(57)【要約】【課題】燃料電池スタックを均一に冷却することができ、燃料電池スタックの搭載性を向上させることができるようにする。【解決手段】筐（きょう）体と、筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニット５５と、モジュールユニット５５の上方に配設され、モジュールユニット５５の空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、空気マニホールドに取り付けられ、モジュールユニット５５に向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置４１とを有する。モジュールユニット５５と空気マニホールドの天板７２との間の高さが、噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定される。噴射装置４１によって噴射された水が天板７２に当たることがなくなる。【選択図】          図１
2004288538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）筐体と、
（ｂ）該筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニットと、
（ｃ）該モジュールユニットの上方に配設され、前記モジュールユニットの空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、
（ｄ）該空気マニホールドに取り付けられ、前記モジュールユニットに向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置とを有するとともに、
（ｅ）前記モジュールユニットと前記空気マニホールドの天板との間の空間の高さが、前記噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定されることを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項２】
（ａ）筐体と、
（ｂ）該筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニットと、
（ｃ）該モジュールユニットの上方に配設され、前記モジュールユニットの空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、
（ｄ）該空気マニホールドの四隅の対角線上に配設され、前記モジュールユニットに向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置とを有することを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項３】
前記モジュールユニットと前記空気マニホールドの天板との間の空間の高さが、前記噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定される請求項２に記載の車載燃料電池システム。
【請求項４】
前記噴射装置は水平方向における所定の噴射角度で水を噴射する請求項１又は２に記載の車載燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池を搭載した車両（以下「燃料電池搭載車両」という。）においては、積層型の燃料電池によって発生させられた電流を駆動モータに供給し、該駆動モータを駆動することによってトルクを発生させるようにしている。
【０００３】
そのために、前記燃料電池搭載車両に車載燃料電池システムが配設され、該車載燃料電池システムは、液体水素が貯蔵された燃料タンク、該燃料タンクから水素ガスが供給されるとともに、空気が供給され、前記積層型の燃料電池を構成する燃料電池スタック、該燃料電池スタックから排出されたガス中の蒸気を凝縮させ、ガスと水とに分離させる凝縮器等を備える。
【０００４】
そして、前記燃料電池スタックにおいては、スタックケース内にモジュールが収容され、該モジュールにおいて、水素と空気中の酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュールは、燃料電池の要素を構成する複数の単セルを備え、かつ、該各単セルを互いに電気的に直列に接続することによって構成された集合体から成り、前記各単セルは、電解質膜を挟んで、拡散層を構成する空気極、及び反応層を構成する燃料極を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）、及び該各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリを分離するとともに、前記空気極に臨ませて空気供給路を、前記燃料極に臨ませて燃料供給路を形成するセパレータから成る。
