(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、
燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、
を備え、
燃料電池取付構造体は、
燃料電池のエンドプレートに第１ボルトで固定される座台と、
ケース本体に固定される座板と、
座台と座板とを絶縁して一体化する絶縁基体と、
座板に設けられ、ケース本体に固定する第２ボルトと、
を含み、
絶縁基体は、第１ボルトを挿入するボルト穴が形成され、ケース本体の外方に突出する首部を有し、
ケース本体は、
燃料電池取付構造体の首部を避ける開口と、
燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーと、
を有し、
燃料電池を収納する燃料電池ケースであって、
カバーは、フランジを有し、
フランジは、ケース本体の内面に固定され、
フランジと絶縁基体との間であって、絶縁基体の外周、首部の外周及び第２ボルトの外周にそれぞれリブ状のシール部材が設けられることを特徴とする燃料電池ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ケースに係り、特に、燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、を備える燃料電池ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に、酸化剤ガスである空気中の酸素を電気化学反応させて、電気エネルギを作りだしている。そして、水素と酸素とが電気化学反応した結果、水が生成される。
【０００３】
燃料電池の種類には、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。このような固体高分子型の燃料電池は、移動体、例えば、車両等の動力源として用いられている。
【０００４】
固体高分子型の燃料電池は、複数の単セル、集電板、エンドプレート等を積層して組み立てられる。そして、燃料電池は、防塵や防水等を確保するために燃料電池ケースに収納される。ここで、例えば、特許文献１には、燃料電池の組付装置を、燃料電池に固定される内筒金具と、支持体に固定される外筒金具、及びそれらの間に介設されて水平方向および垂直方向に変形可能なゴム弾性体とを備えたマウント部材と、マウント部材を内筒金具または外筒金具において燃料電池または支持体に締結するボルト、ナットとを含んで構成することが示されている。また、燃料電池が収納された燃料電池ケースは、例えば、フレーム等で車両のボディに固定される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３５８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、マウント部材等の燃料電池取付構造体を燃料電池ケースのケース本体に取り付ける場合には、燃料電池ケースの外側から燃料電池取付構造体とケース本体との界面を通って、水が燃料電池ケースの内側に浸入する可能性がある。そのため、燃料電池取付構造体を燃料電池のエンドプレートへ取り付けるボルト等には、例えば、防水のためのキャップ等が設けられ絶縁性を確保している。そして、ボルト等をキャップ等で保護することにより加工工数が増え、燃料電池ケースの生産性が低下し、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ケース本体内側への水の浸入を抑えることができる燃料電池ケースを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
参考例に係る燃料電池ケースは、燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、を備え、燃料電池取付構造体は、燃料電池のエンドプレートに第１ボルトで固定される座台と、ケース本体に固定される座板と、座台と座板とを絶縁して一体化する絶縁基体と、を含み、絶縁基体は、第１ボルトを挿入するボルト穴が形成され、ケース本体の外方に突出する首部を有し、ケース本体は、燃料電池取付構造体の首部を避ける開口と、燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーと、を有し、燃料電池を収納する燃料電池ケースであって、ケース本体と絶縁基体との間に、シール部材が設けられることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る燃料電池ケースは、燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、を備え、燃料電池取付構造体は、燃料電池のエンドプレートに第１ボルトで固定される座台と、ケース本体に固定される座板と、座台と座板とを絶縁して一体化する絶縁基体と、座板に設けられ、ケース本体に固定する第２ボルトと、を含み、絶縁基体は、第１ボルトを挿入するボルト穴が形成され、ケース本体の外方に突出