(57)【要約】【課題】負圧による変形に対する補強と重量増抑制とを両立できる可撓性管継手及びこれを用いた燃料電池システムを提供する。【解決手段】周方向に延在するとともに軸線方向に間隔をあけて配設される複数の横リブ３２と、複数の横リブ３２同士の間に周方向に間隔をあけて配設される複数の縦リブ３３とを外周部に備える。これにより、横リブの数を増やしたり厚みを増したりする場合と比べて、重量増を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に延在するとともに軸線方向に間隔をあけて配設された複数の横リブと、
複数の前記横リブ同士の間に周方向に間隔をあけて配設された複数の縦リブと、を外周部に備えた可撓性管継手。
【請求項２】
前記縦リブが前記横リブに対し離間している請求項１に記載の可撓性管継手。
【請求項３】
前記横リブ及び前記縦リブを除く本体部の肉厚は、前記横リブ及び前記縦リブが形成された形成範囲が、前記横リブ及び前記縦リブが形成されていない非形成範囲よりも薄肉に形成された請求項１又は２に記載の可撓性管継手。
【請求項４】
軸線方向の全長にわたって補強部材が内蔵されており、該補強部材は、複数の前記横リブそれぞれの内部にも配置されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の可撓性管継手。
【請求項５】
配管部材と嵌合しない非嵌合部の内側に本体部よりも高剛性のカラーが配設されてなる可撓性管継手。
【請求項６】
前記カラーの内壁面に撥水層を有する請求項５に記載の可撓性管継手。
【請求項７】
前記カラーの内側に翼型の格子部材が設置されている請求項５又は６に記載の可撓性管継手。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の可撓性管継手がカソード系配管内に重力方向に対して傾斜状態で配設された燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性管継手及びこれを用いた燃料電池システムに関し、特に、流路の閉塞対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製の配管同士を連結する際に、ゴム製の可撓性管継手を用いて連結することがあり、その際に、可撓性管継手だけでは金属製の配管同士の軸心がずれてしまうため、両配管に剛性のある嵌挿部材を嵌挿して軸心のずれを防止する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、両配管に嵌挿した嵌挿部材が可撓性管継手の内側を通ることになり、その目的からも可撓性管継手の変形の自由度はない。
【０００３】
可撓性管継手の多くは、上記とは目的が異なっており、その変形の自由度から各部品の寸法バラツキや組付バラツキ等に起因する配管同士のずれを吸収したり、組み付け性を向上するために用いられる。このような可撓性管継手の変形の自由度を維持しつつ補強を行うために、周方向に環状に延在する横リブを軸線方向に間隔をあけて複数配設する技術もある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−９１５７３号公報
【特許文献２】特開２０００−１３６８９１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、例えば燃料電池システムにおいては、燃料電池内のカーボンの酸化を防ぐべく、システム停止後に燃料電池にエアが流入しないように燃料電池のカソード系配管をエア遮断弁で遮断することが行われている。このようなエア遮断弁でカソード系配管を遮断すると、その後カソード系配管内に残存していたエアがカーボンの酸化により消費されて、カソード系配管内の気圧は低下する。すると、カソード系配管内に可撓性管継手が設けられていた場合、可撓性管継手はこの負圧により内側に潰れて閉塞しまうことになる。
【０００５】
このとき、雰囲気が氷点下である場合にカソード系配管内に水分が存在していると、この潰れ部分の水分が氷結し、氷が接着剤のような役目をして可撓性管継手の閉塞状態を維持してしまうことになり、その結果、次回のシステム起動時にエアが燃料電池に流れずに起動不能となってしまう。
【０００６】