【０００５】
ところで、前記燃料電池スタックにおいて、前記水素と酸素とが反応する際に熱が発生する。そこで、前記燃料電池スタックの上端部に空気を供給するためのマニホールドを形成するとともに、該マニホールドの両側壁に水を噴射する噴射装置（インジェクタ）を互い違いにオフセットさせて配設し、該噴射装置によって水を霧状にして前記モジュールに噴射し、前記各空気供給路に供給し、前記燃料電池スタックを冷却し、さらに、前記空気極及び電解質膜に対する水の供給を同時に行うようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３１７２３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の車載燃料電池システムにおいて、噴射装置によって噴射された水がスタックケースの天板に当たると、水が当たった部分の直下の空気供給路に必要以上の水が供給され、空気供給路に水詰まりが発生してしまう。その場合、燃料電池スタックを均一に冷却することができなくなってしまうだけでなく、前記空気極及び電解質膜に水を均一に供給することができなくなってしまう。
【０００８】
そこで、前記モジュールの上端と天板との間の距離を長くし、噴射装置によって噴射された水がスタックケースの天板に当たらないように天板を高くすることが考えられるが、その場合、燃料電池スタックがその分大型化して、燃料電池搭載車両が大型化してしまう。また、燃料電池スタックが大型化すると、例えば、前記燃料電池スタックを燃料電池搭載車両の床下に搭載することが困難になり、燃料電池スタックの搭載性が低下してしまう。
【０００９】
さらに、マニホールドの両側壁に噴射装置が互い違いにオフセットさせて配設されるので、噴射装置が多数必要になるだけでなく、燃料電池スタックの全体にわたって前記各空気供給路に対して均一に水を供給することが困難になり、モジュールを均一に冷却することができなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、前記従来の車載燃料電池システムの問題点を解決して、燃料電池スタックを均一に冷却することができ、燃料電池スタックの搭載性を向上させることができる車載燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の車載燃料電池システムにおいては、筐（きょう）体と、該筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニットと、該モジュールユニットの上方に配設され、前記モジュールユニットの空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、該空気マニホールドに取り付けられ、前記モジュールユニットに向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置とを有する。
【００１２】
そして、前記モジュールユニットと前記空気マニホールドの天板との間の空間の高さが、前記噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定される。
【００１３】
本発明の他の車載燃料電池システムにおいては、筐体と、該筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニットと、該モジュールユニットの上方に配設され、前記モジュールユニットの空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、該空気マニホールドの四隅の対角線上に配設され、前記モジュールユニットに向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置とを有する。
【００１４】
本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記モジュールユニットと前記空気マニホールドの天板との間の空間の高さが、前記噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定される。
【００１５】
本発明の更に他の車載燃料電池システムにおいては、さらに、前記噴射装置は水平方向における所定の噴射角度で水を噴射する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図２は本発明の第１の実施の形態における車載燃料電池システムの概念図、図３は本発明の第１の実施の形態における燃料電池スタックの平面図である。
【００１８】
