(57)【要約】      （修正有）【課題】配管部品点数の大幅な増加を抑えたうえで効果的な換気を可能とし、車載レイアウトの制約を受けにくい燃料電池収納ケースを提供する。【解決手段】反応ガス又は冷媒の流路用セパレータと発電セルとを有する単位燃料電池を積層して構成される燃料電池４０を収納する燃料電池収納ケース１１であって、ケース外部から空気を取り込む空気取込口１３と、ケース内壁面に設けられており、空気取込口１３から取り込まれた空気がケース内部の所定の場所に流れるように案内されるように位置決めされた噴出孔２１を有する換気入口ダクト２０と、ケース内部を流れた空気がケース外部に流れ出るようにする空気排出口１４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガス又は冷媒の流路用セパレータと発電セルとを有する単位燃料電池を積層して構成される燃料電池を収納する燃料電池収納ケースであって、
前記ケース外部から空気を取り込む空気取込口と、
前記ケース内壁面に設けられており、前記空気取込口から取り込まれた空気が前記ケース内部の所定の場所に案内されるように位置決めされた噴出孔を有する換気入口ダクトと、
前記ケース内部を流れた空気が前記ケース外部に流れ出るようにする空気排出口と、
を備えることを特徴とする燃料電池収納ケース。
【請求項２】
前記換気入口ダクトは、収納する燃料電池の周囲面に沿って空気が流れるように通流場所を規定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項３】
前記換気入口ダクトは、収納する燃料電池の発熱部位に空気が流れるように通流場所を規定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項４】
前記噴出孔は複数形成され、前記空気取込口から取り込まれた空気を分散して前記ケース内部の所定場所に流れるようにする、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項５】
前記ケース内壁面に形成した凸状のリブが、前記換気入口ダクトを兼ねる、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項６】
前記換気入口ダクトが設けられた前記ケース内壁面に対向する面に設けられ、前記ケース内部を流れた空気を取り入れて前記空気排出口に流れるようにする換気出口ダクトを有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項７】
前記換気出口ダクトを流れる空気の水素濃度を検知する水素濃度センサを有する、
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項８】
前記空気排出口は、前記換気出口ダクトが設けられた面に形成されている、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項９】
前記換気出口ダクトに連設され、その空気排出口に取り入れられた空気を前記換気入口ダクトが設けられた面まで戻す戻し通路を有し、
前記空気排出口は、前記戻し通路に連設され、前記空気取込口と同一面に形成されている、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の燃料電池収納ケース。
【請求項１０】
前記空気排出口は、大きさが前記空気取込口と同じ又は前記空気取込口よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池収納ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池収納ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極に水素ガスを供給するとともに、他方の陰極に酸化剤ガスを供給し、電解質膜側の表面で生じる電気化学反応を利用して電気エネルギーを取り出すものである。
【０００３】
このような燃料電池は、車両に搭載する場合には安全性及び耐久性が要求される。そこで、燃料電池をケースに収納して保護することによって、外部からの衝撃を防いでいる。しかし、このケースは防水性を確保するために密閉されるため、水素ガスが漏れ出した場合にはケース内に水素ガスが充満してしまうおそれがあった。
【０００４】
さらに、燃料電池の実装密度を向上させるために近接した状態で複数の燃料電池をケース内に配置した場合には、各燃料電池端部から発生する水蒸気が排出されにくくなってしまう。そのため、この水蒸気が凝縮することによって発生した水滴が電子部品と接触することによって故障してしまうおそれがあった。
【０００５】
こうした問題点を解決するために、漏れた水素ガスの排出やケース内の空気の循環を目的として換気口と換気ファンを設けてケース内の換気を行う方法が提案されている。しかし、ケース周辺やケース内部のレイアウトによって、換気口を設定する位置に制約を受けることがあり、効果的な換気経路を設定することが困難な場合があった。
【０００６】
