JP2002362164A

JP2002362164A - 燃料電池の配管構造

Info

Publication number: JP2002362164A
Application number: JP2001172525A
Authority: JP
Inventors: Akira Aoto; 晃青砥; Yutaka Hotta; 裕堀田; Hideyuki Tanaka; 秀幸田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】配管の安全性を確保した、燃料電池の配管構
造の提供。【解決手段】（１）燃料電池スタック２３を収めるケ
ース４０を車体に搭載し、流体配管３０、３１ａ、３１
ｂの分配・集合部３４、３５ａ、３６ｂをケース４０内
に収めた燃料電池の配管構造。（２）ケース４０はアル
ミ製であり、配管とケース内面とは絶縁されている。
（３）ケース４０外に位置する金属部品には、絶縁被覆
または絶縁カバーが施されている。（４）配管の分配・
集合部に整流板４３を設け、該整流板に切り欠き４４を
形成し、該切り欠きにセンサー４５を配置した。（５）
流体配管のケース外への取り出しはケースの上下からと
した。（６）ケース４０は上下２分割で、フランジ部４
０ｃは異常内圧時に破損する形状・寸法とした。（７）
配管取り出し部とケースとのシールを絶縁部材４７で構
成した。（８）燃料ガス配管に遮断バルブ４８を設け、
遮断バルブはケース内に収めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の流体配
管・配線構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、イオン
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極、−極）および電解質膜の他面に配置された触媒層お
よび拡散層からなる電極（カソード、空気極、＋極）と
からなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Ele
ctrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス
（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給す
るための流体通路を形成するセパレータとからセル（単
セル）を構成し、複数のセルを積層してモジュールと
し、モジュールを積層してモジュール群を構成し、モジ
ュール群のセル積層方向両端に、ターミナル（電極
板）、インシュレータ、エンドプレートを配置してスタ
ックを構成し、スタックをスタックの外側でセル積層体
の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、締結部材はスタック構成部材の一部）にて締め
付け、固定したものからなる。固体高分子電解質型燃料
電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子に
する反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード
側に移動し、カソード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）から水を生成する反応が行われる。アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏセパレータでのジュール熱とカソードでの水生成反応で
熱が出るので、セパレータ間には、各セル毎にあるいは
複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる
流路が形成されており、燃料電池を冷却している。特開
平８−１９２６３９号公報は、車両前方エンジンルーム
内に燃料電池スタックを搭載した電気自動車を開示して
いる。該公報は、車両衝突時のエネルギをフレームサイ
ドメンバのエネルギ吸収部で吸収して燃料電池および燃
料供給装置を保護する構造を提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スタックには、燃料ガ
ス、酸化ガス、冷媒を供給・排出する各種の流体配管が
接続されている。燃料電池スタックが車両衝突に対して
守られることが必要であることは当然であるが、それに
接続する各種配管も、とくに燃料ガス配管も、車両衝突
において守られることが必要である。また、スタックに
接続される各種配管は冷媒や生成水を介しての導通によ
り高電位となるので、配管類の絶縁も考慮されなければ
ならない。本発明の目的は、スタックに接続される配管
の、車両衝突における安全性を確保した、燃料電池の配
管構造を提供することにある。本発明の目的は、スタッ
クに接続される配管の、車両衝突における安全性を確保
するとともに、電気絶縁性も考慮された（剥き出しにな
っている部分に触っても安全な）、燃料電池の配管構造
を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）燃料電池スタックを収めるケースを車体に搭載
し、前記スタックに接続する流体配管の分配・集合部お
よびスタックと流体配管分配・集合部との間の流体配管
部分を前記ケース内に収めた燃料電池の配管構造。（２）前記ケースはアルミ製であり、スタックおよび
配管とケース内面との間は絶縁されている（１）記載の
燃料電池の配管構造。（３）前記流体配管に連なり前記ケース外に位置する
金属部品には、絶縁被覆または絶縁カバーが施されてい
る（１）記載の燃料電池の配管構造。（４）前記流体配管の分配・集合部に整流板を設け、
該整流板に切り欠きを形成し、該切り欠きにセンサーを
配置した（１）記載の燃料電池の配管構造。（５）燃料電池スタックを収めるケースを車体に搭載
し、前記スタックに接続する流体配管のケース外への取
り出しはケースの上下からとした燃料電池の配管構造。（６）前記ケースは上下２分割であって該上下の分割
ケースはフランジ部で締結されており、該フランジ部は
ケースの異常内圧時に選択的に破損する形状・寸法とさ
れている（５）記載の燃料電池の配管構造。（７）配管取り出し部とケースとのシールを絶縁性の
樹脂またはゴム部材で構成した（５）記載の燃料電池の
配管構造。（８）燃料電池スタックを収めるケースを車体に搭載
し、前記スタックに接続する流体配管のうち燃料ガス配
管に遮断バルブを設け、該遮断バルブは前記ケース内に
収めた燃料電池の配管構造。（９）燃料電池スタックを収めるケースを車体に搭載
し、前記スタックに接続するワイヤハーネスの取り出し
はケースの車室側からとした燃料電池の配管構造。