このような可撓性管継手の潰れを抑制するために、可撓性管継手に上記のように複数の横リブを設けることも考えられるが、十分に補強するためには、横リブの間隔を狭めるために横リブの数を増やしたり厚みを厚くする必要があり、そうすると重量増となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、負圧による変形に対する補強と重量増抑制とを両立できる可撓性管継手及びこれを用いた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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の可撓性管継手は、周方向に延在するとともに軸線方向に間隔をあけて配設された複数の横リブと、複数の前記横リブ同士の間に周方向に間隔をあけて配設された複数の縦リブと、を外周部に備えている。
【０００９】
この構成によれば、軸線方向に間隔をあけて配設された複数の横リブの間に、周方向に間隔をあけて複数の縦リブが配設されるため、負圧による変形に対する補強をした上で、複数の横リブの数を増やしたり厚みを増したりする場合と比べて、重量増を抑制できる。
【００１０】
前記縦リブは、前記横リブに対し離間していてもよい。
【００１１】
前記横リブ及び前記縦リブを除く本体部の肉厚は、前記横リブ及び前記縦リブが形成された形成範囲が、前記横リブ及び前記縦リブが形成されていない非形成範囲よりも薄肉に形成されていてもよい。
【００１２】
軸線方向の全長にわたって補強部材が内蔵されており、該補強部材は、複数の前記横リブそれぞれの内部にも配置されていてもよい。例えば、補強用シートを横リブそれぞれの内部に織り込む。
【００１３】
本発明の可撓性管継手は、配管部材と嵌合しない非嵌合部の内側に本体部よりも高剛性のカラーが、例えば嵌合されている等して配設されていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、非嵌合部の内側に配設されているカラーによって、負圧による変形に対する補強をした上で重量増を抑制できる。
【００１５】
前記カラーの内壁面に撥水層を有していてもよい。この撥水層は、例えば、カラーの内壁面にフッ素系などの撥水コーティングが施工されて形成されるものでもよいし、カラー自体が撥水性に優れた材質からなるものでもよい。
【００１６】
前記カラーの内側には翼型の格子部材が設置されていてもよい。
【００１７】
本発明の燃料電池システムは、上記の可撓性管継手がカソード系配管内に重力方向に対して傾斜状態で配設されている。
【００１８】
この構成によれば、カソード系配管内に配置された可撓性管継手の負圧による変形に対する補強をした上で重量増を抑制できる。さらに、負圧による変形に対する補強をした可撓性管継手を用いるため、この可撓性管継手は、負圧による内側への潰れが抑制されることになり、しかも、重力方向に対して傾斜配置されているため、内部の水や剥離された氷が排出され易い。よって、可撓性管継手を氷が閉塞する事象の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、負圧による変形に対する補強と重量増抑制とを両立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための好適な第１実施形態を図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、燃料電池システム１を概略的に示すものである。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。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０に燃料ガスである水素ガスを供給するアノード系配管１１と、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給するカソード系配管１２と、燃料電池１０を冷却するための図示略の冷却系配管とを備えて構成されている。
【００２３】
燃料電池１０は、図示は略すが、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とから構成されるセルを複数積層したスタック構造をなしている。
【００２４】
カソード系配管１２は、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する供給配管１３と燃料電池１０を通過後の空気の排出ガスを外部に排出する排出配管１４とを有しており、供給配管１３には、外部に開口する吸込口１６と燃料電池１０との間位置に、吸込口１６側から順に、ダスト等を捕捉するエアクリーナ１７、吸込口１６側から燃料電池１０側へエアを圧送するエアコンプレッサ１８及び供給配管１３を開閉するエア遮断弁１９が設けられている。
【００２５】
