(57)【要約】【課題】燃料電池および燃料電池用補機を収容するケースを備える燃料電池モジュールの安全性を向上させる。【解決手段】燃料電池モジュールは、燃料電池と、燃料電池用補機と、前記燃料電池および前記燃料電池用補機を内部に収容するモジュールケースであって、仕切板を介して隣接する、前記燃料電池が収容される第１空間と、前記燃料電池用補機が収容される第２空間と、を有する前記モジュールケースと、を備え、前記仕切板は、前記第１空間と前記第２空間とを連通する連通孔であって、前記燃料電池と前記仕切板との隙間の幅より小さい辺または径を有する開口形状の前記連通孔を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料電池用補機と、
前記燃料電池および前記燃料電池用補機を内部に収容するモジュールケースであって、仕切板を介して隣接する、前記燃料電池が収容される第１空間と、前記燃料電池用補機が収容される第２空間と、を有する前記モジュールケースと、
を備え、
前記仕切板は、
前記第１空間と前記第２空間とを連通する連通孔であって、前記燃料電池と前記仕切板との隙間の幅より小さい辺または径を有する開口形状の前記連通孔を備える、
燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池モジュールであって、
さらに、
前記連通孔の内壁の少なくとも一部に、前記仕切板の形成材料よりも熱伝導率が高い材料で形成された熱伝導部を備える、燃料電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュールであって、
前記連通孔の深さは、前記仕切板の板厚より長い、燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料電池ケースに収容されて、車両等に搭載される場合がある。また、燃料電池に隣接して、燃料電池用補機を収容する補機室を形成する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０４５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池の燃料として、従来、水素、炭化水素、アルコール等が用いられている。水素は、燃焼範囲（可燃性気体と空気との混合気体における発火可能な可燃性気体の容量％（ｖｏｌ％））の下限が小さいため、燃料電池の燃料として水素を用いる場合には、安全性の確保が重要である。そこで、本発明は、燃料電池および燃料電池用補機を収容するケースを備える燃料電池モジュールの安全性を向上させる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池モジュールが提供される。この燃料電池モジュールは、燃料電池と、燃料電池用補機と、前記燃料電池および前記燃料電池用補機を内部に収容するモジュールケースであって、仕切板を介して隣接する、前記燃料電池が収容される第１空間と、前記燃料電池用補機が収容される第２空間と、を有する前記モジュールケースと、を備え、前記仕切板は、前記第１空間と前記第２空間とを連通する連通孔であって、前記燃料電池と前記仕切板との隙間の幅より小さい辺または径を有する開口形状の前記連通孔を備える。この形態によれば、モジュールケースの仕切板が連通孔を備えるため、第２空間で燃焼波が発生した場合に、第２空間で生じた燃焼波が連通孔を介して第１空間に伝搬するが、第２空間内で発生した燃焼波が連通孔を通過する際に、連通孔の壁面と接触することにより熱を奪われると共に、整流されるため、燃焼速度が遅くなる（燃焼波が弱まる）、もしくは消炎（燃焼が停止）する。そのため、燃料電池が収容される第１空間において、燃焼に伴う圧力増加が抑制され、モジュールケースの破壊が抑制される。また、連通孔の開口形状が、燃料電池と仕切板との隙間の幅より小さい辺または径を有するため、連通孔を通過することにより燃焼速度が弱められた燃焼波が、燃焼速度が増加されることなく、燃料電池と仕切板との隙間を通過することができるため、第１空間における燃焼速度の増加を抑制することができ、燃料電池モジュールの安全性を向上させることができる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池モジュールにおいて、前記連通孔の内壁の少なくとも一部に、前記仕切板の形成材料よりも熱伝導率が高い材料で形成された熱伝導部を備えてもよい。このようにすると、第２空間で生じた燃焼波が連通孔を通過する際に、燃焼波が接触する壁面の面積が大きくなり、さらに多くの熱が奪われるため、さらに燃焼速度が遅くなるか消炎する。そのため、さらに、燃料電池モジュールの安全性が向上される。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池モジュールにおいて、前記連通孔の深さは、前記仕切板の板厚より長くてもよい。連通孔の深さが深いほど、第２空間で生じた燃焼波が連通孔を通過する際に、燃焼波が接触する壁面の面積が大きくなるため、多くの熱を逃すことができるため、燃焼速度をより低下させることができる。連通孔の深さを仕切板の板厚より長くすることにより、仕切板を比較的薄く形成して、モジュールケースを軽量化しつつ、第２空間で発生した燃焼波の燃焼速度を低下させて、第１空間に導くことができる。
【０００９】
なお、本発明は、上述の燃料電池モジュールの態様の他、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池が収容される燃料電池ケース、燃料電池モジュールを備えた燃料電池システム、燃料電池モジュールを搭載した移動体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態としての燃料電池モジュールの概略構成を示す説明図である。
