(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの冷却に用いられる冷媒中のイオンを吸着するイオン交換器と、車体フロアを構成するフロアパネルと、を備える燃料電池自動車の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックと前記イオン交換器とは、同一のフレームの上に支持されるとともに、前記燃料電池スタックの底面と前記イオン交換器とが略面一となるように配置され、
前記イオン交換器の下部には、前記フレームに対して着脱自在であり、前記イオン交換器の形状に対応した大きさのアンダカバーが形成され、
前記フロアパネルは、前記燃料電池自動車の隣接するシート間に設けられているセンタコンソールと、前記シート真下に位置し、上方に向かって膨出する凸部と、を有し、
前記燃料電池スタックは、前記センタコンソール内に、フロント側からリア側へ延在するように配設され、
前記イオン交換器は、車幅方向で前記燃料電池スタックの外側であって、前記イオン交換器中の冷媒流通方向と、前記燃料電池スタックの延在方向とが平行になるように、前記凸部内に配設され、
前記凸部と前記センタコンソールとの間には、下側に向かって突出するとともに、前記イオン交換器が配設される前記凸部のスペースと前記燃料電池スタックが配設される前記センタコンソールのスペースとの隔壁として機能する窪み部が形成されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記イオン交換器と接続される配管によって冷媒回路が構成され、前記イオン交換器と前記配管との間には、連結が解除された状態で弁閉状態となり、連結することにより弁開状態となるノーマルクローズタイプの弁体を含み前記イオン交換器と前記配管とを着脱自在に接続する継手機構が設けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
前記フレームに対する前記イオン交換器の取り付けは、片側差込構造からなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項記載の燃料電池システムにおいて、
前記イオン交換器から前記配管を取り外した後、前記配管中の冷媒を排出するため、前記配管側に設けられた弁体を強制的に弁開状態とするように設けられることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池自動車に設けられた燃料電池スタックと並列に配置されたイオン交換器を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池を冷媒によって直接冷却する冷却システムでは、冷媒を介した液絡現象を防止するために、冷媒に高度の電気的絶縁性が要求される。そのため、イオン交換樹脂が収納されたイオン交換器を冷却通路内に設け、前記冷却通路を循環する冷媒中の一定量をイオン交換器に循環させ、冷媒中のイオンをイオン交換樹脂に吸着させることによって、冷媒の電気的絶縁性を確保している。
【０００３】
前記イオン交換樹脂は、冷媒中のイオンを吸着することにより、徐々にイオン吸着能力が低下する特性を有する。イオン交換樹脂のイオン吸着能力が極度に低下した場合、冷媒中のイオンを充分に吸着することができなくなり、冷媒の電気的絶縁性を確保することが困難となって、液絡現象を発生する可能性が高くなる。このため、劣化したイオン交換樹脂（イオン交換器）を新たなイオン交換樹脂（イオン交換器）と定期的に交換するメンテナンスが必要となる。
【０００４】
この場合、燃料電池自動車において、イオン交換器の設置場所によっては、前記イオン交換器の交換作業を遂行するために、関連する他の部品等を取り外さなければならず多くの工数が必要となって煩雑であると共に、前記交換作業に多大の時間がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、バンパーの裏側と、フェンダの裏側及びタイヤを覆うインナフェンダで囲まれた空間にイオン交換器を配置し、前記インナフェンダの前方側の一部を取り外すことで、イオン交換カートリッジを容易に交換することができるとするイオン交換器の配置構造が開示されている。
【０００６】
また、本出願人の提案に係る特許文献２には、重量補機及び軽量補機を左右方向に振り分けて配置し、重量補機側にエア通路を、軽量補機側に水通路を配置することにより、重量補機と軽量補機とのアンバランスを解消して、回頭性や操縦安定性の最適化を図ることが可能な燃料電池自動車が開示されている。
【０００７】
この特許文献２の図１には、前記水通路を構成する水配管の供給側配管中であって、燃料電池スタックの横にイオン交換器を配置する点が開示されている。なお、本願発明と前記特許文献２の配置構造の差異についは、後記で詳細に説明する。
【特許文献１】特開２００８−４４５１号公報
【特許文献２】特開２００１−７１７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記特許文献１に開示されたイオン交換器の配置構造よりも、より一層イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮したいという産業界の要請がある。また、フェンダの裏側及びタイヤを覆うインナフェンダで囲まれた空間以外の場所にイオン交換器を配置した場合であっても、車室内のスペースが制限されることがないように前記イオン交換器の配置場所を設定することが希求されている。
