(57)【要約】【課題】電気部品の電気コネクタへの水分接触を抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】エンドプレート５２に固定され燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて電気化学反応により発電を行う燃料電池スタック５１と、電気部品２５と、を有する燃料電池システムであって、電気部品２５の電気コネクタ６０は、接続用開口部６１が重力方向に対して水平又は下向きに開口する。これによって、例え電気コネクタ６０内に水分が進入しようとしても、進入口である接続用開口部６１が水平方向又は下向きに開口していることから、内部への水分の進入を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、電気部品と、を有する燃料電池システムであって、
前記電気部品の電気コネクタは、接続用開口部が重力方向に対して水平又は下向きに開口する燃料電池システム。
【請求項２】
前記電気部品は、前記燃料電池冷却用の冷却配管の重力方向下方に配置されている請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記電気コネクタは排水溝を有し、この排水溝が重力方向下方に向けられている請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電気部品は、電磁弁である請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池は、複数の単セルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、を備えてなる燃料電池スタックであり、
前記電気部品は、前記エンドプレートに固定されている請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガス（以下、これらを反応ガスという。）との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池システムが注目されている。このような燃料電池システムに用いられる燃料電池は、単セルを複数積層した燃料電池スタックとして構成されており、このような燃料電池スタックはエンドプレートに固定されて保持されている。
【０００３】
そして、このような燃料電池システムには、例えば、センサやモータ、電磁弁等の電気部品が設けられることになるが、その一例として燃料電池スタックの冷却配管の下側に電気部品（水素検出器）の電気コネクタを配置したものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９７４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように燃料電池スタック冷却用の冷却配管の下側に電気部品の電気コネクタを配置する構造であると、特に冷却配管の外周では結露が生じやすいため、電気コネクタに結露水が接触し、短絡や汚損を生じる可能性があった。このような短絡は、冷却配管の結露水に限らず、種々の水分によって生じる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、電気部品の電気コネクタへの水分接触を抑制することができる燃料電池システム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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、電気部品と、を有する燃料電池システムであって、前記電気部品の電気コネクタは、接続用開口部が重力方向に対して水平又は下向きに開口する。
【０００７】
かかる構成とすることによって、例え電気コネクタ内に水分が進入しようとしても、進入口である接続用開口部が重力方向に対して水平又は下向きに開口しているため、進入を抑制することができる。
【０００８】
この場合、前記電気部品を前記燃料電池冷却用の冷却配管の重力方向下方に配置しても良い。また、前記電気コネクタに排水溝を設け、この排水溝を重力方向下方に向けても良い。さらに、前記電気部品が電磁弁であっても良い。
【０００９】
加えて、前記燃料電池が、複数の単セルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の積層方向の外側に配置されたエンドプレートと、を備えた燃料電池スタックである場合には、前記電気部品を前記エンドプレートに固定しても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気部品の電気コネクタへの水分接触、ひいては、電気コネクタに生じる短絡及び汚損を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態を図１〜図３を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、燃料電池システム１のシステム構成図である。この燃料電池システム１は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。