する首部を有し、ケース本体は、燃料電池取付構造体の首部を避ける開口と、燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーと、を有し、燃料電池を収納する燃料電池ケースであって、カバーは、フランジを有し、フランジは、ケース本体の内面に固定され、フランジと絶縁基体との間であって、絶縁基体の外周、首部の外周及び第２ボルトの外周にそれぞれリブ状のシール部材が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように本発明に係る燃料電池ケースによれば、燃料電池取付構造体とケース本体との間をシールすることにより、ケース本体内側への水の浸入を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、燃料電池ケース１０を示す図である。図１に示す燃料電池ケース１０には、燃料電池２０が収容されている。まず、燃料電池２０について説明する。燃料電池２０は、複数の単セル２２や集電板等を積層した燃料電池スタックと、燃料電池スタックの両端に置かれるエンドプレート２４、２６とを含んで構成される。
【００１３】
単セル２２は、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。このうち電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを一体化したものは、一般的に、膜電極接合体(Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)と呼ばれている。
【００１４】
電解質膜は、アノード極側で発生した水素イオンをカソード極側まで移動させる機能等を有している。電解質膜の材料は、化学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜が使用される。
【００１５】
触媒層は、アノード極側での水素の酸化反応やカソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。そして、触媒層は、触媒と触媒の担体とを含んで構成される。触媒は、反応させる電極面積を大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着して使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。
【００１６】
ガス拡散層は、燃料ガスである、例えば、水素ガスや酸化剤ガスである、例えば、空気を触媒層に拡散させる機能や、電子を移動させる機能等を有している。そして、ガス拡散層には、導電性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙等を使用することができる。そして、膜電極接合体は、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを積層し、ヒートプレス等することにより製造することができる。
【００１７】
セパレータは、膜電極接合体のガス拡散層に積層され、隣設する単セル２２における燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有している。また、セパレータは、隣設する単セル２２を電気的に接続する機能を有している。セパレータには、燃料ガスや酸化剤ガスが流れるガス流路や、単セル２２を冷却する、例えば、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）や冷却水等の冷却媒体を流す冷却媒体流路等が形成されている。セパレータは、導電性を有する材料であるステンレス鋼等の金属材料や炭素材料等で形成することができる。
【００１８】
集電板は、積層される複数の単セル２２で生じた直流電流を取り出す機能を有している。集電板には、導電性を有する材料であるステンレス鋼や銅等の金属材料や炭素材料等を使用することができる。また、集電板には、ステンレス鋼や銅等の金属シート材に金メッキを施して用いてもよい。
【００１９】
エンドプレート２４，２６は、燃料電池スタックの両端部に配置される。エンドプレート２４，２６は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料により形成することができる。エンドプレート２４，２６には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を供給するための供給口または排出するための排出口が設けられる。
【００２０】
次に、燃料電池ケース１０について説明する。燃料電池ケース１０は、燃料電池２０に固定される燃料電池取付構造体３０と、燃料電池取付構造体３０が取り付けられ、燃料電池２０を収容するケース本体３２と、を備えている。
【００２１】