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、従来と比較してより一層交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができると共に、車室内のスペースが制限されることがない場所にイオン交換器を配置することが可能な燃料電池システム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】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの冷却に用いられる冷媒中のイオンを吸着するイオン交換器と、車体フロアを構成するフロアパネルと、を備える燃料電池自動車の燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックと前記イオン交換器とは、同一のフレームの上に支持されるとともに、前記燃料電池スタックの底面と前記イオン交換器とが略面一となるように配置され、前記イオン交換器の下部には、前記フレームに対して着脱自在であり、前記イオン交換器の形状に対応した大きさのアンダカバーが形成され、前記フロアパネルは、前記燃料電池自動車の隣接するシート間に設けられているセンタコンソールと、前記シート真下に位置し、上方に向かって膨出する凸部と、を有し、前記燃料電池スタックは、前記センタコンソール内に、フロント側からリア側へ延在するように配設され、前記イオン交換器は、車幅方向で前記燃料電池スタックの外側であって、前記イオン交換器中の冷媒流通方向と、前記燃料電池スタックの延在方向とが平行になるように、前記凸部内に配設され、前記凸部と前記センタコンソールとの間には、下側に向かって突出するとともに、前記イオン交換器が配設される前記凸部のスペースと前記燃料電池スタックが配設される前記センタコンソールのスペースとの隔壁として機能する窪み部が形成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、イオン交換器が、燃料電池スタックを支持するフレームと同一フレーム上に配置されることにより、イオン交換器の下部に設けられたアンダカバーを取り外して開成された開口を通じて前記イオン交換器が外部に露呈し、簡便にイオン交換器の交換作業を遂行することができる。従って、本発明では、従来と比較してより一層イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。
また、本発明によれば、燃料電池スタックが、燃料電池自動車の隣接するシート間に設けられたセンタコンソール内に、フロント側からリア側へ延在するように配設され、イオン交換器が、車幅方向で前記燃料電池スタックの外側に、前記イオン交換器中の冷媒流通方向と前記燃料電池スタックの延在方向とが平行になるように配設されることにより、比較的高温に弱いイオン交換器と発電によって熱源となる燃料電池スタックとをそれぞれ別個の室（スペース）とすることができ、イオン交換器の耐久性が劣化することを抑制することができる。
さらに、本発明によれば、イオン交換器の下部に前記イオン交換器の形状に対応した大きさを有するアンダカバーを設け、前記アンダカバーをフレームに対して着脱自在に取り付ける構成を採用することにより、イオン交換器の交換時において、他のカバーを取り外すことがなく、イオン交換器の寸法に対応した大きさを有するアンダカバーのみを取り外すことで、イオン交換器を簡便に交換することができる。
またさらに、本発明によれば、燃料電池自動車のフロアパネルと、燃料電池スタックを支持するフレームとの間にスペースが形成され、前記燃料電池スタックが配置される前記スペースと前記イオン交換器が配置される前記スペースは、前記フロアパネルによって略仕切られて、それぞれ別個に設けられることにより、車室内のスペースを広くとることができ、レイアウトの自由度を向上させることができる。
またさらに、本発明によれば、燃料電池自動車の隣接するシート間に設けられたセンタコンソール内に燃料電池スタックが配置され、イオン交換器が、前記シートの下方位置に設けられたスペース内に配置されることにより、比較的高温に弱いイオン交換器と発電によって熱源となる燃料電池スタックとをそれぞれ別個の室（スペース）とすることができ、イオン交換器の耐久性が劣化することを抑制することができる。
またさらに、本発明によれば、イオン交換器の下部に前記イオン交換器の形状に対応した大きさを有するアンダカバーを設け、前記アンダカバーを締結部材（例えば、ボルトやクリップ等）によりフレームに対して着脱自在に取り付ける構成を採用することにより、イオン交換器の交換時において、他のカバーを取り外すことがなく、イオン交換器の寸法に対応した大きさを有するアンダカバーのみを取り外すことで、イオン交換器を簡便に交換することができる。
【００１１】
本発明では、イオン交換器が、車幅方向で燃料電池スタックの外側に、イオン交換器中の冷媒流通方向と燃料電池スタックの延在方向とが平行になるように並べることで、前記燃料電池スタックの冷媒導入口に対して供給される冷却された冷媒（未だ仕事を終えていない冷媒）を分岐させ、前記分岐された冷媒をイオン交換器に対して流すことができる効果が得られる。また、本発明では、燃料電池スタックとイオン交換器とがそれぞれ別個の場所に配置された場合の配管接続と比較して、並列に配置された燃料電池スタックとイオン交換器とを接続する配管の配管長が短縮されるため、コスト及び重量的に優位性が得られる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、イオン交換器と接続される配管によって冷媒回路が構成され、前記イオン交換器と前記配管との間には、連結が解除された状態で弁閉状態となり、一方、連結することにより弁開状態となるノーマルクローズタイプの弁体を含み前記イオン交換器と前記配管とを着脱自在に接続する継手機構が設けられるとよい。前記イオン交換器から配管を取り外した際、継手機構を構成するノーマルクローズタイプの弁体によってイオン交換器側及び配管側がそれぞれ弁閉状態となるため、冷媒回路内の冷媒が外部に導出することが阻止される。従って、予め、冷媒回路中の冷媒を抜く作業が不要となると共に、作業者が冷媒によって被水することが防止される。イオン交換器の交換タイミングが冷媒の寿命よりも短い場合などは、本発明では、冷媒回路中の冷媒をそのまま保持した状態でイオン交換器のみを交換することができ、冷媒の有効活用を図ることができる。
