(57)【要約】【課題】効率のよい換気を行うことができるスタックケースを提供する。【解決手段】スタックケース５内側の隅部に、内部にスタックケース５内空間と連通する換気用の流路１６を有し、外側面がスタックケース５内部に向かって凸の円弧面よりなる柱状部６を備える。柱状部６の軸方向に換気流路１６に貫通する孔７を設け、換気流路を燃料ガスの外部マニホールド２ｂ、２ｄに沿って下から上に向かって流れるように構成する。なお、柱状部６は、スタック１を収容した際に、スタック１の側面に備えた外部マニホールド２の外側から巻き付けたワイヤ３が柱状部６表面に接触することにより、ワイヤ３の張力を増大するように構成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを積層することにより構成したスタックを収容する燃料電池スタックケースにおいて、
前記スタックケースの内側の隅部に、内部に前記スタックケース内空間と連通する換気用の流路を有し、外側面が前記スタックに向かって凸の円弧面よりなる柱状部を備えることを特徴とする燃料電池スタックケース。
【請求項２】
前記柱状部を、前記スタックの側面に備えた外部マニホールドの外側から巻き付けたワイヤが前記柱状部円弧面に接触することにより、前記ワイヤの張力を増大させるように構成する請求項１に記載の燃料電池スタックケース。
【請求項３】
前記柱状部の断面を、１／４の円弧形状に構成する請求項１または２に記載の燃料電池スタックケース。
【請求項４】
前記柱状部の軸方向に沿って、前記換気流路に貫通する複数の孔を設ける請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池スタックケース。
【請求項５】
前記換気流路のうち垂直方向上側に位置する前記柱状部に構成された流路を、換気ガス排気用の換気流路とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池スタックケース。
【請求項６】
前記換気流路のうち垂直方向下側に位置する前記柱状部に構成された流路を、換気ガス供給用の換気流路とする請求項５に記載の燃料電池スタックケース。
【請求項７】
前記スタックの燃料ガスを流通する外部マニホールドを垂直方向に配して収容する請求項６に記載の燃料電池スタックケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のスタックケースに関する。特に、スタックケース内の換気を効率よく行うための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料電池において反応させて発電を行う燃料電池システムとして、電池本体、燃料処理装置、燃料弁、空気弁、制御装置及び配管類を、パッケージ内に収容したものが知られている。これはさらに、パッケージに排気口、吸気口、換気ファンを設け、パッケージ内の排気口及び換気ファンの近傍に可燃性ガス検知器を設ける。また、パッケージに、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とを、制御装置し、制御装置には、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。）。
【０００３】
または、燃料電池を格納するスタックケースと、スタック内に冷媒を充満したときに、冷却液内に漏れ出てくる気体を集めて排出するための気体排出用配管を備えたものがある。これはさらに、気体用排出配管の上端部に接続され、その中で気液分離した前記気体を触媒燃焼する触媒燃焼器と、触媒燃焼器に接続され、触媒燃焼器で生成した液体および冷却液をスタックケースに戻すための液戻り配管を備える（例えば、特許文献２、参照）。
【特許文献１】特開平１１−０８６８９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４１３８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、パッケージに換気ファンを備えて換気を行った場合には、パッケージ内の換気ガスの流れが均一流とはなり得ず、流れに渦もしくは流速の遅い部分が発生する。このため、十分な換気性能を得難いという問題があった。また、スタックケースに冷媒を充填して燃料ガスを収集する場合には、冷却液配管やシール構造の追加等が必要となり、装置の複雑化、システム重量の増大といった問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、装置を複雑化することなく、ケース内を効率的に換気することができる燃料電池のスタックケース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】
本発明は、燃料電池セルを積層することにより構成したスタックを収容する燃料電池スタックケースにおいて、前記スタックケースの内側の隅部に、内部に前記スタックケース内空間と連通する換気用の流路を有し、外側面が前記スタックに向かって凸の円弧面よりなる柱状部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
スタックケースの内側の隅部に、内部にスタックケース内空間と連通する換気用の流路を有し、外側面がスタックに向かって凸の円弧面よりなる柱状部を備える。これにより、燃料電池スタックケース内に燃料ガス等が漏洩した場合にも、換気流路近傍に燃料ガスが滞留するのを抑制することができ、簡単な構成で効率良く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】