図において、１０は積層型の燃料電池、本実施の形態においては、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する燃料電池スタック、２０は該燃料電池スタック１０に燃料としての水素ガスを供給するための水素ガス供給系、３０は前記燃料電池スタック１０に媒体としての空気を供給する空気供給系、４０は前記燃料電池スタック１０に水を供給するための水供給系、５０は前記燃料電池スタック１０からガスを排出するためのガス排出系である。
【００１９】
本実施の形態においては、燃料電池として固体高分子型燃料電池を使用しているが、該固体高分子型燃料電池に代えてリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、ヒドラジン型燃料電池、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を使用することもできる。
【００２０】
図３に示されるように、前記燃料電池スタック１０は、筐体としてのスタックケース５１、及び該スタックケース５１内に収容されたスタックユニット５９を備え、該スタックユニット５９は、モジュールユニット５５を第１、第２の保持部材としてのエンドプレート５７、５８によって挟み、ボルトｂ１〜ｂ４によって締め付けることにより形成される。
【００２１】
前記モジュールユニット５５は、一つ又は二つ以上のモジュール５２、該モジュール５２を挟んで配設され、燃料電池の端子を構成するターミナル５３、５４、並びに前記モジュール５２及びターミナル５３、５４を挟んで配設され、絶縁材料によって形成されたインシュレータ５６を備える。
【００２２】
ところで、前記モジュール５２において、前記水素ガス供給系２０によって供給された水素ガスを構成する水素と、前記空気供給系３０によって供給された空気を構成する酸素とが反応させられて水が生成されるとともに、反応に伴って電流が発生させられる。そのために、前記モジュール５２は、燃料電池スタック１０の要素を構成する薄い膜状の単セルを複数個積層し、互いに電気的に直列に接続することによって形成された集合体から成る。前記各単セルは、固体高分子から成る固体電解質としての電解質膜１２を挟んで、拡散層を構成する空気極１１、及び反応層を構成する燃料極１３を配設することによって形成されたメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ（ＭＥＡ）６１、及び該各メンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１を分離するとともに、前記空気極１１に臨ませて空気供給路を、前記燃料極１３に臨ませて燃料供給路を形成する図示されないセパレータから成る。なお、本実施の形態において、燃料極１３は水素極によって形成される。また、空気極１１及び燃料極１３における電解質膜１２と接触する面には、水素と酸素との反応を促進するために、カーボンに、白金系触媒及び固体高分子を混合してペースト状とした物質がある程度の厚さで均一に分散させられ、触媒層が形成される。また、空気極１１に代えて酸素極を使用し、媒体としての空気に代えて純酸素を燃料電池スタック１０に供給することもできる。
【００２３】
前記スタックケース５１内には、前記燃料電池スタック１０より上方に、各空気極１１に空気を分配し、供給するための空気マニホールドとしての供給用のマニホールド１４が、燃料電池スタック１０より下方に、空気極１１内のガスを集合させ、ガス排出系５０に排出するための排気用のマニホールド１５が形成され、マニホールド１４、１５は前記空気供給路と連通させられ、燃料供給路と遮蔽（へい）される。そのために、前記セパレータにおける空気極１１と面する側には、垂直方向に延びる複数の溝が形成され、各溝によって前記空気供給路が構成される。空気は、マニホールド１４に供給された後、各空気供給路に分配され、該空気供給路を下方に向けて流れ、マニホールド１５に送られる。
【００２４】
また、前記セパレータにおける燃料極１３と面する側においては、全周が隣接するメンブレン・エレクトロード・アッセンブリ６１に対して接着剤によって接着され、シールされるとともに、シールされた部分の内側には、マトリックス状に突出させて複数の突起が形成され、各突起間に、燃料極１３に水素ガスを供給するための複数の水平な燃料供給路が形成される。
【００２５】
前記水素ガス供給系２０は、液体水素が貯蔵された燃料供給装置及び水素供給装置としての燃料タンク２１、該燃料タンク２１から燃料極１３に水素ガスを供給するための供給管２２、及び該供給管２２に配設され、前記燃料極１３に供給される水素ガスの圧力を調整する水素供給調整部としての調圧弁２３を備える。
【００２６】
