(57)【要約】【課題】  本発明は移動体に搭載される移動体用燃料電池に関し、燃料電池スタックの点検やその部品交換等のメンテナンス作業を容易に行えるようにする。【解決手段】  燃料電池スタック４０を収納するスタックケースを、第１のケース２０と第２のケース１０とを接合して構成する。燃料電池スタック４０は、第１のケース２０の固定面にその垂線に対して積層方向を横にした状態で固定する。第１のケース２０と第２のケース１０との接合部位であって、燃料電池スタック４０の積層方向における端部４４の壁面と対向する部位の少なくとも一部は、第１のケース２０の固定面から端部４４の壁面内までの間に位置するように設ける。これにより、第１のケース２０と第２のケース１０とを分離したときには、燃料電池スタック４０の端部４４の少なくとも一部が第１のケース２０外に露出するようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを積層することにより構成された燃料電池スタックと、第１のケースと第２のケースとを接合してなるスタックケースとを備える移動体用燃料電池において、
前記第１のケースは、前記燃料電池スタックが固定される固定面を有し、
前記燃料電池スタックは、前記固定面の垂線に対して積層方向を横にした状態で固定され、
前記第１のケースと前記第２のケースとの接合部位であって、前記燃料電池スタックの積層方向における端部壁面と対向する部位の少なくとも一部は、前記固定面から前記端部壁面内までの間に位置するように設けられていることを特徴とする移動体用燃料電池。
【請求項２】
前記第１のケースは移動体に固定されていることを特徴とする請求項１記載の移動体用燃料電池。
【請求項３】
前記第１のケースはプレート状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の移動体用燃料電池。
【請求項４】
前記第１のケースには剛性を補強するための構造が設けられていることを特徴とする請求項３記載の移動体用燃料電池。
【請求項５】
前記の剛性を補強するための構造とは前記第１のケースに形成された複数のリブであることを特徴とする請求項４記載の移動体用燃料電池。
【請求項６】
前記スタックケースは、前記第１のケースを下側にし、前記第２のケースを上側にした状態で移動体に搭載され、
前記第１のケースには前記スタックケース内に生じた液体を溜める液溜め部が設けられ、
前記リブは前記第１のケース上に滴下した液体を前記液溜め部へ導くガイドを兼ねていることを特徴とする請求項５記載の移動体用燃料電池。
【請求項７】
前記第１のケースには前記液溜め部に溜まった液体を外部に排出するための排出穴が設けられていることを特徴とする請求項６記載の移動体用燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車等の移動体に搭載される移動体用燃料電池に関し、詳しくは、燃料電池スタックを収納するスタックケースの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の移動体の駆動用電源として、水素を燃料として発電する燃料電池スタックが知られている。燃料電池スタックを移動体に搭載するに際しては、内部保温性、高電圧安定性、電磁シールド性等の確保が求められるとともに、移動体から入力される振動や捩り等に対する剛性の確保も求められる。また、飛び石、泥や水の付着等、過酷な環境条件にも耐えうる必要がある。このため、通常、燃料電池スタックは、スタックケースに収納された状態で移動体に搭載されている。
【０００３】
スタックケースの構造に関しては、従来、種々の構造が提案されている。移動体用燃料電池に用いられるスタックケースとしては、特許文献１に開示されているような風呂桶型のケースが一般的である。風呂桶型のケース内に燃料電池スタックを横置き、つまり、セルの積層方向を固定面の垂線に対して横にして配置し、ケース上部の開口部をカバーで閉じるようになっている。なお、移動体用燃料電池ではスタックケース内での燃料電池スタックは横置きが一般的であるが、発電プラント用等の定置型の燃料電池では、例えば、特許文献２に開示されるように、セルの積層方向を固定面に対して垂直に立てて配置する縦置きも一般的である。
【特許文献１】特開２００４−１２７７８７号公報
【特許文献２】特開平７−２８２８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、移動体用燃料電池では、燃料電池スタックを構成するセル、管、電気系部品等を定期的に或いは必要に応じて点検することが多い。点検した結果、何等かの不具合があった場合には、部品の交換をする必要もある。しかし、一般的に用いられる風呂桶型のケースでは、単にカバーを外しただけでは部品の点検や交換を容易に行うことができない可能性が高い。点検や交換を要する部品は燃料電池スタックの両端部に集まっているが、横置きにされた燃料電池スタックの両端部とケースの側壁との間には隙間がない場合が多く、そのような場合には部品を脱着するどころか交換部品に触れることもできないからである。
【０００５】
このため、従来の移動体用燃料電池では、燃料電池スタックをスタックケースごと移動体から降ろし、スタックケース内から燃料電池スタックを抜き出して部品交換等を行っていた。しかし、このような方法では、部品の点検や交換の度に多大な時間と労力が必要になってしまう。また、特許文献２に開示されるように燃料電池スタックを縦置きにした場合には、燃料電池スタックの上端部に配置される部品の点検や交換は容易になるが、下端部に配置される部品の点検や交換は却って困難になってしまう。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池スタックの点検やその部品交換等のメンテナンス作業を容易に行えるようにした移動体用燃料電池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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数のセルを積層することにより構成された燃料電池スタックと、第１のケースと第２のケースとを接合してなるスタックケースとを備える移動体用燃料電池において、