【０００５】上記（１）の燃料電池の配管構造では、ス
タックをケース内に収めるとともに、スタックに接続す
る流体配管の分配・集合部およびスタックと流体配管分
配・集合部との間の流体配管部分もケース内に収めたの
で、車両衝突の際、スタックおよびスタックに接続する
流体配管の分配・集合部およびスタックと流体配管分配
・集合部との間の流体配管部分はケースによって守ら
れ、安全である。とくに補強が難しい流体配管の分配・
集合部をケース内に収めるという配置をとることによっ
て安全を確保した。高電位となっている配管部分をケー
ス内に収めることで、直接触れないようにすることがで
き、安全にした。上記（２）の燃料電池の配管構造で
は、ケースはアルミ製であるので、軽量かつ放熱性上有
利である。また、スタックおよび配管とケース内面との
間は、スペースを確保する、あるいはケース内面に絶縁
コーティングを施す等により、絶縁されているので、ケ
ースに触っても安全である。上記（３）の燃料電池の配
管構造では、流体配管に連なりケース外に位置する金属
部品（たとえば、各種配管のケース外に出ている部分）
には、絶縁被覆または絶縁カバーが施されているので、
触っても安全である。上記（４）の燃料電池の配管構造
では、流体配管の分配・集合部に整流板を設けたので、
流れの衝突を生じさせずに２スタックからの配管を１本
の配管にまとめることができ、省スペース化をはかるこ
とができる。また、整流板に切り欠きを形成し、該切り
欠きにセンサーを配置したので、１個のセンサーで左右
の配管の流れを検知でき、センサー数を低減でき、か
つ、センサーを保護できる。上記（５）の燃料電池の配
管構造では、流体配管のケース外への取り出しはケース
の上下からとしたので、車両衝突時に変形する車両部材
がケースに当たってそれ以上ケース外配管に近づくこと
が阻止され、ケース外配管が損傷する可能性が低い。上
記（６）の燃料電池の配管構造では、上下の分割ケース
はフランジ部で締結されており、該フランジ部はケース
の異常内圧時に選択的に破損する形状・寸法とされてい
るので、何らかの原因でケース内圧が異常に上昇して
も、フランジ部で選択的に破損して蓋が開放されて低圧
とされ、ケースが大きく変形したりそれによって下ケー
ス側からケース内に出入りする燃料ガス配管が損傷した
りすることが防止される。上記（７）の燃料電池の配管
構造では、配管取り出し部とケースとのシールが絶縁性
の樹脂またはゴム部材（グロメット）とされているの
で、配管とケースとの電気絶縁性が保たれるとともに、
ケース内への水の侵入が防止される。上記（８）の燃料
電池の配管構造では、燃料ガス配管に遮断バルブを設け
たので、ケース外で燃料ガス配管が損傷しても遮断バル
ブが閉じてスタック内水素の大気放出が防止される。ま
た、燃料ガス配管の遮断バルブはケース内に収められて
いるので、遮断バルブもケースによって保護される。上
記（９）の燃料電池の配管構造では、スタックに接続す
る配管、流体の制御のためのワイヤハーネスの取り出し
はケースの車室側からとしたので、車両の前面衝突に対
してワイヤハーネスも保護される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池の配管
構造を図１〜図２０を参照して説明する。本発明のセル
モニタが取付けられてセル電圧がモニタされる燃料電池
は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の
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もよい。

