(57)【要約】【課題】  従来に比べてコスト低下できる燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法の提供。【解決手段】（１）（ａ）燃料電池スタック２３が収められるスタックケース４０の外側に位置する第１の配管部分３６と、スタックケース４０の内側に位置しスタック２３の外側に位置する第２の配管部分３７と、を備える流体配管３５と、（ｂ）第１の配管部分３６の少なくとも先端部３６ａを覆う絶縁ホース３８と、（ｃ）第１の配管部分３６のうち絶縁ホース３８が覆わない露出部分３６ｂを被覆するフッ素樹脂熱収縮チューブ３９と、を有する燃料電池の配管絶縁構造および配管絶縁方法。（２）第２の配管部分３７の少なくとも一部はフッ素樹脂熱収縮チューブ３９にて被覆される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）燃料電池スタックが収められるスタックケースの外側に位置する第１の配管部分と、前記スタックケースの内側に位置し前記スタックの外側に位置する第２の配管部分と、を備える流体配管と、
（ｂ）前記第１の配管部分の少なくとも先端部を覆う絶縁ホースと、
（ｃ）前記第１の配管部分のうち前記絶縁ホースが覆わない露出部分を被覆するフッ素樹脂熱収縮チューブと、
を有する燃料電池の配管絶縁構造。
【請求項２】
前記第２の配管部分の少なくとも一部はフッ素樹脂熱収縮チューブにて被覆される請求項１記載の燃料電池の配管絶縁構造。
【請求項３】
フッ素樹脂熱収縮チューブを既定の長さに切る工程と、
流体配管の、スタックケースの外側に位置する配管部分に、フッ素樹脂熱収縮チューブを挿入する工程と、
フッ素樹脂熱収縮チューブを加熱して該フッ素樹脂熱収縮チューブを収縮させ流体配管を被覆する工程と、
を有する燃料電池の配管絶縁方法。
【請求項４】
フッ素樹脂熱収縮チューブを既定の長さに切る工程と、
流体配管の、スタックケースの外側に位置する第１の配管部分に、フッ素樹脂熱収縮チューブを挿入し、流体配管の、スタックケースの内側に位置し燃料電池スタックの外側に位置する第２の配管部分に、フッ素樹脂熱収縮チューブを挿入する工程と、
フッ素樹脂熱収縮チューブを加熱して該フッ素樹脂熱収縮チューブを収縮させ流体配管を被覆する工程と、
を有する燃料電池の配管絶縁方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、燃料電池スタックケースに収められる。燃料電池スタックには、燃料ガス、酸化ガス、冷媒を供給・排出する各種の金属製流体配管が接続されている。図７に示すように、各種金属製流体配管のケース外に位置する配管部分１に、絶縁ホース２が接続されている。絶縁ホース２は、配管部分１の先端部１ｂとその近傍を覆っている。配管部分１のうち絶縁ホース２で覆われない露出部分１ａには、フッ素樹脂絶縁コーティング３が施されており、そこに直接手を触れても感電しないようにしてある。露出部分１ａは、露出部分１ａにフッ素樹脂を吹付けその後焼付けることでコーティングされる。
【０００３】
しかし、従来の燃料電池の配管構造にはつぎの問題点がある。
フッ素樹脂絶縁コーティング３は、フッ素樹脂の吹付け、焼付けに時間がかかり（フッ素樹脂の吹付けに数分、焼付け（焼成）に数時間）、コストが高い。
また、フッ素樹脂絶縁コーティング３は、配管部分１の絶縁ホース２で覆われる先端部１ｂにも（コーティングを要しない部分にも）施されている。不必要なところもコーティングするため、材料費がかかってしまう。先端部１ｂにマスキングをして先端部１ｂをコーティングしないようにすることも考えられるが、工数が増加してしまう。
【特許文献１】特開２００２−３６２１６４号公報
【特許文献２】特開２０００−１２３８５７号公報
【特許文献３】特開平１−１７５１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、コストが高いことである。
本発明の目的は、従来に比べてコスト低下できる燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  （ａ）燃料電池スタックが収められるスタックケースの外側に位置する第１の配管部分と、前記スタックケースの内側に位置し前記スタックの外側に位置する第２の配管部分と、を備える流体配管と、
（ｂ）前記第１の配管部分の少なくとも先端部を覆う絶縁ホースと、
（ｃ）前記第１の配管部分のうち前記絶縁ホースが覆わない露出部分を被覆するフッ素樹脂熱収縮チューブと、
を有する燃料電池の配管絶縁構造。
（２）  前記第２の配管部分の少なくとも一部はフッ素樹脂熱収縮チューブにて被覆される（１）記載の燃料電池の配管絶縁構造。
