JP2010044990A - 燃料電池用筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】板厚を厚くすることなく剛性を確保するとともに、作製が容易な燃料電池用筐体を得る。
【解決手段】燃料電池ユニット２を収納するための収納室４と、燃料電池ユニット２を挿入するための開口６と、開口６を塞ぐ蓋板８，１０を備え、また、燃料電池ユニット２の挿入方向と平行な側壁および天井壁を、外殻部材１２と外殻部材１２に間隔をあけて内側に配置された内殻部材１４とを含んで構成し、外殻部材１２と内殻部材１４との端部側を開口６内側に折り曲げてそれぞれフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成するとともに、外殻部材１２のフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの内側に内殻部材１４のフランジ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの外側を重ねてレーザ溶接により一体化して溶着し、かつ、フランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃに蓋板８，１０を着脱可能に取り付けた。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池ユニットを収納室に収納するための燃料電池用筐体に関する。

特許文献１において、燃料電池ユニットを収納室に収納するための燃料電池用筐体は、燃料電池ユニットを収納室に挿入するための開口が形成されており、開口は蓋板により閉塞できるように構成されている。また、燃料電池用筐体の燃料電池ユニット挿入方向と平行な側壁は、互いに間隔をあけて外殻部材と内殻部材と排ガス用内壁とが並設されて中空壁状に形成されており、外殻部材と内殻部材との間及び内殻部材と排ガス用内壁との間に反応ガス流路および排ガス流路がそれぞれ形成されている。この反応ガス流路および排ガス流路を介して、収納室に反応ガスを導入するとともに、排ガスを収納室から外部に排出するよう構成されている。
特開２００７−５９３７７号公報

ところで、こうした従来のものでは、外殻部材と内殻部材との間及び内殻部材と排ガス用内壁との間に反応ガス流路および排ガス流路のそれぞれを形成する際、開口側の側面を塞ぐために、板状の閉塞部材に外殻部材と内殻部材と排ガス用内壁との端部を溶接するとともに、閉塞部材に開口を塞ぐ蓋板を着脱可能に取り付けている。

しかし、このような燃料電池用筐体においては、燃料電池ユニットを収納室に収納するための大きな開口を設けるので、板厚を厚くしたりして剛性を確保しなければならず、また、外殻部材と内殻部材と排ガス用内壁とのそれぞれの端部を閉塞部材に溶接しているので、溶接箇所が多く作製が煩雑であるという問題があった。

本発明の課題は、板厚を厚くすることなく剛性を確保するとともに、作製が容易な燃料電池用筐体を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
燃料電池ユニットを収納するための収納室と、該収納室に前記燃料電池ユニットを挿入するための開口と、該開口を塞ぐ蓋板とを備え、前記燃料電池ユニットの挿入方向と平行な側壁および天井壁が、外殻部材と、該外殻部材に間隔をあけて内側に配置された内殻部材とを含んで構成された燃料電池用筐体であって、前記側壁および前記天井壁は、前記開口側端が内側に折り曲げて形成されたフランジ部をそれぞれ備えるとともに、前記外殻部材および前記内殻部材の前記フランジ部が互いに重ね合わされて溶接にて一体化されており、一体化された前記フランジ部に前記蓋板が着脱可能に取り付けられていることを特徴とする燃料電池用筐体がそれである。

前記外殻部材の前記フランジ部と前記内殻部材の前記フランジ部との溶接をレーザ溶接としてもよい。また、前記側壁を構成する前記内殻部材の一部を前記収納室側に切り起こすとともに、前記外殻部材側から前記内殻部材に仕切板を接合して、前記燃料電池ユニットの挿入方向と垂直な方向に延びる前記外殻部材と前記仕切板との間の空間および前記内殻部材と前記仕切板との間の空間をそれぞれ反応ガス流路および排気ガス流路としてなる構成としてもよい。更に、前記収納室の床を構成する床部材を備え、該床部材は、前記反応ガス流路とつながる導入箱と、該導入箱上に設けられた前記排気ガス流路とつながる排気箱とから構成されるとともに、前記導入箱に該導入箱を上下方向に貫通する案内管を有し、前記排気箱中の排気ガスを排出するための排気管が前記案内管内に挿入されている構成としてもよい。