前記第１のケースは、前記燃料電池スタックが固定される固定面を有し、
前記燃料電池スタックは、前記固定面の垂線に対して積層方向を横にした状態で固定され、
前記第１のケースと前記第２のケースとの接合部位であって、前記燃料電池スタックの積層方向における端部壁面と対向する部位の少なくとも一部は、前記固定面から前記端部壁面内までの間に位置するように設けられていることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１のケースは移動体に固定されていることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記第１のケースはプレート状に形成されていることを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、前記第１のケースには剛性を補強するための構造が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明において、前記の剛性を補強するための構造とは前記第１のケースに形成された複数のリブであることを特徴としている。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、前記スタックケースは、前記第１のケースを下側にし、前記第２のケースを上側にした状態で移動体に搭載され、
前記第１のケースには前記スタックケース内に生じた液体を溜める液溜め部が設けられ、
前記リブは前記第１のケース上に滴下した液体を前記液溜め部へ導くガイドを兼ねていることを特徴としている。
【００１３】
第７の発明は、第６の発明において、前記第１のケースには前記液溜め部に溜まった液体を外部に排出するための排出穴が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、第１のケースと第２のケースとを分離したときには、燃料電池スタックの積層方向の端部壁面の少なくとも一部が第１のケースの外に露出することになるので、燃料電池スタックの積層方向の端部に配置される部品の点検や交換を容易に行うことができる。
【００１５】
また、第２の発明によれば、燃料電池スタックが固定されている第１のケースが移動体に固定されているので、第２のケースを取り外すだけで、燃料電池スタックを移動体に搭載したまま点検や部品交換を行うことができる。
【００１６】
第３の発明によれば、第１のケースはプレート状であるので加工が容易であり、また、燃料電池スタックの端部を最大限に露出させることができる。
【００１７】
また、第４の発明によれば、第１のケースの剛性不足によって燃料電池スタックに捩り等が生じることを防止することができる。特に、第５の発明によれば、リブはプレス成形で簡単に形成できるので、第１のケースの剛性を簡単に補強することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、補強のためのリブがスタックケース内に生じた液体を液溜め部へ導くガイドとして兼用されるので、スタックケース内で生じた液体が第１のケース上に散乱することを防止することができる。特に、第７の発明によれば、液溜め部へ溜まった液体を排出穴からスタックケース外に排出することができるので、液溜め部から液体が溢れてしまうことも防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態としての移動体用燃料電池の構成を示す側面断面図である。この移動体用燃料電池では、燃料電池スタック４０を収納するスタックケースは、ハット型のアッパケース１０と、プレート型のロアケース２０の２つのピースから構成されている。ロアケース２０上には、その垂線方向に対してセルの積層方向を横にした状態で燃料電池スタック４０が配置され、燃料電池スタック４０を上から覆うように、アッパケース１０が被せられている。アッパケース１０、ロアケース２０ともに、少なくともその内面は絶縁材（例えばポリエチレン）でコーティングされている。アッパケース１０の鍔部とロアケース２０の縁部との間には、スタックケース内部への水や泥の浸入を防止するためのガスケット５０が挟み込まれている。アッパケース１０のハット型形状は、アルミニウム等のプレス深絞りによって成形することができる。
【００２０】
燃料電池スタック４０は、ロアケース２０上にインシュレータマウント６０を介して配置されている。燃料電池スタック４０のセル積層方向の両端にはエンドプレート４４が取り付けられている。インシュレータマウント６０は、このエンドプレート４４とロアケース２０の上面との間に挟まれている。燃料電池スタック４０のエンドプレート４４の壁面には、冷媒液や反応ガスを供給したり排出したりするための複数のパイプ４６が接続されている。パイプ４６はロアケース２０を貫通してスタックケースの外部へ延びている。ロアケース２０のパイプ４６が貫通している部分にはガスケット等のシールが施されている。
【００２１】
ロアケース２０は、ボデーメンバ３０を介して車両フレーム（或いはサブフレーム）３２に取り付けられている。ボデーメンバ３０は、ロアケース２０の剛性を補強するための補強部材も兼ねている。ボデーメンバ３０と車両フレーム３２とは溶接され、ロアケース２０とボデーメンバ３０とはボルト３４で締結されている。このボルト３４はインシュレータマウント６０を通って燃料電池スタック４０のエンドプレート４４まで延びており、エンドプレート４４とインシュレータマウント６０をロアケース２０に締結している。
【００２２】