【００１３】
燃料電池システム１は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電気化学反応により発電して電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、この燃料電池１０への酸化ガスとしての空気のガス供給を調整するカソード系の酸化ガス配管系２と、燃料ガスとしての水素ガスのガス供給を調整するアノード系の燃料ガス配管系３とを備えている。
【００１４】
酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給配管２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に導く導出配管２２と、加湿器２０から外部に酸化オフガスを導くための排出配管２３とを備えている。空気供給配管２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられており、導出配管２２には、電磁式の空気調圧弁（電気部品，電磁弁）２５が設けられている。
【００１５】
燃料ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための燃料供給配管３１と、燃料電池１０から排出された燃料ガスのオフガスとしての水素オフガスを導く導出配管３２と、導出配管３２の水素オフガスを燃料供給流路３１に戻す循環配管３３とを備えている。
【００１６】
燃料供給配管３１には、燃料電池１０に燃料ガスを供給するために、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容するとともに許容時に水素ガスの圧力を調整する遮断弁付調圧弁３４が設けられている。この遮断弁付調圧弁３４に換えて、上流側のガス状態（流量、圧力、温度、モル濃度等）を調整して下流側に供給するインジェクタを設けても良い。
【００１７】
導出配管３２には、燃料電池１０から排出された水素オフガスを循環配管３３を介して再び燃料電池１０に供給するために、気液分離器３５が設けられている。この気液分離器３５は、燃料電池１０から排出された水素オフガスの気液を分離するもので、具体的には水素オフガスから水分を回収するものである。この気液分離器３５には、排出弁３６が接続されており、この排出弁３６には、排出配管３７が接続されている。
【００１８】
排出弁３６は、図示略の制御装置からの指令によって作動することにより、気液分離器３５で回収した水分と、導出配管３２内の不純物を含む水素オフガスとを排出配管３７を介して外部に排出（パージ）するものである。
【００１９】
循環配管３３には、燃料電池１０から排出された循環配管３３内の水素オフガスを吸引し加圧して燃料供給配管３１側へ吐出することで燃料電池１０から排出されるガスの循環を調整する水素ポンプ３８が設けられている。また、排出配管３７には水素オフガスを排出配管２３からの酸化オフガスで希釈するための希釈器３９が設けられている。
【００２０】
燃料電池１０には、冷却水を循環させる冷却配管４１が接続されている。この冷却配管４１には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ４３、及び冷却水を加圧して循環させるポンプ４４が設けられており、ラジエータ４３には、モータによって回転駆動される冷却ファン４６が設けられている。
【００２１】
このような燃料電池システム１において、水素タンク３０から燃料供給配管３１を介し遮断弁付調圧弁３４で調整されて燃料電池１０に供給された水素ガスと、コンプレッサ２４による圧送で空気供給配管２１を介し加湿器２０で加湿されて燃料電池１０に導入された酸化ガスとが、燃料電池１０において電気化学反応を起こし、発電する。
【００２２】
また、燃料電池１０からの水素オフガスは、導出配管３２を介して気液分離器３５に導入され、水素ポンプ３８で循環配管３３を介して燃料供給配管３１に導入されて、再び燃料電池１０に導入される。さらに、適宜のタイミングで排出弁３６が開かれると、燃料電池１０からの水素オフガスは、気液分離器３５から排出配管３７を介して希釈器３９に導入され、この希釈器３９において、燃料電池１０から排出された酸化オフガスで希釈されて外部に排出される。
【００２３】
なお、図１においては図示を略すが、燃料電池システム１には、適宜の場所に温度センサや圧力センサが配置されており、これらセンサの検出値等に基づいて制御が行われることになる。
【００２４】
燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セル５０を所要数積層して構成される燃料電池スタック５１と、燃料電池スタック５１を積層方向両端部から挟持する一対のエンドプレート５２，５３と、エンドプレート５２，５３を連結する図示略のテンションプレートとを有している。ここで、この燃料電池１０は、単セル５０の積層方向及びエンドプレート５２，５３の長手方向を重力方向に対して水平にした姿勢で車体に設置されることになり、以下、この設置時の姿勢で説明する。
【００２５】