本発明の燃料電池用筐体は、外殻部材と内殻部材との端側を開口内側に略直角に折り曲げてそれぞれフランジ部を形成するとともに、外殻部材と内殻部材とのフランジ部を互いに重ねて合わせて溶接にて一体化したので、剛性を確保することができるとともに、溶接作業が簡単で製造が容易となるという効果を奏する。

また、外殻部材のフランジ部の内側に内殻部材のフランジ部の外側を重ねてレーザ溶接することにより、容易に溶接できると同時に、シール性を確保できる。更に、側壁を構成する内殻部材の一部を収納室側に切り起こすとともに、外殻部材に仕切板を接合して、外殻部材と仕切り板との間の空間と内殻部材と仕切板との間の空間をそれぞれ反応ガス流路および排ガス流路とすることにより、側壁の剛性を確保できるとともに、反応流路および排ガス流路を容易に形成でき、作製が容易となる。また、床部材を構成する導入箱を貫通する案内管内に、排気箱中の排気ガスを排気するための排気管を挿入した構成とすることから、剛性を確保できるとともに、排気管の径を大きくでき、ガス流量を確保できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は燃料電池用筐体で、燃料電池用筐体１には燃料電池ユニット２が収納される。燃料電池ユニット２は燃料極、固体電解質、酸素極が順次積層された燃料電池セルが複数配列され、燃料極側に水素を含む燃料ガスを供給し、酸素極側に空気等の反応ガスを供給して、発電を行なう周知のものである。

本実施形態では、燃料電池用筐体１は直方体状に形成されており、燃料電池ユニット２は、燃料電池用筐体１に設けられた収納室４に収納される。図２、図３に示すように、燃料電池用筐体１には収納室４に燃料電池ユニット２を挿入可能な開口６（一方のみ図示する）が対向する両端面に形成されている。また、この開口６をそれぞれ塞ぐ蓋部材８，１０が設けられている。なお、開口６は対向する両端面にそれぞれ形成する必要はなく、少なくとも一端面に形成すればよい。

燃料電池用筐体１は、燃料電池ユニット２を挿入する方向と平行な左右の側壁及び天井壁を、外殻部材１２と内殻部材１４とにより形成しており、図２に示すように、外殻部材１２と内殻部材１４とはそれぞれ断面形状がコ字状に形成されるとともに、下方の床側が開放されて形成されている。なお、内殻部材１４と後述する床部材により収納室４が形成されている。また、内殻部材１４は外殻部材１２内に収納できるように、内殻部材１４は外殻部材１２よりも小さく形成されている。

そして、外殻部材１２の内側に所定間隔をあけて内殻部材１４を配置した場合には、図１に示すように、床側となる下方を除き、燃料電池ユニット２を挿入する方向に延びる左右の側壁側と天井壁側とには、それぞれ外殻部材１２と内殻部材１４との間に隙間が形成される。

外殻部材１２の天井には、大きな開放孔２０が形成されており、この開放孔２０に対応して、内殻部材１４の天井に燃料電池ユニット２の挿入方向に沿って細長い挿入孔２２が形成されている。外殻部材１２の開放孔２０を塞ぐ天井板２４が図示しないボルトにより着脱可能に取り付けられる。

図１に示すように、内殻部材１４の左右側壁側は、その一部が収納室４側に切り起こされて、凹部２６，２８が形成されている。この凹部２６，２８を塞ぐように、内殻部材１４の外殻部材１２側（左右側壁外側）には仕切板３０，３２が溶接等により接合されている。凹部２６，２８には、切り起こして形成されることにより、天井側と床側とに切欠２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８ｂが形成されている。