【００１４】
さらにまた、本発明によれば、フレームに対するイオン交換器の取り付けを、片側差込構造とすることにより、より一層単独で着脱することが容易となる。この場合、先ず、イオン交換器の片側を差し込んで引っ掛けておき、イオン交換器の反対側で締結することにより、狭小なスペースでのイオン交換器の着脱作業も容易となる。
【００１５】
またさらに、本発明によれば、イオン交換器から配管を取り外した後、前記配管中の冷媒を排出するため、前記配管側に設けられた弁体を強制的に弁開状態とすることにより、例えば、定期的に冷媒を交換する際、その冷媒交換作業を容易に遂行することができると共に、イオン交換器が車両下方向に配置されているため、冷媒の円滑な排水性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、従来と比較してより一層交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができると共に、車室内のスペースが制限されることがない場所にイオン交換器を配置することが可能な燃料電池システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムが組み込まれた冷媒回路の回路構成図、図２は、前記冷媒回路の概略構成平面図、図３は、前記冷媒回路の概略構成側面図、図４は、前記冷媒回路を構成する燃料電池スタック及びイオン交換器がフレーム上に固定された状態を示す斜視図である。
【００２１】
＜冷媒回路の構成＞
図１に示されるように、冷媒回路１０は、アノードに供給される燃料ガス（例えば、水素ガス）とカソードに供給される酸化剤ガス（例えば、空気）との電気化学反応により発電する燃料電池スタック１２と、冷媒（例えば、エチレングリコールを主成分とするラジエータ液等の冷媒）を冷却する冷却器として機能するラジエータ１４と、前記燃料電池スタック１２と前記ラジエータ１４との間で冷媒を循環させる循環通路１６と、前記循環通路１６中に設けられ冷媒を所定流量で循環させるポンプ１８と、前記ラジエータ１４をバイパスさせるパイパス通路２０中に設けられ冷媒が流通する流路を前記循環通路１６又は前記バイパス通路２０のいずれか一方に切り換える流路切換弁２２とを含む。前記流路切換弁２２に代替して冷媒の流通量を制御する流量制御弁を用いてもよい。
【００２２】
なお、燃料電池スタック１２は、図６に示されるように、燃料電池自動車のフロアパネル２４下のセンタトンネル２６内に配置されると共に、後記するフレーム４４上に固定される。また、流路切換弁２２は、ラジエータ１４への冷媒の流通量を調整して燃料電池スタック１２へ供給される冷媒の温度を調整する温度制御機構であるサーモスタットバルブとして機能するものである。
【００２３】
燃料電池スタック１２は、略直方体状からなるスタック本体を有し、前記スタック本体の前面（フロント側）には、前記スタック本体内へ冷媒を流通させて燃料電池スタック１２を冷却するための冷媒導入ポート３０ａ及び冷媒導出ポート３０ｂが設けられる。前記冷媒導入ポート３０ａと前記冷媒導出ポート３０ｂとの間には、循環通路１６の上流側から分岐して下流側に合流する分岐通路３２が設けられ、前記分岐通路３２には、例えば、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を充填したイオン交換器（燃料電池車用イオン交換器）３４が設けられる。
【００２４】
なお、具体的には、図４に示されるように、燃料電池スタック１２の前面１２ａに設けられた複数の冷媒導入ポート３０ａに連通する一方の冷媒マニホールド３６ａと、複数の冷媒導出ポート３０ｂに連通する他方の冷媒マニホールド３６ｂがそれぞれ設けられ、前記一対の冷媒マニホールド３６ａ、３６ｂに対して前記循環通路がそれぞれ接続される。
【００２５】
この場合、前記循環通路１６を構成する管路の内径（Ｄ１）は、分岐通路３２を構成する管路の内径（Ｄ２）よりも大きく設定され（Ｄ１＞Ｄ２）、予め設定された最低流量の冷媒が、前記分岐通路３２を介して、常時、イオン交換器３４を流通するように設けられている。
【００２６】
また、図１に示されるように、前記冷媒回路１０には、ポンプ１８を駆動させる駆動信号を導出すると共に、流路切換弁２２に対して弁切換信号（弁動作制御信号）を導出する制御手段として機能するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３８が設けられる。前記ＥＣＵ３８は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏポート等を含むマイクロコンピュータからなる電子制御装置によって構成される。
【００２７】
イオン交換器３４中には、図示しないイオン交換樹脂が収納されており、冷媒は、前記イオン交換樹脂と接触することにより、前記冷媒中に含有されていたイオン（イオン溶解成分）が取り除かれた上でイオン交換器３４から導出される。前記イオン交換器３４から導出された冷媒は、分岐通路３２を介して循環通路１６と合流した後、再びポンプ１８によって循環駆動されて循環通路１６中を循環するように設けられる。
【００２８】
また、図１に示されるように、冷媒が導入されるイオン交換器３４のインレットポートと分岐通路３２を構成する配管（配管チューブ）との間には、前記インレットポートと配管とを着脱自在に接続する第１継手機構４０ａが設けられ、一方、冷媒が導出されるイオン交換器３４のアウトレットポートと分岐通路３２を構成する配管（配管チューブ）との間には、前記アウトレットポートと配管とを着脱自在に接続する第２継手機構４０ｂが設けられる。前記第１継手機構４０ａ及び前記第２継手機構４０ｂは、それぞれ同一構成からなり、後記するイオン交換器３４の配管接続構造において詳細に説明する。