（３）  フッ素樹脂熱収縮チューブを既定の長さに切る工程と、
流体配管の、スタックケースの外側に位置する配管部分に、フッ素樹脂熱収縮チューブを挿入する工程と、
フッ素樹脂熱収縮チューブを加熱して該フッ素樹脂熱収縮チューブを収縮させ流体配管を被覆する工程と、
を有する燃料電池の配管絶縁方法。
（４）  フッ素樹脂熱収縮チューブを既定の長さに切る工程と、
流体配管の、スタックケースの外側に位置する第１の配管部分に、フッ素樹脂熱収縮チューブを挿入し、流体配管の、スタックケースの内側に位置し燃料電池スタックの外側に位置する第２の配管部分に、フッ素樹脂熱収縮チューブを挿入する工程と、
フッ素樹脂熱収縮チューブを加熱して該フッ素樹脂熱収縮チューブを収縮させ流体配管を被覆する工程と、
を有する燃料電池の配管絶縁方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）の燃料電池の配管絶縁構造、または上記（３）、（４）の燃料電池の配管絶縁方法では、スタックケースの外側に位置する流体配管部分をフッ素樹脂熱収縮チューブにて被覆するので、従来に比べて、配管被覆作業を簡略化でき、配管被覆処理時間を短縮できる。そのため、従来に比べてコスト低下できる。更に、量産時の自動化も対応可能となり、さらなる低コスト化を図ることができる。
上記（２）の燃料電池の配管絶縁構造では、流体配管の第２の配管部分の少なくとも一部がフッ素樹脂熱収縮チューブにて被覆されるので、第２の配管部分とスタックケースの内面とを電気的に絶縁するために第２の配管部分とスタックケース内面との間に絶縁空間を設ける必要はない。そのため、第２の配管部分とスタックケース内面との間に絶縁空間を設ける場合に比べて、スタックケースを小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法を図１〜図６を参照して説明する。
本発明の燃料電池の配管絶縁構造および配管絶縁方法が適用される燃料電池は、たとえば、固体高分子型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられていてもよい。
図５、図６に示すように、固体高分子型燃料電池１０は、膜―電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜―電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜―電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
セパレータ１８には、中央部に、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７，２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。
また、セパレータ１８には、外周部に、燃料ガス流路２７に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド３０、酸化ガス流路２８に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド３１、冷媒流路２６に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６は発電領域内のセル内流体流路を形成し、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９は流体マニホールドを形成する。
【０００８】
膜―電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単位燃料電池（「単セル」ともいう）を構成し、少なくとも１つの単セルから燃料電池モジュール１９を構成し（図示例は１セル１０で１モジュールが構成される場合を示す）、モジュールを複数積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、エンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）に、ボルト・ナット２５により固定し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、燃料電池スタック２３を構成する。スタック一端のエンドプレート２２の内側にプレッシャプレート１２を配置し、エンドプレート２２とプレッシャプレート１２との間にばね１５を配置して、図示略の調整ねじで、ばね荷重を調整してセル積層体にかかるスタック締結荷重を調整する。