燃料電池用筐体１の左右の側壁側では、外殻部材１２と仕切板３０，３２との間の空間により、反応ガスが流れる反応ガス流路１６，１８が形成されている。また、燃料電池用筐体１の天井壁側では、外殻部材１２と内殻部材１４との間の空間により、反応ガスが流れる反応ガス流路１７が形成されている。更に、仕切板３０，３２と内殻部材１４との間の凹部２６，２８による空間により排ガスが流れる排ガス流路が形成されている。

外殻部材１２と内殻部材１４との下方の端に、収納室４の床を形成する床部材が取り付けられている。床部材は、反応ガスが供給される導入箱３６の上に収納室４内の排気ガスを回収する排気箱３８を積み重ねて固定した二重構造で、導入箱３６と排気箱３８とは、内部が中空状に形成されている。

本実施形態では、排気箱３８は導入箱３６よりも幅が小さく形成されており、導入箱３６の側面に外殻部材１２の下端側面が重ねられて、溶接により同定されている。また、排気箱３８の側面に内殻部材１４の下端側面が重ねられて、溶接により固定されている。

ここで、排気箱３８は導入箱３６よりも幅が小さく形成されていることから、導入箱３６に排気箱３８を積み重ねた際に、燃料電池ユニット２の挿入方向に沿って段部４０，４２が形成される。段部４０，４２の導入箱３６には、燃料電池ユニット２の挿入方向に沿って切欠４４，４６が形成されている。そして、この切欠４４，４６を介して外殻部材１２及び仕切板３０，３２により形成される反応ガス流路１６，１８と導入箱３６とがそれぞれつながって形成されている。

一方排気箱３８には、その天井面（収納室の床面側）の両側に燃料電池ユニッ卜２の挿入方向に沿って切欠４８，５０が形成されている。切欠４８，５０は凹部２６，２８の切欠２６ａ，２８ａに対応して形成されており、外殻部材１２と内殻部材１４とを床部材に取り付けた際に、切欠４８，５０と凹部２６，２８の切欠２６ａ，２８ａとが重なり合って、排気箱３８の内部と凹部２６，２８内とがそれぞれつながるように形成されている。

導入箱３６には、図１に示すように、その底面側に反応ガス供給管５２が接続されており、また、図４に示すように、導入箱３６を上下方向に貫通する案内管５４が取り付けられている。排気箱３８には、その底面側に排気管５６が取り付けられており、排気管５６は案内管５４内に挿入されて導入箱３６の下側にその先端が開口されている。

一方、外殻部材１２と内殻部材１４とには、図２に示すように、開口６の縁側の左右側壁側にそれぞれフランジ部１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂが形成されている。外殻部材１２のフランジ部１２ａ，１２ｂは、開口６の内側に略直角に折り曲げられて形成されており、内殻部材１４のフランジ部１４ａ，１４ｂも開口６の内側に略直角に折り曲げられて形成されている。

外殻部材１２の内側に所定間隔をおいて内殻部材１４を配置する際、図５に示すように、外殻部材１２のフランジ部１２ａ，１２ｂの内側に、内殻部材１４のフランジ部１４ａ，１４ｂの外側を重なり合うように形成する。

本実施形態では、外殻部材１２および内殻部材１４は、開口６の天井側にもそれぞれフランジ部１２ｃ，１４ｃが形成されており、それぞれのフランジ部１２ｃ，１４ｃは同様に開口６の内側に略直角に折り曲げられて形成されている。そして、外殻部材１２の内側に内殻部材１４を所定間隔を置いて配置する際、フランジ部１２ｃ，１４ｃが重ね合わされるように形成されている。更に、各フランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃには複数の取付孔５８，６０が形成されている。また、開口６と対向する図示しない他方の開口側についても同様に、フランジ部が形成されて、フランジ部が重ね合わせられている。

本実施形態では、外殻部材１２と内殻部材１４との重ね合わされたフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、図３に二点鎖線で示すように、レーザ溶接によるコ字状の溶接ビード６２により溶着されて、重ね溶接で一体に固定されている。すなわち各フランジが互いに重ね合わされることにより、外殻部材１２と内殻部材１４とが一体化されている。また、開口６と対向する図示しない他方の開口側についても同様に形成されたフランジ部を重ね合わせ、レーザ溶接により固定されている。