なお、前記燃料タンク２１に代えて、水素ガスが充填（てん）された水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金タンクを使用することもできる。その場合、前記水素吸蔵合金は、常温下で水素ガスを放出し、低温下で水素ガスを吸蔵する性質を有するので、調圧弁２３の開度を変えるだけで水素ガスの圧力を調整することができる。なお、寒冷地においては、燃料電池搭載車両が極めて低温の環境に置かれることになるので、水素吸蔵合金は水素ガスを放出しなくなる。そこで、外気の温度が設定値より低くなると、図示されない加熱部としてのヒータが通電させられ、水素吸蔵合金が加熱される。
【００２７】
また、前記空気供給系３０は、空気搬送部材としてのブロア（Ｂ）３８、該ブロア３８からマニホールド１４に空気を供給するための供給管３１等を備え、前記ガス排出系５０は、ガス中の蒸気を凝縮させて水を回収する回収部材としての凝縮器３３、マニホールド１５から排出されたガスを凝縮器３３に供給するための排出管３２、前記凝縮器３３によって水が回収された後のガスを大気中に排出するための排気管３６等を備える。
【００２８】
したがって、前記ブロア３８を作動させることによって、車外から取り込まれた空気を前記マニホールド１４に供給することができる。また、マニホールド１５から排出されたガスは、排出管３２を介して凝縮器３３に供給され、該凝縮器３３によって、ガス中の蒸気が凝縮されて水になり、水が回収された後のガスは排気管３６を介して外部に排出される。なお、前記凝縮器３３に凝縮促進部材として冷却ファン６０が配設され、該冷却ファン６０の回転速度を高くし、送風量を多くすることによって、蒸気の凝縮量を多くすることができる。
【００２９】
そして、前記水供給系４０は、水供給源としての水タンク４２、水搬送部材としてのポンプ（Ｐ）４６、空気極冷却手段としての噴射装置（インジェクタ）４１、前記水タンク４２から排出された水を噴射装置４１に供給するための供給管４５、マニホールド１５の下部に溜（た）まり、マニホールド１５から排出された水を水タンク４２に供給するための排出管４３、前記凝縮器３３から排出された水を水タンク４２に供給するための排出管３４、マニホールド１５から排出された水、及び前記凝縮器３３から排出された水を回収し、水タンク４２に供給する水回収ポンプ４７を備える。また、図示されない制御装置によって燃料電池搭載車両に加わる負荷を検出し、該負荷に対応させてポンプ（Ｐ）４６に印加する電圧を調整することにより、噴射装置４１に供給される水の圧力を調整することができる。
【００３０】
前記凝縮器３３においてガスと分離させられた水は、排出管３４、４３を流れ、最終的に水タンク４２に排出され、水タンク４２に蓄えられる。該水タンク４２に水位検出部としての水位センサ３９が配設され、該水位センサ３９によって水タンク４２内の水のレベル、すなわち、水位が検出される。そして、水位があらかじめ設定された下限値以下になると、通知部材としてのアラーム４４が点滅し、水が不足していることをオペレータに通知する。この場合、オペレータは、例えば、前記冷却ファン６０の回転速度を高くすることによって凝縮器３３の能力を高くし、水の回収量を多くする。
【００３１】
なお、水位があらかじめ設定された上限値以上になったときに、水が過剰であることをオペレータに通知することもできる。その場合、オペレータは、例えば、前記冷却ファン６０の回転速度を低くすることによって凝縮器３３の能力を低くし、水の回収量を少なくする。また、前記水位センサ３９及び冷却ファン６０を図示されない制御装置に接続し、水位センサ３９によって検出された水位に対応させて自動的に冷却ファン６０の回転速度を変更することもできる。
【００３２】
ところで、前記空気極１１はカソードとして、燃料極１３はアノードとして機能し、空気極１１に空気を、燃料極１３に水素ガスを供給し、空気極１１及び燃料極１３に前記セパレータを介して負荷２８を接続すると、燃料極１３において形成される水素イオンが、プロトン（Ｈ＋  ）の形態で水分を含んだ電解質膜１２内を空気極１１側に移動し、空気中の酸素と結合して水を生成する。また、前記燃料極１３で発生した電荷が負荷２８を介して空気極１１側に移動し、これに伴って電流が発生する。すなわち、水素と酸素とを反応させることによって電流が発生させられ、該電流を負荷２８に供給することができる。
【００３３】
なお、燃料極１３から排出された水素ガスの一部を、排気ガスとして排気管２４を介して間欠的に大気中に排出するために、前記排気管２４に排気弁２５が配設される。この場合、燃料電池搭載車両の負荷が大きくなると、燃料極１３に供給される水素ガスの量が多くされるので、燃料極１３から排出される水素ガスの量も多くなる。そこで、前記制御装置は、燃料電池搭載車両の負荷に応じて間欠的に排気弁２５を開閉し、負荷が大きくなると、排気弁２５を開放する間隔を狭くする。また、前記燃料極１３から排出される水素ガスの残りは、水素循環ポンプ４９によって循環路４８を流れた後、前記供給管２２に戻される。なお、燃料極１３から排出された水素ガスのすべてを大気中に排出することもできる。
