(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を供給する燃料電池を収容し、上方開口された箱部と、
前記燃料電池を収容した前記箱部の上方開口を密閉する天蓋を設け、
前記天蓋の四辺の下面が前記箱部の四辺の上面に倣う形状となっており、前記下面と前記上面との間にシール材を設けて前記箱部の上方開口を前記天蓋で密閉し、
前記天蓋を車両床下の車体フレームと前記箱部との間に挟み込んで前記箱部と前記天蓋とを共締めしながら前記車体フレームに取り付けられて固定されたことを特徴とする燃料電池システムボックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載され、燃料電池を収容する燃料電池システムボックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンに代えて走行用モータを搭載する各種の電気自動車が開発されている。この種の電気自動車の一つとして、燃料電池システムを走行用モータの電源として搭載する自動車の開発が進められている。
【０００３】
その一方、燃料電池は、その他の発電を必要とする分野においても、広く用いられている。その例として、特開平５−２１０８４号公報に開示されたユニット組立型燃料電池発電システムがある。この組立型燃料電池発電システムは、燃料電池発電システムを複数の機能別ユニットに分離し、分離した機能別システムの構成要素をそれぞれ独立架台を有するフレーム内にあらかじめ組み立ててなる複数の機能別ユニットとしている。そして、この複数の機能別ユニットを共通架台上に配設して一体化したものである。かかる組立燃料電池発電システムにおいては、組立作業を容易化し省時間化でき、連続生産に適した燃料電池発電システムとすることができる。また、分解点検、修理を容易化、省時間化することができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に開示されているような燃料電池発電システムは、たとえば工場プラントにおいて静置して使用するものであり、自動車に搭載されるものではない。このような燃料電池発電システムをたとえば自動車に搭載して使用する際には、スペースの関係上、自動車の床下に配設するのが好適となるが、この場合には、次のような問題がある。
【０００５】
まず、自動車では、走行するときに、水、泥、チッピング等から燃料電池発電システムを保護する必要が生じる。ところが、前記公報に開示された燃料電池発電システムでは、そのような保護機能を有していなかった。
【０００６】
また、前記公報に開示された燃料電池発電システムでは、各ユニットが露出しており、外部からの接触が容易にできてしまうが、燃料電池発電システムには、高電圧を生じる部品も含まれている。これらの高電圧の部品に容易に接触できてしまうと、たとえば乗員が点検等を行おうとする際に、これらの部品に誤って触れてしまうことが懸念される。
【０００７】
さらに、燃料電池発電システムは、床下、すなわち車室の下に配置されていることになり、燃料電池発電システムから漏れ出した水素が、車室内に入り込むことがある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、各機能別にユニット化された燃料電池システムを自動車に搭載する際に、水、泥、チッピング等から保護し、高電圧部品に乗員等が触れないようにし、さらには、車室内に水素が入り込むのを防止した燃料電池システムボックスを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明に係る燃料電池システムボックスは、電気を供給する燃料電池を収容し、上方開口された箱部と、  前記燃料電池を収容した前記箱部の上方開口を密閉する天蓋を設け、前記天蓋の四辺の下面が前記箱部の四辺の上面に倣う形状となっており、前記下面と前記上面との間にシール材を設けて前記箱部の上方開口を前記天蓋で密閉し、前記天蓋を車両床下の車体フレームと前記箱部との間に挟み込んで前記箱部と前記天蓋とを共締めしながら前記車体フレームに取り付けられて固定されたことを特徴とする燃料電池システムボックスである。
【００１０】
本発明に係る燃料電池システムボックスは、それぞれ機能が異なる加湿手段、冷却手段、および制御手段がそれぞれ個別のユニットとして構成されている。このため、生産性に優れるとともに、分解点検、修理の容易化などを図ることができる。
【００１１】
