(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気中の酸素とが反応して発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を変換して負荷へ供給する電力変換器と、
前記燃料電池で発電した電力を前記電力変換器に送電するための正極導体及び負極導体と、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給流路を備える流路構造体と、
前記正極導体及び負極導体が前記流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換する熱交換部と、を備え、
前記燃料電池が複数設けられ、
前記複数の燃料電池それぞれの前記正極導体及び負極導体が前記流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換することを特徴とする燃料電池の導体冷却構造。
【請求項２】
前記正極導体及び負極導体は、前記流路構造体を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項３】
前記正極導体と前記負極導体とが、前記流路構造体の空気供給流路内で、空気の流れ方向に沿って重ならない部分を備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項４】
前記正極導体及び負極導体の前記流路構造体の空気供給流路内に位置する部分は、放熱用の突起を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項５】
前記正極導体及び負極導体と前記流路構造体の外壁との間に断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項６】
前記断熱部材は、前記燃料電池に近い側にのみ設けられていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項７】
前記正極導体及び負極導体は、前記流路構造体の外壁に結合され、
前記正極導体及び負極導体と、前記流路構造体の空気供給流路を流れる空気との間で熱交換する放熱部が、前記流路構造体の空気供給流路内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項８】
前記燃料電池は断熱容器に収容され、
前記熱交換部は前記断熱容器の外部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項９】
前記熱交換部は、前記電力変換器よりも前記燃料電池に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項１０】
前記熱交換部は、前記流路構造体の空気供給流路に設けられたエアフィルタの下流に設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項１１】
前記熱交換部は、前記燃料電池に供給する空気の量を検出する空気流量検出器の下流に設けられていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項１２】
前記正極導体と前記負極導体との少なくともいずれか一方は、前記燃料電池側が、前記電力変換器側よりも高耐熱性の材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項１３】
前記負荷は、前記燃料電池を搭載する車両を駆動するモータであり、
前記燃料電池は、車両の後席下の後方側に配置され、
前記正極導体及び負極導体は、前記燃料電池から車両前方へ向けて延設され、
前記流路構造体は、車幅方向に向けて延設されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項１４】
前記燃料電池及び、前記燃料電池に空気を供給するための空気供給器は、前記流路構造体の延設方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１３項に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【請求項１５】
