(57)【要約】【課題】  圧力制御弁の振動を効果的に吸収するとともに、圧力制御弁の取り付け強度を十分に確保することができる燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造を提供することを目的とする。【解決手段】  燃料電池スタック３に供給する反応ガスを、燃料電池３から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器４を備え、反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁１０の導入口１２ａが、インシュレータ２０（弾性部材）を介して、加湿器４の排出ガスの排出口４ａに取り付けられた燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、ゴムリング３３（弾性部材）を介して、圧力制御弁１０に取り付けられた保持部３２を有する支持部材３０が設けられており、支持部材３０が加湿器４に取り付けられていることを特徴としている。【選択図】      図３
2006156054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給する反応ガスを、前記燃料電池から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器を備え、
前記反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁の導入口が、弾性部材を介して、前記加湿器の前記排出ガスの排出口に取り付けられた燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、
弾性部材を介して、前記圧力制御弁の外面に取り付けられた保持部を有する支持部材が設けられており、前記支持部材が前記加湿器に取り付けられていることを特徴とする燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、
前記支持部材の前記保持部は環状に形成されており、前記保持部が、前記圧力制御弁に外嵌された環状の弾性部材を介して、前記圧力制御弁に外嵌されていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、
前記圧力制御弁は、
前記排出ガスの流路と、
前記流路に設けられたバタフライ弁と、
前記流路の側部に配置され、前記バタフライ弁を駆動する駆動モータと、
前記駆動モータを収容するモータハウジングと、を備え、
前記保持部は、前記モータハウジングに外嵌されていることを特徴とする。
【請求項４】
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システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池からパージされる水素ガスを、前記排出ガスと混合して希釈する希釈器を備え、
前記圧力制御弁の排出口が、弾性部材を介して、前記希釈器の前記排気ガスの導入口に取り付けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に供給する反応ガスの圧力を制御する圧力制御弁の取り付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の車両の動力源となる燃料電池システムでは、車両に搭載された水素タンクに貯留された燃料である水素を、燃料電池スタックのアノード側に供給するとともに、車外から吸入された空気（以下、「反応ガス」という場合がある。）を、燃料電池スタックのカソード側に供給して、水素と酸素を反応させることにより、燃料電池スタックを発電させている。
【０００３】
このような燃料電池システムでは、燃料電池スタックから排出される空気（以下、「排出ガス」という場合がある。）に含まれる水分によって、燃料電池スタックに供給される反応ガスを加湿する加湿器を備えているものがある。また、加湿器の排出ガスの排出口に圧力制御弁を取り付け、この圧力制御弁によって加湿器から排出される排出ガスの流量を調整することにより、燃料電池スタックへ供給される反応ガスの供給圧力を調圧している。
【０００４】
そして、圧力制御弁の取り付け構造としては、圧力制御弁の導入口を、ゴム材等の弾性部材からなるマウント部材を介して、加湿器の排出ガスの排出口に取り付けることにより、圧力制御弁が加湿器に支持されている構造がある（例えば、特許文献１参照）。
この圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁の流路に設けたバタフライ弁を駆動させて、排出ガスの流量を調整する際に生じる圧力制御弁の振動を、マウント部材によって吸収することができるため、圧力制御弁の振動が車両のフロアに伝わって発生するノイズを低減することができる。
【特許文献１】特開２００４−１１９１２３号公報（段落００１２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した圧力制御弁の取り付け構造では、柔軟性が高いマウント部材を用いて、圧力制御弁の振動を効果的に吸収することが好ましいが、マウント部材の柔軟性を高めた場合には、それに比例してマウント部材の強度が低下してしまうことになる。