(57)【要約】【課題】配管の設置に要するスペースを抑えつつ絶縁性能を確保することが可能な簡便な構造の配管継手、配管構造体及びこれらを備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】  配設された水素循環路７５の上流側配管８１と下流側配管８２とを、例えば、ゴムなどの絶縁材料から形成された筒状の配管継手８３によって連結する。中間部が括れるように配管継手８３を成形することにより、配管継手８３の中間部に、他の部分と内径が縮径された異径部８３ａを形成し、生成水Ｗの流れを断続化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側配管と下流側配管と連結する絶縁材料からなる配管継手において、
両端部付近の径よりも細く括れた異径部を前記両端部の間に有する配管継手。
【請求項２】
前記異径部を括れさせる絞り部材が設けられている請求項１に記載の配管継手。
【請求項３】
請求項１または２に記載の配管継手によって上流側配管と下流側配管とが連結されてなる配管構造体。
【請求項４】
前記上流側配管、配管継手および下流側配管が鉛直方向に配置されている請求項３に記載の配管構造体。
【請求項５】
請求項３または４に記載の配管構造体を含む燃料電池システム。
【請求項６】
反応ガスの反応によって発電する燃料電池に繋がる配管が前記配管構造体によって構成されている請求項５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、配管継手、配管構造体及びこれら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車等が注目されている。
そして、この燃料電池車等に設けられる燃料電池システムでは、燃料電池に対する燃料ガスや酸化ガスなどの反応ガスを給排気するための配管が接続されている。
【０００３】
ところで、燃料電池に繋がる配管構造体では、絶縁ゴムホースなどの絶縁材料を介在させることにより電気的な絶縁を確保することが行われている。この場合、十分な絶縁抵抗を確保するため、ゴムホースを長くするという対策がとられることがある。あるいは、下流側配管の径を上流側配管の径より大きくしたり、上流側配管に先細ノズルを設けたりして絶縁性能が低下しないようにした技術も開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平８−３２９９７０号公報
【特許文献２】特開平１１−８２８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、配管のスペースの都合上、ゴムホースを十分に長くすることが困難なことがあり、このような場合、当該ゴムホース内を流れる水（例えば燃料電池の生成水）が上下流の配管端部と電気的に繋がった状態となり絶縁性能が低下するおそれがある。また、配管の径を異ならせたりノズルを設けたりすることは手間であり構造が複雑になってしまう。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、配管の設置に要するスペースを抑えつつ絶縁性能を確保することが可能な簡便な構造の配管継手、配管構造体及びこれらを備え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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、上流側配管と下流側配管と連結する絶縁材料からなる配管継手において、両端部付近の径よりも細く括れた異径部を前記両端部の間に有する。
【０００７】
この構成によれば、異径部の内部を流れる生成水の流れを不連続化させることができる。これによれば、当該配管継手内を流れる水が上下流の配管端部と電気的に繋がった状態となるのを抑え、絶縁性能の低下を抑制することができる。
これにより、絶縁ホースの軸方向の長さを長くすることなく、また簡便な構造でありながらも絶縁性能を確保することができる。
【０００８】
配管継手には、前記異径部を括れさせる絞り部材が設けられていてもよい。
【０００９】
本発明にかかる配管構造体は、上述の配管継手によって上流側配管と下流側配管とが連結されてなるものである。
【００１０】
また、本発明において、前記上流側配管、配管継手および下流側配管は鉛直方向に配置されている。
【００１１】
さらに、本発明にかかる燃料電池システムは上述の配管構造体を含むものである。反応ガスの反応によって発電する燃料電池に繋がる配管が前記配管構造体によって構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配管の設置に要するスペースを抑え、簡素な構造を実現しつつ絶縁性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明に係る配管継手および配管構造体が適用された燃料電池システムの全体構成を説明する。この燃料電池システムは燃料電池車両の車載発電システムであるが、車両搭載用の燃料電池システム以外にも、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。
【００１４】
図１に示される燃料電池システム１において、酸化ガスとしての空気（外気、被加湿ガス）は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、及び空気に所要の水分を加える加湿器Ａ２１が設けられている。エアフィルタＡ１には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられている。コンプレッサＡ３は、モータによって駆動される。このモータは、後述の制御部５０によって駆動制御される。
【００１５】
燃料電池２０から排出される空気オフガス（酸化オフガス、加湿ガス）は、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、圧力調整弁Ａ４、及び加湿器Ａ２１が設けられている。圧力調整弁Ａ４は、燃料電池２０への供給空気圧を設定する調圧（減圧）器として機能する。制御部５０は、コンプレッサＡ３を駆動するモータの回転数及び圧力調整弁Ａ４の開度面積を調整することによって、燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
【００１６】
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源３０から水素供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。水素供給源３０は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。
【００１７】
水素供給路７４には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁Ｈ１００、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、及び燃料電池２０の水素供給口と水素供給路７４間を開閉する遮断弁Ｈ２１が設けられている。水素調圧弁Ｈ９としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニアあるいは連続的に調整される弁であっても良い。
【００１８】
