をはかることが可能となる。
【００２３】
なお、上記圧力調整ベント２２の切り欠きについては、以下の実施例においても、２２圧力調整ベント２２の片側のみの変形を抑制する場合にも同様に有効である。
【００２４】
Ｃ．第３実施例：
図４は、本発明の第３実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す説明図である。図４（Ａ）は、燃料電池スタック（不図示）を収納した状態の収納ケース２０を上面視した状態を示しており、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示している。
【００２５】
本実施例では、収納ケース２０の上面とフロア１００との間にエネルギー吸収部材（Energy Absorption 材、以下「ＥＡ材」と略す）２８を設ける構造としている。ＥＡ材２８の幅Ｗｅａは、圧力調整ベント２２のダクトの幅Ｗｄ（＝ａ）と同等とすることが好ましい。また、ＥＡ材２８は、圧力調整ベント２２に接するようにも設けることが好ましい。なお、ＥＡ材２８としては、アルミ押出しハニカム材、ばねコイル、ゴムブロック、ウレタンブロック等を用いることができる。
【００２６】
本実施例においても、ＥＡ材２８によって、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制することができる。これにより、圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００２７】
なお、本実施例では、圧力調整ベント２２の両側にＥＡ材２８を設ける構造としているがいずれか一方のみとしてもよい。
【００２８】
Ｄ．第４実施例：
図５は、本発明の第４実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。図４に示した第３実施例のように、収納ケース２０の上面とフロア１００との間にＥＡ材２８を設ける構造ではなく、本実施例のように収納ケース２０とフロア１００との間にフロアブラケット３０を設ける構造とすることも可能である。
【００２９】
本実施例においても、フロアブラケット３０によって、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制することができる。これにより、圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００３０】
なお、本実施例では、圧力調整ベント２２の両側にフロアブラケット３０を設ける構造としているがいずれか一方のみとしてもよい。
【００３１】
Ｅ．第５実施例：
図６は、本発明の第５実施例としての料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。図４に示した第３実施例のように、収納ケース２０の上面とフロア１００との間にＥＡ材２８を設ける構造ではなく、本実施例のようにフロア１００Ａにおいて、図６に示すように、フロアを成形して、ＥＡ材に対応する形状部１０２を形成する構造とすることも可能である。
【００３２】
本実施例においても、ＥＡ材に対応する形状部１０２によって、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制することができる。これにより、圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００３３】
なお、本実施例では、フロア１００Ａにおいて、圧力調整ベント２２の両側にＥＡ材に対応する形状部１０２を設ける構造としているがいずれか一方のみとしてもよい。
【００３４】
Ｆ．第６実施例：
図７は、本発明の第６実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す説明図である。図７（Ａ）は、燃料電池スタック（不図示）を収納した収納ケース２０（破線で示す）をフロア１００Ｂ側から見た斜視図を示しており、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるＦ−Ｆ断面図を示し、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）におけるＧ−Ｇ断面図を示している。フロア１００Ｂは、図７（Ｂ）に示すように、Ｆ−Ｆ断面側では、圧力調整ベント２２の周辺に空間を設け、かつ、収納ケース２０の圧力調整ベント２２の外側の変形を抑制するように予め曲げ形状を設けた構造としている。また、Ｇ−Ｇ断面側では、圧力調整ベント２２からの圧力抜けが実行されるように、収納ケースの幅ｂよりも大きい幅ｂ’（＞ｂ）で曲げ形状を設けた構造としている。そして、収納ケース２０の上面とフロア１００Ｂの間隔ｘよりも、収納ケース２０の曲げ形状部分における収納ケースとフロア１００Ｂとの間隔ｙが間隔ｘよりも大きくなるような構造としている。これにより、圧力調整ベント２２の空間を確保するとともに、圧力調整ベント２２からの圧力抜けのルートを確保する構造となっている。
【００３５】
本実施例においても、フロアの形状を上記構造とすることにより、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制するとともに圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００３６】
本実施例においても、ＥＡ材に対応する形状部１０２によって、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制することができる。これにより、圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００３７】
なお、本実施例では、フロア１００Ａにおいて、圧力調整ベント２２の両側にＥＡ材に対応する両側にフロアの曲げ形状をもう置ける構造としているがいずれか一方のみとしてもよい。
【００３８】
Ｇ．第７実施例：
図８は、本発明の第７実施例としての燃料電池スタックの収納ケースのケース変形抑制構造を示す概略断面図である。第５、第６実施例においては、フロアの形状を第３実施例におけるＥＡ材に対応する形状とする構造の例を説明したが、図８に示すように、収納ケースの上面をＥＡ材を設ける部分の形状をＥＡ材に対応するＥＡ形状部３２とした収納ケース２０Ｂの構造とすることも可能である。
【００３９】
本実施例においても、ＥＡ材に対応する収納ケース２０ＢのＥＡ形状部３２によって、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の圧力調整ベント２２を含む上面の上部へ持ち上がるような変形を抑制することができる。これにより、圧力調整ベント２２から収納ケース２０の外部へ気体を流出させて、収納ケース２０内の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００４０】
なお、本実施例では、圧力調整ベント２２の両側にＥＡ形状部３２を設ける構造としているがいずれか一方のみとしてもよい。
【００４１】
Ｈ．第８実施例：
図９は、本発明の第９実施例としての燃料電池スタックの収納ケース変形抑制構造を示す説明図である。本実施例は、図９（Ａ）に示すように、第１〜第７実施例とは異なっており、フロア１００の下面に鋭利な突起物１１０を設けた構造を有するものである。収納ケース２０内の圧力が急激に変化して収納ケースに変形が発生した場合に、この突起物１１０が収納ケースの上面を突き破って穴を開けることにより、ケース内の圧力を抜くことが可能となる。
【００４２】
本実施例においても、突起物１１０によって、収納ケース２０の内部に急激な圧力上昇が発生したとしても、収納ケース２０の内部の急激な圧力上昇に対応して圧力低減を図ることが可能となる。
【００４３】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…燃料電池スタック
１２…エンドプレート
２０…収納ケース
２０Ｂ…収納ケース
２２…圧力調整ベント
２４…マウント
２６…テンションプレート
３０…フロアブラケット
３２…ＥＡ形状部
１００…フロア
１００Ａ…フロア
１００Ｂ…フロア
１０２…形状部
１１０…突起物
【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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【図６】
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【図７】
2010228605.tif 000009
【図８】
2010228605.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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