【００２９】
＜冷媒回路中におけるイオン交換器の設置位置及び設置構造＞
次に、燃料電池スタック１２とイオン交換器３４との設置関係（配置関係）について、以下説明する。イオン交換器３４は、図２に示されるように、平面視して矩形状に形成された燃料電池スタック１２の軸線Ｃと並列に配置される。また、前記イオン交換器３４は、燃料電池自動車の進行方向と平行に横置きに配置されると共に、平面視して燃料電池スタック１２から右側の横方向に所定間隔離間し、燃料電池自動車の中心から外側に配置される。
【００３０】
さらに、イオン交換器３４は、図３に示されるように、燃料電池自動車の下方向（床下方向）で側面視して矩形状に形成された燃料電池スタック１２の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路１０中において最下部に配置される。なお、イオン交換器３４は、燃料電池スタック１２の底面と略面一に限定されるものではなく、後記するように、イオン交換器３４の交換作業を容易に遂行するため、略面一の位置よりも下側に配置されることが好ましい（図３中の破線参照）。勿論、図３の位置であっても、イオン交換器３４の交換は十分に容易である。
【００３１】
図４に示されるように、イオン交換器３４は、ハウジング３４ａの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部４２ａ、４２ｂを介して、燃料電池スタック１２が固定されるフレーム４４と同一のフレーム４４上に固定される。このフレーム４４は、燃料電池自動車の略中心に位置しフロントからリアに向かって直線状に延在するように設けられた直線部４６と、前記直線部４６と略直交する方向に向かって突出する突出部４８とを有する。前記フレーム４４の直線部４６には、その延在方向に沿って燃料電池スタック１２が固定され、また、前記フレーム４４の一対の突出部４８、４８には、前記燃料電池スタック１２と平行にイオン交換器３４の支持部４２ａ、４２ｂが複数のボルト５０を介してねじ締結される。
【００３２】
この場合、図５に示されるように、略円筒状に形成されたイオン交換器３４のハウジング３４ａの軸方向に沿った両端部には、軸方向に沿って所定長だけ突出する一対の支持部４２ａ、４２ｂが設けられ、下側から螺入されるボルト５０を介して前記支持部４２ａ、４２ｂとフレーム４４の側部とが固定される。
【００３３】
イオン交換器３４の下方側（下部）には、前記イオン交換器３４の形状（寸法）に対応した大きさ（縦横寸法）を有する単一のアンダカバー５２が設けられる（詳細については、イオン交換器の交換作業のところで後記する）。このアンダカバー５２は、フレーム４４に対して下部側から螺入されるボルト５４等の締結部材を介して、燃料電池自動車のボデイの床下部に対して着脱自在に設けられる。なお、本実施形態では、前記アンダカバー５２をボルト５４によって締結しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しないクリップ等の取り換えが容易な締結部材であれば適宜置き換え可能である。
【００３４】
本実施形態では、イオン交換器３４が、燃料電池スタック１２を支持するフレーム４４と同一フレーム上に配置され、且つ、車両下方向で平面視して車両中心から外側に配置されることにより、車体下部（床下部）に設けられたアンダカバー５２を取り外して開成された開口を通じて前記イオン交換器３４を外部に露呈させた状態で簡便にイオン交換器３４の交換作業を遂行することができる。従って、従来と比較してイオン交換器３４の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、イオン交換器３４と燃料電池スタック１２とを並列に並べることで、前記燃料電池スタック１２の冷媒導ポート３０ａに対して供給される冷却された冷媒（ラジエータ１４によって熱交換された冷媒）を分岐させ、前記分岐された冷媒をイオン交換器３４に対して流すことができる効果が得られる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、燃料電池スタック１２とイオン交換器３４とがそれぞれ別個の場所に配置された場合の配管接続と比較して、並列に配置された燃料電池スタック１２とイオン交換器３４とを接続する配管の配管長が短縮されるため、コスト及び重量的に優位性が得られる。
【００３７】
さらにまた、本実施形態では、イオン交換器３４が車両の進行方向と平行に横置き状態で車体下部に配置され、単独で着脱可能に設けられることにより、より一層イオン交換器の交換作業を簡便化することができる。
【００３８】
＜燃料電池自動車におけるイオン交換器の設置位置及び設置構造＞
図６は、フロアパネルとフレームとの間に配置された燃料電池スタック及びイオン交換器をフロント側からリア側に向かって見た正面図、図７は、図６の矢印Ｙ２方向から見た側面図である。
【００３９】
図６に示されるように、燃料電池スタック１２は、燃料電池自動車の車体フロアを構成するフロアパネル２４下のセンタトンネル２６内で、フロント側からリア側に沿って延在するフレーム４４上に固定される。前記フロアパネル２４の中央部には、運転席及び助手席との間で略台形状に上方に向かって突出することによってセンタコンソール５６が形成され、前記センタコンソール５６内に燃料電池スタック１２がフロント側からリア側に延在するように配設される。
【００４０】
前記フロアパネル２４には、中央部のセンタコンソール５６の両側に隣接し、一旦、下方側（フレーム４４側）に向かって傾斜した後、フレーム４４の上面に当接する手前で略コ字状に屈曲し、さらに上方に向かって僅かに突出する窪み部５８が形成される。前記窪み部５８に連続する車幅方向には、シート真下に位置する凸部６０が形成され、図７に示されるように、助手席のシート真下の凸部６０内には、上方に向かって膨出形成されることにより、フレーム４４との間で所定間隔離間したスペース６２が設けられる。イオン交換器３４は、助手席シートの真下の位置にフロアパネル２４の凸部６０とフレーム４４とによって形成される前記スペース６２内に配置される。