前記流路構造体の空気供給流路に空気を供給する空気供給口は、後席のドア開口部の後方でかつホイールハウスよりも高い位置に配置されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の燃料電池の導体冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池で発電した電力を電力変換器に送電するための導体を冷却する燃料電池の導体冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池から電力を取り出す導体を冷却するために、燃料電池に供給する空気、燃料を水蒸気改質するための水、燃料ガスのいずれかの流体と熱交換する技術が知られている（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２００９−２７７３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、電力取り出し用の導体１本につき、流体との間で熱交換する熱交換器が１つ設けられている。このため、複数の導体を冷却するためには、導体の数だけ熱交換器が必要となり、冷却構造の大型化を招く。
【０００５】
そこで、本発明は、複数の導体を冷却する場合であっても、冷却構造の大型化を抑えることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、正極導体及び負極導体が流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換する熱交換部を備えることを特徴とする。
燃料電池が複数設けられ、複数の燃料電池それぞれの正極導体及び負極導体が流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、正極導体及び負極導体が流路構造体の空気供給流路を流れる空気と熱交換するので、複数の導体を空気により冷却する場合であっても、冷却構造の大型化を抑えることができる。
燃料電池が複数設けられる場合であっても、複数の燃料電池に対し、それぞれの正、負極導体を、一つの流路構造体を利用して冷却することができる。これにより、冷却構造の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の導体冷却構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す空気供給管の熱交換部に対応する位置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係わる導体冷却構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係わる導体冷却構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係わる導体冷却構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係わる導体冷却構造を備える燃料電池自動車の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の導体冷却構造を示す斜視図である。本実施形態は、燃料電池として、第１の燃料電池スタック１と第２の燃料電池スタック３とを備えている。第１の燃料電池スタック１に対応する第１のインバータ５、第２の燃料電池スタック３に対応する第２のインバータ７が、電力変換器として設けられている。
【００１１】
第１、第２のインバータ５，７は、第１、第２の燃料電池スタック１，３でそれぞれ発電された電力に関し、直流電圧を交流電圧に変換する。第１、第２のインバータ５，７で交流に変換された電力は、負荷として例えば三相交流モータ９，１１に供給される。
【００１２】
第１の燃料電池スタック１と第１のインバータ５とは、正極導体としての正極バスバー１３及び負極導体としての負極バスバー１５によって互いに接続している。同様にして、第２の燃料電池スタック３と第２のインバータ７とは、正極導体としての正極バスバー１７及び負極導体としての負極バスバー１９によって互いに接続している。すなわち、複数の燃料電池に対応して、対となる正極導体及び負極導体がそれぞれ設けられている。
【００１３】
第１、第２の燃料電池スタック１，３は、燃料と空気中の酸素とが反応して発電する。そのため、第１、第２の燃料電池スタック１，３には、燃料を供給する燃料供給系及び空気を供給する空気供給系が接続される。図１は、燃料供給系は省略しており、空気供給系として、第１、第２の燃料電池スタック１，３に空気Ｇを供給する流路構造体としての空気供給管２１を示している。
【００１４】
空気供給管２１は、下流側において、第１の燃料電池スタック１及び第２の燃料電池スタック３にそれぞれ接続される分岐管２１ａ，２１ｂを備えている。分岐管２１ａ，２１ｂより上流の空気供給管２１に空気送風用補機２３を配置し、空気送風用補機２３を駆動することによって、空気Ｇが、空気供給管２１内の空気供給流路２５を通して第１、第２の燃料電池スタック１，３に供給される。
【００１５】
空気送風用補機２３より上流側の空気供給管２１には、一対の正極バスバー１３及び負極バスバー１５と、一対の正極バスバー１７及び負極バスバー１９とが、それぞれ貫通して接続されている。空気供給管２１に貫通する部分の正極バスバー１３及び負極バスバー１５は、第１の燃料電池スタック１と第１のインバータ５との間に位置している。同様にして、空気供給管２１に貫通する部分の正極バスバー１７及び負極バスバー１９は、第２の燃料電池スタック３と第２のインバータ７との間に位置している。