【０００９】
流体流路２６、２７、２８、２９、３０、３１をシールするために、ガス側のシール材３３および冷媒側のシール３２が設けられる。図示例では、ガス側シール材３３が接着剤からなり、冷媒側シール材３２がガスケット（たとえば、ゴムガスケット）からなる場合を示している。ただし、ガス側シール材３３も冷媒側シール材３２も、接着剤とガスケット（たとえば、ゴムガスケット）の何れから構成されていてもよい。
各セル１９の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に電離する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００１０】
スタック２３の、プレッシャプレート１２、ばね１５が配される側と反対側にあるエンドプレート２２には、流体（冷媒、燃料ガス、酸化ガス）をスタック２３内のマニホールド２９、３０、３１に供給・排出する金属製（ステンレス、アルミ、等）の流体配管３５が接続されている。流体配管３５は、冷媒をスタック２３内の冷媒マニホールド２９に供給・排出する冷媒配管３５ａと、反応ガスを燃料電池スタック２３内のガスマニホールド３０、３１に供給・排出するガス配管３５ｂと、を備える。ガス配管３５ｂは、燃料ガスをスタック２３内の燃料ガスマニホールド３０に供給・排出する燃料ガス配管３５ｃと、酸化ガスをスタック２３内の酸化ガスマニホールド３１に供給・排出する酸化ガス配管３５ｄとからなる。冷媒、燃料ガス、酸化ガスは、スタック２３の、プレッシャプレート１２、ばね１５が配される側と反対側にあるエンドプレート２２からスタック２３内に入りＵターンして、同じエンドプレート２２から出る。
【００１１】
燃料電池スタック２３は、スタックケース（以下、単にケースともいう）４０に収められて車体に搭載されている。スタック２３が複数個（たとえば、２個）水平に配置されている場合には、全スタックが１つの共通のケース４０に収められて車体に搭載される。
スタック２３において、セパレータ１８は高電位になり、冷媒や生成水によってセパレータ１８と導通するエンドプレート２２も高電位になる。また、スタック２３に接続する流体配管３５も高電位になる。スタック２３はケース４０に収められているので、スタック２３には直接手を触れることができないようになっている。
ケース４０は、望ましくはアルミ製である。ケース４０の内面と、スタック２３および流体配管３５との間は、互いに電気的に絶縁されている。
【００１２】
スタック２３に接続する流体配管３５は、スタック２３からケース４０の外側まで延びている。流体配管３５は、ケース４０の外側に位置する第１の配管部分３６と、ケース４０の内側に位置しスタック２３の外側に位置する第２の配管部分３７と、を備える。
第１の配管部分３６は、ケース４０から所定量延びている。第１の配管部分３６の少なくとも先端部（ケース４０側と反対側の端部）３６ａは、図１に示すように、第１の配管部分３６と連通する絶縁ホース（ゴム、樹脂などからなるホース）３８で覆われている。第１の配管部分３６は、絶縁ホース３８で覆われない露出部分３６ｂを有する。絶縁ホース３８は第１の配管部分３６から外れないように、バンド３８ａで外周側から締め付けられている。
【００１３】
第１の配管部分３６の露出部分３６ｂおよびその近傍と、第２の配管部分３７の少なくとも一部（第２の配管部分３７とケース４０との間を互いに電気的に絶縁するのに十分な部分）は、フッ素樹脂熱収縮チューブ３９（図１の斜線部）にて被覆されている。ただし、第２の配管部分３７の被覆は、第２の配管部分３７とケース４０との間に絶縁のために十分な空間をとる事が可能であるならば、必須ではない。
【００１４】
ここで、フッ素樹脂熱収縮チューブ３９を用いた流体配管絶縁方法を、図２〜図４を参照して、説明する。
（ｉ）  まず、フッ素樹脂熱収縮チューブ３９を既定の軸方向長さに切る。なお、既定の長さとは、（ａ）第１の配管部分３６の露出部分３６ｂを被覆する場合には、露出部分３６ｂの配管軸方向長さよりも若干長めの長さであり第１の配管部分３６の先端部３６ａを被覆しない長さである。なお、最も望ましい長さは、フッ素樹脂熱収縮チューブ３９で露出部分３６ｂを被覆したときに、チューブ３９の軸方向一端（ケース４０側端）がケース４０内に組付（ケース４０と流体配管３５が接続されたスタック２３との組付）交差以上入り込み、チューブ３９の軸方向他端が絶縁ホース３８で覆われる部分であってバンド３８ａ部分よりケース４０側となる長さである。その理由は、チューブ３９の軸方向一端が組付交差以上入り込むことで、チューブ３９で被覆しない露出部分３６ｂの発生を防止でき、また、チューブ３９の軸方向他端をバンド３８ａ部分よりもケース４０側にすることで、バンド３８ａ締め付けでチューブ３９がめくれることを防止できるからである。