【００４１】
なお、本実施形態では、平面視して燃料電池スタック１２の右横であって、助手席シートの下方にイオン交換器３４を配置しているが（図２及び図７参照）、これに限定されるものではなく、例えば、平面視して燃料電池スタック１２の左横であって、運転席シートの下方に設けられたスペース６２（図６参照）内にイオン交換器３４を配置するようにしてもよい。また、前記イオン交換器３４が設置されるスペース６２は、フロアパネル２４をフレーム４４に当接するように下方側に向かって膨出形成し、フロアパネル２４とフレーム４４との間で密封された空間部であってもよい。
【００４２】
燃料電池自動車の車室内でイオン交換器３４を設置するための特別のスペース（車室内側に向かって突出するスペース）を設けることがなく、シート下方に設けられ乗員にとって邪魔となることがないデッドスペース内にイオン交換器３４を配置することにより、車室内の有効スペースを広くとることができると共に、車室内のスペースを有効活用してレイアウトの自由度を増大させることができる。
【００４３】
また、燃料電池スタック１２とイオン交換器３４との間には、いわゆる隔壁として機能するフロアパネル２４の窪み部５８を介在させ、前記燃料電池スタック１２と前記イオン交換器３４とがそれぞれ区画された別個の室に配置される構造とすることにより、比較的高温に弱い特性（イオン交換樹脂のイオン吸着能力の低下）を有するイオン交換器３４の耐久性の劣化を抑制することができる。
【００４４】
この場合、イオン交換器３４が窪み部５８を間にして燃料電池スタック１２の近傍に配置されることにより、冷媒回路１０全体の配管長を短縮することができると共に、冷媒回路１０の配管全体の重量を軽減し、冷媒回路１０を流通する全体の冷媒量を減少させることができる。
【００４５】
＜イオン交換器の配管接続構造＞
図８（ａ）、（ｂ）は、継手機構を構成する雄コネクタと雌コネクタとの着脱動作を示す模式図である。
【００４６】
イオン交換器３４の出入口であるインレットポート６４ａ及びアウトレットポート６４ｂには、それぞれ、同一構成からなる第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂが設けられ、前記第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂは、それぞれ、雄コネクタ６８と雌コネクタ７０から構成される。雄コネクタ６８には、ノーマルクローズタイプのバルブからなる第１弁体７４が配設され、雌コネクタ７０には、ノーマルクローズタイプの他のバルブからなる第２弁体１０２が配設され、外部に向かってそれぞれ突出する前記第１弁体７４の先端部と前記第２弁体１０２の先端部とが当接することにより、冷媒が流通する流体通路（冷媒通路）が開成するように設けられる。
【００４７】
以下、図８（ａ）、（ｂ）に基づいて、詳細に説明する。なお、前記第１継手４０ａ及び第２継手機構４０ｂは、それぞれ同一構成からなり、インレットポート６４ａ側とアウトレットポート６４ｂ側とでそれぞれ対称に配置されるため、アウトレットポート６４ｂ側の第２継手機構４０ｂを詳細に説明してインレットポート６４ａ側の第１継手機構４０ａの説明を省略する。
【００４８】
図８（ａ）に示されるように、第２継手機構４０ｂ（第１継手機構４０ａ）は、イオン交換器３４のアウトレットポート６４ｂ側（インレットポート６４ａ側）に設けられ前記イオン交換器３４の略円筒状のハウジング３４ａの一端部に連結される雄コネクタ６８と、配管６６側に設けられ配管チューブが接続される雌コネクタ７０とから構成される。
【００４９】
雄コネクタ６８は、第１コネクタ本体７２の一端部から一部が突出可能に設けられると共に、前記第１コネクタ本体７２の軸方向に沿って変位自在に配設された第１弁体７４と、前記第１コネクタ本体７２の中間部に固定される第１係止部材８０と、一端部が前記第１係止部材８０に係着され他端部が前記第１弁体７４に係着さればね力によって前記第１弁体７４の先端部を第１コネクタ本体７２の一端部から突出する方向に押圧する第１ばね部材８２とを有する。
【００５０】
前記第１コネクタ本体７２の一端部の内面には第１着座部９０が形成され、前記第１着座部９０に対して第１弁体７４が着座することにより、前記アウトレットポート６４ｂが閉塞された弁閉状態となる。
【００５１】
この場合、前記第１コネクタ本体７２の軸方向に沿った一端部側の外周面には、環状溝を介して第１シールリング９２が装着され、前記第１コネクタ本体７２が後記する第２コネクタ本体９４の開口部９６に装着されたとき、前記第１シールリング９２によって第１コネクタ本体７２と第２コネクタ本体９４との連結部位（着脱部位）が液密乃至気密にシールされる（図８（ｂ）参照）。
【００５２】
前記第１シールリング９２は、イオン交換器３４側の雄コネクタ６８に設けられ、配管６６側である雌コネクタ７９との着脱部位をシールするシール部材として機能するものである。
【００５３】
また、前記第１弁体７４には、環状溝を介して第２シールリング９８が装着され、前記第１弁体７４が第１着座部９０に着座して弁閉状態となったとき、前記第２シールリング９８によって着座部位がシールされることにより、アウトレットポート６４ｂ側からの冷媒の漏出を好適に阻止することができる。
【００５４】
換言すると、イオン交換器３４のアウトレットポート６４ｂから配管６６が取り外されて雄コネクタ６８から雌コネクタ７０が離脱された際、第１弁体７４が第１着座部９０に着座して弁閉状態になると共に、着座部位をシールする前記２シールリング９８によってアウトレットポート６４ｂ側からの冷媒の導出が確実に阻止される。
【００５５】