アッパケース１０とロアケース２０とは、ボルト等の取り外し可能な締結具によって締結される。燃料電池スタック４０の点検や部品交換等の際には、ロアケース２０からアッパケース１０を取り外すことで、燃料電池スタック４０の積層方向の両端部や上面を露出させることができる。燃料電池スタック４０の積層方向の端部壁面には前述のようにパイプ４６等が接続され、上面にはセルの発電状況を示すセルモニタ４２が搭載されている。これらメンテナンス箇所が剥き出しになることで、燃料電池スタック４０を車両に搭載したままの状態で点検作業や部品交換作業を行うことが可能になる。
【００２３】
図２は、アッパケース１０を外した状態での移動体用燃料電池の上面図であり、図３は、さらに燃料電池スタック４０を外した状態での移動体用燃料電池の上面図、つまり、ロアケース２０の上面図である。図３中ではパイプ４６を通す貫通穴は省略している。ロアケース２０の上面には、図３に示すように、格子状に縦横それぞれ複数列の溝２２が形成されている。図４は、図３のＸ−Ｘ断面図であるが、この図に示すように、ロアケース２０の下面には溝２２に沿ってリブ２６が形成されている。リブ２６を形成することで、ロアケース２０の肉厚を略一定にすることができ、溝２２への応力集中を緩和するとともにロアケース２０の曲げ強度を向上させることができる。また、ロアケース２０の中央部には、円形で溝２２よりも深さの深い凹部（液溜め部）２４が形成されており、縦横それぞれ何本かの溝２２はこの凹部２４に連通している。なお、溝２２、リブ２６及び凹部２４は、アルミニウムやマグネシウムのダイキャストを含む鋳物や、金属板材のプレス成形等によって成形することができる。
【００２４】
燃料電池スタック４０の運転中、スタックケース内の温度は高温になるため、スタックケースの内面に結露が生じる場合がある。結露した水は底面であるロアケース２０上に滴下し、ロアケース２０の上面に形成された溝２２によって捕集される。溝２２に捕集された結露水は、車両走行時の振動や平面方向のＧによって溝２２内を移動し、やがて中央の凹部２４に流れ込むようになっている。凹部２４にはその中央部に排出穴２４ａが形成されている。凹部２４に流れ込んだ結露水は、この排出穴２４ａからスタックケース外に排出される。
【００２５】
上述した構成の移動体用燃料電池によれば、アッパケース１０をロアケース２０から取り外すだけで燃料電池スタック４０の上面のみならずその積層方向の両端部も完全に露出させることができる。風呂桶型のスタックケースの場合には、ケース側壁と燃料電池スタックの積層方向の両端部との隙間に手が入らず、燃料電池スタックを車両に搭載したままでは点検や部品交換等のメンテナンス作業を行うことが難しいが、本実施形態のような構造であれば、メンテナンス箇所が全て剥き出しになるので、燃料電池スタック４０を車両に搭載したままメンテナンス作業を行うことができる。したがって、本実施形態にかかる移動体用燃料電池によれば、メンテナンスに費やす労力や時間を大幅に低減することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００２７】
上記実施の形態では、ロアケース２０をプレート型に形成しているが、燃料電池スタック４０の積層方向の端部壁面の少なくとも一部が露出するならば、つまり、ロアケース２０とアッパケース１０との接合部位の少なくとも一部が、燃料電池スタック４０が固定される固定面から燃料電池スタック４０の端部壁面内までの間に位置するようになっているならば、深さのある箱型にロアケース２０を形成してもよい。燃料電池スタック４０の端部壁面が完全には露出しない場合であっても、その少なくとも一部（好ましくは半分以上）が露出していれば、そこから手を入れてメンテナンス作業を行うことができる。
【００２８】
また、上記実施の形態では、ロアケース２０を貫通するようにパイプ４６を通しているが、アッパケース１０を貫通するようにパイプ４６を通してもよい。この場合、パイプ４６はスタックケースの内側部分と外側部分の２つをフランジ等で接続したものにし、アッパケース１０の取り外し時にはスタックケースの内外でパイプ４６を切り離せるようにするのが望ましい。或いは、アッパケース１０の貫通穴にグロメットを取り付け、アッパケース１０を取り外す際に、パイプ４６に沿ってアッパケース１０を動かせるようにしてもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では、燃料電池スタックを固定する側のケース（上記実施の形態ではロアケース）を車両フレームに固定しているが、燃料電池スタックに被せる側のケース（上記実施の形態ではアッパケース）を車両フレームに固定するようにしてもよい。さらに、上記実施の形態とは逆にロアケースをハット型に形成し、アッパケースをプレート型に形成してアッパケースの下面に燃料電池スタックを固定するようにしてもよい。このような構成であっても、アッパケースとロアケースとを分離することで、燃料電池スタックの端部を露出させることができる。この場合もアッパケースとロアケースの何れを車両フレームに固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態としての移動体用燃料電池の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１の移動体用燃料電池においてアッパケースを外した状態での上面図である。
【図３】図１の移動体用燃料電池においてアッパケースと燃料電池スタックとを外した状態での上面図である。
【図４】ロアケースの断面形状を示す図３のＸ−Ｘ断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  アッパケース
２０  ロアケース
２２  溝
２４  凹部
２４ａ  排出穴
２６  リブ
３０  ボデーメンバ
３２  車両フレーム
３４  ボルト
４０  燃料電池スタック
４２  セルモニタ
４４  エンドプレート
４６  パイプ
５０  ガスケット
６０  インシュレータマウント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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