そこで、ケース内の換気経路を調整するためにコンプレッサ等からの換気導入経路の設定を行なう換気システムを設ける方法が提案された（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１３２９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の燃料電池収納ケースでは、換気システムを追加することによって構成が複雑化してしまった。また、配管部品点数が増加するために燃料電池システム全体の重量増加とともに製造コストの増加も招いてしまった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、配管部品点数の大幅な増加を抑えたうえで効果的な換気を可能とし、車載レイアウトの制約を受けにくい燃料電池収納ケースを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１０】
本発明は、反応ガス又は冷媒の流路用セパレータと発電セルとを有する単位燃料電池を積層して構成される燃料電池（４０）を収納する燃料電池収納ケース（１１）であって、前記ケース外部から空気を取り込む空気取込口（１３）と、前記ケース内壁面に設けられており、前記空気取込口（１３）から取り込まれた空気が前記ケース内部の所定の場所に流れるように案内されるように位置決めされた噴出孔（２１）を有する換気入口ダクト（２０）と、前記ケース内部を流れた空気が前記ケース外部に流れ出るようにする空気排出口（１４）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、換気ファンをケース内部に設置することを必要とせず、ケース内の換気を簡単な構造で効果的に行うことができる。また、空気取込口は換気入口ダクトと接続されていればケース内に空気を送り込むことが可能であるため、設置位置の自由度が大きくなる。したがって、空気取込口などの設置について燃料電池ケース周辺の車載レイアウトによる制約を受けにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における燃料電池収納ケース１１を採用した燃料電池システム１の全体を示す斜視図である。
【００１４】
本実施形態における燃料電池収納ケース１１を採用した燃料電池システム１は、ケース１１と、ケースカバー１２と、燃料電池４０とを備える。ケース１１は、燃料電池４０を保護する。ケース１１には、上部に開口部が設けられている。ケース１１の開口部には、ケース１１を閉塞するためのケースカバー１２を装着する。
【００１５】
ケース１１の前面には、ケース１１の内部を換気するための換気出口１４が設けられている。また、ケース１１の背面には、換気入口１３が設けられている。さらに、ケース１１の前面には、水素ガスの漏れを検知する水素濃度センサ５０が備えられる。
【００１６】
ケース１１の換気入口１３側の内壁面には、換気入口ダクト２０が設けられる。ケース１１の外部から取り入れられた空気は、換気入口ダクト２０を経由してケース１１の内部に取り込まれる。また、換気出口１４を備えるケース１１の前面には、図１では示されていない後述する換気出口ダクト３０が設けられている。ケース内部の空気は、換気出口ダクト３０を経由して換気出口１４から外部に排出される。
【００１７】
燃料電池４０は、複数の燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄで構成される。燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、発電セルと反応ガス又は冷媒の流路用セパレータとを有する単位燃料電池を積層して四角柱状に形成される。図１に示すように、燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、ケース１１の内部に間隔を開けて２段２列に配列される。燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、図１に示すように換気出口１４側でバスバー４１ａによって上段同士（４０ａ，４０ｄ）が、また、バスバー４１ｂによって下段同士（４０ｂ，４０ｃ）がそれぞれ連結されている。一方、換気入口１３側では図示されていないが、奥側では上段の燃料電池スタック４０ａと下段の燃料電池スタック４０ｂとがバスバー４１ｃによって連結されている。換気入口１３側の手前側の燃料電池スタック４０ｃ，４０ｄには、発生した電力を外部に取り出す端子部が設けられている。燃料電池４０は、図示されないボルトで支持されてケース１１の内側に固定されており、燃料電池４０の側面又は底面とケース内壁面との間には隙間を有する。
【００１８】
図２は、本実施形態における燃料電池収納ケース１１を採用した燃料電池システム１の断面図であり、図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図をケース１１の内側から見た図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００１９】