【００１６】
空気供給管２１は断面ほぼ円形であり、当該円形の直径部分に、正極バスバー１３及び負極バスバー１５と、正極バスバー１７及び負極バスバー１９とが、それぞれ貫通している。これら正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９からなる四つのバスバーと、導電性の金属で構成される空気供給管２１の貫通孔との間には、電気的な絶縁部材２７を設けている。正極バスバー１３、負極バスバー１５、正極バスバー１７、負極バスバー１９の空気供給管２１内に挿入されている部分は、それぞれ符号１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａとして示している。
【００１７】
次に、第１の実施形態による作用を説明する。
【００１８】
正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９は、第１、第２の燃料電池スタック１，３で発電した電力を、より少ない損失で第１、第２のインバータ５，７に送電する必要がある。このため、正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９は、導電性がより高くなるように、断面形形状や材質を選定することになる。
【００１９】
一般的に、導電性が高くなると、伝熱性も高くなるので、第１、第２の燃料電池スタック１，３から、正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９に伝わる熱量も多くなる。
【００２０】
本実施形態は、第１、第２の燃料電池スタック１，３に供給する空気が流れる空気供給管２１内に、正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９の一部１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａを配置している。これにより、正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９は、空気供給管２１内の空気供給流路２５を流れる空気によって冷却される。
【００２１】
すなわち、第１の実施形態は、第１の燃料電池スタック１の正極バスバー１３及び負極バスバー１５が空気供給管２１内の空気供給流路２５を流れる空気と熱交換する熱交換部１０を備えている。同様にして、第２の燃料電池スタック３の正極バスバー１７及び負極バスバー１９が空気供給管２１内の空気供給流路２５を流れる空気と熱交換する熱交換部２０を備えている。
【００２２】
正極バスバー１３及び負極バスバー１５、正極バスバー１７及び負極バスバー１９は、それぞれ熱交換部１０，２０にて冷却されることで温度低下し、第１、第２のインバータ５，７に伝達される熱量が低減する。これにより、第１、第２のインバータ５，７の温度上昇が抑制される。
【００２３】
その際、本実施形態は、第１の燃料電池スタック１の正極バスバー１３及び負極バスバー１５を、一つの空気供給管２１を利用して、一つの熱交換部１０により冷却している。同様にして、第２の燃料電池スタック３の正極バスバー１７及び負極バスバー１９を、一つの空気供給管２１を利用して、一つの熱交換部２０により冷却している。このように、本実施形態は、複数の導体である正、負極バスバー１３，１５を一つの熱交換部１０により冷却し、複数の導体である正、負極バスバー１７，１９を一つの熱交換部２０により冷却しているので、冷却構造の小型化を達成できる。
【００２４】
また、導電性の金属で構成されている空気供給管２１の貫通孔と、第１の燃料電池スタック１の正極バスバー１３及び負極バスバー１５との間に、電気的な絶縁部材２７を設けている。同様にして、空気供給管２１の貫通孔と、第２の燃料電池スタック３の正極バスバー１７及び負極バスバー１９との間に、電気的な絶縁部材２７を設けている。
【００２５】
このため、第１の燃料電池スタック１の正極バスバー１３と負極バスバー１５との間で電気的な絶縁状態を確保できる。同様にして、第２の燃料電池スタック３の正極バスバー１７と負極バスバー１９との間で電気的な絶縁状態を確保できる。これにより、一つの燃料電池スタックに対する正、負極の二つの導体を、電気的に絶縁しながら一つの空気供給管２１を利用して、一つの熱交換部１０または２０により冷却することができる。
【００２６】
なお、空気供給管２１は、導電性の金属で構成されていなくてもよく、非導電性の例えばセラミックで構成されていてもよい。この場合、絶縁部材２７が不要であり、これによりその分部品点数が削減される。
【００２７】