【００３４】
本実施の形態において、前記負荷２８は、直流の電流を相電流に変換する図示されないインバータ、及び前記相電流が供給されて駆動される図示されない駆動モータから成る。なお、燃料電池スタック１０によって発生させられた電圧は、第１の検出部としての電圧センサ（Ｖ）２９によって、燃料電池スタック１０によって発生させられた電流は第２の検出部としての図示されない電流センサによって検出される。
【００３５】
ところで、前記水素と酸素とが反応する際に熱が発生するが、該熱によって燃料電池スタック１０の温度が高くなると、前記反応の速度が低くなってしまう。そこで、前記マニホールド１４の上端に前記噴射装置４１を配設し、該噴射装置４１からモジュールユニット５５に向けて、冷却用の水を霧状に噴射するようにしている。
【００３６】
そして、前記水は、空気と共に前記空気供給路を下方に向けて流れ、その間に周囲の空気、空気極１１の表面、電解質膜１２の表面等から熱を奪って蒸発して蒸気となり、該蒸気によって蒸発潜熱による冷却、すなわち、潜熱冷却が行われ、燃料電池スタック１０が冷却される。さらに、前記蒸気又は蒸気にならない液滴の水は、空気極１１を通過して電解質膜１２に供給される。したがって、ブロア３８による送風によって電解質膜１２が必要以上に乾燥するのを防止することができる。
【００３７】
このように、燃料電池スタック１０が冷却されるので、水素と酸素との反応の速度が低下するのを防止することができる。また、燃料電池スタック１０、特に、空気極１１、電解質膜１２等が熱によって破損するのを防止することができるだけでなく、電解質膜１２において水分が蒸発するのを防止することができる。
【００３８】
そして、空気中の反応した酸素以外の成分、燃料電池スタック１０の冷却に伴って発生した蒸気、及び水素及び酸素の反応によって生成された水は、ガスとしてマニホールド１５に送られる。
【００３９】
なお、前記空気極１１は、燃料電池スタック１０を作動させている間、生成された水、及び噴射された水に常に接触させられるので、耐水性の高い材料によって形成する必要がある。また、空気極１１の表面に水の膜が形成されると、空気極１１の実効面積が小さくなるので、空気極１１を撥（はっ）水性の高い材料によって形成する必要がある。そこで、本実施の形態においては、空気極１１として、カーボンクロスを基材とし、（Ｃ＋ＰＴＦＥ）を塗布して拡散層を形成したものを使用した。また、電解質膜１２としてはナフィオン（商品名：デュポン社製）の汎（はん）用的な薄膜を使用した。電解質膜１２の膜厚は、空気極１１側において生成された水を燃料極１３側に逆浸透させることができるように設定される。前記燃料極１３としては、部品を共通化させるために空気極１１と同じものを使用した。
【００４０】
次に、前記噴射装置４１の配置方法について説明する。
【００４１】
図１は本発明の第１の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す平面図である。
【００４２】
図において、４１はスタックケース５１の側壁に配設された噴射装置、５５はモジュールユニット、７１はスタックケース５１の側壁、７２はスタックケース５１及びマニホールド１４の天板である。この場合、噴射装置４１は、マニホールド１４の四隅の対角線上における、モジュールユニット５５の各端面Ｓ１と対向する所定の４箇所において、図示されない噴射口を、水平方向における所定の取付角度で、本実施の形態においては、水平方向と一致させて、かつ、スタックケース５１の中央に向けて配設される。なお、噴射装置４１としては、水を噴射するノズルを備えた各種のものを使用することができ、ノズルの形状を適宜変更することができる。
【００４３】
前記各噴射装置４１によって霧状に噴射された水は、上下方向に第１の噴射角度としての最大角度θ１で広がって第１の噴射範囲としての最大範囲ＡＲ１内で分布するようにして放射される。そして、前記燃料電池スタック１０（図２）を冷却するのに十分な量の水は、上下方向に前記最大角度θ１より小さい第２の噴射角度としての有効角度θ２で広がって第２の噴射範囲としての有効範囲ＡＲ２内で分布するようにして放射される。
【００４４】
ところで、マニホールド１４を形成するスタックケース５１の側壁に配設された各噴射装置４１によって噴射された水が天板７２に当たると、水が当たった部分に水滴が形成され、水滴が落下して直下の空気供給路に必要以上の水が供給され、空気供給路に水詰まりが発生してしまう。そこで、モジュールユニット５５をスタックケース５１に投影した領域、すなわち、投影領域Ｍ１が、有効範囲ＡＲ２内の水、好ましくは、最大範囲ＡＲ１内の水と接触することがないように、前記最大角度θ１、有効角度θ２、及びモジュールユニット５５と天板７２との間、すなわち、モジュールユニット５５の上端と天板７２の下面との間の空間の高さが、最小の頂部高さｈとして設定される。