図２（Ａ）に示すように、ケース１１の左側の面（図１の背面）には換気入口１３が設けられている。本実施形態においては、換気入口１３と対向するケース１１の右側の面（図１の前面）には、換気出口１４が設けられている。また、ケース１１は前述のように２段２列に配列された燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから構成された燃料電池４０を収納する。図示されている燃料電池スタック４０ａと４０ｂは、図２（Ａ）に示すように換気入口側で連結されている。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、図左側の換気入口１３を備える内壁面には、複数の換気入口ダクト２０を備えている。換気入口ダクト２０には、表面に換気噴出孔２１が形成される。換気噴出孔２１は、換気入口１３から換気入口ダクト２０に取り込まれた空気をケース１１内に通過させる。
【００２１】
同様に、図２（Ａ）右側の換気出口１４を備える内壁面には、換気出口ダクト３０を備えている。換気出口ダクト３０には、表面に換気排出孔３１が形成される。換気排出孔３１は、ケース１１内部の空気を通過させて、換気出口ダクト３０内に取り込む。取り込まれた空気は換気出口１４から外部に排出される。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すように、換気入口ダクト２０はケース１１の換気入口側内壁面に格子状に形成されている。したがって、図２（Ｃ）に示すように換気入口ダクト２０には入口凹部１５が形成される。同様に、換気出口ダクト３０にも出口凹部１６が形成される。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、対向する入口凹部１５と出口凹部１６との間をケース底面と平行に燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが備えられ、複数の換気噴出孔２１は燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの隙間に対応して所定の間隔で配置される。したがって、換気噴出孔２１から取り込まれる空気は、各燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの間を通過する。また、燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを連結するバスバー４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、換気噴出孔２１から取り込まれる空気の流路上に位置することとなる。
【００２４】
次に、本実施形態における燃料電池収納ケース１１の作用について説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態における燃料電池収納ケース１１を採用した燃料電池システム１の断面図であり、取り込まれた空気の流れを示す図である。なお、燃料電池収納ケース１１内に空気を取り込む方法は、走行風を導くことによって自然吸気を行う方法、若しくは、コンプレッサを利用して燃料電池にカソードガスを送る配管を分岐させる方法がある。
【００２６】
換気入口１３は、燃料電池システム１に外部から空気を取り込む。取り込まれた空気は、換気入口ダクト２０内を経由して換気噴出孔２１からケース１１内部に取り込まれる。換気噴出孔２１から取り込まれた空気は、燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの間を通過して換気出口ダクト３０に向かって流れる。換気出口ダクト３０に到達した空気は、換気出口ダクト３０の表面に設けられた換気排出孔３１から換気出口ダクト３０に排出される。換気出口ダクト３０に排出された空気は、換気出口１４からケース１１の外部に排出される。
【００２７】
燃料電池４０から水素ガスが漏れた場合には、換気出口ダクト３０内に排出された空気に水素ガスが含まれる。その空気は換気出口ダクト３０内を通過して換気出口１４に到達するため、換気出口ダクト３０内に水素濃度センサ５０を設けることによって漏れた水素ガスを検知することができる。
【００２８】
本実施形態によれば、換気入口ダクト２０と連通する換気噴出孔２１の配置を自由に設定することができるため、その配置を変更することによってケース１１内部に取り込まれる空気の流れを容易に調節することができる。また、ケース１１の内部に換気ファンなどを設ける必要がないため、ケース１１の内部構造を簡略化することができる。したがって、部品点数を大幅に増加させることなく換気を調節することができる。さらに、構造が複雑でないため、組付けの作業効率を悪化させることはない。
【００２９】
また、ケース１１の内壁面に換気入口ダクト２０が設けられるため、前述のように換気噴出孔２１の位置設定の自由度が高い。したがって、燃料電池４０から供給される電力によって高温となるバスバー４１ａなどの発熱部材を冷却するために、取り込まれる空気の流れをこの発熱部材に向けることによって効果的に冷却することができる。
【００３０】
さらに、燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの間を空気が流れることによって各燃料電池スタック４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから排出される水蒸気がケース１１内で滞留せずに換気される。したがって、排出された水蒸気が凝縮することによって水滴となり、これが原因で電子部品がショートして故障することを防ぐことができる。
【００３１】
