(57)【要約】【課題】効率的に、且つ、効果的にケース内を換気する燃料電池を提供する。【解決手段】複数のセルを積層することにより構成したスタック２と、スタック２を収容するケース３と、を備える。ケース３の上部３１に、外側に向かって突き出したトンネル部５を構成し、さらに、トンネル部５を換気するブロア８を備える。ここでは、上部３１の側部３３、３５近傍に、積層方向に貫通するトンネル部５を構成し、その一端にブロア８を設置する。これにより、比重の小さい水素をトンネル部５に集中させ、ブロア８で外気を取り込むことにより、ケース３内の水素を効率的に、且つ、効果的に除去する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを積層することにより構成したスタックと、
前記スタックを収容するケースと、を備え、
前記ケースの上部に、外側に向かって突き出し、かつ前記ケース内部空間と連通するトンネル部分を構成し、さらに、前記トンネル部分を換気する換気手段を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記換気手段として、前記トンネル部分に換気ガスを流通させる換気ブロアを備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ケースの少なくとも前記トンネル部分を除いた部分を、前記スタックの外面に略沿って構成する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ケースの側部の内面に、前記トンネル部分に連通する略鉛直上向きの溝を構成する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記スタックの下側面を、下側面の積層方向中央軸近傍から側面に向かって上方に傾いた勾配を持つように形成した請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記スタックの積層方向に燃料ガスを分配する燃料マニホールドを備え、
前記燃料マニホールドの略鉛直上方に、前記トンネル部分を設ける請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記トンネル部分を、前記ケースの上部における前記ケースの側面近傍に、積層方向に沿って構成する請求項１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。特に燃料電池から漏洩した可燃性ガスを排除するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池として、換気ブロアを用いてケース内を換気することにより、ケース内の可燃性ガスを除去するものが知られている。換気ブロアは、ケースに対して吹き込み型と吸込み型がある。
【０００３】
例えば、燃料電池、燃料処理装置、燃料弁、空気弁、制御装置および配管類をケース内に収容し、ケースに排気口、吸気口、換気ファンを設ける。また、ケースの排気口および吸気口の近傍に可燃性ガス検知器を設ける。さらに、ケースに、駆動機構によって開閉動作が行われる自動開放扉を設ける。可燃性ガス検知器と、自動開放扉の駆動機構の駆動源を、制御装置に接続し、制御装置では、可燃性ガス検知器からの検知信号に基づいて、駆動機構の駆動源を制御する開閉制御部を設定している（例えば、特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開平１１−８６８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、燃料電池のケースにただ換気ブロアを付けた構造であったため、ケース内に漏出した可燃性ガスが局所的に下限可燃限界に達する可能性があった。
【０００５】
また、車載用など特にコンパクトな構造が求められている燃料電池においては、スタックとケースのクリアランスが極めて小さいことが多い。そのため、上記従来の技術では、圧損が大きく換気ブロアに要求される吐出圧が大きくなり、ブロアが大型化する、消費電力が増大する、という問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、効率的に、且つ、効果的にケース内を換気できる燃料電池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】
【０００７】
本発明は、複数のセルを積層することにより構成したスタックと、前記スタックを収容するケースと、を備える。前記ケースの上部に、外側に向かって突き出し、かつ前記ケース内部空間と連通するトンネル部分を構成し、さらに、前記トンネル部分を換気する換気手段を備える。
【発明の効果】
【０００８】