さらに、第１の燃料電池スタック１の正極バスバー１３と負極バスバー１５とが空気供給管２１の空気供給流路２５を流れる空気と熱交換する。同様にして、第２の燃料電池スタック３の正極バスバー１７と負極バスバー１９とが空気供給管２１の空気供給流路２５を流れる空気と熱交換する。このため、一つの燃料電池スタックにおける正、負極の導体は、熱交換性能のばらつきが低減され、安定した導電性能を確保できる。
【００２８】
また、本実施形態は、第１、第２の燃料電池スタック１，３に対応してそれぞれ設けられる正、負極導体が、空気供給管２１に接続されることで、複数の燃料電池スタックにおける正、負極の各導体が空気供給管２１の空気供給流路２５を流れる空気と熱交換する。
【００２９】
このため、燃料電池スタックが複数設けられる場合であっても、複数の燃料電池スタック１，３に対し、それぞれの正、負極導体を、一つの空気供給管２１を利用して冷却することができる。これにより、冷却構造の簡素化を図ることができる。
【００３０】
第１の実施形態は、正、負極バスバー１３，１５及び正、負極バスバー１７，１９は、空気供給管２１を貫通している。このため、各バスバー１３，１５，１７，１９は、空気供給管２１内の空気供給流路２５を流れる空気との間で直接熱交換できる。これにより、各バスバー１３，１５，１７，１９と空気との間の熱交換性能が高まる。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態に対し、正、負極バスバー１３Ａ，１５Ａ及び正、負極バスバー１７Ａ，１９Ａの空気供給管２１Ａに貫通する部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａを、空気供給流路２５Ａ内で、空気の流れ方向に沿って重ならないようにして、熱交換部１０Ａ，２０Ａを構成している。
【００３２】
図２に示すように、第１の燃料電池スタック１の正極バスバー１３Ａは、空気供給管２１Ａに対し、図２中で水平面に対しほぼ４０度の角度で左下と右上との間で貫通している。第１の燃料電池スタック１の負極バスバー１５Ａは、空気供給管２１Ａに対し、図２中で水平面に対しほぼ４０度の角度で左上と右下との間で貫通している。
【００３３】
図２に示すように、第２の燃料電池スタック３の正極バスバー１７Ａは、空気供給管２１Ａに対し、図２中で水平面に対しほぼ２０度の角度で左上と右下との間で貫通している。第２の燃料電池スタック３の負極バスバー１９Ａは、空気供給管２１Ａに対し、図２中で水平面に対しほぼ２０度の角度で左下と右上との間で貫通している。
【００３４】
この場合、正、負極バスバー１３Ａ，１５Ａ及び正、負極バスバー１７Ａ，１９Ａの空気供給管２１Ａを貫通する部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａは、図２のように空気供給管２１Ａの中心軸方向に沿って見たときに、空気供給流路２５Ａのほぼ中心部Ｐで互いに交差する。つまり、部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａは、空気供給流路２５Ａ内の中心部Ｐにおいて、空気の流れ方向に沿って互いに重なることになる。
【００３５】
したがって、空気供給管２１Ａを貫通する部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａは、中心部Ｐ周辺を除く部分が、空気供給流路２５Ａ内で、空気の流れ方向に沿って互いに重ならない部分となる。
【００３６】
なお、図２では、正、負極バスバー１３Ａ，１５Ａ及び正、負極バスバー１７Ａ，１９Ａは、空気供給管２１Ａの外部に位置する部分に関し、図１とは異なり、図２中で上下方向の位置が互いに異なっている。
【００３７】
この場合、図１と同様に、各バスバー１３Ａ，１５Ａ，バスバー１７Ａ，１９Ａの燃料電池スタック及びインバータに接続する部位が上下方向同一位置とすると、各バスバー１３Ａ，１５Ａ，バスバー１７Ａ，１９Ａを上下方向に適宜屈曲させる必要がある。あるいは、各バスバー１３Ａ，１５Ａ，バスバー１７Ａ，１９Ａの燃料電池スタック及びインバータに対する接続する位置を上下方向に沿って変化させる必要がある。
【００３８】
第２の実施形態は、正、負極バスバー１３Ａ，１５Ａ及び正、負極バスバー１７Ａ，１９Ａが、空気供給管２１Ａの空気供給流路２５Ａ内で、空気の流れ方向に沿って重ならない部分を備えている。このため、各貫通する部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａは、空気供給流路２５Ａ内を流れる空気がより確実に接することになる。
【００３９】
よって、正、負極バスバー１３Ａ，１５Ａ及び正、負極バスバー１７Ａ，１９Ａと空気との熱交換性能がより均一化し、各バスバー１３Ａ，１５Ａ，１７Ａ，１９Ａに対する冷却をより効率よく行うことができる。
【００４０】