また、ケース１１内から排出される空気はいったん換気出口ダクト３０を通過する。そのため、換気出口ダクト３０内に水素濃度センサ５０を配置すれば、ケース１１の上部や換気出口１４の近傍に配置しなくても、水素ガスを検知することができる。したがって、水素濃度センサ５０を配置する際の自由度が高くなるため、車載レイアウトの影響を受けにくくなる。
【００３２】
（第２実施形態）
図４は、本発明による燃料電池収納ケース１１１を採用した燃料電池システムの第２実施形態の断面図及び空気の流れを示す図である。
【００３３】
なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３４】
本実施形態では、換気入口１１３と換気出口１１４がケース１１１の同一の面に設けられる。換気入口１１３から取り込まれた空気は、ケース１１１の内部を通過して換気排出通路１３０に到達する。本実施形態では、ケース１１１の内部に配管１１７を設けて、換気排出通路１３０に取り込まれた空気を換気出口１１４に導くように構成する。水素濃度センサ５０は、換気出口１１４と同一の面に設けられている。また、本実施形態では、換気入口１１３と換気出口１１４が同一の面に設けられているため、ケース１１１の内部の換気を促進するために、換気ファンを換気入口１１３に使用してもよい。ただし、換気ファンは、ケース１１１の内部に設ける必要はなく、ケース１１１の専用品である必要もない。
【００３５】
本実施形態によれば、換気入口１１３及び換気出口１１４を自由に配置することができる。そのため、ケース１１１の横にハーネスや配管が集中するような車両レイアウト上の制約にも柔軟に対応できる。さらに、ケース１１１のある一面に反応流体、冷却媒体、換気などの配管インターフェースを集中させることも可能となり、車載時のレイアウト自由度を向上させることができる。
【００３６】
また、ケース１１１内の水素濃度を検知する場合にレイアウト上の制約からケース１１１の最上部に水素濃度センサ５０を配置できない場合であっても、配管１１５内に水素濃度センサ５０を設置することでケース内部の水素濃度の検知精度を維持することができる。
【００３７】
（第３実施形態）
図５は、本発明による燃料電池収納ケース２１１を採用した燃料電池システムの第３実施形態の断面図及び空気の流れを示す図である。
【００３８】
本実施形態では、ケース２１１の換気入口１１３が設けられている内壁面に強度補強用のリブ２２０を設ける。リブ２２０は、凸状に形成される。また、リブ２２０には内部に配管２２２を備える。配管２２２には、換気入口１１３から吸入した空気が内部を通過する。さらに、この空気はリブ２２０に設けられた換気噴出孔２２１からケース２１１内部に送り込まれる。こうして送り込まれた空気によって、燃料電池スタック４０の発熱部分４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが冷却される。このように、リブ２２０は換気入口ダクトと同様の機能を果たすことができる。
【００３９】
本実施形態によれば、リブ２２０を設けることによってケース２１１の強度を確保するとともに、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、ケース２１１の内部レイアウトの自由度が向上し、小型軽量化を図ることができる。
【００４０】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００４１】
例えば、換気通路は内壁面に中空の隆起部を設け、表面に空気交換孔を形成したものでもよい。また、発熱部位としては、セル電圧測定部位もある。さらに、ケース内部の空気が円滑に流れるように、換気出口を換気入口よりも大きく形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による第１実施形態の燃料電池収納ケースを使用した燃料電池システムを示す斜視図である。
【図２】本発明による第１実施形態の燃料電池収納ケースを使用した燃料電池システムの断面図である。
【図３】本発明による第１実施形態の燃料電池収納ケースを使用した燃料電池システムの断面図であり、ケース内の空気の流れを示す図である。
【図４】本発明による第２実施形態の燃料電池収納ケースを使用した燃料電池システムの断面図であり、ケース内の空気の流れを示す図である。
【図５】本発明による第３実施形態の燃料電池収納ケースを使用した燃料電池システムの断面図であり、ケース内の空気の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  燃料電池システム
１１  ケース（燃料電池収納ケース）
１２  ケースカバー
１３  換気入口（空気取込口）
１４  換気出口（空気排出口）
２０  換気入口ダクト
２１  換気噴出孔（噴出孔）
３０  換気出口ダクト
３１  換気排出孔
４０  燃料電池
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ  燃料電池スタック
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ  バスバー（発熱部位）
５０  水素濃度センサ
【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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