【図２】上板を示す概略平面図である。
【図３】燃焼波の流れを示す説明図である。
【図４】第２実施形態の燃料電池モジュールの第１熱伝導部および第２熱伝導部を示す概略平面図である。
【図５】第２実施形態における第１連通孔の近傍を拡大し断面視して示す説明図である。
【図６】第３実施形態における第１連通孔の近傍を拡大し断面視して示す説明図である。
【図７】第４実施形態における第１連通孔の近傍を拡大し断面視して示す説明図である。
【図８】第５実施形態の燃料電池モジュールの上板を示す概略平面図である。
【図９】第６実施形態の燃料電池モジュールの上板を示す概略平面図である。
【図１０】第７実施形態の燃料電池モジュールの上板を示す概略平面図である。
【図１１】第７実施形態の燃料電池モジュールの概略構成を示す説明図である。
【図１２】第１側板を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池モジュール１００の概略構成を示す説明図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されており、燃料電池モジュール１００のＸＺ平面による概略断面が図示されている。本明細書では、図１に示すＺ軸方向を「上下方向」と定義し、Ｚ軸＋（プラス）側を「上」、Ｚ軸−（マイナス）側を「下」とも呼ぶ。燃料電池モジュール１００は、燃料電池１０と、ＦＣパワーコントロールユニット(以下、「ＦＣＰＣ」と呼ぶ)３０と、モジュールケース７０と、を備える。燃料電池１０およびＦＣＰＣ３０は、モジュールケース７０に固定されているが、図１では固定具の図示を省略している。
【００１２】
燃料電池１０は、固体高分子型燃料電池であり、燃料ガスとしての水素と、酸化剤ガスとしての空気中の酸素が、電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。燃料電池１０は、板状の単位電池（不図示）を、Ｘ軸方向に複数積層して成るスタック構造を成す。以下、Ｘ軸方向を、「積層方向」とも呼ぶ。後に詳述するように、燃料電池１０は、単位電池（不図示）が複数積層された積層体である第１セルスタック、第２セルスタックを有し、第１セルスタックと第２セルスタックは、Ｙ軸方向（積層方向と垂直な方向）に並列配置されている。燃料電池１０は、単位電池の積層方向（Ｘ軸方向）に圧縮荷重が加えられ、単位電池の積層状態が維持されている。燃料電池１０としては、固体高分子型燃料電池に限らず、燃料ガスとして水素を用いる他の種々のタイプの燃料電池を採用してもよい。
【００１３】
ＦＣＰＣ３０は、ＦＣコンバータとポンプインバータが一体化された、燃料電池用補機の１つである。ＦＣコンバータは、燃料電池１０の出力電圧を駆動モータ（不図示）の駆動に適した高電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータであり、燃料電池１０の出力端子と接続されている。ポンプインバータは、二次電池（不図示）と接続され、二次電池からの直流を交流に変換し、水素ポンプ（不図示）とウォーターポンプ（不図示）とに供給することによって、これらのポンプを駆動する。
【００１４】
モジュールケース７０は、内部に燃料電池１０およびＦＣＰＣ３０を収容するケースであり、燃料電池ケース２０と、燃料電池ケース２０の上に配置され、燃料電池ケース２０に固定されたＦＣＰＣケース４０と、を備える。本実施形態において、モジュールケース７０は、アルミニウム（Ａｌ）によって形成されている。なお、燃料電池ケース２０を形成する材料は、アルミニウムに限定されず、例えば、ステンレス鋼、鋼等、他の金属材料を用いてもよい。
【００１５】
ＦＣＰＣケース４０は、上板４２と、４枚の側板４３と、を備え、下側が開口した筐体である。上板４２は、Ｘ軸マイナス側の端に、開口形状が矩形状の貫通孔４２０と、貫通孔４２０を塞ぐ水素換気膜４２２を備える。水素換気膜４２２は、水素は通すが、塵や埃は通さない素材で作られている。ＦＣＰＣケース４０内の水素の一部は、水素換気膜４２２を介して燃料電池モジュール１００外に逃される。ＦＣＰＣケース４０を、開口を下に向けて、燃料電池ケース２０上に配置し、ＦＣＰＣケース４０を燃料電池ケース２０に固定すると、ＦＣＰＣ３０が収容される第２空間Ｓ２が形成される。
【００１６】
本実施形態において、ＦＣＰＣ３０は、ＦＣＰＣケース４０の上板４２と隙間を空けて、支持部材（不図示）を介して上板４２に固定されている。ＦＣＰＣ３０をＦＣＰＣケース４０に収容して（固定して）、ＦＣＰＣケース４０を燃料電池ケース２０上に固定すると、ＦＣＰＣ３０と燃料電池ケース２０との間に隙間が形成される。
【００１７】
燃料電池ケース２０は、上板２２と、４枚の側板２３と、下板２５と、を備え、燃料電池１０を収容する第１空間Ｓ１を形成する直方体の筐体である。燃料電池１０は、支持部材（不図示）を介して、燃料電池ケース２０に固定されている。燃料電池ケース２０の上板２２と燃料電池１０との間には、幅ｃの隙間が形成され、燃料電池ケース２０の下板２５と燃料電池１０との間にも隙間が形成されている。燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃは、例えば、燃料電池モジュール１００が車載された場合に、車の運転に伴い振動しても、燃料電池１０が上板２２に当たらないこと、車の衝突時に燃料電池１０が壊れないこと等を考慮して定められている。
【００１８】
