JP5011985B2 - 燃料電池用ガス配管システム及び燃料電池搭載車両 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池用ガス配管システム及び燃料電池搭載車両に係り、特に、燃料電池システムを構成する要素の間を接続するガス配管を含む燃料電池用ガス配管システムに関する。

環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって必要な電力を取り出す。そのとき、カソード側に電気化学反応により水が生成される。この生成水は、カソード側の使用済み酸化ガス中に含まれて外部に運び出される。また、電解質膜を介して生成水はアノード側にも浸透し、これは使用済み燃料ガスに含まれて外部に運び出される。

電解質膜としては、例えば固体高分子膜が用いられるが、この構成元素であるフッ素等が生成水中に分離し、フッ素イオンのような腐食性の強いイオンが生成され、ガス配管等に腐食が発生することがある。

例えば、特許文献１には、このような腐食問題に対応し、固体高分子膜から排出されるイオンを捕集するために、第１のイオン除去ユニットを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管のうち少なくとも生成水が排出する管に設けられ、第２のイオン除去ユニットが燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器に設けられ、第３のイオン除去ユニットが冷却水供給管の燃料ガス加湿器側、循環管の酸化ガス加湿器側の少なくとも一方に設けられ、第４のイオン除去ユニットが、冷却水バイパス管の途中と循環水バイパス管の途中に設けられることが開示されている。なお、これらのイオン除去ユニットには、イオン交換樹脂が含まれている。

特開２００２−３１３４０４号公報

フッ素イオン等の腐食に対処するには、特許文献１のようにイオン除去を行う他に、配管に耐食性のよい材料、例えばステンレス鋼を用いることでもよい。しかしながら、オーステナイト系のステンレス鋼は、ニッケルを成分として含むが、ニッケルはフッ素イオンによって溶出が生じることがあるので、生成水を排出する際のニッケル排出基準量を遵守することが必要となる。そこで、ニッケルを含まないフェライト系のステンレス鋼、例えばＪＩＳ規格のＳＵＳ４３６ステンレス鋼等を用いることが考えられる。

ところで、ガス漏れ等が生じないようにガス配管をしっかり固定するために、ガス配管自体を固定部に溶接固定することが行われる。この溶接には例えばロー付け技術を用いることができるが、このような溶接技術にはある程度の高温処理を要する。フェライト系ステンレス鋼を高温処理すると、結晶粒界でＣｒがＣと結合し、クロム炭化物が析出され、粒界近傍でＣｒ量が低下し、腐食に鋭敏となることが知られている。この鋭敏化が生じると、粒界腐食が生じる可能性があるので、高温処理を要する固定方法には課題が残る。

このように、燃料電池用ガス配管システムには、生成水に含まれるフッ素イオンに対する耐食性と、ガス配管の固定方法とを両立することが困難である。

本発明の目的は、耐食性と配管固定性とを両立させることが可能な燃料電池用ガス配管システム及び燃料電池搭載車両を提供することである。

本発明に係る燃料電池用ガス配管システムは、ニッケル成分を含まないステンレス鋼で構成されるガス配管と、ガス配管を固定部に常温の下で固定するための固定具と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る燃料電池用ガス配管システムにおいて、ガス配管と固定具との間に設けられる弾性体を備えることが好ましい。

また、本発明に係る燃料電池用ガス配管システムにおいて、ガス配管は、燃料電池システムの構成要素に接続される接続端部であって、その接続位置と固定具の位置との間にオフセットを有する接続端部を有し固定具は、ガス配管の接続端部に外力が加わるときにその外力で破断されることが可能な切欠部を有することが好ましい。
また、本発明に係る燃料電池搭載車両は、燃料電池システムを搭載する燃料電池搭載車両であって、燃料電池システムは、上記の本発明に係る燃料電池用ガス配管システムを備え、ガス配管のうち、固定具に固定する部分は、車両の進行方向に設けられ、固定部は、車両の進行方向前方に位置する部分に設けられた切欠部を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る燃料電池搭載車両は、燃料電池システムを搭載する燃料電池搭載車両であって、燃料電池システムは、上記の本発明に係る燃料電池用ガス配管システムを備え、ガス配管のうち、固定具に固定する部分は、車両の進行方向に設けられ、固定部は、車両の進行方向に延びるように設けられたビードを備えることを特徴とする。