前記した圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁の一端が加湿器に取り付けられており、圧力制御弁がマウント部材を介して片持ちの状態で加湿器に支持されているため、マウント部材の柔軟性を高めた場合には、圧力制御弁の取り付け強度が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、圧力制御弁の振動を効果的に吸収するとともに、圧力制御弁の取り付け強度を十分に確保することができる燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け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】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池に供給する反応ガスを、燃料電池から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器を備え、反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁の導入口が、弾性部材を介して、加湿器の排出ガスの排出口に取り付けられた燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、弾性部材を介して、圧力制御弁の外面に取り付けられた保持部を有する支持部材が設けられており、支持部材が加湿器に取り付けられていることを特徴としている。
【０００８】
このように、本発明の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁の導入口が加湿器の排出口に取り付けられるとともに、圧力制御弁と加湿器とに取り付けられた支持部材が設けられており、圧力制御弁が複数の取り付け箇所によって加湿器に支持されることになる。
これにより、圧力制御弁の重量が各取り付け箇所に分散され、１箇所に作用する荷重が少なくなるため、圧力制御弁の導入口と加湿器の排出口との間、および圧力制御弁と支持部材の保持部との間に、柔軟性が高い弾性部材を設けた場合であっても、各弾性部材によって荷重を支持することができ、圧力制御弁の取り付け強度を十分に確保することができる。
そして、圧力制御弁と加湿器との間に設けられた複数の弾性部材によって、圧力制御弁の振動を効果的に吸収することができる。
【０００９】
さらに、圧力制御弁は、重量が大きい加湿器に対して複数の取り付け箇所によって支持されるため、圧力制御弁の振動を加湿器によって抑制することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、支持部材の保持部は環状に形成されており、保持部が、圧力制御弁に外嵌された環状の弾性部材を介して、圧力制御弁に外嵌されていることを特徴としている。
【００１１】
このように、本発明の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、環状に形成された支持部材の保持部が、環状の弾性部材を介して、圧力制御弁に外嵌されており、弾性部材は圧力制御弁の全周方向において振動を吸収することになるため、圧力制御弁の振動を効果的に吸収することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、圧力制御弁は、排出ガスの流路と、流路に設けられたバタフライ弁と、流路の側部に配置され、バタフライ弁を駆動する駆動モータと、駆動モータを収容するモータハウジングとを備え、保持部は、モータハウジングに外嵌されていることを特徴としている。
【００１３】
このように、本発明の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、排出ガスの流路から側部に張り出した駆動モータのモータハウジングに支持部材が取り付けられており、重量が大きい駆動モータを支持部材が支持することになるため、流路の捻れを防ぐことができるとともに、圧力制御弁の振動を効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、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システムの圧力制御弁の取り付け構造であって、燃料電池システムは、燃料電池からパージされる水素ガスを、排出ガスと混合して希釈する希釈器を備え、圧力制御弁の排出口が、弾性部材を介して、希釈器の排気ガスの導入口に取り付けられていることを特徴としている。
【００１５】
このように、本発明の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁の排出口を、希釈器の排気ガスの導入口に取り付けることにより、圧力制御弁を支持している取り付け箇所を増やすことができる。これにより、各取り付け箇所に作用する荷重を少なくすることができるため、各取り付け箇所の弾性部材の柔軟性を高めることができ、各弾性部材によって圧力制御弁の振動を効果的に吸収することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁と加湿器との間に複数の取り付け箇所が設けられており、圧力制御弁の重量が分散して各取り付け箇所に作用することになる。これにより、圧力制御弁の導入口と加湿器の排出口との間、および圧力制御弁と支持部材の保持部との間に、柔軟性が高い弾性部材を設けた場合であっても、各弾性部材によって荷重を支持することができ、圧力制御弁の取り付け強度を十分に確保することができる。そして、圧力制御弁と加湿器との間に設けられた複数の弾性部材によって、圧力制御弁の振動を効果的に吸収することができるため、圧力制御弁から車両本体に伝わる振動を確実に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の燃料電池搭載型電気自動車における燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図である。図２は、本実施形態のカソード側経路の概略図である。図３は、本実施形態の圧力制御弁の取り付け構造を示した斜視図である。図４は、本実施形態の圧力制御弁を示した分解斜視図である。
本実施形態では、燃料電池搭載型電気自動車に搭載された燃料システムの圧力制御弁の取り付け構造を例として説明する。
