JP2002367637A - 燃料電池の配管構造 - Google Patents
燃料電池の配管構造Info
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両衝突に対する安全性を向上させた、とく
に燃料ガス配管を守った、燃料電池の配管構造の提供。 【解決手段】 車両のエンジンコンパートメント内に配
置される燃料電池１０であって、燃料電池スタック２３
に接続される燃料ガス配管３１ａ、酸化ガス配管３１
ｂ、冷媒配管３０のうち燃料ガス配管３１ａを最も車両
内側に配置した燃料電池１０の配管構造。この配管構造
により、車両衝突時にも燃料ガス配管３１ａは守られ、
燃料ガス洩れとそれによる不具合の発生が抑制され、安
全である。
に燃料ガス配管を守った、燃料電池の配管構造の提供。 【解決手段】 車両のエンジンコンパートメント内に配
置される燃料電池１０であって、燃料電池スタック２３
に接続される燃料ガス配管３１ａ、酸化ガス配管３１
ｂ、冷媒配管３０のうち燃料ガス配管３１ａを最も車両
内側に配置した燃料電池１０の配管構造。この配管構造
により、車両衝突時にも燃料ガス配管３１ａは守られ、
燃料ガス洩れとそれによる不具合の発生が抑制され、安
全である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の配管構
造に関する。
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
（アノードガス、水素）および酸化ガス（カソードガ
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、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 →Ｈ2 Ｏ 上記反応を行うために、スタックには燃料ガス、酸化ガ
スが供給・排出される。また、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、冷媒
（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、そこ
に冷媒が循環され、燃料電池を冷却している。特開２０
０１−７６７５１は、複数の燃料電池スタックへのガス
・冷媒配管構造を開示している。
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
（アノードガス、水素）および酸化ガス（カソードガ
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、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 →Ｈ2 Ｏ 上記反応を行うために、スタックには燃料ガス、酸化ガ
スが供給・排出される。また、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、冷媒
（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、そこ
に冷媒が循環され、燃料電池を冷却している。特開２０
０１−７６７５１は、複数の燃料電池スタックへのガス
・冷媒配管構造を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開２００１
−７６７５１のガス・冷媒配管構造は、スタックを車両
に搭載した際の安全を考慮した配管配置構造となってい
ない。すなわち、水素出口配管がスタック両サイドに別
れているため配管長さが長くなり、損傷の可能性が大き
い。また、他の空気や冷媒配管により水素配管を保護す
る構造になっていない。本発明の目的は、車両衝突に対
する安全性を向上させた、とくに燃料ガス配管を守っ
た、燃料電池の配管構造を提供することにある。
−７６７５１のガス・冷媒配管構造は、スタックを車両
に搭載した際の安全を考慮した配管配置構造となってい
ない。すなわち、水素出口配管がスタック両サイドに別
れているため配管長さが長くなり、損傷の可能性が大き
い。また、他の空気や冷媒配管により水素配管を保護す
る構造になっていない。本発明の目的は、車両衝突に対
する安全性を向上させた、とくに燃料ガス配管を守っ
た、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） 車両のエンジンコンパートメント内に配置され
る燃料電池であって、燃料電池スタックに接続される燃
料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配
管を最も車両内側に配置した燃料電池の配管構造。 （２） 車両の前部のボンネット下に配置される燃料電
池であって、燃料電池スタックに接続される燃料ガス配
管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管を最も
スタック側に配置した燃料電池の配管構造。 （３） 車両の前部のボンネット下に配置される燃料電
池であって、燃料電池はスタックを複数列有し、スタッ
クに接続される燃料ガス配管を各スタック間側に集約し
た燃料電池の配管構造。 （４） スタックはセルが車両左右方向に積層された状
態に車両に搭載される（１）〜（３）記載の燃料電池の
配管構造。 （５） スタックはモータの上方に搭載されている
（１）〜（４）記載の燃料電池の配管構造。
明はつぎの通りである。 （１） 車両のエンジンコンパートメント内に配置され
る燃料電池であって、燃料電池スタックに接続される燃
料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配
管を最も車両内側に配置した燃料電池の配管構造。 （２） 車両の前部のボンネット下に配置される燃料電
池であって、燃料電池スタックに接続される燃料ガス配
管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管を最も
スタック側に配置した燃料電池の配管構造。 （３） 車両の前部のボンネット下に配置される燃料電
池であって、燃料電池はスタックを複数列有し、スタッ
クに接続される燃料ガス配管を各スタック間側に集約し
た燃料電池の配管構造。 （４） スタックはセルが車両左右方向に積層された状
態に車両に搭載される（１）〜（３）記載の燃料電池の
配管構造。 （５） スタックはモータの上方に搭載されている
（１）〜（４）記載の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、燃
料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配
管を最も車両内側に配置したので、車両衝突時にも燃料
ガス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不具合の
発生が抑制され、安全である。上記（２）の燃料電池の
配管構造では、燃料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管