【００４５】
すなわち、モジュールユニット５５における噴射装置４１から最も離れた箇所において、有効範囲ＡＲ２内の水、好ましくは、最大範囲ＡＲ１内の水が天板７２に触れることがないように、前記頂部高さｈが設定される。
【００４６】
このように、投影領域Ｍ１が、有効範囲ＡＲ２内の水、好ましくは、最大範囲ＡＲ１内の水と接触することがないように、前記最大角度θ１、有効角度θ２及び頂部高さｈが設定されるので、噴射装置４１によって噴射された水が前記投影領域Ｍ１において天板７２に当たることがなくなる。したがって、空気供給路に必要以上の水が供給されるのを防止することができ、空気供給路に水詰まりが発生するのを防止することができる。
【００４７】
その結果、燃料電池スタック１０を均一に冷却することができる。
【００４８】
また、頂部高さｈを小さくすることができるので、燃料電池スタック１０の高さ方向の寸法を小型化し、燃料電池搭載車両を小型化することができる。そして、例えば、前記燃料電池スタック１０を燃料電池搭載車両の床下に搭載することが容易になり、燃料電池スタック１０の搭載性を向上させることができる。
【００４９】
さらに、マニホールド１４の両側壁に噴射装置４１を互い違いにオフセットさせて配設する必要がなくなるので、部品点数を少なくすることができるだけでなく、燃料電池スタック１０の全体にわたって前記空気供給路に対して均一に水を供給することが容易になり、燃料電池スタック１０を均一に冷却することができる。
【００５０】
ところで、前記各噴射装置４１によって霧状に噴射された水は、図４に示されるように、水平方向に第３の噴射角度としての広がり角度θ３（９０〔°〕未満）で広がって第３の噴射範囲としての有効範囲ＡＲ３内で分布するようにして放射される。この場合、前記各有効範囲ＡＲ３内にモジュールユニット５５の上端面を収めようとすると、噴射装置４１と対向する端面Ｓ１と噴射装置４１との距離Ｌ１を所定の値より長くする必要がある。したがって、前記距離Ｌ１の領域ｐ１〜ｐ４に噴射装置４１を配設することができない。
【００５１】
また、噴射装置４１からみてモジュールユニット５５より先の各有効範囲ＡＲ３によって包囲される領域ｑ１〜ｑ４（図４においてハッチングが付されている部分）には水が不要に噴射されることになる。
【００５２】
そこで、前記水をモジュールユニット５５に供給することができない領域ｐ１〜ｐ４、及び水が不要に噴射される領域ｑ１〜ｑ４を小さくすることができるようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００５３】
図５は本発明の第２の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す断面図、図６は本発明の第２の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す平面図である。マニホールド１４の四隅の対角線上における、モジュールユニット５５の各端面Ｓ１と対向する所定の４箇所において、
この場合、空気極冷却手段としての各噴射装置４１は、マニホールド１４の四隅の対角線上における各角部ｒ１と対向する所定の４箇所において互いに対向させて配設され、図示されない噴射口が、水平方向に対して所定の角度で、本実施の形態においては、水平方向と一致させて、しかも、筐体としてのスタックケース５１の中央に向けられ、スタックケース５１の側壁に配設される。なお、６８は空気入口であり、該空気入口６８はスタックケース５１内におけるマニホールド１４（図２）に空気を矢印方向に供給する。また、前記第１の実施の形態と同様に、最大角度θ１、有効角度θ２及び頂部高さｈが設定される。
【００５４】
ところで、前記各噴射装置４１によって霧状に噴射された水は、図６に示されるように、水平方向に第３の噴射角度としての広がり角度θ３で広がって第３の噴射範囲としての有効範囲ＡＲ３内で分布するようにして放射される。また、前記噴射装置４１によって噴射された水は、モジュールユニット５５の上方における中央において衝突し、均一に混合され、自重によって落下し、空気極１１に供給される。
【００５５】
前記各噴射装置４１（特に、互いに対向する噴射装置４１）によって噴射された水が、モジュールユニット５５の中央付近のマニホールド１４の空間において、互いに衝突し合うので、図１に示されるように、距離Ｌ１（図１）を短くしても、落下する水はモジュールユニット５５に均一に供給される。したがって、前記各有効範囲ＡＲ３内にモジュールユニット５５の上端面を収めるようにしても、噴射装置４１と対向する前記各角部ｒ１と噴射装置４１との距離Ｌ２を前記距離Ｌ１より短くすることができる。その結果、噴射装置４１によって噴射された水をモジュールユニット５５に供給することができない領域ｐ１１〜ｐ１４を小さくすることができる。