また、既定の長さとは、（ｂ）第２の配管部分３７の少なくとも一部を被覆する場合には、第２の配管部分３７の軸方向長さと同じかまたは第２の配管部分３７の軸方向長さよりも短い軸方向長さである。
（ｉｉ）次いで、第１の配管部分３６を被覆するために既定の長さに切ったフッ素樹脂熱収縮チューブ３９を、第１の配管部分３６に挿入し、第２の配管部分３７を被覆するために既定の長さに切ったフッ素樹脂熱収縮チューブ３９を、第２の配管部分に挿入する。この挿入作業（取り付け作業）は数秒で行うことができる。
（ｉｉｉ）次いで、第１、第２の配管部分３６、３７に挿入した各フッ素樹脂熱収縮チューブ３９を加熱し、収縮させ、第１、第２の配管部分３６、３７に被覆させる。
なお、加熱は、ドライヤー等で行うことができる。この加熱収縮作業は、数分で行うことができる。
【００１５】
つぎに、本発明実施例の作用を説明する。
本発明実施例では、流体配管３５をフッ素樹脂熱収縮チューブ３９にて被覆しているため、フッ素樹脂熱収縮チューブ３９を既定長さに切り配管３５に挿入して加熱するだけで配管３５を被覆することができる。そのため、従来に比べて、配管被覆作業を簡略化でき、配管被覆処理時間を短縮できる。そのため、従来に比べてコスト低下できる。更に、量産時の自動化も対応可能となり、さらなる低コスト化を図ることができる。
また、フッ素樹脂熱収縮チューブ３９は、第２の配管部分３７の少なくとも一部も被覆しているため、第２の配管部分３７とケース４０の内面とを電気的に絶縁するために第２の配管部分３７とケース４０内面との間に絶縁空間を設ける必要はない。そのため、第２の配管部分３７とケース４０内面との間に絶縁空間を設ける場合に比べて、ケース４０を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例の燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法の、第１の配管部分とその近傍のみを示す部分断面図である。
【図２】本発明実施例の燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法の、フッ素樹脂熱収縮チューブを規定長さに切るときの、チューブ側面図である。
【図３】本発明実施例の燃料電池の配管絶縁構造と配管絶縁方法の、既定長さに切ったフッ素樹脂熱収縮チューブを第１の配管部分に挿入したときの、第１の配管部分とチューブのみの側面図である。
【図４】図３の状態からチューブを収縮させて第１の配管部分を被覆したときを示す、第１の配管部分とチューブのみの側面図である。
【図５】本発明実施例の燃料電池の配管絶縁構造が適用される燃料電池の全体外略図である。
【図６】図５の燃料電池の一部拡大断面図である。
【図７】従来の燃料電池の配管絶縁構造の、ケース外の配管部分とその近傍を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１２  プレッシャプレート
１３  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１５  ばね
１６  拡散層
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  セルモジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  燃料電池スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２６  冷媒流路
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
２９  冷媒マニホールド
３０  燃料ガスマニホールド
３１  酸化ガスマニホールド
３５  流体配管
３５ａ  冷媒配管
３５ｂ  ガス配管
３５ｃ  燃料ガス配管
３５ｄ  酸化ガス配管
３６  第１の配管部分
３６ａ  第１の配管部分の先端部
３６ｂ  第１の配管部分の露出部分
３７  第２の配管部分
３８  絶縁ホース  
３８ａ  バンド
３９  フッ素樹脂熱収縮チューブ
４０  スタックケース
【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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【図７】
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