なお、各貫通する部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａは、水平面に対する傾斜角度に関し、上記した２０度、４０度に限定されるものではなく、また傾斜せずに互いに平行な状態で水平に貫通していてもよい。要するに、各貫通する部分１３Ａａ，１５Ａａ，１７Ａａ，１９Ａａは、空気供給管２１Ａの空気供給流路２５Ａ内で、空気の流れ方向に沿って重ならない部分を備えていればよい。
【００４１】
また、第１の実施形態と同様に、空気供給管２１Ａが導電性部材であれば、空気供給管２１Ａと各バスバー１３Ａ，１５Ａ，１７Ａ，１９Ａとの間に絶縁部材が必要であり、空気供給管２１Ａが非導電性部材であれば、絶縁部材は不要となる。
【００４２】
図３は、本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、燃料電池スタック１を断熱容器２９内に収容している。これにより、燃料電池スタック１は、発電動作に必要な高温状態が安定的に保たれる。断熱容器２９の外部に空気供給管２１Ｂを配置している。空気供給管２１Ｂは、インバータ５よりも断熱容器２９（燃料電池スタック１）に近い位置にある。
【００４３】
ここでの空気供給管２１Ｂは、内部の空気供給流路２５Ｂが断面ほぼ正方形となっている。空気供給流路２５Ｂの上部に、放熱部としての複数の放熱フィン３１を収容固定している。複数の放熱フィン３１は、空気供給流路２５Ｂ内の空気の流れ方向に沿って延設されている。
【００４４】
空気供給管２１Ｂの上面には、放熱板３３を接合固定し、放熱板３３の上に電気的に絶縁された状態で正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂを接触させて接続している。すなわち、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂは、空気供給管２１Ｂの外壁の外部に熱的に結合されている。
【００４５】
この場合、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂは、断熱容器２９に対して電気的に絶縁された状態で貫通している。さらに、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂと、空気供給管２１Ｂの空気供給流路２５Ｂを流れる空気との間で熱交換する放熱フィン３１が、空気供給管２１Ｂの空気供給流路２５Ｂ内に設けられている。
【００４６】
第３の実施形態は、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂと、空気供給流路２５Ｂを流れる空気との間で、放熱フィン３１及び放熱板３３を介して熱交換する熱交換部１０Ｂを備えている。これにより、第１の実施形態と同様に、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂが、一つの空気供給管２１Ｂを利用して冷却されるので、冷却構造の小型化を達成できる。
【００４７】
第３の実施形態は、放熱フィン３１及び放熱板３３を備える熱交換部１０Ｂが、断熱容器２９の外部に配置されることになる。これにより、燃料電池スタック１を収容する断熱容器２９の内部と、熱交換部１０Ｂが設けられる外部の空気とを、断熱層によって隔離することができ、断熱容器２９の内部の温度を、燃料電池スタック１に適するより高温に維持することができる。
【００４８】
第３の実施形態は、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂと、空気との間で熱交換する熱交換部１０Ｂは、インバータ５よりも燃料電池スタック１に近い位置に配置されている。この場合、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂが、より高温側で熱交換することになり、空気との間の熱交換性能がより向上する。
【００４９】
正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂと、空気との間で熱交換する熱交換部１０Ｂを、インバータ５よりも燃料電池スタック１に近い位置に配置することで、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂは、熱交換後の低温部の割合が、熱交換前の高温部の割合よりも多くなる。これにより、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂは、導体としての導電性が向上して導体損失が低減し、燃料電池システムの運転効率が向上する。
【００５０】
第３の実施形態は、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂと、空気との間で熱交換する際に、放熱フィン３１及び放熱板３３を介して行っている。この場合、放熱フィン３１及び放熱板３３によって熱交換面積が拡大し、正極バスバー１３Ｂ及び負極バスバー１５Ｂと、空気との間の熱交換性能を向上させることができる。