図２は、上板２２を示す概略平面図である。図２は、上板２２を、第２空間Ｓ２（図１）側から見た概略平面図を示しており、燃料電池１０の配置位置を、破線で図示している。上板２２は、４つの第１連通孔２４４を有する第１孔部２４と、３つの第２連通孔２６２を有する第２孔部２６と、第１端子用連通孔２４６と、第２端子用連通孔２４８と、を有する。図１に示すように、モジュールケース７０において、燃料電池１０が収容される第１空間Ｓ１と、ＦＣＰＣ３０が収容される第２空間Ｓ２とは、上板２２を介して隣接しており、上記の複数の連通孔は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する。第１空間Ｓ１の気体と第２空間Ｓ２の気体は、上記の複数の連通孔を介して互いに往来する。本実施形態における上板２２を、「仕切板」とも呼ぶ。
【００１９】
第１端子用連通孔２４６は、開口形状が矩形状であって、燃料電池１０の第１出力端子１６に対応する位置に形成されている。第２端子用連通孔２４８は、第１端子用連通孔２４６と同様の開口形状を有し、燃料電池１０の第２出力端子１８に対応する位置に形成されている。上述の通り、燃料電池１０は、第１セルスタック１１と、第１セルスタック１１と同様の構成を有し、第１セルスタック１１と並列配置された第２セルスタック１２と、を備える（図２）。第１セルスタック１１と第２セルスタック１２とは単位電池の極性が互いに反対向きに積層されており、Ｘ軸マイナス側の端部が、互いに電気的に接続されている。これにより両セルスタック１１，１２は一つの単位電池直列接続体を構成し、所望の高電圧が得られる。燃料電池１０の第１出力端子１６および第２出力端子１８は、燃料電池１０においてＸ軸プラス側の端（換言すると、積層方向の端部）に配置されている。なお、図２において、第１出力端子１６および第２出力端子１８は、それぞれ、第１端子用連通孔２４６および第２端子用連通孔２４８と明確に区別するために、斜線ハッチングを付して示している。また、図２において、燃料電池１０が有するエンドプレート、集電板、絶縁板等の記載は省略している。
【００２０】
第１端子用連通孔２４６には、燃料電池１０の第１出力端子１６が貫通され、第２端子用連通孔２４８には、燃料電池１０の第２出力端子１８が貫通される。ＦＣＰＣ３０と燃料電池１０とは、ＦＣＰＣケース４０内の第２空間Ｓ２において、ケーブルを介して接続されている。
【００２１】
第１孔部２４は、第１端子用連通孔２４６と第２端子用連通孔２４８との間に配置されている。第１連通孔２４４は、スリット（開口形状が、長辺に対して短辺が極短い矩形状）であって（図２）、短辺の長さａが、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃ（図１）よりも短い。４つの第１連通孔２４４は、各第１連通孔２４４の長辺が隣り合うように、燃料電池１０の積層方向（Ｘ軸方向）に整列されている。
【００２２】
第２孔部２６は、第１孔部２４に対して燃料電池１０の積層方向後方（Ｘ軸方向マイナス側）に配置されている。第２連通孔２６２も、スリットであって（図２）、短辺の長さｂが、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃ（図１）よりも短い。３つの第２連通孔２６２は、各第２連通孔２６２の長辺が隣り合うように、燃料電池１０の積層方向（Ｘ軸方向）に整列されている。本実施形態において、第１連通孔２４４の短辺の長さａと第２連通孔２６２の短辺の長さｂとは互いに等しい（ａ＝ｂ）。本実施形態において、短辺の長さａ，ｂは、約０．５〜１．５ｍｍであり、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃは、約２．０〜３．０ｍｍである。
【００２３】
燃料電池モジュール１００を形成する場合には、例えば、燃料電池１０が収容された燃料電池ケース２０の上板２２上に、ＦＣＰＣ３０が収容されたＦＣＰＣケース４０を固定する（ねじ留め等）。この際、ＦＣＰＣ３０と燃料電池１０とをケーブルを介して接続する。
【００２４】
上記の通り、燃料電池１０には燃料ガスとしての水素が供給される。水素が、水素供給用配管と燃料電池１０との接続部や、燃料電池１０から漏洩した場合には、主に、第１孔部２４，第２孔部２６を介して、漏洩水素の一部が第２空間Ｓ２に流れ込む。ＦＣＰＣケース４０は水素換気膜４２２を備えるため、第２空間Ｓ２の水素の少なくとも一部は、燃料電池モジュール１００外に逃がすことができる。すなわち、本実施形態の燃料電池モジュール１００によれば、第１孔部２４，第２孔部２６を備えることにより、第１空間Ｓ１の水素濃度を低減することができる。
【００２５】
図３は、燃焼波の流れを示す説明図である。図３では、図１におけるＸ部を拡大して図示しており、燃焼波を矢印で示している。ＦＣＰＣ３０は、リアクトル、ダイオード、スイッチ、平滑コンデンサ等を有し、全体的に凸凹した形状を有する（図１では、ＦＣＰＣの形状を矩形状に簡略化して図示している）。そのため、仮に、第２空間Ｓ２において、着火して燃焼波が生じた場合には、乱れが生じて乱流燃焼となり、燃焼速度（火炎伝播の速度）が速くなるおそれがある。本実施形態の燃料電池モジュール１００によれば、モジュールケース７０の燃料電池ケース２０の上板２２（仕切板）が第１連通孔２４４および第２連通孔２６２を有するため、第２空間Ｓ２において生じた乱流を含む燃焼波は、第１連通孔２４４および第２連通孔２６２を通過する際に、第１連通孔２４４および第２連通孔２６２の内壁面によって熱を奪われると共に、整流されて第１空間Ｓ１に流入する。その結果、燃焼速度が遅くなる（燃焼波が弱まる）、もしくは消炎（燃焼が停止）する。なお、本実施形態における第１連通孔２４４の深さｔ２は、上板２２の板厚ｔ１と同一である。