図２に示すように、一方のエンドプレート５２からは、燃料電池スタック５１から排出された酸化オフガスを導く導出配管２２が突出しており、この導出配管２２は、エンドプレート５２から突出する突出部２２ａと、突出部２２ａの突出先端からエンドプレート５２の長手方向に沿って延在する横延在部２２ｂと、横延在部２２ｂの突出部２２ａとは反対側から下方に延出する下方延出部２２ｃとを有している。
【００２６】
そして、横延在部２２ｂの途中位置に斜め上方向に突出するように、導出配管２２内の温度を検出する温度センサ２６が取り付けられており、下方延出部２２ｃの途中位置に上記した空気調圧弁２５が取り付けられている。
【００２７】
この空気調圧弁２５は、下方延出部２２ｃの途中位置に設けられて導出配管２２の流路断面積を機械的に変更する弁本体部２５Ａと、弁本体部２５Ａの突出部２２ａとは反対側に連結されてこの弁本体部２５Ａを駆動する弁駆動モータ２５Ｂとを有している。この弁駆動モータ２５Ｂは、略立方体形状をなしており、上面及び下面を水平に沿わせ一側面をエンドプレート５２に当接させた状態でエンドプレート５２に固定されている。このように、空気調圧弁２５をエンドプレート５２に固定することでシステムをコンパクト化している。
【００２８】
また、空気調圧弁２５の直上には、エンドプレート５２の長手方向に沿って延在するように冷却配管４１の一部が配設されている。
【００２９】
そして、弁駆動モータ２５Ｂの上面には、弁駆動モータ２５Ｂへの電力供給を受けるためのメスの電気コネクタ６０がエンドプレート５２の長手方向に沿う姿勢で設けられている。電気コネクタ６０は、図３にも示すように、四つの略長方形板状の壁部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを有する略角筒状をなしており、上側の壁部６０ａ及び下側の壁部６０ｃを水平に沿わせている。
【００３０】
その結果、電気コネクタ６０は電力を供給する図示略のオスコネクタを嵌合させる接続開口部６１が、水平方向に開口している。また、電気コネクタ６０の下部である下側の壁部６０ｃには電気コネクタ６０の内側の空間を下方に開口させるスリット（排水溝）６２がエンドプレート５２の長手方向に沿って複数形成されている。
【００３１】
以上に述べた第１実施形態によれば、空気調圧弁２５の電気コネクタ６０内に例え水分が進入しようとしても、進入口である接続用開口部６１が水平方向に開口しているため、内部への水分の進入を抑制することができる。したがって、水分によって空気調圧弁２５の電気コネクタ６０に生じる短絡及び汚損を抑制することができる。
【００３２】
しかも、電気コネクタ６０の下部の壁部６０ｃには電気コネクタ６０の内側の空間を下方に開口させるスリット６２が形成されているため、何らかの理由で電気コネクタ６０内に例え水分が進入したとしても、これらスリット６２から重力の作用で水分を排出させることができる。したがって、水分によって空気調圧弁２５の電気コネクタ６０に生じる短絡及び汚損をさらに有効に抑制することができる。
【００３３】
特に、上記のように、システムをコンパクト化するために空気調圧弁２５をエンドプレート５２に取り付けると、エンドプレート５２の積層方向内側（燃料電池スタック５１側）は、大気と異なり温度幅が広く湿度も高くて結露が発生しやすいことから、結露水が空気調圧弁２５の電気コネクタ６０内に進入する可能性が高くなるため、電気コネクタ６０の水平方向に開口する接続用開口部６１による水分進入抑制とスリット６２による排水とによる効果が大きい。
【００３４】
さらに、上記のように、冷却配管４１が直上にあると、冷却配管４１からの結露水が電気コネクタ６０内に進入する可能性が高くなるため、この点からも、電気コネクタ６０の水平方向に開口する接続用開口部６１による水分進入抑制とスリット６２による排水とによる効果が大きい。
【００３５】
次に、本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態を、主に図４を参照しつつ第１実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００３６】
第２実施形態では、空気調圧弁２５の弁駆動モータ２５Ｂの上面に設けられた電気コネクタ６０が、エンドプレート５２の長手方向に沿う状態で、しかも、四つの壁部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄがすべて水平に対し略４５度で傾斜するように配置されている。つまり、第１実施形態に対し、電気コネクタ６０をその周方向に４５度回転させてい）。
【００３７】
その結果、第１実施形態と同様に、電気コネクタ６０は電力を供給する図示略のオスコネクタを嵌合させる接続開口部６１が水平方向に開口している。そして、電気コネクタ６０の下部の二つの壁部６０ｂ，６０ｃの境界位置（連結部）に、電気コネクタ６０の内側の空間を下方に開口させるスリット６２が、エンドプレート５２の長手方向に沿って複数形成されている。
【００３８】
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。その上で、電気コネクタ６０の下部である二つの壁部６０ｂ，６０ｃの境界位置にスリット６２が形成されているため、重力の作用でスリット６２の位置に電気コネクタ６０内の水分を案内することができ、スリット６２から重力で良好に水分を排出させることができる。