前記雌コネクタ７０は、第１コネクタ本体７２が挿通可能な開口部９６を有する略円筒状の第２コネクタ本体９４と、前記第２コネクタ本体９４の貫通孔に沿って変位自在に配設され前記第２コネクタ本体９４の中間部の隔壁に形成された第２着座部１００に着座する第２弁体１０２と、前記第２コネクタ本体９４の中間部に固定される第２係止部材１０６とを含む。
【００５６】
なお、雌コネクタ７０の内壁を構成する開口部９６は、従来技術に係る図示しない管継手のようにＯリングを装着するための環状溝等が何ら形成されていない円筒面からなり、後記するように高圧洗浄によって前記開口部９６を好適に洗浄することができる。
【００５７】
さらに、前記雌コネクタ７０は、一端部が前記第２係止部材１０６に係着され他端部が前記第２弁体１０２に係着されて、ばね力によって前記第２弁体１０２を第２コネクタ本体９４の開口部９６側に向かって押圧する第２ばね部材１０８を有する。
【００５８】
さらに、前記第２弁体１０２には、環状溝を介して第３シールリング１１６が装着され、前記第２弁体１０２が第２着座部１００に着座して弁閉状態となったとき、前記第３シールリング１１６によって着座部位がシールされることにより、配管６６側からの冷媒の漏出を好適に阻止することができる。
【００５９】
換言すると、イオン交換器３４のアウトレットポート６４ｂから配管６６が取り外されて雄コネクタ６８から雌コネクタ７０が離脱された際、第２弁体１０２が第２着座部１００に着座して弁閉状態になると共に、着座部位をシールする前記３シールリング１１６によって配管６６側からの冷媒の導出が確実に阻止される。
【００６０】
このように、雄コネクタ６８及び雌コネクタ７０にそれぞれ配設された第１弁体７４及び第２弁体１０２は、雄コネクタ６８と雌コネクタ７０とが相互に取り外された通常の状態（コネクタ間の連結が解除された通常の状態）においてそれぞれ弁閉状態となるノーマルクローズタイプのバルブによって構成される。
【００６１】
なお、第１弁体７４、第２弁体１０２、第１ばね部材８２及び第２ばね部材１０８、ゴム製材料によって形成された第１シールリング９２、第２シールリング９８及び第３シールリング１１６を除いた第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂの全構成要素（配管６６を含む）は、所定の強度を有し、導電率が低くイオンが導出しにくい材料（例えば、樹脂製材料、セラミック材料等）によって形成されるとよい。
【００６２】
図８（ａ）に示す状態から第２コネクタ本体９４の開口部９６に沿って第１コネクタ本体７２を挿通させ前記雄コネクタ６８と雌コネクタ７０とが装着される際、図８（ｂ）に示されるように、同軸上に対向配置された第１弁体７４の先端部と第２弁体１０２の先端部とが相互に当接し、前記第１弁体７４と第２弁体１０２の当接状態が保持されたまま第１コネクタ本体７２は第１ばね部材８２のばね力に抗して第２コネクタ本体側に向かって接近する方向に変位すると共に、第２コネクタ本体９４は第２ばね部材１０８のばね力に抗して第１コネクタ本体７２側に向かって接近する方向に変位する。
【００６３】
第１弁体７４及び第２弁体１０２が先端部での当接状態を保持しながら第１コネクタ本体７２及び第２コネクタ本体９４が相互に接近する方向に向かって変位することにより、前記雄コネクタ６８と雌コネクタ７０とが相互に嵌着される。この雄コネクタ６８及び雌コネクタ７０の嵌着状態では、図８（ｂ）に示されるように、前記第１弁体７４が第１着座部９０から離間して弁開状態となり、一方、第２弁体１０２が第２着座部１００から離間して弁開状態となる。
【００６４】
従って、第１弁体７４と第１着座部９０との間に間隙が形成されると共に、第２弁体１０２と第２着座部１００との間に間隙が形成され、図８（ｂ）の矢印で示されるように、両方の間隙を通じてアウトレットポート６４ｂと配管６６とが連通状態となる。この結果、雌コネクタ７０と雄コネクタ６８とを接続することにより、第１弁体７４及び第２弁体１０２がそれぞれ弁開状態となって冷媒を流体通路に沿って円滑に流通させることができる。
【００６５】
なお、イオン交換器３４側の雄コネクタ６８から配管６６側の雌コネクタ７０を取り外した後、例えば、図示しない棒部材や治具等を第２コネクタ本体９４の開口部９６から挿入して第２弁体１０２の先端部を押圧し、強制的に前記第２弁体１０２を第２着座部１００から離間させた弁開状態とすることにより、配管６６中に残存する冷媒を好適に外部に排出することができる。この場合、イオン交換器３４は、冷媒回路１０中において最下部に配置されているため、冷媒の円滑且つ迅速な排水性が得られ、冷媒の排出作業を効率的に遂行することができる。
【００６６】
＜イオン交換器の取付構造（支持構造）＞
次に、イオン交換器３４の取付構造（支持構造）について、説明する。
図５に示されるように、イオン交換器３４の軸方向に沿った両側の支持部４２ａ、４２ｂは、燃料電池スタック１２と同一フレーム４４からなる一対の突出部４８間に、前記燃料電池スタック１２と平行に複数のボルト５０を介してねじ締結されて取り付けられるが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示されるように、イオン交換器３４の片側一方のみを差込構造としてもよい。なお、図９中では、説明の便宜上、第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂの図示を省略している。
【００６７】
図９（ａ）、（ｂ）の第１変形例に示されるように、例えば、断面円形状の小孔１２０が形成されたブロック１２２を一方のフレーム４４側に連結し、イオン交換器３４の片側に前記小孔１２０に挿通される円柱状の支持部１２４を設け、前記小孔１２０に対して円柱状の支持部１２４を差し込むような構造にするとよい。
【００６８】
また、図９（ｃ）の第２変形例に示されるように、矩形状のブロック部１２６と円盤部１２８との間に環状溝１３０が形成された部材を一方のフレーム４４側に連結し、イオン交換器３４の片側に前記環状溝１３０に係合する開口１３２が形成されたプレート部材１３４を設け、前記環状溝１３０に対してプレート部材１３４の開口１３２を差し込むように構成するとよい。