これにより、フランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃを重ねて溶着することにより、反応ガス流路１６，１７，１８の開口６側の側面が閉塞され、レーザ溶接による重ね溶接によりシール性が確実に確保される。しかも、溶接ビード６２を形成する１箇所の溶接により溶着できるので、溶接が簡単で作製も容易になる。

蓋部材８，１０およびフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、それぞれ複数の取付孔６４，６６と、取付孔５８，６０とが形成されており、それぞれの取付孔が合わされ、図示しないボルトが挿入されて着脱可能に蓋部材８，１０がフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃに取り付けられ、開口６が蓋部材８，１０により塞がれる。

図３に示すように、内殻部材１４の天井側の挿入孔２２には、反応ガス導入部材６８が挿入される。反応ガス導入部材６８は挿入孔２２に挿入可能なように扁平状に形成されており、内部は中空状に形成されて反応ガス供給通路７０が形成されている。

反応ガス導入部材６８はフランジ部６８ａを備え、挿入孔２２に挿入した後、フランジ部６８ａに形成された取付孔７２と、挿入孔２２の周囲の内殻部材１４に形成された取付孔７４とに図示しないボルトが挿入されて固定される。反応ガス供給通路７０は上方に開口されて、反応ガス流路１７に連通されており、反応ガス供給通路７０の下方は、反応ガス導入部材６８に形成された多数の小孔７６を介して、収納室４に連通されている。

外殻部材１２の天井には、開放孔２０の周囲に複数の取付孔７８が形成されており、開放孔２０を塞ぐ天井板２４にも取付孔８０が形成されている。天井板２４の取付孔８０と外殻部材１２の取付孔７８とを重ね合わせて、図示しないボルトにより天井板２４が外殻部材１２に固定される。

更に、外殻部材１２と内殻部材１４との側壁には、挿入管８２，８４が取り付けられており、挿入管８２，８４は外殻部材１２と内殻部材１４とを貫通して、収納室４につながっている。挿入管８２，８４には、収納室４内の温度を検出する温度センサ等が挿入される。

次に、前述した本実施形態の燃料電池用筐体１の作動について説明する。
反応ガス導入部材６８を挿入孔２２に挿入するとともに、天井板２４を外殻部材１２に取り付け、開口６から燃料電池ユニット２を収納室４内に挿入して、開口６を蓋部材８，１０により塞いで固定する。

空気等の反応ガスが供給管５２を介して導入箱３６内に導入されると、図１に矢印で示すように、切欠４４，４６から外殻部材１２と仕切板３０，３２との間の反応ガス流路１６，１８に導かれる。そして、両側壁側の反応ガス流路１６，１８から天井側の反応ガス流路１７に導かれ、反応ガス流路１７から反応ガス導入部材６８の反応ガス供給通路７０に流入する。反応ガス供給通路７０から小孔７６を介して収納室４に反応ガスが供給され、燃料電池ユニット２内で消費される。

燃料電池ユニット２からの排ガスは、収納室４から切欠２６ａ，２８ａを介して凹部２６，２８（排ガス流路）に流入する。内殻部材１４と仕切板３０，３２との間の凹部２６，２８を通って、内殻部材１４の切欠２６ｂ，２８ｂから排気箱３８の切欠４８，５０を介して排気箱３８内に導かれる。排気箱３８内から排気管５６を介して外部に排出される。

このように、本実施形態では、外殻部材１２の開口６側端の側壁および天井壁と、内殻部材１４の開口６側の側壁および天井壁とをそれぞれ開口６内側に略直角に折り曲げたフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成し、外殻部材１２のフランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの内側に内殻部材１４のフランジ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの外側を重ねて溶着したので、溶接箇所を低減できる。

更に、外殻部材１２の各フランジ部１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、内殻部材１４の各フランジ１４ａ，１４ｂ，１４ｃとをレーザ溶接により重ね溶接することにより、容易に溶接でき、しかも、反応ガス流路１６，１７，１８のシール性を確保できる。