【０００７】固体高分子電解質型燃料電池１０は、図
１、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜
１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２
および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料
極、−極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒
層１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、
空気極、＋極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥ
Ａ：Membrane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１
７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空
気）を供給するための流体通路２７（燃料流路２７ａ、
空気流路２７ｂ）および燃料電池冷却用の冷却水が流れ
る冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを重ねて
セルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９と
し、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、
モジュール１９群のセル積層方向両端に、ターミナル２
０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し
てスタック２３を構成し、スタック２３を積層方向に締
め付けスタック２３の外側でセル積層方向に延びる締結
部材２４（たとえば、テンションプレート、締結部材２
４はスタックの一部を構成する）とボルト２５で固定し
たものからなる。スタック２３一端にはエンドプレート
２２とインシュレータ２１との間にプレッシャプレート
３２が設けられ、プレッシャプレート３２とエンドプレ
ート２２との間にばね機構３３が設けられてセルを均一
に押圧するようにしてある。

【０００８】冷却水流路２６はセル毎に、または複数の
セル毎に、設けられる。セパレータ１８は、カーボン板
に冷却水流路２６やガス流路２７を形成したもの、また
は、導電性粒子を混入して導電性をもたせた樹脂板に冷
却水流路２６やガス流路２７を形成したもの、または、
流路２６、２７を形成する凹凸のある金属板を複数枚重
ね合わせたもの、の何れかからなる。図示例は、セパレ
ータ１８がカーボン板からなる場合を示している。セパ
レータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却
水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画する。セパレー
タ１８は、また、導電性部材であり、隣り合うセルのア
ノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成し
ている。

【０００９】図３、図４に示すように、スタック２３
は、たとえば２列並列に水平に配置されており、スタッ
ク２３の両端のエンドプレート２２は、２列のスタック
２３に対して共有されている。２列並列のスタック２３
が車両に搭載される場合、スタック２３はセル積層方向
を車両前後方向と直交する方向に向けて配置される。ま
た、テンションプレート２４がスタックの上下に位置す
るように配置される。

【００１０】図１、図３に示すように、燃料電池スタッ
ク２３内には、冷媒マニホールド２８が設けられてお
り、冷媒マニホールド２８はセルの冷媒流路２６に連通
している。冷媒は入側の冷媒マニホールド２８から冷媒
流路２６に流れ、冷媒流路２６から出側の冷媒マニホー
ルド２８に流れる。同様に、燃料電池スタック２３内に
は、ガスマニホールド２９が設けられており、ガスマニ
ホールド２９は燃料ガスマニホールド２９ａと酸化ガス
マニホールド２９ｂとからなる。燃料ガスマニホールド
２９ａと酸化ガスマニホールド２９ｂは、それぞれ、セ
ルの燃料ガス流路２７ａと酸化ガス流路２７ｂに連通し
ている。燃料ガスは入側の燃料ガスマニホールド２９ａ
からセルの燃料ガス流路２７ａに流れ、燃料ガス流路２
７ａから出側の燃料ガスマニホールド２９ａに流れる。
酸化ガスは入側の酸化ガスマニホールド２９ｂからセル
の酸化ガス流路２７ｂに流れ、酸化ガス流路２７ｂから
出側の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。

【００１１】図１、図４に示すように、スタック２３の
一端にあるエンドプレート２２（プレッシャプレート３
２、ばね機構３３が配される側と反対側にあるエンドプ
レート２２）には、冷媒（冷却水）を燃料電池スタック
内の冷媒マニホールドに供給・排出する冷媒配管３０が
接続されており、反応ガスを燃料電池スタック内のガス
マニホールド２９に供給・排出するガス配管３１が接続
されている。ガス配管３１は、燃料ガスを燃料電池スタ
ック内の燃料ガスマニホールド２９ａに供給・排出する
燃料ガス配管３１ａと、酸化ガスを燃料電池スタック内
の酸化ガスマニホールド２９ｂに供給・排出する酸化ガ
ス配管３１ｂとからなる。冷媒、燃料ガス、酸化ガス
は、スタック２３の一端にあるエンドプレート２２から
燃料電池スタックに入り、Ｕターンして、同じエンドプ
レート２２から出る。