【００５１】
なお、図第３の実施形態は、複数の放熱フィン３１に代えて、多孔質の部材を放熱部として使用してもよい。
【００５２】
図４は、本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に、燃料電池スタック１を断熱容器２９内に収容している。これにより、燃料電池スタック１は、発電動作に必要な高温状態を安定的に保たれる。断熱容器２９の外部に空気供給管２１Ｃを配置している。空気供給管２１Ｃは、インバータ５よりも断熱容器２９（燃料電池スタック１）に近い位置にある。
【００５３】
空気供給管２１Ｃは、第１の実施形態と同様に、断面が円形であり、断面円形の空気供給管２１Ｃの直径部分に正極バスバー１３Ｃ及び負極バスバー１５Ｃが貫通している。正極バスバー１３Ｃ及び負極バスバー１５Ｃの空気供給流路２５Ｃ内に位置する部分１３Ｃａ，１５Ｃａは、放熱用の突起となるフィン１３Ｃａｆ，１５Ｃａｆを備えている。フィン１３Ｃａｆ，１５Ｃａｆは、部分１３Ｃａ，１５Ｃａの延長方向のほぼ中央に位置している。
【００５４】
空気供給管２１Ｃの断熱容器２９側には、空気供給管２１Ｃと、正極バスバー１３Ｃ及び負極バスバー１５Ｃとの間を断熱するための断熱部材３５を取り付けている。断熱部材３５を設けることによって、空気供給管２１Ｃは、耐熱温度を特に考慮せずにより安価なものを使用できる。
【００５５】
断熱部材３５は、正極バスバー１３Ｃと負極バスバー１５Ｃとの配列方向に沿って長い直方体形状であり、空気供給管２１Ｃ側が開口する開口部３５ａを備えている。開口部３５ａに対向する部分の空気供給管２１Ｃには、空気供給流路２５Ｃと連通する開口孔２１Ｃａが形成され、開口孔２１Ｃａと開口部３５ａとは互いに連通している。
【００５６】
断熱部材３５は、開口部３５ａ側の端部周縁３５ｂを、空気供給管２１Ｃの開口孔２１Ｃａの周縁に密接させた状態で接合固定している。断熱部材３５の開口部３５ａと反対の断熱容器２９側の壁部に、正極バスバー１３Ｃ及び負極バスバー１５Ｃが電気的に絶縁された状態で貫通している。
【００５７】
第４の実施形態は、正極バスバー１３Ｃと負極バスバー１５Ｃが、空気との間で熱交換する熱交換部１０Ｃに、放熱用のフィン１３Ｃａｆ，１５Ｃａｆを備えている。このため、正極バスバー１３Ｃと負極バスバー１５Ｃは放熱面積がその分増大して熱交換性能が向上する。
【００５８】
なお、正極バスバー１３Ｃと負極バスバー１５Ｃは、フィン１３Ｃａｆ，１５Ｃａｆを設ける構成に代えて、多孔質形状や表面粗度を粗くした形状として放熱面積が増大するようにしてもよい。
【００５９】
また、第４の実施形態は、空気供給管２１Ｃと、燃料電池スタック１の熱を受ける正極バスバー１３Ｃ及び負極バスバー１５Ｃとの間に断熱部材３５を設けている。断熱部材３５を設けることで、空気供給管２１Ｃは、コスト高となる耐熱温度が高い材料を使用する必要がなくなり、コスト低下を図ることができる。
【００６０】
さらに、断熱部材３５は、空気供給管２１Ｃの燃料電池スタック１に近い側にのみ設け、インバータ５に近い側には設けていない。空気供給管２１Ｃの燃料電池スタック１に近い側は、インバータ５に近い側に比較して高温となる。高温となる燃料電池スタック１に近い側にのみ断熱部材３５を設けることで、断熱効果を維持しつつ、部品点数の増大を抑えることができる。
【００６１】
図５は、本発明の第５の実施形態を示す。第５の実施形態は、第４の実施形態と同様に、燃料電池スタック１を断熱容器２９内に収容し、さらに空気供給管２１Ｄの断熱容器２９側に、空気供給管２１Ｄと、正極バスバー１３Ｄ及び負極バスバー１５Ｄとの間を断熱するための断熱部材３５を取り付けている。
【００６２】
空気供給管２１Ｄは、正極バスバー１３Ｄ及び負極バスバー１５Ｄが貫通して構成される熱交換部１０Ｄを備えている。正極バスバー１３Ｄは、空気供給管２１Ｄを貫通する部分より燃料電池スタック１側が、高耐熱性の材料で構成した高耐熱部１３Ｄａとし、空気供給管２１Ｄを貫通する部分よりインバータ５側が、低耐熱性の材料で構成した低耐熱部１３Ｄｂとしている。
【００６３】
同様にして、負極バスバー１５Ｄは、空気供給管２１Ｄを貫通する部分より燃料電池スタック１側が、高耐熱材料で構成した高耐熱部１５Ｄａとし、空気供給管２１Ｄを貫通する部分よりインバータ５側が、低耐熱材料で構成した低耐熱部１５Ｄｂとしている。
【００６４】
高耐熱部１３Ｄａ，１５Ｄａは、空気供給管２１Ｄ内の空気供給流路２５Ｄからインバータ５側に突出しており、この突出した端部を、低耐熱部１３Ｄｂ，１５Ｄｂの端部に重ね合わせてボルト３７によって結合する。
【００６５】