また、両側壁側の開口６の緑に沿って、フランジ部１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂが形成され、外殻部材１２のフランジ部１２ａ，１２ｂと内殻部材１４のフランジ部１４ａ，１４ｂとが重ね合わされて溶着されるので、剛性が確保され、大きな開口６を形成しても燃料電池用筐体１の剛性を確保できる。しかも、本実施形態では、天井側の開口６の緑に沿ってもフランジ部１２ｃ，１４ｃが形成されて重ね溶接されるので、更に剛性が向上する。即ち、外殻部材１２や内殻部材１４の板厚を厚くすることなく剛性を確保できる。

また、収納室４の床を構成する床部材を、導入箱３６上に排気箱３８を設けた二重構造とすることで剛性を向上させることができ、また、導入箱３６に導入箱３６を上下方向に貫通する案内管５４を備え、案内管５４内に排気管５６を挿入し、排気箱３８中の排気ガスを底面側に排気できるようにした。それにより、底面側では案内管５４や排気管５６の径を大きく確保できるので、大きな流量を確保でき、吸排気効率を向上できる。

更に、内殻部材１４の一部を切り起こして凹部２６，２８を形成し、凹部２６，２８を仕切板３０，３２で塞いで、反応ガス流路および排ガス流路を形成したので、容易に反応ガス流路および排ガス流路を形成できるとともに、側壁の剛性が向上する。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての燃料電池用筐体の一部を破断して示す拡大斜視図である。 本実施形態の燃料電池用筐体の外殻部材、内殻部材、床部材の分解斜視図である。 本実施形態の燃料電池用筐体の蓋部材、天井板、反応ガス導入部材の組立を示す分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図３のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

符号の説明

１…燃料電池用筐体 ２…燃料電池ユニット
４…収納室 ６…開口
８，１０…蓋部材 １２…外殻部材
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…フランジ部
１４…内殻部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…フランジ部
１６〜１８，７０…ガス通路
２４…天井板 ２６，２８…凹部
２６ａ，２６ｂ，２８ａ，２８ｂ…切欠
３０，３２…仕切板 ３６…導入箱
３８…排気箱 ５２…供給管
５４…案内管 ５６…排気管
６２…溶接ビード ６８…反応ガス導入部材
６８ａ…フランジ部 ７６…小孔
８２，８４…挿入管

Claims (4)

1. 燃料電池ユニットを収納するための収納室と、該収納室に前記燃料電池ユニットを挿入するための開口と、該開口を塞ぐ蓋板とを備え、前記燃料電池ユニットの挿入方向と平行な側壁および天井壁が、外殻部材と、該外殻部材に間隔をあけて内側に配置された内殻部材とを含んで構成された燃料電池用筐体であって、前記側壁および前記天井壁は、前記開口側端が内側に折り曲げて形成されたフランジ部をそれぞれ備えるとともに、前記外殻部材および前記内殻部材の前記フランジ部が互いに重ね合わされて溶接にて一体化されており、一体化された前記フランジ部に前記蓋板が着脱可能に取り付けられていることを特徴とする燃料電池用筐体。
2. 前記外殻部材の前記フランジ部と前記内殻部材の前記フランジ部との溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用筐体。
3. 前記側壁を構成する前記内殻部材の一部を前記収納室側に切り起こすとともに、前記外殻部材側から前記内殻部材に仕切板を接合して、前記燃料電池ユニットの挿入方向と垂直な方向に延びる前記外殻部材と前記仕切板との間の空間および前記内殻部材と前記仕切板との間の空間をそれぞれ反応ガス流路および排気ガス流路としてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用筐体。
4. 前記収納室の床を構成する床部材を備え、該床部材は、前記反応ガス流路とつながる導入箱と、該導入箱上に設けられた前記排気ガス流路とつながる排気箱とから構成されるとともに、前記導入箱に該導入箱を上下方向に貫通する案内管を有し、前記排気箱中の排気ガスを排出するための排気管が前記案内管内に挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用筐体。

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