【００１２】図４の例では、冷媒（冷却水）は冷媒配管
分配・集合部３４の分配部３４_iで分かれて入側冷媒配
管３０からエンドプレート２２の左右方向中央部の下部
で左右のスタック２３に入り、左右のスタック２３から
エンドプレート２２の左右方向端部の上部で出側冷媒配
管３０に流出し、左右の出側冷媒配管３０は左右方向中
央の冷媒配管分配・集合部３４の集合部３４_oで合流
し、そこから上方に流れる。燃料ガスは、燃料ガス配管
分配・集合部３５ａの分配部３５ａ_iで分かれて入側燃
料ガス配管３１ａからエンドプレート２２の左右方向中
央部の上部で左右のスタック２３に入り、左右のスタッ
ク２３からエンドプレート２２の左右方向中央部の下部
で出側燃料ガス配管３１ａに流出し、左右の出側燃料ガ
ス配管３１ａは左右方向中央下部の燃料ガス配管分配・
集合部３５ａの集合部３５ａ_oで合流し、そこから横に
流れてさらに下方に流れる。酸化ガスは、酸化ガス配管
分配・集合部３５ｂの分配部３５ｂ_iで分かれて入側酸
化ガス配管３１ｂからエンドプレート２２の左右方向端
部の下部で左右のスタック２３に入り、左右のスタック
２３からエンドプレート２２の左右方向端部の上部で出
側酸化ガス配管３１ｂに流出し、左右の出側酸化ガス配
管３１ｂは左右方向中央上部の酸化ガス配管分配・集合
部３５ｂの集合部３５ｂ_oで合流し、そこから下方に流
れる。

【００１３】図５、図６に示すように、燃料電池スタッ
ク２３は、ケース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に接
続する各種流体配管３０、３１ａ、３１ｂ（３０は冷媒
配管、３１ａは燃料ガス配管、３１ｂは酸化ガス配管）
の分配・集合部３４、３５ａ、３５ｂ（３４は冷媒配管
の分配・集合部で分配部３４_iと集合部３４_oを含み、
３５ａは燃料ガス配管の分配・集合部で分配部３５ａ_i
と集合部３５ａ_oを含み、３５ｂは酸化ガス配管の分配
・集合部で分配部３５ｂ_iと集合部３５ｂ_oを含む）
も、スタック２３を収めたケースと同一のケース４０に
収められている。また、スタック２３と流体配管３０、
３１ａ、３１ｂの分配・集合部３４、３５ａ、３５ｂと
の間の流体配管部分も、スタック２３を収めたケースと
同一のケース４０に収められている。

【００１４】スタック２３は、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に接続する各種流体配管３０、３１ａ、３１ｂも高
電位となる。スタック２３がケース４０に収められてい
るので、スタック２３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
であり、スタック２３および各種流体配管３０、３１
ａ、３１ｂと、ケース４０の内面との間は、互いに電気
的に絶縁されている。この絶縁は、スタック２３および
各種流体配管３０、３１ａ、３１ｂと、ケース４０の内
面との間に絶縁空間距離ｄをとるか、または絶縁空間を
とれない場合はケース４０の内面に樹脂材等の絶縁材を
コーティングする、などの手段、方法によって達成して
いる。ケース４０は車体にアースされており、ケース４
０に直接手を触れても感電しない。

【００１５】また、各種流体配管３０、３１ａ、３１ｂ
に連なりケース４０外に位置する金属部品（各種流体配
管３０、３１ａ、３１ｂのケース４０外延長部、および
それに電気的に導通する金属部品）には、絶縁被覆（絶
縁コーティングを含む）または絶縁カバー（たとえば、
ゴムキャップ等）が施されている。各種流体配管３０、
３１ａ、３１ｂのケース４０から延び出した部分には絶
縁ホース（ゴム、樹脂などからなるホース）が被せられ
て接続されるが、絶縁ホースが被らない露出部分４１
（図５の斜線部）には、絶縁コーティングが施され、そ
こに直接手を触れても感電しないようにしてある。ま
た、出側冷媒配管３０のケース４０から上方に延び出る
部分４２（図５の斜線部）には、直接配管３０に手が触
れることがないように、絶縁用ゴムキャップが装着され
る。