のうち燃料ガス配管を最もスタック側に配置したので、
車両衝突時にも燃料ガス配管は守られ、燃料ガス洩れと
それによる不具合の発生が抑制され、安全である。上記
（３）の燃料電池の配管構造では、燃料ガス配管、酸化
ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管を最もスタック
間側に配置したので、車両衝突時にも燃料ガス配管は守
られ、燃料ガス洩れとそれによる不具合の発生が抑制さ
れ、安全である。上記（４）の燃料電池の配管構造で
は、スタックはセルが車両左右方向に積層された状態に
車両に搭載されるので、セル積層方向にスタックに接続
される配管類は、スタックの車両前方側に接続されず、
車両前面衝突に対しても配管類は安全である。上記
（５）の燃料電池の配管構造では、スタックはモータの
上方に搭載されているので、スタックはモータによって
も保護される。
料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配
管を最も車両内側に配置したので、車両衝突時にも燃料
ガス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不具合の
発生が抑制され、安全である。上記（２）の燃料電池の
配管構造では、燃料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管
のうち燃料ガス配管を最もスタック側に配置したので、
車両衝突時にも燃料ガス配管は守られ、燃料ガス洩れと
それによる不具合の発生が抑制され、安全である。上記
（３）の燃料電池の配管構造では、燃料ガス配管、酸化
ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管を最もスタック
間側に配置したので、車両衝突時にも燃料ガス配管は守
られ、燃料ガス洩れとそれによる不具合の発生が抑制さ
れ、安全である。上記（４）の燃料電池の配管構造で
は、スタックはセルが車両左右方向に積層された状態に
車両に搭載されるので、セル積層方向にスタックに接続
される配管類は、スタックの車両前方側に接続されず、
車両前面衝突に対しても配管類は安全である。上記
（５）の燃料電池の配管構造では、スタックはモータの
上方に搭載されているので、スタックはモータによって
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８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。
構造を図１〜図８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媒（冷却
水）が流れる冷媒流路（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２０、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をセル積層方向に締め付けセル積層体の外側で
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２４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２
３の一端側には、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２１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ことができ
るようにしてある。
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媒（冷却
水）が流れる冷媒流路（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２０、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をセル積層方向に締め付けセル積層体の外側で
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２４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２
３の一端側には、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２１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ことができ
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（燃料ガス流路２７
ａ、酸化ガス流路２７ｂ）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２
６、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１
８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。
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（燃料ガス流路２７
ａ、酸化ガス流路２７ｂ）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２
６、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１
８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に示すように、燃料電池１０が２スタ
ックからなる場合、スタック２３は、たとえば２列が並
列に、かつセル積層方向を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２
３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。図６、図７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。ま
た、図６、図７に示すように、燃料電池１０は車両のエ
ンジンコンパートメント５３内に配される場合、車両の
サブフレーム５０の上方で、駆動用モータ５１の上方か
つインバータ５２の下方に配置される。
ックからなる場合、スタック２３は、たとえば２列が並
列に、かつセル積層方向を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２
３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。図６、図７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。ま
た、図６、図７に示すように、燃料電池１０は車両のエ
ンジンコンパートメント５３内に配される場合、車両の