【００６９】
さらに、図９（ｄ）の第３変形例に示されるように、矩形状の第１プレート体１３６の一端部に小径な柱体１３８を立設するように連結し、イオン交換器３４の片側に前記柱体１３８が差し込まれる円形状の孔部１４０を有する第２プレート体１４２を設け、前記柱体１３８を第２プレート体１４２の孔部１４０に差し込むように構成するとよい。
【００７０】
このようなイオン交換器３４の片側差込構造とすることにより、燃料電池自動車のボデイの下部側（床下部）に配置されたイオン交換器３４を交換する際、前記イオン交換器３４の取り外し作業及び取り付け作業がより一層簡便となり、作業時間の短縮化を図ることができる。具体的には、先ず、イオン交換器３４の片側部分を差し込んで引っ掛けておき、イオン交換器３４の反対側部分で締結することにより、狭小なスペースでのイオン交換器３４の着脱作業も容易となる。
【００７１】
＜冷媒回路の作用効果＞
次に、前記した冷媒回路１０の作用効果について説明する。
図示しないイグニッションスイッチをオン状態にすると、燃料電池スタック１２へ燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）とがそれぞれ供給され、燃料電池スタック１２で発電が開始される。同時に、ＥＣＵ３８から駆動信号がポンプ１８に導入され、ポンプ１８も駆動を開始し、循環通路１６に沿って冷媒が流通する。この場合、循環通路１６から分岐する分岐通路３２を介して冷媒がイオン交換器３４内に導入され、冷媒中のイオン溶解成分が図示しないイオン交換樹脂によって除去（吸着）される。
【００７２】
なお、燃料電池スタック１２の発熱によって冷媒の温度が所定温度以上に上昇した場合、例えば、ＥＣＵ３８からの弁切換信号に基づいて流路切換弁２２の弁位置を切り換えてラジエータ１４側に冷媒を導入し、前記ラジエータ１４による放熱作用によって冷媒を冷却するようにしてもよい。
【００７３】
＜イオン交換器の交換作業＞
イオン交換器内に収納された図示しないイオン交換樹脂は、冷媒中のイオンを吸着することにより、徐々にイオン吸着能力が低下する特性を有するため、劣化したイオン交換樹脂（イオン交換器）を新たなイオン交換樹脂（イオン交換器）と定期的に交換するメンテナンスが必要となる。以下に、イオン交換器の交換作業について説明する。
【００７４】
図１０は、フレームからアンダカバーを取り外した状態の一部省略分解斜視図である。
図１０に示されるように、燃料電池自動車のボデイの下部側（床下側）に設けられた単一のアンダカバー５２を固定しているボルト５４等を緩めて前記アンダカバー５４を取り外すことにより、前記ボデイの下部側からイオン交換器３４を露呈させる。
【００７５】
この場合、本実施形態では、イオン交換器３４は、燃料電池スタック１２と同一のフレーム４４上に固定されていると共に、燃料電池自動車のボデイの下方向で平面視して前記燃料電池自動車の中心から外側に配置されており、前記イオン交換器３４の真下に位置するアンダカバー５２を取り外すことにより、前記イオン交換器３４が外部に露呈した取り外し可能な状態となる。
【００７６】
続いて、支持部４２ａ、４２ｂを介してイオン交換器３４をフレーム４４に取り付けている複数のボルト５０を緩めて前記イオン交換器３４を前記フレーム４４から取り外した後、第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂを構成する雄コネクタ６８から雌コネクタ７０を離脱させることによって前記イオン交換器３４のインレットポート６４ａ及びアウトレットポート６４ｂから配管６６をそれぞれ取り外す。
【００７７】
その際、前述したように、第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂに設けられた第１弁体７４及び第２弁体１０２がそれぞれノーマルクローズタイプの弁によって構成されているため、前記第１弁体７４及び第２弁体１０２がそれぞれ第１着座部９０及び第２着座部１００に着座した弁閉状態となり（図８（ａ）参照）、冷媒回路１０中に残存する冷媒が外部に漏出することが防止される。このため、作業者は、冷媒によって被水することがなく（液体冷媒の場合）、イオン交換器３４に接続されている配管６６を簡便に取り外すことができる。
【００７８】
すなわち、イオン交換器３４のインレットポート６４ａ及びアウトレットポート６４ｂから配管６６を取り外す際、取り外された配管６６側の雌コネクタ７０の第２弁体１０２が弁閉状態となって配管６６中に残存する冷媒の外部への漏出が阻止されると共に、イオン交換器３４側に接続された雄コネクタ６８の第１弁体７４が弁閉状態となってイオン交換器３４内に残存する冷媒の外部への漏出が阻止される。このことは、インレットポート６４ａ側及びアウトレットポート６４ｂ側に設けられた第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂにおいてそれぞれ同様である。
【００７９】
このようにしてイオン交換器３４がフレーム４４から離間可能となり配管６６が取り外された後、作業者は、アンダカバー５２が取り外された燃料電池自動車の床下開口部を通じて性能が劣化したイオン交換器３４を前記燃料電池自動車の外部に単独で取り出すことができる。さらに、前記床下開口部を通じて、冷媒が予め所定量だけ充填されている新たなイオン交換器３４をボルト５０によってフレーム４４に固定すると共に、第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂの雌コネクタ７０を雄コネクタ６８に装着する配管接続を行う。なお、図９に示されるように、イオン交換器３４を片側差込構造とすることにより、より一層、イオン交換器３４の取り外し及び取り付け作業を簡便に行うことができる。
【００８０】