【００１６】図７〜図９は、複数スタック燃料電池の各
種流体配管３０、３１ａ、３１ｂの分配・集合部３４、
３５ａ、３５ｂの省スペース化のための構造を、たとえ
ば出側冷媒配管３０の集合部３４_oの構造を例にとっ
て、示している。この構造は、冷媒配管以外のガス流体
配管３５ａ、３５ｂに適用してもよい。流体（冷媒、燃
料ガス、酸化ガス）の左右スタック２３からの合流部、
または左右スタック２３への分配部、に、流体の流れを
直接衝突させないようにする整流板４３が設けられる。
整流板４３は、左右管の接続部の、合流管対向部から、
合流管の方向に延びている。この整流板４３には、左右
の流れに平等に触れる位置に、切り欠き４４が形成され
ている。この切り欠き４４には、左右の流れに平等に触
れることができるように、センサー４５（センサーの感
知部）が配置されている。センサー４５は温度センサー
（たとえば、サーミスタ）であってもよいし、他のセン
サー、たとえば濃度センサー、湿度センサー等であって
もよい。

【００１７】図１０、図１１に示すように、燃料電池ス
タック２３を収めるケース４０を車体に搭載した状態
で、スタック２３に接続する流体配管３０、３１ａ、３
１ｂのケース４０外への取り出しは、ケース４０の上下
からとしてある。ケース４０の上下は、車体の上下方向
に対応する。また、流体配管３０、３１ａ、３１ｂのケ
ース４０外への取り出し部位は、スタック２３のセル積
層方向一端側に位置している。各種流体配管３０、３１
ａ、３１ｂのうち冷媒配管３０の出側配管だけがケース
４０の上側から取り出され、他はすべてケース４０の下
側から取り出される。冷媒配管３０の出側配管をケース
４０の上側から取り出すのは、冷媒配管３０内の気泡
を、冷媒流れと浮力で上方に円滑に移動させるためであ
る。

【００１８】図１２〜図１５に示すように、ケース４０
は上ケース４０ａ、下ケース４０ｂの上下２分割構造と
なっている。上下の分割ケース４０ａ、４０ｂはフラン
ジ部４０ｃで、ボルト４６などにて締結されている。フ
ランジ部４０ｃは、ケース４０の異常内圧時にフランジ
４０ｃで選択的に破損する形状・寸法とされている。た
とえば、フランジ部４０ｃに形成されているボルト挿通
穴４０ｄとフランジ部外縁間の距離ｆの長さを調整す
る、および締結点数（ボルト４６の点数）を選定するこ
とにより、ボルト締結部位でフランジ部４０ｃが破損し
て、上ケース４０ａが下ケース４０ｂから持ち上がり、
その部位に隙間ができてケース内の圧力を開放させると
ともに、開放圧力を任意に設定できるようにする。破損
部位と破損形状を選択的に指定できることから、ケース
４０の大きな変形を伴わない。

【００１９】図１６、図１７に示すように、各種流体配
管３０、３１ａ、３１ｂのケース４０からの取り出し部
とケース４０とのシール部材４７は、電気絶縁性のある
樹脂またはゴム部材、たとえばゴム（シリコーンゴムな
ど）などのグロメットから構成されている。これによっ
て、ケース４０と配管間の絶縁性を維持したまま配管が
ケース外に取り出されている。また、グロメット４７
は、弾性変形可能で配管とケースとの相対変位を吸収す
るとともに、外径部がケース４０に嵌着され内径部が配
管に嵌合されて押し付けられることにより、ケース内部
への水の浸入を防止している。なお、図示例は、出側冷
媒配管３０の取り部位を示しているが、他の配管の出・
入側についても同様の構成をとることができる。

【００２０】図１８、図１９に系統図にて示すように、
燃料電池スタック２３を収めるケース４０が車体に搭載
され、スタック２３に接続する流体配管のうち燃料ガス
配管３１ａには、スタック２３への入側にもスタック２
３からの出側にも、遮断バルブ４８が設けられている。
そして、この遮断バルブ４８も、スタック２３を収めた
ケースと同一のケース４０内に収められている。遮断バ
ルブ４８よりスタック２３から遠い側にある燃料ガス配
管部分は、ケース４０を下側に向かって貫通してケース
４０外に出ている。