空気供給管２１Ｄの熱交換部１０Ｄと燃料電池スタック１との間の空気供給管２１Ｄには、空気供給器となる、図１に示したものと同様な空気送風用補機２３を設けている。空気送風用補機２３を作動させることによって、空気供給管２１Ｄ内の空気供給流路２５Ｄを流れる空気が燃料電池スタック１に供給される。
【００６６】
空気供給管２１Ｄにおける熱交換部１０Ｄよりも上流側には、エアフィルタ４１を設けている。エアフィルタ４１よりも下流で、熱交換部１０Ｄよりも上流には、燃料電池スタック１に供給する空気の量を検出する空気流量検出器４３を設置している。
【００６７】
第５の実施形態は、空気供給管２１Ｄの正極バスバー１３Ｄ及び負極バスバー１５Ｄが貫通する位置にある熱交換部１０Ｄが、エアフィルタ４１の下流に設けられている。このため、熱交換部１０Ｄには、塵埃などの汚損物や水分がエアフィルタ４１によって除去された状態の空気が送られる。
【００６８】
これにより、空気と熱交換する正極バスバー１３Ｄ及び負極バスバー１５Ｄは、塵埃などの汚損物や水分の付着を抑制でき、電気的な絶縁性の悪化や、熱交換性能の低下を抑制できる。
【００６９】
第５の実施形態は、空気供給管２１Ｄの正極バスバー１３Ｄ及び負極バスバー１５Ｄが貫通する位置にある熱交換部１０Ｄが、燃料電池スタック１に供給する空気の量を検出する空気流量検出器４３の下流に設けられている。
【００７０】
空気流量検出器４３により空気流量を精度よく検出するには、空気の温度を一定の基準温度内に安定させる必要がある。図５に示したように、空気流量検出器４３を熱交換部１０Ｄの上流に配置することで、熱交換部１０Ｄによって熱交換する前の安定した温度の空気を検出することになり、空気流量の検出精度が高まる。
【００７１】
正、負極バスバー１３Ｄ，１５Ｄは、空気供給管２１Ｄを貫通する部分を含み、当該貫通する部分より燃料電池スタック１側を高耐熱部１３Ｄａ，１５Ｄａとし、空気供給管２１Ｄを貫通する部分よりインバータ５側を低耐熱部１３Ｄｂ，１５Ｄｂとしている。
【００７２】
これにより、より高温となる燃料電池スタック１側での正、負極バスバー１３Ｄ，１５Ｄの耐熱性を確保できる一方、より低温となるインバータ５側での導電性を確保でき、耐熱性と導電性とを両立させることができる。正、負極バスバー１３Ｄ，１５Ｄの全体を高耐熱部とするとコストアップを招いて全体の導電性が悪化し、正、負極バスバー１３Ｄ，１５Ｄの全体を低耐熱部とすると全体の耐熱性が悪化する。
【００７３】
図６は、本発明の第６の実施形態を示す。第６の実施形態は、燃料電池自動車４５に本発明を適用している。なお、図６中の矢印ＦＲで示す方向が、燃料電池自動車４５の車両前方である。
【００７４】
燃料電池自動車４５は、車両前部に車両を駆動するためのモータ４７を搭載し、車両前後方向ほぼ中央の床下に、モータ４７に電力を供給する蓄電池４９を搭載している。燃料電池スタック１は、車両の図示しない後席下の後方に配置している。
【００７５】
燃料電池スタック１の前方にインバータ５を配置し、燃料電池スタック１とインバータ５とを、正極バスバー１３及び負極バスバー１５によって互いに接続する。この場合、正極バスバー１３及び負極バスバー１５は、燃料電池スタック１から車両前方へ向けて延設されている。
【００７６】
空気供給管２１Ｅは、燃料電池スタック１とインバータ５との間で車幅方向に向けて延設されている。空気供給管２１Ｅに対し、図１に示した第１の実施形態と同様に、正極バスバー１３及び負極バスバー１５が貫通しており、この貫通部分が、空気と正極バスバー１３及び負極バスバー１５との間で熱交換する熱交換部１０Ｅとなる。
【００７７】
熱交換部１０Ｅと燃料電池スタック１との間の空気供給管２１Ｅには、図５に示したものと同様な空気供給器となる空気送風用補機２３を設けている。空気送風用補機２３を作動させることによって、空気供給管２１Ｅ内の空気供給流路２５Ｅを流れる空気が燃料電池スタック１に供給される。燃料電池スタック１及び、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気送風用補機２３は、空気供給管２１Ｅの延設方向に沿って配置されていることになる。
【００７８】
燃料電池自動車４５の車体における後席のドア開口部５１の後方には、空気供給管２１Ｅに下端が連通する吸気通路５３を設けている。後席ドアのドア開口部５１の前方には、センタピラー５５があり、後方にはリヤピラー５７がある。したがって、吸気通路５３は、センタピラー５５とリヤピラー５７との間に位置する。
【００７９】
吸気通路５３の上端に設けてある空気供給口としての吸気口５３ａは、吸気通路５３の下端よりも車両後方に位置している。このため吸気通路５３は、車両側方から見て、上端の吸気口５３ａが下端よりも車両後方となるよう傾斜している。吸気通路５３の上端に位置する吸気口５３ａは、車体のホイールハウス５９よりも高い位置に設定されて、車体外部に開口している。
【００８０】