サブフレーム５０の上方で、駆動用モータ５１の上方か
つインバータ５２の下方に配置される。
【００１０】図１、図４、図８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２７ａ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２７
ｂから出側の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。
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２７ａ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２７
ｂから出側の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。
【００１１】図３〜図５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２８に供給・排出する冷媒配管３
０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
（ばね機構３３が配されている側と反対側にあるエンド
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。
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２８に供給・排出する冷媒配管３
０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
（ばね機構３３が配されている側と反対側にあるエンド
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５の例では、冷媒（冷却水）は冷媒配管
分配・集合部３４の分配部３４i 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３４o 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３５ａi 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３５ａo 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３５ｂi 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３５ｂo で合流し、そこから下方に流
れる。
分配・集合部３４の分配部３４i 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３４o 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３５ａi 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３５ａo 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３５ｂi 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３５ｂo で合流し、そこから下方に流
れる。
【００１３】スタック２３に接続する各種流体配管３
０、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３４i と集合部３４o を含み、３５ａは燃料ガス配管
の分配・集合部で分配部３５ａi と集合部３５ａo を含
み、３５ｂは酸化ガス配管の分配・集合部で分配部３５
ｂi と集合部３５ｂo 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。
０、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３４i と集合部３４o を含み、３５ａは燃料ガス配管
の分配・集合部で分配部３５ａi と集合部３５ａo を含
み、３５ｂは酸化ガス配管の分配・集合部で分配部３５
ｂi と集合部３５ｂo 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】図３、図５に示すように、車両のエンジン
コンパートメント５３内に配置されるケース４０内に収
められた、燃料電池１０のスタック２３の車両左右方向
一端に接続される燃料ガス配管３１ａ、酸化ガス配管３
１ｂ、冷媒配管３０のうち、燃料ガス配管３１ａが、最
も車両内側に配置されている。すなわち、燃料ガス配管
３１ａは、ケース４０内で、かつスタックと反対側を他
の配管３１ｂ、３０によって守られた配置となってい
る。さらに詳しくは、ケース４０内において、車両前後
方向に、入側燃料ガス配管３１ａは出側冷媒配管３０の
車両前後方向両端部の間にあり、出側燃料ガス配管３１
ａは入側酸化ガス配管３１ｂの車両前後方向両端部の間
にある。また、ケース内において、車両左右方向に、入
側燃料ガス配管３１ａは出側冷媒配管３０よりスタック
２３側にあり、出側燃料ガス配管３１ａは入側酸化ガス
配管３１ｂよりスタック２３側にある。
コンパートメント５３内に配置されるケース４０内に収
められた、燃料電池１０のスタック２３の車両左右方向
一端に接続される燃料ガス配管３１ａ、酸化ガス配管３
１ｂ、冷媒配管３０のうち、燃料ガス配管３１ａが、最
も車両内側に配置されている。すなわち、燃料ガス配管
３１ａは、ケース４０内で、かつスタックと反対側を他
の配管３１ｂ、３０によって守られた配置となってい
る。さらに詳しくは、ケース４０内において、車両前後
方向に、入側燃料ガス配管３１ａは出側冷媒配管３０の
車両前後方向両端部の間にあり、出側燃料ガス配管３１
ａは入側酸化ガス配管３１ｂの車両前後方向両端部の間
にある。また、ケース内において、車両左右方向に、入
側燃料ガス配管３１ａは出側冷媒配管３０よりスタック
２３側にあり、出側燃料ガス配管３１ａは入側酸化ガス
配管３１ｂよりスタック２３側にある。
【００１５】つぎに、本発明の燃料電池の配管構造の作
用を説明する。上記の本発明の燃料電池の配管構造で
は、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も
ケース４０内に収め、その場合、燃料ガス配管３１ａ、
酸化ガス配管３１ｂ、冷媒配管３０のうち燃料ガス配管
３１ａを最も車両内側（すなわち、車両左右方向にはス
タック２３側、またスタックが２列並列の場合は車両前
後方向にはスタック間側）に配置したので、車両衝突時
にも燃料ガス配管３１ａは守られ、燃料ガス洩れとそれ
による不具合の発生が抑制され、安全である。燃料ガス
配管を最もスタック側に配置したので、車両衝突時にも
燃料ガス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不具
合の発生が抑制され、安全である。
用を説明する。上記の本発明の燃料電池の配管構造で