【００２１】図１０、図１１に示すように、燃料電池ス
タック２３を収めるケース４０が車体に搭載され、配管
３０、３１、３１ａ、３１ｂに接続するワイヤハーネス
（配線、ケーブルを含む）５０のケース４０からの取り
出しは、ケース４０の車室側（車両前後方向に見て後方
側）からとされている。これは、前面衝突時において
も、ワイヤハーネス５０の、ケース４０から外に出てい
る部分が、ケース４０によって守られるようにするため
である。

【００２２】つぎに、本発明の燃料電池の配管構造の作
用を説明する。図５、図６に示すように、スタック２３
をケース４０内に収めるとともに、スタック２３に接続
する流体配管３０、３１ａ、３１ｂの分配・集合部３
４、３５ａ、３５ｂ、およびスタックと流体配管分配・
集合部との間の流体配管部分もケース４０内に収めたの
で、車両衝突の際、スタック２３およびスタックに接続
する流体配管３０、３１ａ、３１ｂの分配・集合部３
４、３５ａ、３５ｂおよびスタックと流体配管分配・集
合部との間の流体配管部分は、ケース４０によって守ら
れ、安全である。とくに配管が変形した時に配管から大
きな曲げモーメントがかかるために補強が難しい流体配
管の分配・集合部３４、３５ａ、３５ｂをケース４０内
に収めるという構造をとることによって、分配・集合部
３４、３５ａ、３５ｂが特別な補強をとらないでもケー
ス４０によって守られるので、安全が確保される。ま
た、スタック２３と導通しているために高電位となって
いる配管部分３０、３１ａ、３１ｂがケース４０内に収
められることで、高電位配管部分に直接手が触れないよ
うにすることができ、感電上、安全である。

【００２３】また、ケース４０はアルミ製であので、軽
量かつ放熱性上有利である。また、スタック２３および
配管３０、３１ａ、３１ｂと、ケース４０内面との間
は、絶縁距離としてのスペースを確保する、あるいはケ
ース４０内面に絶縁コーティングを施す等により、絶縁
されているので、ケース４０に触っても安全である。ま
た、流体配管３０、３１ａ、３１ｂに連なりケース４０
外に位置する金属部品（たとえば、各種配管のケース外
に出ている部分）には、絶縁被覆または絶縁カバーが施
されているので、触っても安全である。

【００２４】図６〜図９に示すように、流体配管３０、
３１ａ、３１ｂの分配・集合部３４、３５ａ、３５ｂに
整流板４３を設けたので、流れの衝突を生じさせずに２
スタックからの配管を１本の配管にまとめることがで
き、配管系の省スペース化がはかられている。また、整
流板４３に切り欠き４４を形成し、該切り欠き４４にセ
ンサー４５を配置したので、１個のセンサーで左右の配
管の流れを検知でき、センサー数を低減でき、かつ２個
設けた場合に比べてセンサー４３の保護が簡素となり、
有利である。

【００２５】図１０、図１１に示すように、流体配管３
０、３１ａ、３１ｂのケース４０外への取り出しはケー
ス４０の上下からとしたので、車両衝突時に変形する車
両部材がケース４０に当たった時にそれ以上ケース外配
管３０、３１ａ、３１ｂに近づくことが阻止され、ケー
ス外配管が損傷する可能性が低い。

【００２６】図１２〜図１５に示すように、上下の分割
ケース４０ａ、４０ｂはフランジ部４０ｃで締結されて
おり、フランジ部４０ｃはケースの異常内圧時にフラン
ジ部４０ｃで選択的に破損する形状・寸法とされている
ので、何らかの原因でケース内圧が異常に上昇しても、
フランジ部４０ｃで選択的に破損して蓋４０ａが開放さ
れてケース内は低圧とされる。これによって、ケース４
０が大きく変形したりそれによって下ケース４０ｂ側か
らケース内に出入りする燃料ガス配管３１ａが損傷した
りすることが防止される。