【０００８】
本実施形態に用いるスタックケース５に収容するスタック１およびその周辺の構成を図１に示す。
【０００９】
酸化剤ガスと燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池セルを複数積層することにより構成したスタック１を備える。また、スタック１の外周には、断面が略コの字形状のプレートにより形成された外部マニホールド２を備える。ここでは、酸化剤ガスを燃料電池セルに分配する外部マニホールド２ａと、燃料電池セルから酸化剤ガスを回収する外部マニホールド２ｃを、水平方向に配されたスタック１の側面に沿って構成する。また、燃料ガスを燃料電池セルに分配する外部マニホールド２ｂと、燃料電池セルから燃料ガスを回収する外部マニホールド２ｄを、垂直方向に配されたスタック１の側面に沿って構成する。ここでは、外部マニホールド２の幅と、スタック１の側面の幅をほぼ等しく構成し、各燃料電池セルの積層面に沿って構成した反応ガス流路にも分配可能な構成とする。つまり、スタック１の外周が、外部マニホールド２で囲まれるように構成される。
【００１０】
さらに外部マニホールド２の外側には、スタック１の外周方向に沿ってワイヤ３を巻き付ける。ここでは、複数のワイヤ３をスタック１の積層方向に均等に配置する。スタック１と外部マニホールド２との間には、図示しないラバー等を設置し、ワイヤ３を締付・圧縮する。ここで、ワイヤ３は、スタック１に外部マニホールド２を固定すると共に、外部マニホールド２内を流通する反応ガスの漏洩を防ぐためのシール性を維持する機能を有する。なお、ここでは、ワイヤ３を用いることで、スタック１と外部マニホールド２との接着を避けることができ、スタック１のメンテナンスを行う際に容易に分解可能としている。
【００１１】
図１に示すように、ワイヤ３は、外部マニホールド２のワイヤ３の巻き付け方向に関する端部４に支持される。ワイヤ３は、外部マニホールド２のスタック１の側面に平行な面に接触する部分３ａと、外周方向に隣り合う外部マニホールド２間のスタック１および外部マニホールド２に接触しない部分３ｂとからなる。
【００１２】
次に、スタック１およびその周辺の構成部を収容するスタックケース５について説明する。図２に、スタックケース５の断面の斜視図を示す。
【００１３】
スタックケース５を直方体形状に構成し、ケース内の四隅には、それぞれスタック１を収容した際に積層方向となる方向に伸びる稜に沿って、表面が円弧面よりなる柱状部６を配置する。ここでは、柱状部６の断面を１／４の円弧形状から構成する。つまり、スタックケース５の積層方向に沿った隅部において、１／４の円弧形状の断面の柱状部６が配置されるように構成する。
【００１４】
ここで、柱状部６を中空に構成して、スタックケース５内の換気用のガスを流通する換気流路１６とする。中空状の柱状部６のうち少なくとも一つに、スタックケース５内を換気するために外部から換気用のガスを導入する供給用換気流路１６ａを構成し、また、少なくとも一つに、スタックケース５内のガスを掃気する排気用換気流路１６ｂを構成する。ここでは、垂直方向下側に設けられた柱状部６ａに供給用換気流路１６ａを構成し、上側に設けられた柱状部６ｂに排気用換気流路１６ｂを構成する。
【００１５】
また、柱状部６の円弧形状の表面には、換気流路１６内部まで貫通する複数の孔７を構成する。ここでは、柱状部６の軸方向（スタック１の積層方向）に沿って、孔７を軸方向に均等な間隔で構成する。また、孔７はその軸を、略垂直、または、垂直からスタックケース５の内部に傾いた方向に構成する。
【００１６】
つまり、下方の供給用換気流路１６ａから孔７ａを介してスタックケース５内に換気用のガスが供給され、上方の排気用換気流路１６ｂから孔７ｂを介してスタックケース５内のガスが排出されるように構成する。
【００１７】
次に、スタックケース５にスタック１およびその周辺構成を収容した際の状態を図３に、また、柱状部６近傍の拡大図を図４に示す。
【００１８】
スタックケース５内にスタック１およびその周辺構成を収容した際に、ワイヤ３のスタック１および外部マニホールド２に接触しない部分３ｂが、柱状部６の円弧部に接触するように、スタックケース５を構成する。特に、本実施形態では、図４に示すように、柱状部６の円弧形状の表面がワイヤ３の部分３ｂを内部に向かって押し付けるように、スタックケース５を構成することにより、ワイヤ３の張力を増大させる。このとき、柱状部６をスタックケース５の内側の四隅に構成しているので、ワイヤ３には四隅から荷重をかけることになる。これにより、ワイヤ３に略均等に張力を生じさせることができ、外部マニホールド２内を流通する流体のシール性を向上することができる。また、柱状部６の表面を円弧形状により構成しているので、ワイヤ３の屈曲が小さくなり、局所的に応力が集中するのを防ぐことができる。
【００１９】
このように構成した燃料電池に対して、スタックケース１の積層方向一端から、供給用換気流路１６ａに換気用ガス、例えば空気を供給する。空気は、供給用換気流路１６ａ内を軸方向に流通するとともに、孔７ａを介してスタックケース５内部に分配・供給される。孔７ａは軸方向に均等に構成されているため、換気用の空気がスタックケース５内に軸方向に均等に分配される。このとき、供給用換気流路１６ａに貫通する孔７ａの軸を、垂直方向、または、垂直からスタックケース５の内部に傾いた方向に構成するので、孔７ａから略上方に向かって空気が噴出される。供給されるように孔７ａを形成する。