第２連通孔２６２の深さも同様に上板２２の板厚ｔ１と同一である（図１）。ここで、第１連通孔２４４の短辺の長さａおよび第２連通孔２６２の短辺の長さｂが、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃよりも短いため、第１連通孔２４４および第２連通孔２６２を通過することにより整流され、燃焼速度が低下した燃焼波が、ほぼその状態で燃料電池１０と上板２２との隙間に侵入することができ、隙間に流入する燃焼波の燃焼速度の増加を抑制することができる。これに対し、例えば、第１連通孔２４４の短辺の長さａおよび第２連通孔２６２の短辺の長さｂが、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃよりも長い場合には、燃料電池１０と上板２２との隙間に燃焼波が侵入する際に圧力が高くなるため、反応速度が増して熱の発生速度が増し、燃焼速度が増加すると考えられる。すなわち、本実施形態の燃料電池モジュール１００によれば、モジュールケース７０の上板２２が、第１連通孔２４４および第２連通孔２６２を備え、それらの連通孔の短辺の長さａ，ｂが燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃよりも短いため、仮にＦＣＰＣケース４０内（第２空間Ｓ２）で着火が生じたとしても、燃焼波が整流され、燃焼速度が低下されて燃料電池ケース２０内（第１空間Ｓ１）に侵入し、さらに、燃焼波が燃料電池１０と上板２２との隙間に侵入する際の燃焼速度の増加を抑制することができる。その結果、燃焼に伴う圧力増加が抑制され、燃料電池ケース２０の破壊が抑制され、燃料電池モジュール１００の安全性が向上される。
【００２６】
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態の燃料電池モジュールの第１熱伝導部２４５および第２熱伝導部２６４を示す概略平面図である。第２実施形態の燃料電池モジュールの構成は、第１熱伝導部２４５，第２熱伝導部２６４以外の構成は第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同様であるため、第１熱伝導部２４５および第２熱伝導部２６４について説明し、第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】
第２実施形態の燃料電池モジュールでは、上板２２の４つの第１連通孔２４４それぞれの内壁と、それぞれの連通孔の開口端の周辺（上板２２の上面Ｆ１および下面Ｆ２）に、第１熱伝導部２４５が形成されている。同様に、３つの第２連通孔２６２それぞれの内壁、およびそれぞれの連通孔の開口端の周辺（上板２２の上面Ｆ１および下面Ｆ２）に、第２熱伝導部２６４が形成されている。第１熱伝導部２４５および第２熱伝導部２６４は、上板２２より熱伝導率の高い材料によって形成されている。本実施形態では、第１熱伝導部２４５および第２熱伝導部２６４の形成材料として、上板２２より熱伝導率が高いアルミニウム（Ａｌ）を用いているが、これに限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ），銀（Ａｇ）等、他の金属を用いてもよい。第１熱伝導部２４５および第２熱伝導部２６４は、例えば、第１連通孔２４４および第２連通孔２６２の表面にメッキ加工により形成することができる。
【００２８】
図５は、第２実施形態における第１連通孔２４４の近傍を拡大し断面視して示す説明図である。図５では、図３に対応する箇所を図示しており、図３と同様に燃焼波を矢印で示している。第２実施形態では、第２空間Ｓ２で発生した燃焼波が第１連通孔２４４を通過する際に、第１熱伝導部２４５に接触する。第１熱伝導部２４５は、上板２２の形成材料（Ａｌ）より熱伝導率が高い材料（Ａｌ）で形成されているため、第２空間Ｓ２で生じた燃焼波が第１連通孔２４４を通過する際に、第１実施形態よりも多くの熱が奪われる。そのため、燃焼波は、第１連通孔２４４を通過することにより、その燃焼速度が第１実施形態よりさらに遅くなって、第１空間に侵入する。燃焼波が第２熱伝導部２６４を通過する際にも同様に、第１実施形態よりも多くの熱が奪われる。そのため、第１実施形態より、さらに、燃料電池モジュールの安全性が向上される。
【００２９】
Ｃ．第３実施形態：
図６は、第３実施形態における第１連通孔２４４Ｂの近傍を拡大し断面視して示す説明図である。第３実施形態の燃料電池モジュールの構成は、第１連通孔２４４Ｂの形状が第２実施形態と異なる以外は、第２実施形態と同様であるため、第１連通孔２４４Ｂについて説明し、第２実施形態の燃料電池モジュールと同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３０】
本実施形態において、第１連通孔２４４Ｂの深さｔ２Ｂは、上板２２Ｂの板厚ｔ１より長い。詳しくは、第１連通孔２４４Ｂの開口端Ｔ１（図６において、破線で図示）は、上板２２Ｂの上面Ｆ１より第２空間Ｓ２側に突出している。第１連通孔２４４Ｂの第２空間Ｓ２側の開口端Ｔ１と、上板２２Ｂの上面Ｆ１とは、斜面２２２で接続されており、その接続角度θｈは、本実施形態では約１５０°である。接続角度θｈは、本実施形態に限定されず、例えば、１７０°，１６０°，１３５°等適宜鈍角に設定可能である。
【００３１】