これにより、エア遮断弁１９が開かれた状態でエアコンプレッサ１８が駆動されると、供給配管１３は、空気を吸込口１６から吸い込みエアクリーナ１７でダスト等を捕捉した後に燃料電池１０に導入する。また、エア遮断弁１９が閉じられた状態では、吸込口１６と燃料電池１０との連通は遮断される。
【００２６】
排出配管１４には、燃料電池１０と外部に開口する排出口２１との間位置に、燃料電池１０側から順に、排出エアの流量を調整するエア調整弁２２、排出配管１４を開閉するエア遮断弁２３及び排出ガスの排出音を抑えるためのマフラ２４が設けられている。
【００２７】
そして、カソード系配管１２には、エア供給側のエア遮断弁１９とエア排出側のエア遮断弁２３との間に、図２に示す配管構造部が設けられている。この配管構造部は、金属等の剛性の高い二つの配管部材２６，２７を、これらよりも剛性の低い可撓性材料、具体的にはゴムからなる略円管状の可撓性管継手３０で連結している。
【００２８】
可撓性管継手３０は、図３に示すように、略円筒状の本体部３１と、軸線方向（可撓性管継手３０の軸線方向。以下単に軸線方向という）に間隔をあけて本体部３１の外周部に配設された複数の周方向（可撓性管継手３０の周方向。以下単に周方向という）に沿う横リブ３２と、複数の横リブ３３同士の間に周方向に間隔をあけて本体部３１の外周部に配設された複数の軸線方向に沿う縦リブ３３とを備えている。
【００２９】
本体部３１は、両端の配管部材２６，２７を嵌合させる嵌合部３５を含む両側の厚肉部３６の間に、厚肉部３６よりも厚さの薄い薄肉部３７を有している。この薄肉部３７は、両側の厚肉部３６に対し、外径は同じとされ、内径が大径とされることで薄肉とされている。薄肉部３７の両厚肉部３６側には、薄肉部３７と厚肉部３６とを連続させるように厚肉部３６側が小径となるテーパ面３７ａがそれぞれ形成されている。
【００３０】
横リブ３２は、周方向の全長にわたって延在することで環状をなしており、軸線方向の両端面３２ａ，３２ｂが軸直交方向に沿っている。また、横リブ３２は、両端面３２ａ，３２ｂ間の幅つまり軸線方向の厚さが全周にわたって一定で、直径も軸線方向の全長にわたって一定となっている。同形状のこのような横リブ３２が、軸線方向に等間隔をあけて複数、本体部３１の薄肉部３７の範囲内にのみ形成されている。
【００３１】
縦リブ３３は、全ての横リブ３２のうち軸線方向の一端（図３（Ａ），（Ｃ）に示す右端）の横リブ３２を除いた他の複数の横リブ３２に対して設けられており、これら横リブ３２のそれぞれの端面３２ｂから軸線方向同側に隣り合う横リブ３２の手前まで延出するように形成され、その先端面３３ａが対向する横リブ３２の端面３２ａに対し離間した状態で軸直交方向に沿っている。
【００３２】
言い換えれば、縦リブ３３は、これに隣り合う両側の横リブ３２のうちの一方の横リブ３２から他方の横リブ３２の手前まで延出している。また、縦リブ３３は、周方向両側の側面３３ｂ，３３ｃが略平行をなしており、軸線方向の全長にわたって周方向の厚さ及び半径が一定となっている。
【００３３】
縦リブ３３の半径は横リブ３２の半径と同等とされている。同形状のこのような縦リブ３３が、複数の横リブ３２それぞれに対して周方向に等間隔をあけて複数、本体部３１の薄肉部３７の範囲内にのみ形成されている。
【００３４】
なお、すべての横リブ３２及びすべての縦リブ３３が本体部３１の薄肉部３７の範囲内に形成されていることから、言い換えれば、横リブ３２及び縦リブ３３を除く本体部３１の肉厚は、横リブ３２及び縦リブ３３が形成された形成範囲３８が、横リブ３２及び縦リブ３３が形成されていない非形成範囲３９よりも薄肉に形成されている。
【００３５】
ここで、軸線方向の他端（図３（Ａ），（Ｃ）に示す左端）の横リブ３２には、上記のような一定半径の縦リブ３３に加えて、横リブ３２から離れるほど半径が小さくなるように延出する傾斜リブ４０が縦リブ３３とは反対側の端面３２ａから縦リブ３３と同様の配置で形成されている。
【００３６】
また、軸線方向の一端（図３（Ａ），（Ｃ）に示す右端）の横リブ３２には、上記のような一定半径の縦リブ３３は形成されておらず、横リブ３２から離れるほど半径が小さくなるように端面３２ｂから延出する傾斜リブ４１が他の横リブ３２から延出する縦リブ３３と同様の配置で形成されている。
【００３７】
可撓性管継手３０は、ゴムを主体として上記のような形状に一体成形されることになるが、その際に、内部には、軸線方向の全長及び周方向の全周にわたって、金属、樹脂あるいは布等からなる補強用シート（補強部材）４４が内蔵される。その際に、この補強用シート４４は複数のすべての横リブ３２それぞれの内部に織り込まれ、これにより、織込部４５が形成される。
【００３８】