【００２０】
供給された空気はスタックケース５内を、燃料ガスを流通する外部マニホールド２ｂ、２ｄに沿って上方に向かって流れる。スタックケース５内上方部分に到達した空気は、孔７ｂを介して、排気用換気流路１６ｂに回収される。このとき、排気用換気流路１６ｂを構成した柱状部６の表面を円弧面、ここでは１／４円弧形状により構成しているため、柱状部６近傍にガスが溜まらず、スムーズに排気される。また、孔７ｂの軸方向を略垂直、または、垂直からスタックケース５の内部に傾いた方向に構成しているため、スタックケース５内のガスの流れ方向と同様の方向に、スタックケース５内のガスが孔７ｂから回収される。このため、一部に燃料ガスが滞留するのを抑制して速やかに排気することができる。回収されたガスは、排気用換気流路１６ｂ内を軸方向に沿って流通し、スタックケース５の一端から排出される。
【００２１】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００２２】
燃料電池セルを積層することにより構成したスタック１を収容するスタックケース５において、スタックケース５の内側の隅部に、内部にスタックケース５内空間と連通する換気用の流路１６を有し、外側面がスタックケース５内部に向かって凸の円弧面よりなる柱状部６を備える。これにより、換気流路１６を構成する柱状部６近傍にガスが滞留するのを抑制することができる。特に、排気用換気流路１６ｂ近傍には、漏洩した燃料ガスが集中するが、柱状部６を円弧面により構成することで滞留を抑制し、スムーズに排気することができる。例えば、断面が四角形状の柱状部をスタックケース５の稜に沿って備えた場合に比較して、排気されるガスが誘導されやすくなり、速やかに排出することができる。その結果、簡単な構成で効率のよい換気を行うことができるスタックケース５を構成することができる。
【００２３】
また、柱状部６を、前記スタックの側面に備えた外部マニホールドの外側から巻き付けたワイヤ３が柱状部６円弧面に接触することにより、ワイヤ３の張力を増大させるように構成する。これにより、柱状部６により外部マニホールド２の張力を増大して、外部マニホールド２からの燃料ガスの漏洩を抑制することができる。このとき、柱状部６の側面を円弧面により構成しているため、ワイヤ３に局所的に力がかかるのを抑制することができる。また、ワイヤ３に四箇所から力を加えることになるため、ワイヤ３に生じる応力を均一化することができる。
【００２４】
ここでは、柱状部６の断面を、１／４の円弧形状に構成する。これにより、柱状部６によりスタックケース５の強度を向上することができるとともに、換気流路１６近傍にガスが滞留するのを抑制することができる。
【００２５】
また、柱状部６の軸方向に沿って、換気流路１６に貫通する複数の孔７を設ける。これにより、軸方向に換気用のガスを分配することができ、また、回収することができるので、換気を均一化することができる。
【００２６】
また、換気流路１６のうち垂直方向上側に位置する柱状部６ｂに構成された流路を、排気用の換気流路１６ｂとする。燃料ガス中の水素は軽く、上方に移動するので、垂直方向上側に排気用換気流路１６ｂを構成することで、スタックケース５内に漏洩した燃料ガスを排気しやすくすることができる。
【００２７】
さらに、換気流路１６のうち垂直方向下側に位置する柱状部６ａに構成された流路を、供給用の換気流路１６ａとする。水素は軽いので上方に移動する傾向があるが、換気用のガスを下方から供給して上方で排出しているので、効率良く漏洩した水素を排出することができる。
【００２８】
スタック１の燃料ガスを流通する外部マニホールド２ｂ、２ｄを垂直方向に配して収容する。これにより、換気用のガスが、水素の漏洩する可能性の高い外部マニホールド２ｂ、２ｄに沿って流れるので、速やかに漏洩した水素を排気することができる。
【００２９】
なお、ここでは孔７を積層方向に均等に配置したが、この限りではない。スタック１内で水素の漏洩が生じ易い部分により多くの孔７が集中するように構成する等、孔７の配置にバラツキを持たせても良い。
【００３０】
このように、本発明は上記発明を実施するための最良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を為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、燃料電池のスタックケースに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に用いるスタックおよびその周辺の構成図である。
【図２】本実施形態に用いるスタックケースの構造図である。
【図３】本実施形態においてスタックケース内にスタックを収容した状態図である。
【図４】本実施形態において、スタックを収容した際の柱状部近傍の拡大図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    スタック
２    外部マニホールド
２ｂ、２ｄ  燃料ガスを流通する外部マニホールド
３    ワイヤ
５    スタックケース（燃料電池スタックケース）
６    柱状部
７    孔
１６  換気流路
１６ａ  供給用換気流路
１６ｂ  排気用換気流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005071960.tif 000006