は、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も
ケース４０内に収め、その場合、燃料ガス配管３１ａ、
酸化ガス配管３１ｂ、冷媒配管３０のうち燃料ガス配管
３１ａを最も車両内側（すなわち、車両左右方向にはス
タック２３側、またスタックが２列並列の場合は車両前
後方向にはスタック間側）に配置したので、車両衝突時
にも燃料ガス配管３１ａは守られ、燃料ガス洩れとそれ
による不具合の発生が抑制され、安全である。燃料ガス
配管を最もスタック側に配置したので、車両衝突時にも
燃料ガス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不具
合の発生が抑制され、安全である。
【００１６】また、車両衝突時にケース４０が車両部材
によって押されて変形しても、ケース４０は酸化ガス配
管３１ｂ、冷媒配管３０に当たってそれ以上の変形を抑
制され、燃料ガス配管３１ａにまで到達して燃料ガス配
管３１ａを損傷することが抑制され、燃料ガス洩れとそ
れによる不具合の発生が抑制され、安全である。また、
燃料ガス配管３１ａを含む流体配管は、スタック２３の
車両左右方向一端部に取付けられており、スタック２３
の車両前方側に取付けられていないので、車両の前面衝
突時にも、車両部材やケース４０が変形してもその変形
はスタック２３で止まり、燃料ガス配管３１ａが損傷さ
れることが抑制され、安全性が高い。
によって押されて変形しても、ケース４０は酸化ガス配
管３１ｂ、冷媒配管３０に当たってそれ以上の変形を抑
制され、燃料ガス配管３１ａにまで到達して燃料ガス配
管３１ａを損傷することが抑制され、燃料ガス洩れとそ
れによる不具合の発生が抑制され、安全である。また、
燃料ガス配管３１ａを含む流体配管は、スタック２３の
車両左右方向一端部に取付けられており、スタック２３
の車両前方側に取付けられていないので、車両の前面衝
突時にも、車両部材やケース４０が変形してもその変形
はスタック２３で止まり、燃料ガス配管３１ａが損傷さ
れることが抑制され、安全性が高い。
【００１７】また、図６、図７に示すように、スタック
２３を収めたケース４０は、車両前後方向にはサブフレ
ーム５０の前端と後端との間にあり、車両上下方向には
サブフレーム５０およびモータ５１と、インバータ５２
との間に配置され、車両左右方向にはサブフレーム５０
の左右両端間に配置されているので、車両衝突時にも、
ケース４０とその内部の燃料電池１０および配管３０、
３１ａ、３１ｂはまわりの部材、サブフレーム５０、モ
ータ５１、インバータ５２によって守られ、安全性が高
い。
２３を収めたケース４０は、車両前後方向にはサブフレ
ーム５０の前端と後端との間にあり、車両上下方向には
サブフレーム５０およびモータ５１と、インバータ５２
との間に配置され、車両左右方向にはサブフレーム５０
の左右両端間に配置されているので、車両衝突時にも、
ケース４０とその内部の燃料電池１０および配管３０、
３１ａ、３１ｂはまわりの部材、サブフレーム５０、モ
ータ５１、インバータ５２によって守られ、安全性が高
い。
【００１８】また、図３に示すように、配管３０、３１
ａ、３１ｂはスタック２３のばね機構３３が取付けられ
ている側の端部と反対側の端部のエンドプレート２２に
取付けられているので、セル積層体内のマニホールドと
つながることができ、マニホールドと配管との接続構造
を容易かつ単純化することができる。もしも、配管がス
タックのばね機構３３が取付けられている側の端部のエ
ンドプレート２２に取付けられていると、エンドプレー
トとプレッシャプレートとの間の隙間によってマニホー
ルドが切れるので、マニホールドと配管との接続構造が
複雑になり、配管のとりまわしとケース内への収容が困
難となり、ひいては車両衝突時の配管の安全確保を困難
にする。
ａ、３１ｂはスタック２３のばね機構３３が取付けられ
ている側の端部と反対側の端部のエンドプレート２２に
取付けられているので、セル積層体内のマニホールドと
つながることができ、マニホールドと配管との接続構造
を容易かつ単純化することができる。もしも、配管がス
タックのばね機構３３が取付けられている側の端部のエ
ンドプレート２２に取付けられていると、エンドプレー
トとプレッシャプレートとの間の隙間によってマニホー
ルドが切れるので、マニホールドと配管との接続構造が
複雑になり、配管のとりまわしとケース内への収容が困
難となり、ひいては車両衝突時の配管の安全確保を困難
にする。
【００１９】
【発明の効果】請求項１の燃料電池の配管構造によれ
ば、燃料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料
ガス配管を最も車両内側に配置したので、車両衝突時に
も燃料ガス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不
具合の発生が抑制され、安全である。請求項２の燃料電
池の配管構造によれば、燃料ガス配管、酸化ガス配管、
冷媒配管のうち燃料ガス配管を最もスタック側に配置し
たので、車両衝突時にも燃料ガス配管は守られ、燃料ガ
ス洩れとそれによる不具合の発生が抑制され、安全であ
る。請求項３の燃料電池の配管構造によれば、燃料ガス
配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管を最
もスタック間側に配置したので、車両衝突時にも燃料ガ
ス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不具合の発
生が抑制され、安全である。請求項４の燃料電池の配管
構造によれば、スタックはセルが車両左右方向に積層さ
れた状態に車両に搭載されるので、セル積層方向にスタ
ックに接続される配管類は、スタックの車両前方側に接
続されず、車両前面衝突に対しても配管類は安全であ
る。請求項５の燃料電池の配管構造によれば、スタック
はモータの上方に搭載されているので、スタックはモー
タによっても保護される。
ば、燃料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料
ガス配管を最も車両内側に配置したので、車両衝突時に
も燃料ガス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不
具合の発生が抑制され、安全である。請求項２の燃料電
池の配管構造によれば、燃料ガス配管、酸化ガス配管、
冷媒配管のうち燃料ガス配管を最もスタック側に配置し
たので、車両衝突時にも燃料ガス配管は守られ、燃料ガ
ス洩れとそれによる不具合の発生が抑制され、安全であ
る。請求項３の燃料電池の配管構造によれば、燃料ガス
配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管を最
もスタック間側に配置したので、車両衝突時にも燃料ガ
ス配管は守られ、燃料ガス洩れとそれによる不具合の発
生が抑制され、安全である。請求項４の燃料電池の配管
構造によれば、スタックはセルが車両左右方向に積層さ