上記構成により、ニッケル成分を含まないステンレス鋼でガス配管を構成し、ガス配管は固定具を用いて常温の下で固定部に固定される。常温の下で固定具を用いて固定部に固定する方法としては、例えば、適当なブラケットを用いてガス配管を押さえつけながらボルト、ナット等で固定部に固定すること等がある。これによって、生成水にニッケルを含むことを防止でき、また、ニッケルを含まないステンレス鋼を高温処理にさらすことがなく、したがって粒界腐食の可能性を低減できる。

また、ガス配管と固定具との間に設けられる弾性体を備えるので、ガス配管を固定部に安定して固定することができる。また、ガス配管が外力を受けるときに、弾性体によってその外力を吸収できるので、耐衝撃性が向上する。

また、ガス配管の接続端部の位置と、固定具の位置との間にはオフセットがある。したがって、燃料電池システム構成要素に外力が加わるときには、外力を受ける接続端部と固定具との間に曲げモーメントがかかることになる。そして、固定具は、切欠部から外力によって破断されることが可能であるので、過大な外力がかかるときにはこの自己破断によって、ガス配管を損傷から保護することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、燃料電池システムとして、燃料電池スタック、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）、加湿器、希釈器等を含むものとして説明するが、これらは、ガス配管システムの説明のための要素であるので、もちろんこれ以外の要素、例えば、各種制御弁、各種センサ、冷却水系等を含む燃料電池システムであってもよい。また以下では、ガス配管としては、燃料電池スタック、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）、加湿器との間を相互に接続するものを説明するが、もちろんこれら以外の要素の間を接続するガス配管であってもよい。例えば、燃料ガス源と燃料電池スタックとの間のガス配管、また、各種のバイパス用ガス配管等であってもよい。また、以下では、車両の床下に配置される燃料電池用ガス配管システムを説明するが、配置の位置は車両の床下に限られず、例えば、エンジンルーム、あるいは車両後部等の他の位置であってもよい。また、車両搭載用等の移動型の燃料電池に対するものでなくてもよく、例えば、固定置き型の燃料電池に対するガス配管システムであってもよい。また、以下で説明する固定具の材質、形状等は、説明のための一例であって、適用されるガス配管システムに合わせて適当に変更が可能である。

図１は、車両の床下に配置される燃料電池用ガス配管システム１０の平面図である。以下では、燃料電池用ガス配管システム１０のことを簡単にガス配管システム１０と呼ぶことにする。図２は、ガス配管システム１０が適用される燃料電池システム１１の全体構成を説明するための図である。図２において、ガス配管システム１０の構成要素であるガス配管４０，４２，４４，４６が、他の配管要素と区別されて、太い実線で示されている。ガス配管システム１０は、図１、図２に示されるように、燃料電池スタック１２、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）２８、加湿器３２との間において、ガス配管４０，４２，４４，４６を接続し、その位置を車体の固定部であるサスペンションメンバー５０に固定するシステムである。

最初に、ガス配管システム１０が適用される燃料電池システム１１について図２を用いて説明し、その後にガス配管システム１０の内容を詳細に説明する。

図２は、燃料電池システム１１の構成図である。燃料電池システム１１は、燃料電池セルが複数積層されて燃料電池スタック１２と呼ばれる燃料電池本体及び、燃料電池スタック１２のアノード側に配置される水素ガス供給のための各要素と、カソード側に配置される空気供給のための各要素を含んで構成される。

燃料電池スタック１２は、固体高分子膜である電解質膜の両側に触媒電極層を配置したＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両外側にセパレータを配置して挟持した単電池を複数個組み合わせて積層したものである。燃料電池スタック１２は、アノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電池化学反応によって発電し、必要な電力を取り出す機能を有する。

アノード側の水素ガス源１４は、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。水素ガス源１４に接続されるレギュレータ１６は、水素ガス源１４からのガスを適当な圧力と流量に調整する機能を有する。レギュレータ１６の出力口は燃料電池スタック１２のアノード側入口に接続され、適当な圧力と流量に調整された燃料ガスが燃料電池スタック１２に供給される。