本実施形態の燃料電池モジュールによれば、第１連通孔２４４Ｂの深さｔ２Ｂは、上板２２Ｂの板厚ｔ１より長いため、第２空間Ｓ２で生じた燃焼波が第１連通孔２４４Ｂを通過する際に、燃焼波が接触する壁面の面積が第２実施形態よりも大きくなり、第２実施形態よりも多くの熱が奪われる。そのため、第２空間Ｓ２で発生した燃焼波は、その燃焼速度が第２実施形態よりさらに遅くなって、第１空間に侵入する。上板２２Ｂの板厚ｔ１は、第２実施形態の上板２２の板厚ｔ１と同一であるため、第２実施形態のモジュールケースと比較して、モジュールケースの重量の増加を抑制しつつ、第２空間Ｓ２で発生した燃焼波の燃焼速度を低下させて、第１空間Ｓ１に導くことができる。
【００３２】
Ｄ．第４実施形態：
図７は、第４実施形態における第１連通孔２４４Ｃの近傍を拡大し断面視して示す説明図である。第４実施形態の燃料電池モジュールの構成は、第１連通孔２４４Ｃの形状が第３実施形態と異なる以外は、第３実施形態と同様であるため、第１連通孔２４４Ｃについて説明し、第３実施形態の燃料電池モジュールと同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
本実施形態において、第１連通孔２４４Ｃの深さｔ２Ｃは、上板２２Ｃの板厚ｔ１より長い。また、第１連通孔２４４Ｃの深さｔ２Ｃは、第３実施形態の第１連通孔２４４Ｂの深さｔ２Ｂより深い（長い）。すなわち、第１連通孔２４４Ｃの第２空間Ｓ２側（上側）の開口端Ｔ１（図７において、破線で図示）は、上板２２Ｃの上面Ｆ１より第２空間Ｓ２側（上側）に突出しており、第１連通孔２４４Ｃの第１空間Ｓ１側（下側）の開口端Ｔ２（図７において、破線で図示）は、上板２２Ｃの下面Ｆ２より第１空間Ｓ１側（下側）に突出している。第１連通孔２４４Ｃの第２空間Ｓ２側の開口端Ｔ１と、上板２２Ｃの上面Ｆ１とは、斜面で接続されており、その接続角度θｈは、本実施形態では約１５０°である。同様に、第１連通孔２４４Ｃの第１空間Ｓ１側の開口端Ｔ２と、上板２２Ｃの下面Ｆ２とは、斜面で接続されており、その接続角度θｈは、本実施形態では約１５０°である。接続角度θｈは、本実施形態に限定されず、例えば、１７０°，１６０°，１３５°等適宜鈍角に設定可能である。また、第２空間Ｓ２側の接続角度と第１空間Ｓ１側の接続角度は、異なってもよい。
【００３４】
本実施形態の燃料電池モジュールによれば、第１連通孔２４４Ｃの深さｔ２Ｃは、第３実施形態よりさらに長いため、第２空間Ｓ２で生じた燃焼波が第１連通孔２４４Ｃを通過する際に、燃焼波が接触する壁面の面積が第３実施形態よりも大きくなり、第３実施形態よりも多くの熱が奪われる。そのため、第２空間Ｓ２で発生した燃焼波は、その燃焼速度がさらに遅くなって、第１空間Ｓ１に侵入する。また、第１連通孔２４４Ｃは、自身の開口端が上板２２Ｃの上面Ｆ１および下面Ｆ２の両面に対して突出しているため、上板２２Ｃの一方の面側に対してのみ突出させて同じ深さの連通孔を形成する場合と比較して、第１空間Ｓ１または第２空間Ｓ２への突出長さを短くすることができる。通常、燃焼波が生じた場合、燃焼波が生じた空間の凹凸が大きいと、乱流が生じやすく、燃焼速度が速くなりやすい。本実施形態では、第１連通孔２４４Ｃの長さを第３実施形態より長くしているものの、第２空間Ｓ２側に伸ばすのではなく、第１空間Ｓ１側に伸ばしているため、第２空間Ｓ２における燃焼速度の増加を抑制することができる。また、第１連通孔２４４Ｃの第１空間Ｓ１への突出量（長さ）および第２空間Ｓ２への突出量（長さ）を小さくできるため、燃料電池１０およびＦＣＰＣ３０の配置への影響を抑えつつ、第１連通孔２４４Ｃの深さを確保できる。
【００３５】
Ｅ．第５実施形態：
図８は、第５実施形態の燃料電池モジュールの上板２２Ｄを示す概略平面図である。第５実施形態の燃料電池モジュールの構成は、上板２２Ｄ以外の構成は第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同様であるため、上板２２Ｄについて説明し、第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の上板２２Ｄは、第１実施形態の上板２２における第１孔部２４に代えて第１孔部２４Ｄを、第２孔部２６に代えて第２孔部２６Ｄを備える。第１孔部２４Ｄは、８行×４列の格子状に配置された３２個の第１連通孔２４４Ｄを備える。第１連通孔２４４Ｄは、開口形状が一辺が長さａの正方形であって、長さａが、燃料電池１０と上板２２Ｄとの隙間の幅ｃ（図１）よりも短い。ここで、長さａは、第１実施形態における第１連通孔２４４の短辺の長さａと等しい。
【００３７】
第２孔部２６Ｄは、１１行×３列の格子状に配置された３３個の第２連通孔２６２Ｄを備える。第２連通孔２６２Ｄは、開口形状が一辺が長さｂの正方形であって、長さｂが、燃料電池１０と上板２２Ｄとの隙間の幅ｃ（図１）よりも短い。本実施形態において、長さａと長さｂは等しいが、異なっていてもよい。なお、「正方形」は、製造時等に生じる若干の歪み等を含む。
【００３８】
本実施形態の燃料電池モジュールによれば、一辺の長さが燃料電池１０と上板２２Ｄとの隙間の幅ｃ（図１）よりも短い正方形の開口形状を有する第１連通孔２４４Ｄおよび第２連通孔２６２Ｄを多数備えるため、第２空間で発生した燃焼波が、第１連通孔２４４Ｄおよび第２連通孔２６２Ｄを通過する際に、焼波が接触する壁面の面積がより大きくなり、奪われる熱量が増加する。また、第１連通孔２４４Ｄおよび第２連通孔２６２Ｄによる整流効果が向上する。その結果、第２空間Ｓ２にて発生した燃焼波の燃焼速度をより低下させて第１空間Ｓ１に侵入させることができる。
【００３９】
Ｆ：第６実施形態：