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガス（燃料ガスのオフガス）として水素循環路７５に排出され、水素供給路７４の水素調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスから水分を回収する気液分離装置Ｈ４２、回収した生成水を水素循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０が設けられている。
【００１９】
遮断弁Ｈ２１は、燃料電池２０のアノード側を閉鎖する。水素ポンプＨ５０は、制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは、水素供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。遮断弁Ｈ２１は、制御部５０からの信号で駆動される。
【００２０】
水素循環路７５は、排出制御弁Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって加湿器Ａ２１の下流側の排気路７２に接続されている。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスは燃料電池２０から排出された空気オフガスとともに外部へ排出（パージ）される。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素ガス中の不純物濃度が増加することによるセル電圧の低下を防止することができる。
【００２１】
燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路７３が設けられている。冷却路７３には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、及び冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１が設けられている。また、ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。
【００２２】
燃料電池２０は、水素ガスと空気の供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。
【００２３】
制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成る制御コンピュータシステムによって構成されており、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
【００２４】
加湿器Ａ２１は、図２および図３に示すように、コンプレッサＡ３から空気供給路７１を通じて燃料電池２０に供給される空気（被加湿ガス）と、燃料電池２０から排気路７２を通じて外部に排出される空気オフガス（加湿ガス）との間で水分交換を行って空気に水分を加える。加湿器Ａ２１は、加湿モジュールと、加湿モジュールを収容するケーシングとを備えている。
【００２５】
次に、図２を用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の配管構造体８について説明する。
なお、ここでは、燃料電池２０からの水素オフガスが流される水素循環路７５の配管を例にとって説明する。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、水素循環路７５の鉛直方向に沿って配設された部分には、金属配管からなる上流側配管８１と下流側配管８２との間に継手として絶縁ホース８３が設けられており、この絶縁ホース８３によって上流側配管８１と下流側配管８２とが連結されて流路がつなげられている。
【００２７】
この絶縁ホース８３は、例えば、ゴムなどの絶縁材料を円筒状に形成したもので、この絶縁ホース８３には、その一端部８３ｂに上流側配管８１が嵌合され、他端部８３ｃに下流側配管８２が嵌合されている。
そして、この絶縁ホース８３に対する上流側配管８１及び下流側配管８２の接続箇所は、クリップ８５によって固定され気密な状態となっている。
【００２８】
図２（ｂ）にも示すように、この絶縁ホース８３は、その中間部が括（くび）れるように胴部を絞って成形することにより、異径部８３ａが形成されている。つまり、この絶縁ホース８３では、両端から中間部の異径部８３ａに向かって、その流路断面積が縮径されている。
【００２９】
このような絶縁ホース８３を備えた水素循環路７５では、燃料電池２０から排出された水素オフガスが流れると、この水素オフガスとともに燃料電池２０で生じた生成水Ｗが流される。
【００３０】
そして、この水素オフガスとともに流される生成水Ｗは、異径部８３ａを形成することにより流路断面積が変化された絶縁ホース８３にて、その流れが断続化される。
つまり、絶縁ホース８３の内部を流れる生成水Ｗの流れが断続化して不連続なものとなることにより、上流側配管８１と下流側配管８２とにわたって生成水Ｗが流れることによる絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００３１】
以上、説明したように、絶縁ホース（配管継手）８３の胴部を絞った形状とした上記実施形態によれば、生成水Ｗの排水を促進することができる。さらにこの実施形態によれば、水素循環路７５などの配管内の生成水Ｗの流れが絶縁ホース８３の異径部８３ａにて断続化され、上流側配管８１と下流側配管８２とにわたって生成水Ｗが流れることによる絶縁性能の低下を抑制することができる。
これにより、絶縁ホース８３の軸方向の長さを長くすることなく、良好な絶縁性能を確保することができる。
【００３２】
そして、この配管構造体８を備えた燃料電池システム１によれば、配管における良好な絶縁性能が確保されているので、絶縁性能に優れ、より安全性の高い燃料電池システム１とすることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、絶縁ホース８３の中間部が括れるように成形することにより異径部８３ａを形成したが、長手方向にわたって同一径の絶縁ホース８３の中間部を、図３に示すように、クリップ８６によって絞ることによって括れた異径部８３ａを形成しても良い。こうした場合、クリップ８６を利用して異径部８３ａを形成することが可能であるから、絶縁ホース８３を予め括れ形状に形成しておかなくても足りる。
【００３４】
また、上記実施形態では、水素循環路７５を例にとって説明したが、本発明の配管構造体８は水素循環路７５に限らず、他の配管にも適用可能であるのは勿論である。
さらに、異径部８３ａの形成位置及び形成数は上記実施形態に限定されることはなく、また、絶縁ホース８３の材料としては、絶縁材料であれば良く、ゴムに限らず、プラスチック等の絶縁材料でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示すシステム構成図である。
【図２】燃料電池システムの水素循環路の配管構造体を説明する図であって、（ａ）は絶縁ホース部分における側面図、（ａ）は絶縁ホース部分における断面図である。
【図３】燃料電池システムの水素循環路の他の配管構造体を説明する絶縁ホース部分における側面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…燃料電池システム、８…配管構造体、２０…燃料電池、７５…水素循環路（配管）、８１…上流側配管、８２…下流側配管、８３…絶縁ホース（配管継手）、８３ａ…異径部、８３ｂ，８３ｃ…端部、８６…クリップ（絞り部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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