このような可撓性管継手３０の両側の嵌合部３５の内側に配管部材２６，２７をそれぞれ嵌合することになる。このとき、配管部材２６と配管部材２７とが上下に位置をずらしており、これらを繋ぐ可撓性管継手３０は、図２に示すように全体が重力方向（図２では紙面上下方向）に対して傾斜する姿勢で配設される。
【００３９】
以上の燃料電池システム１において、燃料電池１０内のカーボンの酸化を防ぐべく、システム停止後に燃料電池１０にエアが流入しないように燃料電池１０のカソード系配管１２のエア遮断弁１９，２３を閉状態とする。その後、カソード系配管１２のエア遮断弁１９，２３よりも燃料電池１０側に残存していたエアが燃料電池１０のカーボンの酸化により消費されて、カソード系配管１２内の気圧は低下して負圧環境となる。すると、カソード系配管１２内に設けられた可撓性管継手３０にはこの負圧により内側に潰そうとする力が生じることになる。
【００４０】
これに対して、可撓性管継手３０は、図４（Ａ）に示すように、軸線方向に間隔をあけて複数の横リブ３２が配設されているため、本体部３１における横リブ３２が設けられた位置及びその近傍ではこの横リブ３２の強度によって内側への変形が抑制されることになり、横リブ３２同士の間においては、縦リブ３３の先端面３３ａがこれに対向する横リブ３２の端面３２ａに当接することになり、縦リブ３３を介して横リブ３２同士が支え合うことになって、内側への変形が抑制されることになる。
【００４１】
このように、負圧による変形に対する補強ができるため、可撓性管継手３０が負圧により内側に潰れて閉塞しこの潰れ部分の水分が氷点下の雰囲気で氷結して閉塞が維持されて次回のシステム起動時にエアが燃料電池１０に流れずに起動不能となってしまうといった事象の発生を抑制できる。
【００４２】
また、可撓性管継手３０は、軸線方向に間隔をあけて配設された複数の横リブ３２の間に、周方向に間隔をあけて複数の縦リブ３３を配設するため、複数の横リブ３２の数を増やしたり厚みを増したりする場合と比べて、重量増を抑制できる。
【００４３】
さらに、縦リブ３３は、これに隣り合う一方の横リブ３２から隣り合う他方の横リブ３２の手前まで延出しこの他方の横リブ３２に対しては離間している（一体化していない）ため、隣り合う横リブ３２同士が分離される。したがって、システム起動時にカソード系配管１２内が正圧環境となったときに、図４（Ｂ）に示すように、可撓性管継手３０がある程度膨らむことができ、氷点下の雰囲気で水が氷結した場合に、氷を内壁から引きはがしやすくなる。
【００４４】
しかも、横リブ３２及び縦リブ３３を除く本体部３１の肉厚は、横リブ３２及び縦リブ３３が形成された形成範囲３８と重なる薄肉部３７が、横リブ３２及び縦リブ３３が形成されていない非形成範囲３９と重なる両厚肉部３６よりも薄肉に形成されているので、正圧環境となったときに、薄肉部３７が外側に膨らみやすくなる。よって、氷を内壁からより引きはがし易くなる。
【００４５】
加えて、可撓性管継手３０には、軸線方向の全長にわたって補強用シート４４が内蔵されているため、正圧環境における強度を確保できる。しかも、補強用シート４４は、複数の横リブ３２それぞれの内部にも織り込まれる織込部４５を有しているため、負圧環境における強度をより向上でき、内側への変形をより抑制することができる。
【００４６】
さらに、可撓性管継手３０は、燃料電池システム１内に重力方向に対して傾斜状態で配設されているため、内部の水や剥離された氷が排出され易い。よって、可撓性管継手３０が氷で閉塞する事象の発生をさらに抑制できる。
【００４７】
なお、可撓性管継手３０は、カソード系配管１２内に重力方向に対して傾斜状態で配設されていれば良く、少なくとも横リブ３２及び縦リブ３３が形成された形成範囲３８が図５に示すように重力方向（図５では紙面上下方向）に対して傾斜する形状で配設されていても良い。
【００４８】
本発明を実施するための好適な第２実施形態を主に図１，図６，図７を参照しながら第１実施形態との相違部分を中心に説明する。
【００４９】
第２実施形態では、可撓性管継手５０が相違している。この可撓性管継手５０は、図６に示すように、ゴムからなる略円管状の管継手本体５１を有している。この管継手本体５１は、図７に示すように両端の配管部材２６，２７を嵌合させる嵌合部５３同士の間であって配管部材２６，２７と嵌合しない非嵌合部５４の中間所定範囲に、他の部分よりも厚さの薄い薄肉部５５を有している。
【００５０】
この薄肉部５５は、その両側のこれよりも厚い、前記嵌合部５３を含む厚肉部５６と外径は同じとされ、内径が大径とされることで薄肉とされている。この管継手本体５１は、ゴムを主体として上記のような形状に一体成形されることになるが、その際に、内部には、軸線方向の全長及び周方向の全周にわたって、金属、樹脂あるいは布等からなる補強用シート５８が内蔵される。