ケースの上部に、外側に向かって突き出し、かつケース内部空間と連通するトンネル部分を構成し、さらに、トンネル部分を換気する換気手段を備える。スタックから漏洩またはパージされる可燃性ガスである水素は、非常に拡散性が高く、比重も小さい。その結果、スタックから漏洩した、またはパージされた水素が集中的にトンネル部分に集まる。このトンネル部分を換気手段により換気することができるので、効率良く、且つ、効果的にケ−ス内を換気することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本実施形態に用いる燃料電池１の斜視図を図１に、断面図を図２に示す。
【００１０】
燃料電池１を、複数の燃料電池セルを積層することにより構成したスタック２を、ケース３に収容することにより構成する。
【００１１】
スタック２を、セル面、上側面２１、下側面２２、側面２３、２４からなる柱状形状により構成する。断面図（図２）に示すように、スタック２の下側面２２を、積層方向に伸びる下側面２２の中央軸近傍（以下、中央部分２２ａ）から側面２３、２４に向かって上方に傾いた勾配を為すように構成する。言い換えれば、中央部分２２ａが側面２３、２４近傍に比べて下方に突出するように構成する。ここでは、下側面２２を、二つの面２２ｂ、２２ｃより構成する。面２２ｂ、２２ｃを中央部分２２ａにおいて接続させ、それぞれが側面２３、２４に向かって上方に傾いた傾斜となるように構成する。言い換えれば、面２２ｂ、２２ｃにより形成されるセル面が為す角が、１８０度より小さくなるように構成する。
【００１２】
なお、上側面２１は略水平に、側面２３、２４は略垂直に構成する。つまり、スタック２の断面となるセル面を、中央部分２２ａを一頂点とする五角形に形成する。
【００１３】
また、スタック２には、積層方向に反応ガスを分配・回収する水素マニホールド４、空気マニホールド９を備える。水素マニホールド４、空気マニホールド９を内部マニホールドとし、スタック２のセル面を積層方向に貫通するように構成する。ここでは、水素マニホールド４をスタック２の側面２３、２４近傍に、空気マニホールド９をスタック２の上側面２１、下側面２２近傍に構成する。
【００１４】
このようなスタック２をケース３に収容する。ケース３とスタック２とのクリアランスが小さくなるように、スタック２の外形に略沿ってケース３を構成する。
【００１５】
ケース３を、上部３１、下部３２、側部３３、３４および、セル面に沿った端部３５、３６からなる箱型形状により構成する。ここで、ケース３内に漏洩する可能性のある水素は、非常に拡散性が高く、比重も小さい。そこで、上部３１に空隙を形成することにより、この空隙にケース３内に漏洩した水素を集中させることができる。ここでは、この空隙を、セル積層方向に伸びるトンネル部５により構成する。
【００１６】
トンネル部５を、ケース３を積層方向に貫通する空隙により形成する。また、トンネル部５を水素の漏洩が生じ易い水素マニホールド４の近傍に構成する。ここでは、トンネル部５を水素マニホールド４の略鉛直上方に配置する。図２に示すように、二つの水素マニホールド４を、スタック２の側面２３、２４近傍に配置しているので、二つのトンネル部５ａ、５ｂを、上部３１の側部３３、３４近傍にそれぞれ配置する。
【００１７】
また、トンネル部５を、断面が略半円形状となるように構成する。つまり、トンネル部５を、断面形状が耳型形状の突起部となるように構成する。なお、上部３１のトンネル部５以外の部分は、スタックの上側面２１に沿って構成する。
【００１８】
図１に示すように、トンネル部５の積層方向一方の端部５１には、ブロア８を備える。つまり、端部３５の上方にブロア８を備える。ここでは、各トンネル部５ａ、５ｂ毎にブロア８ａ、８ｂを備えるが、この限りではない。トンネル部５ａ、５ｂを端部５１で連通するように構成し、一つのブロア８を備えても良い。
【００１９】
また、トンネル部５のブロア８を備えたのと反対側の端部５２を、外部に連通するように構成する。つまり、ブロア８を稼動することで、トンネル部５内に外気が取り込まれ、トンネル部５内のガスが積層方向に流れて外部に換気されるように構成する。なお、このトンネル部５の端部５２には、選択的に外部に連通するように構成してもよい。例えば、ブロア８の制御と連携して開閉が制御される弁等を備えても良い。
【００２０】
一方、ケース３の下部３２を、スタック２の下側面２２に略沿って構成する。つまり、下部３２の積層方向に伸びる中央軸近傍が下方向に突出するように構成する。ここでは、下部３２を三面３２ａ、３２ｂ、３２ｃから構成する。中央軸近傍に水平な面３２ａを配置し、その両側に、側部３３、３４に向かって上方に傾くように形成された面３２ｂ、３２ｃを備える。これにより、下側面２２と下部３２との間に下方間隙６が構成される。なお、中央部分２２ａは、ケース３を構成する下部３２の中央に配置された面３２ａの内側面で支持されるように構成する。
【００２１】
さらに、ケース３の側部３３、３４を、側面２３、２４に略沿って構成する。ただし、側部３３、３４の内側面には略鉛直方向に伸びる溝部７を構成する。溝部７を複数備え、積層方向に等間隔に構成する。また、溝部７をトンネル部５に連通するように構成する。ここでは、溝部７を通って、下方間隙６に漏洩した水素が、トンネル部５に移動可能な構成とする。
【００２２】