図９は、第６実施形態の燃料電池モジュールの上板２２Ｅを示す概略平面図である。第６実施形態の燃料電池モジュールの構成は、上板２２Ｅ以外の構成は第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同様であるため、上板２２Ｅについて説明し、第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の上板２２Ｄは、第１実施形態の上板２２における第１孔部２４に代えて第１孔部２４Ｅを、第２孔部２６に代えて第２孔部２６Ｅを備える。第１孔部２４Ｅは、５×３列に配置された１５個の第１連通孔２４４Ｅを備える。第１連通孔２４４Ｅは、開口形状が直径の長さＲａの真円形状であって、長さＲａが、燃料電池１０と上板２２Ｅとの隙間の幅ｃ（図１）よりも短い。ここで、長さＲａは、第１実施形態における第１連通孔２４４の短辺の長さａと等しい。なお、「真円形」は、製造時等に生じる若干の歪み等を含む。
【００４１】
第２孔部２６Ｅは、７行×２列に配置された１４個の第２連通孔２６２Ｅを備える。第２連通孔２６２Ｅは、開口形状が直径の長さＲｂの真円形状であって、長さＲｂが、燃料電池１０と上板２２Ｅとの隙間の幅ｃ（図１）よりも短い。ここで、長さＲｂは、長さＲａよりも長い。本実施形態において、長さＲａと長さＲｂは異なっているが、同一でもよい。
【００４２】
本実施形態の燃料電池モジュールによれば、直径の長さが燃料電池１０と上板２２Ｅとの隙間の幅ｃ（図１）よりも短い真円形の開口形状を有する第１連通孔２４４Ｅおよび第２連通孔２６２Ｅを多数備えるため、第５実施形態と同様に、第２空間Ｓ２にて発生した燃焼波の燃焼速度をより低下させて第１空間Ｓ１に侵入させることができる。
【００４３】
Ｇ：第７実施形態：
図１０は、第７実施形態の燃料電池モジュールの上板２２Ｆを示す概略平面図である。第７実施形態の燃料電池モジュールの構成は、上板２２Ｆ以外の構成は第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同様であるため、上板２２Ｆについて説明し、第１実施形態の燃料電池モジュール１００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態の上板２２Ｆは、第１実施形態の上板２２における第１孔部２４および第２孔部２６を備えない。本実施形態の上板２２Ｆでは、第１端子用連通孔２４６Ｆと第１出力端子１６との隙間の幅が長さａであり、同様に、第２端子用連通孔２４８Ｆと第２出力端子１８との隙間の幅が長さａである。ここで、長さａは、第１実施形態における第１連通孔２４４の短辺の長さａと等しい。すなわち、第１端子用連通孔２４６Ｆに燃料電池１０の第１出力端子１６が貫通され、第２端子用連通孔２４８Ｆに燃料電池１０の第２出力端子１８が貫通されることにより、幅が長さａの枠状の連通孔が形成される。長さａは、燃料電池１０と上板２２Ｆとの隙間の幅ｃ（図１）より短いため、このようにしても、第２空間Ｓ２にて発生した燃焼波の燃焼速度を低下させて第１空間Ｓ１に侵入させることができる。
【００４５】
Ｈ：第８実施形態：
図１１は、第８実施形態の燃料電池モジュール１００Ｇの概略構成を示す説明図である。図１１には、図１と同様に、燃料電池モジュール１００ＧのＸＺ平面による概略断面が図示されている。本明細書では、図１１に示すＸ軸方向を「左右方向」と定義し、Ｘ軸＋（プラス）側を「左」、Ｘ軸−（マイナス）側を「右」とも呼ぶ。燃料電池モジュール１００Ｇは、燃料電池１０と、水素ポンプ５０と、モジュールケース７０Ｇと、を備える。燃料電池１０および水素ポンプ５０は、モジュールケース７０Ｇに固定されているが、図１１では固定具の図示を省略している。本実施形態の燃料電池モジュール１００Ｇにおいて、燃料電池１０の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００４６】
水素ポンプ５０は、配管（不図示）を介して燃料電池１０と接続されると共に、ポンプインバータ（不図示）を介して二次電池（不図示）と接続される。水素ポンプ５０は、ポンプインバータから交流電力が供給されて駆動され、燃料電池１０から排出されるアノード排ガス中の水素を、燃料電池１０に供給する。なお、図１１および後述する図１２において、水素ポンプ５０と燃料電池１０とを接続する配管、配管が貫通する貫通孔の図示を省略している。
【００４７】
モジュールケース７０Ｇは、内部に燃料電池１０および水素ポンプ５０が収容されるケースであり、燃料電池ケース２０Ｇと、水素ポンプケース６０と、を備える。水素ポンプケース６０は、燃料電池ケース２０Ｇの左側（Ｘ軸プラス側）に配置されている。換言すると、水素ポンプケース６０は、燃料電池ケース２０Ｇの側面に接触して配置されている。
【００４８】
水素ポンプケース６０は、上板６２と、３枚の側板６３と、下板６５と、を備え、右側が開口した筐体である。水素ポンプケース６０を、開口を燃料電池ケース２０Ｇの左側の側面に接触させて固定すると、水素ポンプ５０が収容される第２空間Ｓ２が形成される。本実施形態において、水素ポンプ５０は、支持部材（不図示）を介して、水素ポンプケース６０の側板６３に固定されている。水素ポンプ５０を水素ポンプケース６０に収容して（固定して）、水素ポンプケース６０を燃料電池ケース２０Ｇに固定すると、水素ポンプ５０と燃料電池ケース２０Ｇとの間に隙間が形成される。
【００４９】
燃料電池ケース２０Ｇは、上板２２Ｇと、４枚の側板（３枚の側板２３と、１枚の第１側板２３Ｇ）と、下板２５と、を備え、燃料電池１０を収容する第１空間Ｓ１を形成する直方体の筐体である。本実施形態では、４枚の側板のうち、水素ポンプケース６０と接触する側面を構成する側板であって、第１孔部２４Ｇ有する側板を「第１側板２３Ｇ」と呼ぶ。
【００５０】