【００２７】図１６、図１７に示すように、配管取り出
し部とケース４０とのシール部材４７が絶縁性の樹脂ま
たはゴム部材（グロメット）とされているので、配管３
０、３１ａ、３１ｂとケース４０との電気絶縁性が保た
れるとともに、ケース４０内への水の浸入も防止され
る。また、図１８、図１９に示すように、燃料ガス配管
３１ａに遮断バルブ４８が設けられるので、ケース４０
外で燃料ガス配管３１ａが損傷しても遮断バルブ４８が
閉じてスタック内水素の大気放出が防止される。また、
燃料ガス配管３１ａの遮断バルブ４８はケース４０内に
収められているので、遮断バルブ４８もケース４０によ
って保護される。また、図１０、図１１に示すように、
配管３０、３１、３１ａ、３１ｂに接続する配管にとり
つけられた、流体の制御のためのセンサー、バルブにつ
いているワイヤハーネス５０の取り出しがケース４０の
車室側からとされているので、車両の前面衝突に対して
ワイヤハーネス５０も保護される。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の燃料電池の配管構造によれ
ば、スタックをケース内に収めるとともに、流体配管の
分配・集合部およびスタックと流体配管分配・集合部と
の間の流体配管部分もケース内に収めたので、車両衝突
の際、スタックおよび流体配管の分配・集合部およびス
タックと流体配管分配・集合部との間の流体配管部分が
ケースによって守られ、安全を確保できる。とくに補強
が難しい流体配管の分配・集合部をケース内に収めたの
で、安全を確保できる。また、高電位となっている配管
部分をケース内に収めたので、直接手が触れないように
することができ、安全を確保できる。請求項２の燃料電
池の配管構造によれば、ケースはアルミ製としたので、
軽量かつ放熱性上有利である。また、スタックおよび配
管とケース内面との間が絶縁されているので、ケースに
触っても安全である。請求項３の燃料電池の配管構造に
よれば、ケース外金属部品に、絶縁被覆または絶縁カバ
ーを施したので、触っても安全である。請求項４の燃料
電池の配管構造によれば、流体配管の分配・集合部に整
流板を設けたので、流れの衝突を生じさせずに２スタッ
クからの配管を１本の配管にまとめることができ、省ス
ペース化をはかることができる。また、整流板に切り欠
きを形成し、該切り欠きにセンサーを配置したので、１
個のセンサーで左右の配管の流れを検知でき、センサー
数を低減できる。請求項５の燃料電池の配管構造によれ
ば、流体配管のケース外への取り出しをケースの上下か
らとしたので、車両衝突時にケース外配管が損傷する可
能性が低い。請求項６の燃料電池の配管構造によれば、
上下の分割ケースをフランジ部で締結し、該フランジ部
をケースの異常内圧時に選択的に破損する形状・寸法と
したので、何らかの原因でケース内圧が異常に上昇して
も、フランジ部で選択的に破損させることができ、ケー
スが大きく変形したりそれによって下ケース側からケー
ス内に出入りする燃料ガス配管が損傷したりすることを
防止できる。請求項７の燃料電池の配管構造によれば、
配管取り出し部とケースとのシールが絶縁性の樹脂また
はゴム部材としたので、配管とケースとの電気絶縁性を
保つことができるとともに、ケース内への水の浸入を防
止できる。請求項８の燃料電池の配管構造によれば、燃
料ガス配管に遮断バルブを設けたので、ケース外で燃料
ガス配管が損傷しても遮断バルブを閉じてスタック内水
素の大気放出を防止できる。また、燃料ガス配管の遮断
バルブをケース内に収めたので、遮断バルブもケースに
よって保護できる。請求項９の燃料電池の配管構造によ
れば、配管に接続するワイヤハーネスの取り出しをケー
スの車室側からとしたので、車両の前面衝突に対してワ
イヤハーネスを保護できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用され
る燃料電池の全体概略図である。

【図２】図１の燃料電池の一部拡大断面図である。

【図３】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用され
る燃料電池の配管取付け側のエンドプレート部の正面図
である。

【図４】図３のエンドプレート部に取り付けられた各種
配管の正面図である。

【図５】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用され
る燃料電池のスタックを収めたケースの正面図である。

【図６】図４の各種配管とスタックを収容したケースの
上ケースを外して見た時の、スタック端部近傍の、平面
図である。

【図７】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用され
る燃料電池の、２スタックと、それに接続された各種配
管の系統図である。