ここで、図２（ａ）には溝部７を含む断面を、図２（ｂ）には溝部７を含まない断面を示す。（ｂ）に示すように、溝部７を含まない断面では、ケース３内に漏洩した水素は、下方間隙６からトンネル部５に移動し難い。これに対して、（ａ）に示すように溝部７を含む断面では、ケース３内に漏洩した水素が上方に拡散するため、下方間隙６からトンネル部５に移動し易い。
【００２３】
溝部７を構成することで、下方間隙６に漏洩した水素を、近傍の溝部７を通ってトンネル部５に移動させることができる。トンネル部５では、ブロア８により積層方向に換気が行われる。
【００２４】
なお、ここでは下側面２２を複数の平面を組み合わせることにより構成したがこの限りではない。水素が下側面２２に沿って上方に拡散する構成であればよく、例えば曲面により構成してもよい。
【００２５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００２６】
複数のセルを積層することにより構成したスタック２と、スタック２を収容するケース３と、を備える。ケース３の上部３１に、外側に向かって突き出し、かつ、ケース３内部空間に連通するトンネル部５を構成し、さらに、トンネル部５を換気する換気手段を備える。ここで、水素は非常に拡散性が高く、比重も小さいので、スタック２から漏洩した水素ガスを集中的にトンネル部５に集めることができる。トンネル部５内は、換気手段により換気されるので、ケース３内の水素を効率的に、かつ、効果的に排除することができる。
【００２７】
ここでは、換気手段として、トンネル部５に換気ガスを流通させるブロア８を備える。例えば、トンネル部５の端部５１にブロア８を備え、外気を取り込むことにより、トンネル部５を換気する。トンネル部５はクリアランスも十分にあることから、圧損も大きく立たないので、集められた水素を換気するブロア８として小型のブロアを用いることができる。これにより、消費電力を抑制することができるとともに、燃料電池１を小型化することができる。
【００２８】
ケース３の少なくともトンネル部５を除いた部分を、スタック２の外面に略沿って構成する。これにより、スタック２とケース３とのクリアランスを低減し、水素をトンネル部５に集中させることができる。その結果、トンネル部５を換気することにより、ケース３内の水素を効率良く換気することができる。つまり、燃料電池１をコンパクトに形成するとともに、クリアランス低減に伴うブロア８の吐出量の増大を抑制することができる。
【００２９】
ケース３の側部３３、３４内面に、トンネル部５に連通する略鉛直上向きの溝部７を構成する。スタック３から漏洩した水素ガスをトンネル部５へ誘導する溝部７を構成する。これにより、ケース３内のクリアラスの小さい部分に局所的に水素ガスが溜まるのを防ぐことができる。
【００３０】
スタック２の下側面２２を、下側面の積層方向中央軸近傍の中央部分２２ａから側面２３、２４に向かって上方に傾いた勾配を持つように形成する。これにより、比重の極めて小さい水素は高い方へ拡散していくことから、局所的に水素ガスが溜まることを防ぎ、水素をトンネル部５に誘導することができる。
【００３１】
スタック３の積層方向に燃料ガスを分配する水素マニホールド４を備え、水素マニホールド４の略鉛直上方に、トンネル部５を設ける。水素漏れの生じる可能性の最も高い水素マニホールド４の略鉛直上方にトンネル部５を設けることで、より確実に水素をトンネル部５に誘導することができる。
【００３２】
トンネル部５を、ケース３の上部３１における側部３３、３４近傍に、積層方向に沿って構成する。スタック１の下方部分で漏れた水素は、側部３３、３４の内面に沿って流れて上部３１の側部３３、３４側に集まることから、側部３３、３４近傍にトンネル部５を設けることで、水素ガスを集めて効率良く、かつ、効果的に水素を排出することが可能となる。
【００３３】
このように、スタック２とケース３とのクリアランスを小さく設定し、かつ、ブロア８として小型のものを用いることができるので、燃料電池１を小型化することができる。そのため、移動体の動力源として搭載する場合など、燃料電池１に小型化が望まれる場合に有効である。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、スタックを、気体の充満したケースに収容して構成する燃料電池に適用することができる。特に、小型化が望まれる燃料電池、例えば移動体の動力源として搭載する燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に用いる燃料電池の斜視図である。
【図２】本実施形態に用いる燃料電池の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    燃料電池
２    スタック
２２  下側面
２２ａ  中央近傍部
２３、２４  側面
３    ケース
３１  上部
３３、３４  側部
４    水素マニホールド(燃料マニホールド)
５    トンネル部分
７    溝部
８    ブロア
【図１】
2005085476.tif 000003
【図２】
2005085476.tif 000004