【００３９】
次に、本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態を、主に図５を参照しつつ第１実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００４０】
第３実施形態においては、第１実施形態と同様の電気コネクタ６０が、エンドプレート５２の長手方向に沿う状態で弁駆動モータ２５Ｂの下面に設けられている。この電気コネクタ６０は、第１実施形態と同様に、四つの略長方形状の壁部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを有する略角筒状をなしており、上側の壁部６０ａ及び下側の壁部６０ｃを水平に沿わせている。
【００４１】
その結果、この電気コネクタ６０も電力を供給する図示略のオスコネクタを嵌合させる接続開口部６１が水平方向に開口している。また、電気コネクタ６０の下部である下側の壁部６０ｃには、電気コネクタ６０の内側の空間を下方に開口させるスリット６２が、エンドプレート５２の長手方向に沿って複数形成されている。
【００４２】
このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。その上で、空気調圧弁２５の電気コネクタ６０が弁駆動モータ２５Ｂの下面に設けられているため、弁駆動モータ２５Ｂが電気コネクタ６０の上側を部分的に覆うことになり、その結果、特に直上にある冷却配管４１からの結露水を、間に介在する弁駆動モータ２５Ｂが止めることになり、電気コネクタ６０内に進入する可能性をさらに有効に抑制することができる。
【００４３】
次に、本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態を主に図６を参照しつつ第２実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００４４】
第４実施形態においては、第２実施形態と同様の電気コネクタ６０が、エンドプレート５２の長手方向に沿う状態で弁駆動モータ２５Ｂの下面に設けられている。この電気コネクタ６０は、第２実施形態と同様に、四つの略長方形状の壁部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを有する略角筒状をなしており、四つの壁部６０ａ〜６０ｄがすべて水平に対し略４５度で傾斜するように配置されている。
【００４５】
この電気コネクタ６０も、電力を供給する図示略のオスコネクタを嵌合させる接続開口部６１が水平方向に開口している。また、電気コネクタ６０の下部の二つの壁部６０ｂ，６０ｃの境界位置（連結部）には、電気コネクタ６０の内側の空間を下方に開口させるスリット６２が、エンドプレート５２の長手方向に沿って複数形成されている。
【００４６】
このような第４実施形態によっても、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。その上で、空気調圧弁２５の電気コネクタ６０が弁駆動モータ２５Ｂの下面に設けられているため、弁駆動モータ２５Ｂが電気コネクタ６０の上側を部分的に覆うことになり、その結果、特に直上にある冷却配管４１からの結露水を、間に介在する弁駆動モータ２５Ｂが止めることになり、電気コネクタ６０内に進入する可能性をさらに有効に抑制することができる。
【００４７】
なお、以上の第１〜第４実施形態においては、いずれも電気コネクタ６０の接続開口部６１が水平方向に開口しているが、接続開口部６１が下向き（重力方向に沿う下向き、重力方向に対して斜め下向き）に開口していても良い。また、本発明の電気部品は、電気コネクタを備えていれば、空気調圧弁に限らず、センサやモータ等の種々の電気部品に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態のエンドプレート周辺の斜視図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の要部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態の要部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態の要部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態の要部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…燃料電池システム、１０…燃料電池、２５…空気調圧弁（電気部品，電磁弁）、４１…冷却配管、５０…単セル、５１…燃料電池スタック、５２…エンドプレート、６０…電気コネクタ、６１…接続開口部、６２…スリット（排出溝）。
【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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