図１２は、第１側板２３Ｇを示す概略平面図である。図１２は、第１側板２３Ｇを、第２空間Ｓ２（図１１）側から見た概略平面図を示している。第１側板２３Ｇは、４つの第１連通孔２４４Ｇを有する第１孔部２４Ｇを有する。図１１に示すように、モジュールケース７０Ｇにおいて、燃料電池１０が収容される第１空間Ｓ１と、水素ポンプ５０が収容される第２空間Ｓ２とは、第１側板２３Ｇを介して隣接しており、第１連通孔２４４Ｇは、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する。第１空間Ｓ１の気体と第２空間Ｓ２の気体は、上記の複数の連通孔を介して互いに往来する。本実施形態における第１側板２３Ｇを、「仕切板」とも呼ぶ。
【００５１】
第１孔部２４Ｇは、第１側板２３Ｇの板面（ＹＺ面）の略中央に配置されており、水素ポンプ５０と対応する位置に配置されている。第１連通孔２４４Ｇは、スリット（開口形状が、長辺に対して短辺が極短い矩形状）であって（図１２）、短辺の長さｆが、燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間の幅ｅ（図１１）よりも短い。４つの第１連通孔２４４Ｇは、各第１連通孔２４４Ｇの長辺が下板２５と平行に（Ｙ軸と平行に）、かつ互いの長辺が隣り合うように整列されている。本実施形態において、短辺の長さｆは、約０．５〜１．５ｍｍであり、燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間の幅ｅは、約２．０〜３．０ｍｍである。燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間の幅ｆは、第１実施形態と同様に、例えば、燃料電池モジュール１００Ｇが車載された場合に、車の運転に伴い振動しても、燃料電池１０が第１側板２３Ｇに当たらないこと、車の衝突時に燃料電池１０が壊れないこと等を考慮して定められている。
【００５２】
燃料電池モジュール１００Ｇを形成する場合には、例えば、燃料電池１０が収容された燃料電池ケース２０Ｇの第１側板２３Ｇ側に、水素ポンプ５０が収容された水素ポンプケース６０を配置し、配管を水素ポンプ５０に接続すると共に、水素ポンプケース６０を燃料電池ケース２０Ｇの第１側板２３Ｇに固定する。
【００５３】
上記の通り、燃料電池１０には燃料ガスとしての水素が供給される。水素が、配管と燃料電池１０との接続部や、燃料電池１０から漏洩した場合には、主に、第１孔部２４Ｇを介して、漏洩水素の一部が第２空間Ｓ２に流れ込む。すなわち、本実施形態の燃料電池モジュール１００Ｇによれば、第１孔部２４Ｇを備えることにより、第１空間Ｓ１の水素濃度を低減することができる。
【００５４】
また、水素ポンプ５０は、ケーブルを介してポンプインバータと接続されており、第２空間Ｓ２に水素が存在する場合に、第２空間Ｓ２で着火が生じるおそれがある。仮に、第２空間Ｓ２において、着火して燃焼波が生じた場合でも、本実施形態の燃料電池モジュール１００Ｇによれば、モジュールケース７０Ｇの燃料電池ケース２０Ｇの第１側板２３Ｇが第１連通孔２４４Ｇを有するため、第２空間Ｓ２において生じた燃焼波は、第１連通孔２４４Ｇを通過する際に、第１連通孔２４４Ｇの内壁面によって熱を奪われると共に、整流されて第１空間Ｓ１に流入する。その結果、燃焼速度が遅くなる（燃焼波が弱まる）、もしくは消炎（燃焼が停止）する。なお、本実施形態における第１連通孔２４４Ｇの深さは、第１側板２３Ｇの板厚と同一である。（図１１）。ここで、第１連通孔２４４Ｇの短辺の長さｆが、燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間の幅ｅよりも短いため、第１連通孔２４４Ｇを通過することにより整流され、燃焼速度が低下した燃焼波が、ほぼその状態で燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間に侵入することができ、隙間に流入する燃焼波の燃焼速度の増加を抑制することができる。これに対し、例えば、第１連通孔２４４Ｇの短辺の長さｆが、燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間の幅ｅよりも長い場合には、燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間に燃焼波が侵入する際に圧力が高くなるため、反応速度が増して熱の発生速度が増し、燃焼速度が増加すると考えられる。すなわち、本実施形態の燃料電池モジュール１００Ｇによれば、モジュールケース７０Ｇの第１側板２３Ｇが、第１連通孔２４４Ｇを備え、第１連通孔２４４Ｇの短辺の長さｆが燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間の幅ｅよりも短いため、仮に水素ポンプケース６０内（第２空間Ｓ２）で着火が生じたとしても、燃焼波が整流され、燃焼速度が低下されて燃料電池ケース２０Ｇ内（第１空間Ｓ１）に侵入し、さらに、燃焼波が燃料電池１０と第１側板２３Ｇとの隙間に侵入する際の燃焼速度の増加を抑制することができる。その結果、燃焼波による燃料電池ケース２０Ｇの破壊が抑制され、燃料電池モジュール１００Ｇの安全性が向上される。
【００５５】
Ｉ．変形例：
（１）上記実施形態では、燃料電池用補機として、ＦＣＰＣ３０および水素ポンプ５０を例示したが、これに限定されず、モジュールケース７０は、例えば、エアコンプレッサ、冷却水ポンプ等他の燃料電池用補機を収容してもよい。
【００５６】
（２）上記実施形態において、燃料電池ケース２０が仕切板を備える例を示したが、ＦＣＰＣケース４０や水素ポンプケース６０等の燃料電池用補機ケースが仕切板を備える構成にしてもよい。
【００５７】