これに対して、例えば、イオン交換器３４が燃料電池スタック１２と一緒に、図示しない筐体内に収容されている場合を仮定すると、先ず、イオン交換器３４を交換するためには、図示しない筐体を燃料電池自動車から取り出す必要がある。その際、燃料電池スタック１２及びイオン交換器３４にそれぞれ接続されている配管類を取り外す必要があると共に、冷媒回路１０中に残存する冷媒を前記冷媒回路１０から除去する、いわゆる冷媒抜き作業を行わなければならず、イオン交換器３４の交換作業に多大な労力と時間とが必要となる。
【００８１】
本実施形態では、燃料電池自動車の下部側に設けられた単一のアンダカバー５２を取り外すだけで、燃料電池スタック１２と並列に配置されたイオン交換器３４が交換可能な状態となり、前記のようにイオン交換器３４が収容された筐体の取り外し作業や、冷媒抜き作業及び冷媒の再注入作業等が不要となり、従来と比較してより一層、イオン交換器３４の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。
【００８２】
また、一般的にはイオン交換器の交換タイミングが冷媒の寿命よりも短いが、本実施形態では、従前から使用されている冷媒回路中の冷媒をそのまま保持した状態でイオン交換器のみを交換することができるため、冷媒の有効活用を達成することができる。
【００８３】
＜本実施形態と比較例との相違点＞
次に、本実施形態と特許文献２（以下、比較例という）とを比較した相違点について、以下詳細に説明する。この比較例の図１には、水通路を構成する水配管の供給側配管中であって、ボックス状に形成された燃料電池スタックの横にイオン交換器を配置する点が開示されているが、以下の点で相違する。
【００８４】
第１に、比較例では、燃料電池スタックとイオン交換器との高さ関係について、何ら具体的に開示乃至示唆されていないのに対し、本実施形態では、図２及び図３に示されるように、イオン交換器３４が燃料電池スタック１２の横で、且つ冷媒回路１０の最下部に配置されている点で相違している。
【００８５】
第２に、比較例では、冷媒回路において、配管を通じて燃料電池スタックとイオン交換器が直列に接続されて冷媒がイオン交換器及び燃料電池スタックに直列に流通するのに対し、本実施形態では、図１に示されるように、分岐通路３２を介して燃料電池スタック１２とイオン交換器３４とが並列に接続され、冷媒が並列に流通するように設けられている点で相違している。
【００８６】
第３に、比較例では、バッテリ（重量補機）と電気遮断機（軽量補機）との車幅方向における重量バランスの最適化を図るために、電気遮断機（軽量補機）側に冷媒配管及びイオン交換器が配置されているのに対し、本実施形態では、センタコンソール５６内に配置された燃料電池スタック１２を基準として車幅方向に沿った左右両側のいずれのスペース６２に配置されてもよく（図６参照）、レイアウトの自由度が向上している点で相違している。
【００８７】
第４に、比較例では、イオン交換器のインレットポート及びアウトレットポートに対して配管が直接接続されているのに対し、本実施形態では、第１継手機構４０ａ及び第２継手機構４０ｂを介して着脱自在に設けられている点で相違している。
【００８８】
第５に、比較例では、イオン交換器の交換作業について何ら開示乃至示唆されていないのに対し、本実施形態では、イオン交換器３４の交換作業を簡便化するために、前記イオン交換器３４の配置位置、配置構造及び取付構造等について、種々の改良が加えられている点で相違している。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムが組み込まれた冷媒回路の回路構成図である。
【図２】前記冷媒回路の概略構成平面図である。
【図３】前記冷媒回路の概略構成側面図である。
【図４】前記冷媒回路を構成する燃料電池スタック及びイオン交換器がフレーム上に固定された状態を示す斜視図である。
【図５】図４の矢印Ｙ１方向からみた図であって、イオン交換のフレームに対する取付構造を示す側面図である。
【図６】フロアパネルとフレームとの間に配置された燃料電池スタック及びイオン交換器を、フロント側からリア側に向かって見た正面図である。
【図７】図６の矢印Ｙ２方向から見た側面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、継手機構を構成する雄コネクタと雌コネクタとの着脱動作を示す模式図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第１変形例に係るイオン交換器の片側差込構造を示す側面図及び分解斜視図、（ｃ）は、第２変形例に係る片側差込構造を示す分解斜視図、（ｄ）は、第３変形例に係る片側差込構造を示す分解斜視図である。
【図１０】フレームからアンダカバーを取り外した状態の一部省略分解斜視図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０    冷媒回路
１２    燃料電池スタック
２４    フロアパネル
３４    イオン交換器
４０ａ、４０ｂ  継手機構
４２ａ、４２ｂ  支持部
４４    フレーム
５２    アンダカバー
５４    ボルト（締結部材）
５６    センタコンソール
６２    スペース
６６    配管
７４、１０２  弁体
【図１】
0005161633.tif 000002
【図２】
0005161633.tif 000003
【図３】
0005161633.tif 000004
【図４】
0005161633.tif 000005
【図５】
0005161633.tif 000006
【図６】
0005161633.tif 000007
【図７】
0005161633.tif 000008
【図８】
0005161633.tif 000009
【図９】
0005161633.tif 000010
【図１０】
0005161633.tif 000011