れた状態に車両に搭載されるので、セル積層方向にスタ
ックに接続される配管類は、スタックの車両前方側に接
続されず、車両前面衝突に対しても配管類は安全であ
る。請求項５の燃料電池の配管構造によれば、スタック
はモータの上方に搭載されているので、スタックはモー
タによっても保護される。
【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。
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２スタック燃料電池の平面図で
ある。
ある。
【図４】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。
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５】図４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。
配管の正面図である。
【図６】本発明実施例の燃料電池の配管構造が適用され
る燃料電池を装着した燃料電池自動車のエンジンコンパ
ートメントの側面図である。
る燃料電池を装着した燃料電池自動車のエンジンコンパ
ートメントの側面図である。
【図７】図６のエンジンコンパートメントの平面図であ
る。
る。
【図８】各種マニホールドと各種流路との接続を示すス
タック内の透視斜視図である。
タック内の透視斜視図である。
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 ３４i 分配部 ３４o 集合部 ３５ａ 燃料ガス配管の分配・集合部 ３５ａi 分配部 ３５ａo 集合部 ３５ｂ 酸化ガス配管の分配・集合部 ３５ｂi 分配部 ３５ｂo 集合部 ４０ ケース ５０ サブフレーム ５１ 駆動用モータ ５２ インバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｆターム(参考） 3D035 AA06 5H026 AA06 CC01 CC03 CC08 CC10 CX06 HH03 5H027 AA06 CC06 5H115 PA08 PG04 PI18 PU01 QE20 SE06 TR19 UI35 UI40
Claims (5)
- 【請求項１】 車両のエンジンコンパートメント内に配
置される燃料電池であって、燃料電池スタックに接続さ
れる燃料ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料
ガス配管を最も車両内側に配置した燃料電池の配管構
造。 - 【請求項２】 車両の前部のボンネット下に配置される
燃料電池であって、燃料電池スタックに接続される燃料
ガス配管、酸化ガス配管、冷媒配管のうち燃料ガス配管
を最もスタック側に配置した燃料電池の配管構造。 - 【請求項３】 車両の前部のボンネット下に配置される
燃料電池であって、燃料電池はスタックを複数列有し、
スタックに接続される燃料ガス配管を各スタック間側に
集約した燃料電池の配管構造。 - 【請求項４】 スタックはセルが車両左右方向に積層さ
れた状態に車両に搭載される請求項１〜３記載の燃料電
池の配管構造。 - 【請求項５】 スタックはモータの上方に搭載されてい
る請求項１〜４記載の燃料電池の配管構造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001170518A JP3671864B2 (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 燃料電池の配管構造 |
| US10/160,180 US20020187382A1 (en) | 2001-06-06 | 2002-06-04 | Mounting structure of fuel cell assembly on vehicle body |
| DE10224959A DE10224959A1 (de) | 2001-06-06 | 2002-06-05 | Montageaufbau einer Brennstoffzellenbaugruppe an einer Fahrzeugkarosserie |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001170518A JP3671864B2 (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 燃料電池の配管構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002367637A true JP2002367637A (ja) | 2002-12-20 |
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| JP2004207141A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池搭載車両 |
| WO2006085671A1 (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
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| KR20160122224A (ko) | 2014-03-24 | 2016-10-21 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 전동 차량 |
| DE102022116183A1 (de) | 2022-06-29 | 2024-01-04 | Baumgartner & Lamperstorfer Instruments GmbH | Elektrochemischer stapel |
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| JP7441884B2 (ja) | 2022-04-28 | 2024-03-01 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
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|---|---|---|---|---|
| JP6117738B2 (ja) | 2013-06-10 | 2017-04-19 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
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- 2001-06-06 JP JP2001170518A patent/JP3671864B2/ja not_active Expired - Fee Related
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