また、これらのユニットは箱部に収容され、箱部の上方開口は天蓋によって密閉されている。このため、箱部の内部の各ユニットを水、泥、チッピングなどの外部入力から好適に保護することができる。また、ドライバなどが、高電圧部品などに不意に触れることや燃料電池から漏洩した水素が車室内に入り込むことなどを適切に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池システムボックスを搭載する車両の側断面図、図２は、燃料電池システムボックスの分解斜視図、図３は、燃料電池システムボックス本体の斜視図、図４は、各ユニットを搭載した燃料電池システムボックス本体の概要を示す斜視図、図５は、燃料電池システムボックスの内部構造を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明に係る燃料電池システムボックス１は、車両Ｍにおける床下に搭載されている。燃料電池システムボックス１の上方には、ドライバＤ，Ｄなどが乗車する車室が形成されている。また、燃料電池システムボックス１の前方には、車輪を駆動するためのモータなどを含む電動機体１１や冷却用のラジエタ１２が配設されている。さらに、燃料電池システムボックス１の後方には、電池を蓄える蓄電手段１３、水素を蓄える高圧水素容器１４が配設されて
いる。
【００１４】
燃料電池システムボックス１は、図２に示すように、本発明の箱部である燃料電池システムボックス本体（以下、「ボックス本体」という）２と、本発明の天蓋であるカバー３を備えている。ボックス本体２の上方開口はカバー３に覆われている。また、ボックス本体２とカバー３との間には、シール４が介在されており、ボックス本体２の上方開口は、カバー３によって密閉されている。ボックス本体２の四隅には、それぞれボルト孔２Ａ，２Ａ…が形成されており、カバー３の四隅にはボルト孔３Ａ，３Ａ…がそれぞれ形成されている。これらのボルト孔２Ａ，２Ａ…、３Ａ，３Ａ…にそれぞれボルトＢ，Ｂ…がねじ込まれることにより、ボックス本体２とカバー３とを共締めしながら車両Ｍにおける図示しない車体フレームに設けられたナットに螺合させられていく。この結果、車体フレームに燃料電池システムボックス１が取り付けられて固定される。
【００１５】
図３に示すように、ボックス本体２は、底パネル２１を備えており、底パネル２１の左右両側には、それぞれ左右側部フレーム２２，２３が設けられている。また、左右側部フレーム２２，２３のそれぞれの上部には、サイドパネル２４，２５が設けられている。ボックス本体２の前方には、フロントパネル２６が設けられており、後方にはリアパネル２７が設けられている。
【００１６】
底パネル２１における前方位置には、冷却系ユニットを載置するための冷却系ユニット用台座２１Ａが形成されている。冷却系ユニット用台座２１Ａの後方には、制御系ユニットを載置するための制御系ユニット用台座２１Ｂが形成されており、さらにその後方には、加湿系ユニットを載置するための加湿系ユニット用台座２１Ｃが形成されている。また、フロントパネル２６には、ボックス本体２の内側に空気を供給するためのボックス内空気供給孔２８が形成されている。さらに、図２に示すように、ボックス本体２の上方に設けられたカバー３の後部には、燃料電池システムボックス１内に漏洩した水素や送り込まれた空気を排出するためのボックス内水素排出孔２９が形成されている。
【００１７】
また、図４および図５に示すように、燃料電池システムボックス１内には、それぞれ燃料電池システムの一部となる冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３が配設されている。冷却系ユニットＵ１は、冷却系ユニット用台座２１Ａ（図３）上に載置されて固定されており、燃料電池を冷却する冷却手段を有している。冷却手段は、たとえばポンプ３１、中間熱交換器３２、サーモスタット３３、および気液分離装置３４を備えている。制御系ユニットＵ２は、制御系ユニット用台座２１Ｂ（図３）上に載置されて固定されており、本発明の燃料電池（以下、「スタック本体」という）４１、およびスタック本体４１の電力を制御する制御装置４２を備えている。加湿系ユニットＵ３は、加湿系ユニット用台座２１Ｃ（図３）上に載置されて固定されており、スタック本体４１に水分を供給する加湿手段を有している。加湿手段は、スタック本体４１のアノード側に供給する水素を加湿するアノード加湿器５１、およびスタック本体４１のカソード側に供給する空気（酸素）を加湿するカソード加湿器５２を備えている。
【００１８】
冷却系ユニットＵ１におけるポンプ３１は、制御系ユニットＵ２におけるスタック本体４１と接続されている。その一方、中間熱交換器３２とも接続されており、スタック本体４１から排出された冷却液を中間熱交換器３２に送出している。中間熱交換器３２は、ポンプ３１から供給された冷却液を冷却し、冷却した冷却液をサーモスタット３３に供給している。サーモスタット３３には、中間熱交換器３２から排出される冷却液およびポンプ３１から排出される冷却液が供給される。サーモスタット３３では、その開口比率を調整することにより、中間熱交換器３２およびポンプ３１から供給される冷却液の割合を調整して、スタック本体４１に適温の冷却液を供給するようにしている。また、サーモスタット３３は、気液分離装置３４に接続されており、温度調整した冷却液を気液分離装置３４に供給している。他方、中間熱交換器３２は、燃料電池システムボックス１の外部に設けられたイオン交換器３５に接続されている。イオン交換器３５では、冷却液中にある金属イオンなどの各種イオンを除去し、スタック本体４１の電気的絶縁性の悪化を防止している。