まず、燃料電池システムの構成について説明し、その後、圧力制御弁の取り付け構造について説明する。
【００１８】
（燃料電池システムの構成）
燃料電池システムは、図１に示すように、車両１の略中央部の床下に搭載された燃料システムボックス２内に収められており、燃料電池スタック３、加湿器４、希釈器５などから構成され、車両１に搭載された水素タンク（図示せず）に貯留された燃料である水素を燃料電池スタック３のアノード側に供給し、車外から吸入された空気を燃料電池スタック３のカソード側に供給して、水素と酸素を反応させることにより、燃料電池スタック３を発電させるものである。
【００１９】
次に、燃料電池システムにおけるカソード側経路について説明する。
まず、図２に示すように、車外から吸入した反応ガス（空気）をスーパーチャージャ６によって圧縮し、高温となった反応ガスをインタークーラ７で所定の温度に冷却した後に、加湿器４で加湿して燃料電池スタック３に供給する。そして、燃料電池スタック３内で水素と酸素が反応した後に排出された排出ガス（空気）が、再び加湿器４を通過することにより、排出ガス中に含まれる水分によって、燃料電池スタック３に供給される反応ガスが加湿される。さらに、加湿器４から排出された排出ガスは、希釈器５内で燃料電池スタック３からパージされた水素ガスと混合された後に、車外に排気されている。
【００２０】
ここで、図３に示すように、加湿器４の排出ガスの排出口４ａには圧力制御弁１０が取り付けられており、この圧力制御弁１０によって、加湿器４から排出される排出ガスの流量を調整することにより、燃料電池スタック３（図２参照）に供給される反応ガスの供給圧力を調圧している。
【００２１】
（圧力制御弁の構成）
次に、圧力制御弁１０の構成について説明する。
圧力制御弁１０は、図３および図４に示すように、加湿器４と希釈器５との間に配置されており、長手方向が水平に配置された金属製の本体部１１を有している。本体部１１の一端側（図４の左側）には、本体部１１の長手方向に対して水平方向に交差する排出ガスの流路１２が設けられている。また、本体部１１の他端側（図４の右側）には、電動式の駆動モータ（図示せず）が収容されたモータハウジング１３が設けられている。なお、符号１４は、駆動モータに電力を供給する給電ケーブル（図示せず）を接続するためのコネクタである。
【００２２】
ここで、排出ガスの流路１２には、流通方向に直交して配置された水平軸１５ａと、この水平軸に取り付けられた円板状の遮蔽板１５ｂとから構成されるバタフライ弁１５が設けられている。そして、水平軸１５ａを駆動モータ（図示せず）によって軸周りに回動させ、遮蔽板１５ｂの傾斜角度を変化させて、流路１２の開口面積を調整することにより、流路１２を流通している排出ガスの流量を調整することができる。
【００２３】
また、流路１２の加湿器４側の端部である導入口１２ａ（図４の上側）は、本体部１１の外面に開口しており、その開口周縁にはフランジ部１２ｂが形成されている。この流路１２のフランジ部１２ｂの各隅部には貫通孔が形成されている。
【００２４】
さらに、流路１２の希釈器５側の端部である排出口１２ｃ（図４の下側）は、本体部１１の外面から突出しており、その先端部には、後記するゴムホース４０の一端を外嵌するための嵌合部１２ｄが形成されている。
【００２５】
（圧力制御弁の取り付け構造）
次に、圧力制御弁の取り付け構造について説明する。
圧力制御弁１０は、図３に示すように、インシュレータ２０を介して加湿器４の排出ガスの排出口４ａに取り付けられるとともに、加湿器４の外面に取り付けられた支持部材３０が設けられており、さらに、ゴムホース４０を介して希釈器５の排出ガスの導入口５ａに取り付けられている。
【００２６】
まず、圧力制御弁１０と加湿器４の排出ガスの排出口４ａとの取り付け構造は、図３および図４に示すように、圧力制御弁１０の導入口１２ａが、インシュレータ２０を介して、加湿器４の排出ガスの排出口４ａに取り付けられている。
【００２７】
ここで、インシュレータ２０は、流路１２に連通する貫通孔が形成された弾性部材であるゴム部材２１を有しており、このゴム部材２１の両端には金属製のフランジ部２２，２３が形成されている。なお、圧力制御弁１０側のフランジ部２２には、圧力制御弁１０のフランジ部１２ｂの各貫通孔に挿通するボルト部材が立設されており、加湿器４側のフランジ部２３には、加湿器４に形成されたネジ孔（図示せず）に連通する貫通孔が形成されている。
【００２８】
そして、インシュレータ２０の圧力制御弁１０側のフランジ部２２の各ボルト部材を、圧力制御弁１０のフランジ部１２ｂの各貫通孔に挿通させ、圧力制御弁１０側から各ボルト部材にナットを螺着するとともに、インシュレータ２０の加湿器４側のフランジ部２３の貫通孔を、加湿器４のネジ孔に連通させ、インシュレータ２０側からネジ孔にボルトを螺着させることにより、圧力制御弁１０の導入口１２ａが、インシュレータ２０を介して、加湿器４の排出ガスの排出口４ａに取り付けられている。
【００２９】
次に、圧力制御弁１０と加湿器４の外面との取り付け構造は、図３および図４に示すように、圧力制御弁１０のモータハウジング１３と加湿器４の外面とが支持部材３０を介して連結されている。
【００３０】
ここで、支持部材３０は、平面視でＬ字形状の平板であるステー部材３１と、ステー部材３１の一端に取り付けられた環状の保持部３２とから構成されている。
保持部３２は、圧力制御弁１０のモータハウジング１３に外嵌された環状の弾性部材であるゴムリング３３を介して、圧力制御弁１０のモータハウジング１３に外嵌されている。
【００３１】
また、保持部３２の最上部には、ステー部材３１の一端（図３の右側）がボルトによって取り付けられている。このステー部材３１は、保持部３２側から本体部１１の軸線に沿って流路１２側に延長され、本体部１１の長手方向の略中央部、すなわち、圧力制御弁１０の重心位置付近で加湿器４側に屈曲している。