【００５１】
そして、薄肉部５５の内側に、円筒状のカラー６０が嵌合されている。このカラー６０は、金属製あるいは樹脂製であって管継手本体５１よりも剛性が高く、軸線方向長さが薄肉部５５と同等とされ、内径がカラー６０を嵌合させた状態での厚肉部５６の内径と同等となっている。このカラー６０の内壁面６０ａには、撥水層を形成するべく、例えばフッ素系の撥水コーティングが施工されている。
【００５２】
カラー６０の内側には、軸線方向から見て十字状をなす格子（格子部材）６２が設置されている。この格子６２は、軸線方向の両端側が中央側よりも薄肉とされた翼型をなすとともにカラー６０内をその中心軸線を通って横断する構成部材６３と、軸線方向の両端側が中央側よりも薄肉とされた翼型をなすとともに、この構成部材６３と直交するようにカラー６０内をその中心軸線を通って横断する構成部材６４とを有している。
【００５３】
このような可撓性管継手５０の両側の嵌合部５３の内側に配管部材２６，２７をそれぞれ嵌合させることになる。このとき、配管部材２６と配管部材２７とが上下に位置をずらしており、これらを繋ぐ可撓性管継手５０は、図７（Ａ）に示すように全体が重力方向（図７では紙面上下方向）に対して傾斜する姿勢、あるいは図７（Ｂ）に示すように少なくともカラー６０が設けられた中間部が重力方向に対して傾斜する形状で燃料電池システム１内に配設される。つまり、可撓性管継手５０も、カソード系配管１２内に重力方向に対して傾斜状態で配設される。
【００５４】
このような第２実施形態の可撓性管継手５０によれば、非嵌合部５４の内側にカラー６０が嵌合されているため、負圧による変形に対する補強をした上で重量増を抑制できる。しかも、リブを設ける第１実施形態の可撓性管継手３０よりも、さらなる軽量化を図ることができる。
【００５５】
加えて、カラー６０の内壁面６０ａに撥水コーティングが施工されているため、可撓性管継手５０が重力方向に対して傾斜状態で配設されることで、内部の水や剥離された氷がより排出され易くなる。よって、可撓性管継手５０が氷で閉塞する事象の発生をさらに抑制できる。
【００５６】
さらに、カラー６０の内側に翼型の格子６２が設置されているため、システム運転時に整流効果が得られエアの気流音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示す構成図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可撓性管継手の配設状態を示す側面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る可撓性管継手を示すもので、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は部分展開図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る可撓性管継手を示すもので、（Ａ）は負圧環境下の部分断面図、（Ｂ）は正圧環境下の部分断面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る可撓性管継手の配設状態の他の例を示す側面図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る可撓性管継手を示すもので、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は正面図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る可撓性管継手を示すもので、（Ａ）は配設状態の一例を示す側面図、（Ｂ）は配設状態の他の例を示す側面図。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池システム、１２…カソード系配管、２６，２７…配管部材、３０…可撓性管継手、３１…本体部、３２…横リブ、３３…縦リブ、３８…形成範囲、３９…非形成範囲、４４…補強用シート（補強部材）、５０…可撓性管継手、５４…非嵌合部、６０…カラー、６０ａ…内壁面、６２…格子（格子部材）。
【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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【図７】
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