燃料電池取付構造体３０は、ケース本体３２に取り付けられ、燃料電池ケース１０と燃料電池２０との間を絶縁する機能を有している。また、燃料電池取付構造体３０は、燃料電池２０が加振されたときに振動を吸収する機能を有している。燃料電池取付構造体３０は、例えば、一方のエンドプレート２４の下面における一方の端と、一方のエンドプレート２４の下面における他方の端と、他方のエンドプレート２６の下面における略中央とを支持する位置に取り付けられる。このように、燃料電池２０を３点支持することにより、燃料電池２０のねじれ等を抑制し、積層された単セル２２のずれによる冷却水の液漏れ等を防止することができる。勿論、他の条件次第では、燃料電池取付構造体３０の配置は、上記配置に限定されることはない。
【００２２】
図２は、燃料電池取付構造体３０の構成を示す図であり、図２（Ａ）は、燃料電池取付構造体３０の平面図であり、図２（Ｂ）は、燃料電池取付構造体３０の断面図である。燃料電池取付構造体３０は、燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に第１ボルトで固定される座台３４と、ケース本体３２に固定される座板３６と、座台３４と座板３６とを絶縁して一体化する絶縁基体３８と、を含んで構成される。
【００２３】
座台３４は、燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に当接するフランジ部と、第１ボルトを挿入する円筒部とを有している。また、座板３６には、ケース本体３２に固定する第２ボルト４０が２箇所に設けられる。座台３４と座板３６とは、例えば、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料を用いて成形される。
【００２４】
絶縁基体３８は、座台３４と座板３６とを絶縁して一体化する機能を有している。絶縁基体３８には、例えば、絶縁性を有するゴム材料等を用いることができる。絶縁基体３８は、第１ボルトを挿入するボルト穴４２が形成され、ケース本体３２の外方に突出する首部４４を有している。燃料電池取付構造体３０は、例えば、座台３４と座板３６とが置かれた金型内に、絶縁基体３８の原料である未加硫ゴムを射出して架橋させることにより一体として成形される。
【００２５】
絶縁基体３８には、燃料電池ケース１０の外側から水等が浸入するのを抑えるため、ケース本体３２側に複数のシール部材４６，４７，４８が設けられる。シール部材４６，４７，４８は、ゴム材料等の弾性材料で成形されることが好ましい。シール部材４６，４７，４８が弾性変形することにより、水等をシールできるからである。勿論、他の条件次第では、シール部材４６，４７，４８は、弾性材料に限定されることはない。
【００２６】
シール部材４６，４７，４８は、例えば、絶縁基体３８のケース本体３２側に突起を設けることにより絶縁基体３８と一体として形成される。絶縁基体３８はゴム材料等で形成されているので、絶縁基体３８のケース本体３２側に形成された突起が弾性変形することにより水の浸入を抑えることができる。また、絶縁基体３８のケース本体３２側にシール溝を形成して、Ｏリング等のゴム材料で成形されたシール部材４６，４７，４８をシール溝に嵌め込むようにしてもよい。更に、シール部材４６，４７，４８は、絶縁基体３８に接着剤等で接合されてもよい。なお、他の条件次第では、シール部材４６，４７，４８は、ケース本体３２等に取り付けるようにしてもよい。
【００２７】
図３は、シール部材４６，４７，４８の配置を示す図である。図３は、図２に示す燃料電池取付構造体３０をケース本体３２側から見た模式図であり、シール部材４６，４７，４８は、絶縁基体３８に複数箇所設けられる。シール部材４６は絶縁基体３８の外周に設けられ、シール部材４７は絶縁基体３８における首部４４の外周に設けられる。これにより、水等が絶縁基体３８の外側から燃料電池ケース１０の内側に浸入することを防ぐことができる。また、シール部材４８は、第２ボルト４０の外周に設けられることが好ましい。シール部材４８を第２ボルト４０の外周に設けることにより、第２ボルト４０の周りからケース本体３２の内側への水の浸入を更に抑えることができシール性が向上する。図３では、第２ボルト４０は２箇所に設けられているので、シール部材４８も２箇所に設けられる。
【００２８】
ケース本体３２は、燃料電池取付構造体３０が取り付けられ、燃料電池２０を収容する機能を有している。図４は、燃料電池２０を収容するケース本体３２を示す図である。ケース本体３２は２つに分割されており、図４には、ケース本体３２の下側部分を示している。ケース本体３２には、フランジ部５２が設けられ、フランジ部５２には、上側部分と下側部分とをボルト等の締結部材で締結するための複数の締結孔５４が設けられている。ケース本体３２は、例えば、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料を用いて塑性加工等により成形することができる。勿論、ケース本体３２は、２つに分割されることなく、一体として成形してもよい。
【００２９】
ケース本体３２の内面は、絶縁性を有するゴム材料や合成樹脂材料等が被覆されることが好ましい。ケース本体３２の内面に絶縁材料が被覆されることにより、燃料電池２０と燃料電池ケース１０との絶縁性が確保できるからである。また、ケース本体３２には、アース線等のケーブルを取り出すケーブル孔５６が設けられる。