さらに、ステー部材３１の保持部３２側と反対側の端部には、加湿器４の外面に形成されたネジ孔に連通する貫通孔が形成されている。
【００３２】
そして、ステー部材３１の貫通孔を加湿器４のネジ孔に連通させ、ステー部材３１側から貫通孔に挿通させたボルトを加湿器４のネジ孔に螺着させることにより、圧力制御弁１０のモータハウジング１３と加湿器４の外面とが支持部材３０を介して連結されている。
【００３３】
次に、圧力制御弁１０の排出口１２ｃと希釈器５の排出ガスの導入口５ａとの取り付け構造は、図３および図４に示すように、圧力制御弁１０の排出口１２ｃに形成された嵌合部１２ｄに、管状の弾性部材であるゴムホース４０の一端が外嵌されており、このゴムホース４０の他端が希釈器５の導入口５ａに外嵌されることにより、圧力制御弁１０の排出口１２ｃが、ゴムホース４０を介して、希釈器５の排出ガスの導入口５ａに取り付けられている。
【００３４】
（圧力制御弁の取り付け構造の作用効果）
以上のように構成された燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造は、次のような作用効果を奏する。
本実施形態の圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁１０の導入口１２ａが加湿器４の排出口４ａに取り付けられるとともに、圧力制御弁１０のモータハウジング１３と加湿器４の外面に取り付けられた支持部材３０が設けられており、さらに、圧力制御弁１０の排出口１２ｃが希釈器５の排気ガスの導入口５ａに取り付けられている。このように、圧力制御弁１０が３箇所の取り付け箇所によって支持されている。
【００３５】
これにより、圧力制御弁１０の重量が各取り付け箇所に分散され、１箇所に作用する荷重が少なくなるため、圧力制御弁１０の導入口１２ａと加湿器４の排出口４ａとの間に設けられたインシュレータ２０のゴム部材２１、圧力制御弁１０のモータハウジング１３と支持部材３０の保持部３２との間に設けられたゴムリング３３、および圧力制御弁１０の排出口１２ｃと希釈器５の導入口５ａとの間に設けられたゴムホース４０の柔軟性を高めた場合であっても、各取り付け箇所によって荷重を支持することができ、圧力制御弁１０の取り付け強度を十分に確保することができる。
【００３６】
また、圧力制御弁１０は、加湿器４に対して２箇所の取り付け箇所によって支持されているため、圧力制御弁１０の振動を、重量が大きい加湿器４によって抑制することができる。
なお、支持部材３０は、圧力制御弁１０の重心付近の上方で加湿器４に取り付けられており、圧力制御弁１０が重心付近で支持されているため、圧力制御弁１０の振動を効果的に抑制することができる。
さらに、支持部材３０の保持部３２は、圧力制御弁１０のモータハウジング１３に取り付けられており、重量が大きい駆動モータ（図示せず）が支持部材３０によって支持されることになるため、圧力制御弁１０の振動を効果的に抑制するとともに、流路１２の捻れを防ぐことができる。
【００３７】
また、支持部材３０の保持部３２が、ゴムリング３３を介して、圧力制御弁１０のモータハウジング１３に外嵌されており、ゴムリング３３はモータハウジング１３の全周方向において、振動を吸収することになるため、圧力制御弁１０の振動を効果的に吸収することができる。
【００３８】
したがって、本発明の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁１０が複数の取り付け箇所によって支持されており、圧力制御弁１０の重量が分散して各取り付け箇所に作用することになるため、各取り付け箇所に柔軟性が高い弾性部材２１，３３，４０を設けた場合であっても、各取り付け箇所によって荷重を支持することができる。これにより、圧力制御弁１０の取り付け強度を十分に確保することができるとともに、圧力制御弁１０の振動を効果的に吸収することができ、圧力制御弁１０から車両１（図１参照）のフロアに伝わる振動を確実に低減することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、図３および図４に示すように、バタフライ弁１５を電動式の駆動モータ（図示せず）によって駆動させる構成の圧力制御弁１０を用いているが、加湿器４から排出された排出ガスの流量を調整することができるものであれば、ワイヤによってバタフライ弁１５を駆動させるものなど、その構成は限定されるものではない。
【００４０】
また、弾性部材であるインシュレータ２０のゴム部材２１、ゴムリング３３、およびゴムホース４０の材質は、ゴム材に限定されるものではなく、高い柔軟性を備えた各種材質を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態の燃料電池搭載型電気自動車における燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図である。
【図２】本実施形態のカソード側経路の概略図である。
【図３】本実施形態の圧力制御弁の取り付け構造を示した斜視図である。
【図４】本実施形態の圧力制御弁を示した分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
３      燃料電池スタック
４      加湿器
５      希釈器
１０    圧力制御弁
１１    本体部
１２    流路
１３    モータハウジング
２０    インシュレータ
２１    ゴム部材
３０    支持部材
３１    ステー部材
３２    保持部
３３    ゴムリング
４０    ゴムホース
【図１】
2006156054.tif 000003
【図２】
2006156054.tif 000004
【図３】
2006156054.tif 000005
【図４】
2006156054.tif 000006