（３）上記実施形態において、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する連通孔として、スリット、開口形状が正方形状、真円形状を例示したが、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する連通孔の形状は上記実施形態に限定されない。燃料電池と仕切板との隙間の幅より小さい辺または径を有する開口形状の貫通孔でもよい。例えば、連通孔の開口形状は、長方形状、楕円形状、角丸四角形状等であってもよい。連通孔の開口形状が長方形状の場合には、短辺が燃料電池と仕切板との間の隙間の幅より小さく、連通孔の開口形状が楕円形状の場合には、短径が燃料電池と仕切板との間の隙間の幅より小さくする。このようにすると、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（４）上記実施形態において、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する複数の連通孔を備える仕切板を例示したが、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する連通孔（連通孔の開口形状が、燃料電池と仕切板との隙間の幅より小さい辺または径を有する）を少なくとも１つ備えればよい。
【００５９】
（５）第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する連通孔の幅（短辺）、直径（短径）の長さは、上記実施形態に限定されず、燃料電池と、仕切板との隙間の幅より小さければよい。ただし、連通孔の幅（短辺）、直径（短径）の長さを消炎距離に設定すると、第２空間Ｓ２で生じた燃焼波が連通孔を通過する際に消炎する可能性が高いため、好ましい。
【００６０】
（６）上記第１実施形態において、第１連通孔２４４の短辺の長さａと第２連通孔２６２の短辺の長さｂとは互いに等しい（ａ＝ｂ）例を示したが、互いに異なっていてもよい。第１連通孔２４４の短辺の長さａと第２連通孔２６２の短辺の長さｂとが異なる場合には、長さａと長さｂのいずれか一方を、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃ（図１）よりも短くする。第１連通孔２４４の短辺の長さａおよび第２連通孔２６２の短辺の長さｂは、いずれも、燃料電池１０と上板２２との隙間の幅ｃ（図１）よりも短いのがより好ましい。
【００６１】
（７）上記第１実施形態において、ＦＣＰＣケース４０が水素換気膜４２２を備える例を示したが、水素換気膜４２２を備えなくてもよい。また、例えば、水素換気膜４２２に代えて、圧抜き弁を備えてもよい。
【００６２】
（８）上記実施形態において、ＦＣＰＣ３０が燃料電池１０の上に配置される例、水素ポンプ５０が燃料電池１０の左側に配置される例を示したが、燃料電池１０と燃料電池用補機の配置は上記実施形態に限定されない。すなわち、燃料電池が収容される第１空間と、燃料電池用補機が収容される第２空間との配置は、上記実施形態に限定されない。燃料電池および燃料電池用補機が内部に収容されるモジュールケースにおいて、燃料電池が収容される第１空間と、燃料電池用補機が収容される第２空間とが、仕切板を介して隣接すればよい。例えば、ＦＣＰＣ３０が燃料電池１０の下に配置されてもよいし、ＦＣＰＣ３０と燃料電池１０とが横並び（ＸＹ平面上）に配置されてもよい。
【００６３】
（９）上記第２実施形態において、第１熱伝導部２４５が、４つの第１連通孔２４４それぞれの内壁と、それぞれの連通孔の開口端の周辺（上板２２の上面Ｆ１および下面Ｆ２）に形成される例を示したが、少なくとも１つの第１連通孔２４４の内壁の少なくとも一部に第１熱伝導部２４５が形成されればよい。第２熱伝導部２６４についても同様である。また、第１連通孔２４４および第２連通孔２６２の少なくともいずれか一方の連通孔の内壁に上板２２の形成材料より熱伝導率が高い材料で形成された熱伝導部を備えてもよい。
【００６４】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…燃料電池
１１…第１セルスタック
１２…第２セルスタック
１６…第１出力端子
１８…第２出力端子
２０，２０Ｇ…燃料電池ケース
２２，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ，２２Ｇ…上板
２３…側板
２３Ｇ…第１側板
２４，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｇ…第１孔部
２６，２６Ｄ，２６Ｅ…第２孔部
３０…ＦＣＰＣ
４０…ＦＣＰＣケース
４２…上板
４３…側板
５０…水素ポンプ
６０…水素ポンプケース
６２…上板
６３…側板
６５…下板
７０，７０Ｇ…モジュールケース
１００，１００Ｇ…燃料電池モジュール
２２２…斜面
２４４，２４４Ｂ，２４４Ｃ，２４４Ｄ，２４４Ｅ，２４４Ｇ…第１連通孔
２４５…第１熱伝導部
２４６，２４６Ｆ…第１端子用連通孔
２４８，２４８Ｆ…第２端子用連通孔
２６２，２６２Ｄ，２６２Ｅ…第２連通孔
２６４…第２熱伝導部
４２０…貫通孔
４２２…水素換気膜
Ｆ１…上面
Ｆ２…下面
Ｔ１，Ｔ２…開口端
Ｓ１…第１空間
Ｓ２…第２空間
ａ，ｂ，ｃ，ｅ，ｆ…幅（長さ）
Ｒａ，Ｒｂ…直径
θｈ…接続角度
ｔ１…板厚
ｔ２，ｔ２Ｂ，ｔ２Ｃ…深さ
【図１】
2018045943.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018045943.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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