【００１９】
気液分離装置３４では、サーモスタット３３から供給された冷却液における空気を分離している。そして、余分な空気が分離された冷却液が制御系ユニットＵ２におけるスタック本体４１に供給される。
【００２０】
制御系ユニットＵ２に設けられたスタック本体４１は、多数、たとえば数百枚程度のセルを備えており、電解質膜を挟んでアノード極側およびカソード極側に分けられ、それぞれに白金系の触媒を含むアノード電極およびカソード電極が配設されている。アノード電極には、水素からプロトンを生成する触媒が含まれており、カソード電極には酸素から酸素イオンを生成する触媒が含まれている。
【００２１】
また、アノード極側には、加湿系ユニットＵ３におけるアノード加湿器５１から高湿潤な水素が供給され、カソード極側にはカソード加湿器５２から酸素を含む高湿潤な空気が供給される。アノード極側におけるアノード電極に水素が供給されると、触媒作用で水素がイオン化してプロトンが生成し、生成したプロトンは、電解質膜中を移動してカソード電極に到達する。そして、カソード電極に到達したプロトンは、触媒の存在下、供給空気の酸素と直ちに反応して水を生成する。また、アノード電極では水素がイオン化する際に電子ｅ-が生成するが、この生成した電子ｅ-は、モータなどの外部負荷を経由してカソード電極に達する。こうして、スタック本体４１は、電動機体１１におけるモータや蓄電手段１
３などに電気を供給している。
【００２２】
制御系ユニットＵ２に設けられる制御装置４２は、スタック本体４１の後方奥方、後方手前側、および上方等に配置されており、スタック本体４１の状態監視、スタック本体４１による発電電力の調節、この発電電力の外部等への接続・遮断を行っている。
【００２３】
加湿系ユニットＵ３に設けられたアノード加湿器５１は、高圧水素容器１４(図１)から供給された水素をスタック本体４１に供給する際に、スタック本体４１から排出された水素との間で水分交換させて加湿するものである。このアノード加湿器５１は、複数、たとえば５本のモジュールを備えており、これらのモジュールには、それぞれ複数、たとえば数千本の中空糸膜が充填されている。中空糸膜の内側に高圧水素容器１４から供給される乾いた水素が通流し、中空糸膜の外側にスタック本体４１から排出される湿った水素が通流することにより、水分交換を行う。こうして、高圧水素容器１４から供給される水素を加湿して、適切な湿度の水素をスタック本体４１のアノード側に供給する。
【００２４】
一方、カソード加湿器５２は、外気から導入した空気をスタック本体４１に供給する際に、スタック本体４１から排出された空気との間で水分交換させて加湿するものである。カソード加湿器５２は、アノード加湿器５１と同様、複数、たとえば５本のモジュールを備えており、これらのモジュールには、それぞれ複数、たとえば数千本の中空糸膜が充填されている。中空糸膜の内側に外気から導入される乾いた空気が通流し、中空糸膜の外側にスタック本体４１から排出される湿った空気が通流することにより、水分交換が行われる。こうして、外気から導入される空気を加湿して、適切な湿度の空気をスタック本体４１のカソード側に供給する。
【００２５】
また、ボックス本体２には、図５に示すように、水素供給系６１および水素循環系６２が設けられている。ボックス本体２内に設けられた水素供給系６１は、加湿系ユニットＵ３の後方に設けられており、高圧水素容器１４とアノード加湿器５１の間に介在される。そして、高圧水素容器１４から供給される水素をアノード加湿器５１に導入している。また、水素循環系６２は、制御系ユニットＵ２と加湿系ユニットＵ３の間に配設されている。そして、スタック本体４１から排出される水素をアノード加湿器５１に循環供給して、無駄なく水素を利用するようにしている。
【００２６】
ボックス本体２におけるフロントパネル２６に形成されたボックス内空気供給孔２８の前方には、図５に示すように、換気系ユニット７１が設けられている。換気系ユニット７１は、ボックス内空気供給孔２８を介してボックス本体２内に空気を導入している。
【００２７】
ボックス本体２に導入された空気は、ボックス本体２内を後方に流れ、ボックス本体２に漏れ出した水素をカバー３に形成されたボックス内水素排出孔２９から排出する。こうして、ボックス内水素排出孔２９は、ボックス本体２内において漏洩した水素の排出用として利用される。