【００３０】
ケース本体３２には、燃料電池取付構造体３０の取付位置に補強材５８が設けられることが好ましい。ケース本体３２における燃料電池取付構造体３０の取付位置に、燃料電池２０の荷重が集中して負荷されるからである。燃料電池取付構造体３０が、例えば、ケース本体３２に３箇所取り付けられる場合には、３箇所の取付位置に燃料電池２０の荷重が集中するため、３箇所の取付位置に補強材５８を設けることによりケース本体３２を補強することができる。補強材５８には、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料で成形されたリブ等が用いられる。そして、補強材５８は、ケース本体３２と、例えば、溶接等で接合される。
【００３１】
ケース本体３２には、燃料電池取付構造体３０の首部４４を避ける開口６０が形成される。ケース本体３２に燃料電池取付構造体３０が、例えば、３箇所取り付けられる場合には、開口６０は、ケース本体３２に３箇所形成される。開口６０は、例えば、略円形状または略多角形状に形成される。そして、ケース本体３２に形成された開口６０の近傍には、第２ボルト４０を挿入するための第２ボルト穴６２が、例えば、２箇所に設けられる。開口６０や第２ボルト穴６２は、一般的な金属材料の機械加工でケース本体３２を穿孔して形成することができる。
【００３２】
ケース本体３２には、燃料電池取付構造体３０の首部４４を覆うカバーが設けられる。図５は、燃料電池取付構造体３０の首部４４を覆うカバー７０を示す断面図である。カバー７０を設けることにより、ケース本体３２外側からケース本体３２内側への水や塵等の浸入を防止することができる。また、燃料電池取付構造体３０の首部４４には、燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に締結される第１ボルトがボルト穴４２に挿入されるため、カバー７０を設けることにより第１ボルトとの接触を防止することができる。カバー７０は、図５に示すように、燃料電池取付構造体３０の首部４４を収めるカバー本体７２と、カバー本体７２の周りに設けられるフランジ７４と、を有している。また、フランジ７４には、第２ボルト４０を挿通するための第２ボルト穴７６が２箇所に設けられる。カバー７０は、例えば、鉄合金シートやアルミニウム合金シート等をプレス加工等の塑性加工で一体として成形される。
【００３３】
図６は、ケース本体３２にカバー７０を取り付ける取付方法を示す図である。カバー７０は、図６に示すように、ケース本体３２の内側から取り付けられる。カバー本体７２は、ケース本体３２に形成された開口６０に嵌め込まれる。そして、カバー７０のフランジ７４は、ケース本体３２の内面に固定される。また、カバー７０は、フランジ７４に設けられた第２ボルト穴６２がケース本体３２に設けられた第２ボルト穴６２と略一致するように取り付けられる。このように、カバー本体７２をケース本体３２の開口６０に嵌め込んで、フランジ７４をケース本体３２の内面に当接させることにより、カバー７０がケース本体３２に位置決めされる。そして、カバー７０は、ケース本体３２に溶接等で固定される。
【００３４】
図７は、カバー７０が取り付けられたケース本体３２を示す断面図であり、図７（Ａ）は、図６のＡ−Ａ断面図であり、図７（Ｂ）は、図６のＢ−Ｂ断面図である。図７（Ａ）または図７（Ｂ）に示すように、カバー本体７２がケース本体３２に設けられた開口６０に嵌め込まれて、フランジ７４がケース本体３２の内面と当接することにより、カバー７０の位置決めがなされる。この時、フランジ７４に設けられた第２ボルト穴７６は、ケース本体３２に設けられた第２ボルト穴６２と略一致する。そして、フランジ７４と、ケース本体３２の内面との溶接部８０は、絶縁基体３８に形成されたシール部材４６，４７，４８が設けられる位置を避けて設けられることが好ましい。これにより、シール部材４６，４７，４８と溶接部８０とが重なり合うことを避けることができるので、シール部材４６，４７，４８によるシール性が向上する。フランジ７４と、ケース本体３２の内面との溶接部８０は、例えば、図７（Ａ）または図７（Ｂ）に示すように、フランジ７４の外周に設けられる。
【００３５】
次に、燃料電池ケース１０に燃料電池２０を取り付ける方法について説明する。
【００３６】
図８は、燃料電池２０を燃料電池取付構造体３０でケース本体３２に取り付けた状態を示す断面図である。カバー７０は、予め、上述したように、フランジ７４がケース本体３２の内面と溶接で固定され、ケース本体３２に取り付けられている。まず、燃料電池取付構造体３０の座台３４に挿入された第１ボルト８２を燃料電池２０のエンドプレート２４、２６に締結し、燃料電池取付構造体３０を燃料電池２０に固定する。次に、カバー本体７２に燃料電池取付構造体３０の首部４４を収容し、燃料電池取付構造体３０の座板３６に設けられた２つの第２ボルト４０を、カバー７０のフランジ７４とケース本体３２とに設けられた第２ボルト穴６２、７６に挿入する。そして、第２ボルト４０とナット８４とで、燃料電池２０に固定された燃料電池取付構造体３０をケース本体３２に固定する。これにより、燃料電池２０に固定された燃料電池取付構造体３０がケース本体３２に取り付けられ、燃料電池２０が燃料電池ケース１０に収容される。