【００５６】
また、噴射装置４１からみてモジュールユニット５５より先の各有効範囲ＡＲ３によって包囲され、水が不要に噴射される領域ｑ１１〜ｑ１４を小さくすることができる。
【００５７】
したがって、スタックケース５１の水平方向の寸法を小さくすることができるので、燃料電池スタック１０の水平方向の寸法を小型化し、燃料電池搭載車両を小型化することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、車載燃料電池システムにおいては、筐体と、該筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニットと、該モジュールユニットの上方に配設され、前記モジュールユニットの空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、該空気マニホールドに取り付けられ、前記モジュールユニットに向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置とを有する。
【００５９】
そして、前記モジュールユニットと前記空気マニホールドの天板との間の空間の高さが、前記噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定される。
【００６０】
この場合、前記モジュールユニットと前記空気マニホールドの天板との間の空間の高さが、前記噴射角度による噴射範囲内の水と天板とが接触することがないように設定されるので、噴射装置によって噴射された水が前記天板に当たることがなくなる。したがって、空気供給路に必要以上の水が供給されるのを防止することができ、空気供給路に水詰まりが発生するのを防止することができる。
【００６１】
その結果、燃料電池スタックを均一に冷却することができる。
【００６２】
また、前記高さを小さくすることができるので、燃料電池スタックの高さ方向の寸法を小型化し、燃料電池搭載車両を小型化することができる。そして、例えば、前記燃料電池スタックを燃料電池搭載車両の床下に搭載することが容易になり、燃料電池スタックの搭載性を向上させることができる。
【００６３】
本発明の他の車載燃料電池システムにおいては、筐体と、該筐体内に収容され、固体電解質を水素極及び空気極によって挟持することにより形成された単セルを複数接続したモジュールユニットと、該モジュールユニットの上方に配設され、前記モジュールユニットの空気供給路に空気を分配する空気マニホールドと、該空気マニホールドの四隅の対角線上に配設され、前記モジュールユニットに向けて、上下方向における所定の噴射角度で水を噴射する噴射装置とを有する。
【００６４】
この場合、前記噴射装置が、前記空気マニホールドの四隅の対角線上に配設されるので、モジュールユニットにおける噴射装置と対向する各角部と噴射装置との距離を短くすることができる。したがって、噴射装置によって噴射された水をモジュールユニットに供給することができない領域を小さくすることができる。
【００６５】
また、噴射装置からみてモジュールユニットより先の、水が不要に噴射される領域を小さくすることができる。
【００６６】
したがって、筐体の水平方向の寸法を小さくすることができるので、燃料電池スタックの水平方向の寸法を小型化し、燃料電池搭載車両を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における車載燃料電池システムの概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における燃料電池スタックの平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における噴射装置の配置状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１０    燃料電池スタック
２０    水素ガス供給系
３０    空気供給系
４０    水供給系
４１    噴射装置
５０    ガス排出系
５１    スタックケース
５５    モジュールユニット
７２    天板
ＡＲ１    最大範囲
ＡＲ２、ＡＲ３    有効範囲
ｈ    頂部高さ
Ｍ１    投影領域
θ１    最大角度
θ２    有効角度
θ３    広がり角度
【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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