【図８】図７の配管の分配・合流部の断面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ断面図である。

【図１０】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用さ
れる燃料電池のスタックを収容したケースの平面図と配
管用ワイヤハーネスの配置図である。

【図１１】図１０のケースの側面図と配管用ワイヤハー
ネスの配置図である。

【図１２】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用さ
れる燃料電池のケースの斜視図である。

【図１３】図１２のケースのフランジ部の斜視図であ
る。

【図１４】図１３のフランジ部のボルト穴と外縁間距離
ｆを示す斜視図である。

【図１５】図１３のフランジ部の破損前と破損後の概略
断面図である。

【図１６】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用さ
れる燃料電池のケースと配管取り出し部の斜視図であ
る。

【図１７】図１６の配管取り出し部の断面図である。

【図１８】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用さ
れる燃料電池の燃料ガス配管と遮断バルブの系統図であ
る。

【図１９】図１８の燃料ガス配管のケース外部分の破損
時のバルブ遮断を示す系統図である。

【符号の説明】

１０（固体高分子電解質型）燃料電池１１電解質膜１２触媒層１３拡散層１４電極（アノード、燃料極）１５触媒層１６拡散層１７電極（カソード、空気極）１８セパレータ１９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スタック２４テンションプレート２５ボルト２６冷媒流路２７ガス流路２７ａ燃料ガス流路２７ｂ酸化ガス流路２８冷媒マニホールド２９ガスマニホールド２９ａ燃料ガスマニホールド２９ｂ酸化ガスマニホールド３０冷媒配管３１ガス配管３１ａ燃料ガス配管３１ｂ酸化ガス配管３２プレッシャプレート３３ばね機構３４冷媒配管の分配・集合部３４_i分配部３４_o集合部３５ａ燃料ガス配管の分配・集合部３５ａ_i分配部３５ａ_o集合部３５ｂ酸化ガス配管の分配・集合部３５ｂ_i分配部３５ｂ_o集合部４０ケース４０ａ上ケース４０ｂ下ケース４０ｃフランジ部４１露出部分４２延び出し部分４３整流板４４切り欠き４５センサー４６上下ケースの締結ボルト４７シール部材（グロメット）４８遮断バルブ５０ワイヤハーネス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中秀幸愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3D035 AA00 AA01 AA03 5H026 AA06 CC06 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池スタックを収めるケースを車体
に搭載し、前記スタックに接続する流体配管の分配・集
合部およびスタックと流体配管分配・集合部との間の流
体配管部分を前記ケース内に収めた燃料電池の配管構
造。
【請求項２】前記ケースはアルミ製であり、スタック
および配管とケース内面との間は絶縁されている請求項
１記載の燃料電池の配管構造。
【請求項３】前記流体配管に連なり前記ケース外に位
置する金属部品には、絶縁被覆または絶縁カバーが施さ
れている請求項１記載の燃料電池の配管構造。
【請求項４】前記流体配管の分配・集合部に整流板を
設け、該整流板に切り欠きを形成し、該切り欠きにセン
サーを配置した請求項１記載の燃料電池の配管構造。
【請求項５】燃料電池スタックを収めるケースを車体
に搭載し、前記スタックに接続する流体配管のケース外
への取り出しはケースの上下からとした燃料電池の配管
構造。
【請求項６】前記ケースは上下２分割であって該上下
の分割ケースはフランジ部で締結されており、該フラン
ジ部はケースの異常内圧時に選択的に破損する形状・寸
法とされている請求項５記載の燃料電池の配管構造。
【請求項７】配管取り出し部とケースとのシールを絶
縁性の樹脂またはゴム部材で構成した請求項５記載の燃
料電池の配管構造。
【請求項８】燃料電池スタックを収めるケースを車体
に搭載し、前記スタックに接続する流体配管のうち燃料
ガス配管に遮断バルブを設け、該遮断バルブは前記ケー
ス内に収めた燃料電池の配管構造。
【請求項９】燃料電池スタックを収めるケースを車体
に搭載し、前記スタックに接続するワイヤハーネスの取
り出しはケースの車室側からとした燃料電池の配管構
造。