(57)【要約】【課題】圧力制御弁のマウント構造を簡略化し、燃料電池へ供給する反応ガスの圧力応答性を向上させた燃料電池システムの圧力制御弁の取付け構造を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池４へ供給する反応ガスを、前記燃料電池４から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器５を備え、前記加湿器５の前記排出ガスの出口側に、マウント部材１３を介して前記反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁１０を取り付けたことを特徴とする。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池へ供給する反応ガスを、前記燃料電池から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器を備え、
前記加湿器の前記排出ガスの出口側に、マウント部材を介して前記反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁を取り付けた、
ことを特徴とする燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の動力源となる燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を制御する圧力制御弁の取り付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車（以下、「車両」という。）の動力源となる燃料電池（特に固体高分子型燃料電池）は、室温以上の温度（８０℃〜９０℃）で作動される。そのため、燃料電池を効率良く運転するために、エアクリーナ、熱交換器、加湿器、コンプレッサ、圧力制御弁、流量センサ、温度センサ、湿度センサ等から構成される空気供給装置を設けて、燃料電池に供給される供給ガスを加熱したり、燃料電池から排出される排出ガスからの熱回収を行っている。
そして、圧力制御弁を、熱交換器や加湿器の排出ガスの出口側に設けて、供給される空気の温度制御を確実に行い、又、熱の有効利用を図っている（例えば、特許文献１参照）。
尚、特許文献１は、圧力制御弁の取り付け構造については開示していない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３８６６６号公報（テキスト版第５頁、第７頁、図１、図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、
ａ）反応ガスの圧力を上げたり下げたりする制御の際の圧力制御弁の振動がフロアに伝わって振動し、ノイズが発生することがあった。この振動及びノイズを抑えるためには、圧力制御弁のマウント先の振動が小さくなるよう、圧力制御弁の取り付け先は大型の部材で剛性を備えている必要がある。
ｂ）加湿器に圧力制御弁を直接接続せずに、加湿器と圧力制御弁の間をホースで接続するような場合は、ホースを用いた分だけ反応ガス流路の配管容積が増大して、燃料電池へ供給する反応ガスの圧力応答性が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、圧力制御弁のマウント構造を簡略化し、燃料電池へ供給する反応ガスの圧力応答性を向上させた燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本発明に係る請求項１の燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造は、燃料電池へ供給する反応ガスを、前記燃料電池から排出される排出ガス中に含まれる水分によって加湿する加湿器を備え、前記加湿器の前記排出ガスの出口側に、マウント部材を介して前記反応ガスの供給圧力を調圧する圧力制御弁を取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成としたことにより、請求項１に記載の発明に係る圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁の取り付け先が質量の比較的大きく、剛性のある加湿器となるので、圧力制御弁を加湿器自体に取り付けることができ、取り付けを簡略化することができる。
又、圧力制御弁を開閉して反応ガスの圧力を上げたり、下げたりする制御の際に、圧力制御弁が振動しても加湿器は共振を起さないので、振動が小さくなり、ノイズも小さくすることができる。
更に、マウント部材を介して圧力制御弁を加湿器に取り付けているので、カソード圧力制御弁と加湿器をホースで接続していた場合と比べて、ホースの容積分だけ配管容積を削減できるので、反応ガスの応答特性を改善することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造について実施の形態を説明する。
【０００９】
参照する図面において、図１は燃料電池電気自動車における燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図、図２はカソード配管の概略図である。
図１に示すように、車両１の略中央部の床下に、燃料電池システムボックス２が搭載されている。燃料電池システムボックス２の内部には、燃料電池システム、即ち、温調器３、燃料電池スタック４、加湿器５が車両１の前方から後方に向かって順に載置されている。燃料電池システムはこれらのほか、燃料電池スタック４を冷却する冷却装置、高圧水素供給装置、後述する空気供給装置などから構成される。
【００１０】
燃料電池スタック４は、反応ガス、すなわち、図示せぬ水素ボンベ等の高圧水素容器に貯留された燃料となる水素と、車外から取り入れた空気を供給されて発電を行い、車両１を駆動するための電気を図示せぬ駆動モータに供給する。この燃料電池スタック４を好適に作動させるために、温調器３で燃料電池スタック４に供給される水素及び空気の温度調整を行い、加湿器５で燃料電池スタック４に供給される水素及び空気を加湿する。