【００３７】
ここで、シール部材４６，４７，４８は、燃料電池取付構造体３０の絶縁基体３８と、カバー７０のフランジ７４との間に設けれているため、絶縁基体３８とフランジ７４との間から水が燃料電池ケース１０の内側に浸入することを抑えることができる。そして、シール部材４８は、第２ボルト４０の外周に設けられているので、第２ボルト穴６２，７６からの水の浸入を更に抑えることができる。また、フランジ７４とケース本体３２との溶接部８０は、絶縁基体３８に設けられたシール部材４６，４７，４８を避けて形成されているので、絶縁基体３８とフランジ７４との間に置かれたシール部材４６，４７，４８のシール性が向上する。
【００３８】
なお、上記構成では、カバー７０のフランジ７４は、ケース本体３２の内面に固定されたが、カバー７０をケース本体３２の外面に固定したものを参考例として示す。図９は、燃料電池２０を燃料電池取付構造体３０でケース本体３２に取り付けた状態を示す参考例の図である。図９に示すように、カバー９０はケース本体３２の外側に設けられた補強材５８に溶接等で固定されている。この場合には、シール部材４６，４７，４８は、絶縁基体３８とケース本体３２との間に設けられるので、絶縁基体３８とケース本体３２との間から水が燃料電池ケース１０の内側に浸入することを抑えることができる。
【００３９】
以上、上記構成によれば、燃料電池取付構造体の絶縁基体とカバーのフランジとの間にシール部材が設けられているので、絶縁基体とカバーのフランジとの間から水が燃料電池ケースの内側に浸入することを抑えることができる。そのため、燃料電池取付構造体を燃料電池に固定する第１ボルトに絶縁または防水のためのキャップ等を設ける必要がなくなるので、燃料電池ケースの生産性が更に向上し、製造コストをより低減することができる。
【００４０】
上記参考例による構成によれば、カバーがケース本体の外側に設けられる場合でも、燃料電池取付構造体の絶縁基体とケース本体との間にシール部材を設けることにより、絶縁基体とケース本体との間から水が燃料電池ケースの内側に浸入することを抑えることができる。
【００４１】
上記構成によれば、第２ボルトの外周にシール部材を設けることにより、第２ボルト穴からケース本体内側への水の浸入を更に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態において、燃料電池ケースを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、燃料電池取付構造体の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、シール部材の配置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、燃料電池を収容するケース本体を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーを示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態において、ケース本体にカバーを取り付ける取付方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態において、カバーが取り付けられたケース本体を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態において、燃料電池を燃料電池取付構造体でケース本体に取り付けた状態を示す断面図である。
【図９】燃料電池を燃料電池取付構造体でケース本体に取り付けた状態を示す参考例の図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  燃料電池ケース、２０  燃料電池、２２  単セル、２４，２６  エンドプレート、３０  燃料電池取付構造体、３２  ケース本体、３４  座台、３６  座板、３８  絶縁基体、４０  第２ボルト、４２  ボルト穴、４４  首部、４６，４７，４８  シール部材、５２  フランジ部、５４  締結孔、５６  ケーブル孔、５８  補強材、６０  開口、６２，７６  第２ボルト穴、７０，９０  カバー、７２  カバー本体、７４  フランジ、８０  溶接部、８２  第１ボルト、８４  ナット。
【図１】
0004631875.tif 000002
【図２】
0004631875.tif 000003
【図３】
0004631875.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004631875.tif 000007
【図７】
0004631875.tif 000008
【図８】
0004631875.tif 000009
【図９】
0004631875.tif 000010