なお、図６においては、図１に示した第１の実施形態と同様に、燃料電池スタック１に燃料を供給するための燃料供給系は省略している。また、第６の実施形態は、図５に示した第５の実施形態と同様に、エアフィルタ及び空気流量検出器を設置しているものとする。
【００８１】
図６において、燃料電池スタック１を運転する際には、空気送風用補機２３が作動することによって、外部の空気が、吸気口５３ａから吸気通路５３を経て空気供給管２１Ｅに導入され、燃料電池スタック１に供給される。燃料電池スタック１は、供給された空気中の酸素と、別途供給される燃料とが反応して発電する。
【００８２】
吸気口５３ａから空気供給管２１Ｅに導入された空気は、第１の実施形態と同様にして正極バスバー１３及び負極バスバー１５との間で熱交換し、正極バスバー１３及び負極バスバー１５は、一つの熱交換部１０Ｅにおいて、一つの空気供給管２１Ｅを流れる空気によって冷却される。このため、第６の実施形態においても、複数の導体である正、負極バスバー１３，１５を一つの熱交換部１０Ｅにより冷却しているので、冷却構造の小型化を達成できる。
【００８３】
第６の実施形態は、燃料電池スタック１は、燃料電池自動車４５の後席下の後方側に配置され、正極バスバー１３及び負極バスバー１５は、燃料電池スタック１から車両前方へ向けて延設され、空気供給管２１Ｅは、車幅方向に向けて延設されている。
【００８４】
これにより、正極バスバー１３及び負極バスバー１５の延設位置に空気供給管２１Ｅを直線状に効率よく配置でき、空気供給管２１Ｅの短縮化及び、空気が流れる際の圧力損失を低減できる。その結果、燃料電池システムの小型化及び高効率化を達成できる。
【００８５】
また、空気供給管２１Ｅは、車幅方向に向けて直線状に延設することで、空気の流れがより安定したものとなり、空気流量検出器による空気の検出精度が向上する。さらに、空気供給管２１Ｅが車幅方向に向けて直線状に延設されることで、エアフィルタの配置位置としては、選択範囲が広がって容易に確保することができる。
【００８６】
また、第６の実施形態は、燃料電池スタック１及び、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気送風用補機２３は、空気供給管２１Ｅの延設方向に沿って配置されている。これにより、空気供給管２１Ｅの短縮化及び、空気が流れる際の圧力損失を低減できる。その結果、燃料電池システムの小型化及び高効率化を達成できる。
【００８７】
さらに、第６の実施形態は、空気供給管２１Ｅの空気供給流路２５Ｅに空気を供給する吸気口５３ａは、後席ドアの後方でかつホイールハウス５９よりも高い位置に配置されている。これにより、後席ドアの開口部５１を確保しつつ、車両浸水時における空気供給流路２５Ｅへの水の浸入を抑制できる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含む。
【００８９】
例えば、図１の第１の実施形態及び図２の第２の実施形態では、燃料電池スタック及びインバータをそれぞれ二つずつ設けるものとして説明したが、一つずつでもよく、三つずつ以上でもよい。また、図３〜図６に示した各実施形態では、燃料電池スタック及びインバータがそれぞれ一つずつの場合を説明したが、燃料電池スタック及びインバータを複数設けた場合にも各実施形態を適用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１  第１の燃料電池スタック（燃料電池）
３  第２の燃料電池スタック（燃料電池）
５  第１のインバータ（電力変換器）
７  第２のインバータ（電力変換器）
９，１１  三相交流モータ（負荷）
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，２０，２０Ａ  熱交換部
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１７  正極バスバー（正極導体）
１３Ｃａｆ，１５Ｃａｆ  フィン（放熱用の突起）
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１９  負極バスバー（負極導体）
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ  空気供給管（流路構造体）
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ  空気供給流路
２９  断熱容器
３１  放熱フィン（放熱部）
３５  断熱部材
４１  エアフィルタ
４３  空気流量検出器
４７  モータ
５１  後席のドア開口部
５３ａ  吸気口（空気供給口）
５９  ホイールハウス
【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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