【００２８】
図２に示すように、カバー３は、その四辺の下面がボックス本体２の四辺の上面に倣う形状をなしている。したがって、シール４を介してボックス本体２上に載置されることにより、ボックス本体２の上方開口を密閉することができるようになっている。ボックス本体２に収容された制御系ユニットＵ２における制御装置４２の一部は、図４に示すように、上方に突出している。したがって、カバー３の上面中央部には、制御装置４２の一部から逃げるための突出部３Ｂが形成されている。
【００２９】
以上の構成を有する燃料電池システムボックス１においては、それぞれの機能に応じて、冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３としてそれぞれ個別のユニットに形成されている。したがって、たとえば冷却系ユニットＵ１におけるポンプ３１が壊れた場合には、冷却機能を有する冷却系ユニットＵ１のみを取り外して、修理を行うことができるので、その修理が容易なものとなる。かかる修理は、たとえば他の制御系ユニットＵ２、加湿系ユニットＵ３のいずれで生じた場合であっても同様のことがいえる。
【００３０】
また、燃料電池システムボックス１を製造する際にも、冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ２、加湿系ユニットＵ３を並行して製造し、それらが組み終った後にボックス本体２に収容すればよいので、製造時間の短縮を図ることができる。
【００３１】
その一方、冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３をボックス本体２に収容した後は、ボックス本体２の上方開口がカバー３によって密閉されている。このため、冷却系ユニットＵ１、制御系ユニットＵ２、および加湿系ユニットＵ３をそれぞれ水、泥、チッピング等から好適に保護することができる。また、高電圧部品を含む制御系ユニットＵ２はボックス本体２に収容されて、カバー３で密閉されている。このため、たとえば乗員などが高電圧部品に触れてしまう事態を防止することができる。さらには、スタック本体４１やアノード加湿器５１等から水素が漏洩した場合であっても、ボックス本体２が密閉されており、かつボックス本体２内に漏洩した水素の排出用空気が導入され、カバー３の後方のボックス内水素排出孔２９から排出する。したがって、燃料電池システムボックス１が車両における車室の下部に配設された場合であっても、車室に水素を漏れ出させることなく、確実に車外に排出することができる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。たとえば、換気系ユニット７１はボックス本体２の外部に設けたが、これをボックス本体２の内部に設けることができる。また、水素供給系６１および水素循環系６２は、ユニットを構成することなくボックス本体２内に配設したが、これらをユニット化してボックス本体２内に収容することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、各機能別にユニット化された燃料電池システムを自動車に搭載する際に、水、泥、チッピング等から保護し、高電圧部品に乗員等が触れないようにし、さらには、車室内に水素が入り込むのを防止した燃料電池システムボックスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムボックスを搭載する車両の側断面図である。
【図２】燃料電池システムボックスの分解斜視図である。
【図３】燃料電池システムボックス本体の斜視図である。
【図４】各ユニットを搭載した燃料電池システムボックス本体の概要を示す斜視図である。
【図５】燃料電池システムボックスの内部構造を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      燃料電池システムボックス
２      （燃料電池システム）ボックス本体（箱部）
３      カバー（天蓋）
４      シール
３１    ポンプ
３２    中間熱交換器
３３    サーモスタット
３４    気液分離装置
４１    スタック本体（燃料電池）
４２    制御装置
５１    アノード加湿器
５２    カソード加湿器
Ｕ１    冷却系ユニット（冷却手段）
Ｕ２    制御系ユニット（制御手段）
Ｕ３    加湿系ユニット（加湿手段）
【図１】
0004220740.tif 000002
【図２】
0004220740.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004220740.tif 000005
【図５】
0004220740.tif 000006