加湿器５は、例えば、水透過膜を用いた加湿器が好適である。加湿器５は、燃料電池スタック４が発電する際に生成する水を含む排出ガス（オフガス）と供給反応ガスとを水透過膜により分離し、オフガスに含まれる水分を透過させることで供給反応ガスを加湿する。水透過膜は中空状のものであり、膜の内側と外側で供給ガスとオフガスとを分離させる。
ちなみに膜を利用した加湿器５は気液混合の状態のガスを用いて混合するよりも、ほぼ飽和した水蒸気を利用して加湿した方が加湿効率が高くなる。
ここで、圧力制御弁の配置構造として、特に加湿器５の出口側に圧力制御弁を配置することで、圧力制御弁の入口と出口で圧力差が生じるのを抑制でき、温度低下を抑制することができる。
更に、特に、水透過型加湿器５を用いた場合には、オフガスに含まれる水分が結露するのを防止でき、水蒸気状態でオフガスを加湿器５に供給することができるので、加湿性能が向上する。
【００１１】
車外から取り入れた空気は、図２に示すように、スーパチャージャ８で圧縮され、高くなった温度をインタクーラ９で適温に冷却してから加湿器５で加湿され、燃料電池スタック４に供給される。そして図示せぬアノード（水素）極とカソード（空気）極の間にある電解膜を保護するため、加湿器５の排出ガスの出口側に設けたカソード圧力制御弁１０によって、燃料電池スタック４の図示せぬカソード側に排圧を与え、燃料電池スタック４に供給する空気の圧力を調整している。
【００１２】
次にカソード圧力制御弁１０の取り付け構造を図３により説明する。
カソード圧力制御弁１０は、バタフライ弁１１とこれを駆動する図示せぬステッピングモータや、ＤＣモータ等のモータから構成される。また、カソード圧力制御弁１０は、フランジ１２を備え、ゴムなどの弾性体からなるマウント部材１３を介して加湿器５の排出ガスの出口側にボルト１４で固定されている。加湿器５自体も、振動（特に共振）が起き難くするため、フランジ１５の部分をゴムなどの弾性体からなるマウント部材１６を介装して燃料電池システムボックス２にボルト１７で固定している。
これにより、加湿器５は剛性が有り、質量の比較的大きい水透過型（オフガス回収型）のものであるから、カソード圧力制御弁１０（バタフライ弁１１）を開閉して、空気の圧力を上げたり下げたりする制御の際に、カソード圧力制御弁１０に振動が生じても、加湿器５には共振が起き難く、ノイズも発生し難い。
【００１３】
図４で横軸はスーパチャージャ８のモータの回転数変化速度、すなわち、燃料電池スタック４へ供給される空気送風量、縦軸は加湿器５の空気側の圧力の応答時間である。
配管容積が中のもの（記号■で表示されている）をプロットした軌跡は、送風量を上げると燃料電池スタック４への空気側の圧力の応答時間が早くなっている。このプロットした軌跡は、加湿器５の空気側の圧力の応答特性の基準値を表している。
これに対し、配管容積が大のもの（記号▲で表示されている）のプロットは、基準値のプロットした軌跡よりも上にあり、燃料電池スタック４への空気側の圧力の応答時間が遅い。
又、配管容積が小のもの（記号◆で表示されている）のプロットは、基準値のプロットした軌跡よりも下にあり、燃料電池スタック４への空気側の圧力の応答時間が早い。
これより、配管容積が小さいほど空気側での圧力の応答特性が早く、配管容積が基準値よりも小さければ加湿器５の空気側の圧力の応答特性が早いと言える。
【００１４】
以上詳述したように、カソード圧力制御弁１０の取り付け先が質量の比較的大きく剛性のある水透過型（オフガス回収型）の加湿器５であるので、カソード圧力制御弁１０を加湿器５自体に取り付けることができ、マウント部材１３を介して取り付けを簡略化することができる。
又、カソード圧力制御弁１０を開閉して空気の圧力を上げたり、下げたりする制御の際に、カソード圧力制御弁１０が振動しても加湿器５が共振を起さないので振動が小さくなり、ノイズも小さくすることができる。
更に、カソード圧力制御弁１０をマウント部材１３を介して加湿器５に取り付けているので、カソード圧力制御弁１０と加湿器をホースで接続していた場合と比べて、ホースの容積分だけ配管容積を削減できるので、空気系の応答特性を改善することができる。
尚、上記発明の実施の態様では、カソード側の加湿器について説明したが、アノード側（水素側）から排出される水分を回収する加湿器５に圧力制御弁を取り付けることもでき、カソード側と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明に係る燃料電池システムの圧力制御弁の取り付け構造では、圧力制御弁の取り付け先が質量の比較的大きく剛性のある加湿器であるので、圧力制御弁を加湿器自体に取り付けることができ、取り付けを簡略化することができる。
又、圧力制御弁を開閉して反応ガスの圧力を上げたり下げたりする制御の際に、圧力制御弁が振動しても加湿器は共振を起さないので、振動が小さくなり、ノイズも小さくすることができる。
更に、マウント部材を介して圧力制御弁を加湿器に取り付けているので、圧力制御弁と加湿器をホースで接続していた場合と比べて、ホースの容積分だけ配管容積を削減できるので、反応ガスの応答特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池搭載型電気自動車における燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図である。
【図２】カソード配管の概略図である。
【図３】本発明の燃料電池システムのカソード圧力制御弁の取り付け構造の図である。
【図４】スーパチャージャを駆動するモータの回転数変化速度と加湿器の空気側の圧力の応答時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　：燃料電池搭載型電気自動車（車両）
２　：燃料電池システムボックス
４　：燃料電池スタック
５　：加湿器
１０　：カソード圧力制御弁
１１　：バタフライ弁
１２　：フランジ
１３　：マウント部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004119123.tif 000006