燃料電池スタック１２のアノード側出口に接続される分流器１８は、アノード側出口からの排出ガスの不純物ガス濃度が高まってきたときに、排気バルブ２２を通して希釈器２４に流すためのものである。このときの排気ガスは、窒素の他に反応生成物の水も含む水素ガスである。また、分流器１８の後でさらにアノード側入口との間に設けられる循環昇圧器２０は、アノード側出口から戻ってくるガスの水素分圧を高めて再びアノード側入口に戻し再利用する機能を有する水素ポンプである。

カソード側の酸化ガス源２６は、実際には大気を用いることができる。酸化ガス源２６の後に設けられるエアコンプレッサ（ＡＣＰ）２８は、モータ３０によって酸化ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。ＡＣＰ２８は、その回転速度（毎分当りの回転数）を可変して、所定量の酸化ガスを提供する機能を有する。すなわち、酸化ガスの所要流量が大きいときは、モータ３０の回転速度を上げ、逆に酸化ガスの所要流量が小さいときは、モータ３０の回転速度を下げる。

加湿器３２は、酸化ガスを適度に湿らせ、燃料電池スタック１２での燃料電池反応を効率よく行わせる機能を有するものである。加湿器３２には、ガス配管４０による流路を通って、ＡＣＰ２８から酸化ガスが供給される。加湿器３２により適度に湿らせられた酸化ガスは、ガス配管４２による流路を通って、燃料電池スタック１２のカソード側入口に供給され、カソード側出口から排気される。このときに、排気とともに反応生成物である水も排出される。燃料電池スタック１２は反応により高温になるので、排出される水は水蒸気となっている。この水蒸気を含む使用済み酸化ガスは、ガス配管４４による流路を通って加湿器３２に供給され、先ほどのＡＣＰ２８からの使用前の酸化ガスを適度に湿らせる。このように、加湿器３２は、酸化ガスに水蒸気の水分を適当に与える機能を有するもので、いわゆる中空糸を用いたガス交換器を用いることができる。なお、加湿器３２を経由した使用済み酸化ガスは、ガス配管４６による流路を通って希釈器２４に供給され、排気バルブ２２から排気される使用済み燃料ガスを希釈する希釈用ガスとして用いられる。

希釈器２４は、アノード側の排気バルブ２２からの水素混じりの排水、及び、カソード側の水蒸気混じりでさらにＭＥＡを通して漏れてくる水素混じりの排気を集め、加湿器３２からの使用済み酸化ガスによって希釈し、適当な水素濃度として外部に排出するためのバッファ容器である。

このような燃料電池システム１１においては、燃料ガスの供給、酸化ガスの供給、使用済み燃料ガスの排気、使用済み酸化ガスの排気等のために、ガス配管が用いられる。図２では、その例として、ガス配管４０，４２，４４，４６を太い実線として示してある。

図１に戻り、ここでは、ガス配管４０，４２，４４，４６が示されている。図１は、図２で説明した燃料電池システム１１を車両の床下に搭載したときのガス配管４０，４２，４４，４６の様子を示す図である。ここでは、車両の車体に固定されるサスペンションメンバーの上に燃料電池スタック１２とＡＣＰ２８が配置され、同じように車両の車体に固定される床下メンバー５１の上に加湿器３２と希釈器２４が配置され、これらの間がガス配管４０，４２，４４，４６で接続されている。図１には、車両の前方側であるフロント側の方向と、車両の後方側であるリア側の方向が示されている。サスペンションメンバー５０は床下メンバー５１よりもフロント側に配置され、したがって、燃料電池スタック１２とＡＣＰ２８は、加湿器３２、希釈器２４よりもフロント側に配置される。

図１に示されるように、ガス配管４０，４２，４４，４６は、それぞれ両端部に接続端部４８，４９を有し、この接続端部４８，４９によって、ガス漏れがしないように、燃料電池スタック１２、ＡＣＰ２８、加湿器３２、希釈器２４の各ガスポートとしっかりと接続される。そして、図１の例では、ガス配管４０，４２，４４が、固定具６０によって、車両の固定部であるサスペンションメンバー５０に固定して取り付けられる。図１に示されるように、各ガス配管４０，４２，４４，４６はまっすぐな管路でなく、したがって、各ガス配管４０，４２，４４，４６において、両端の各接続端部４８，４９の位置と、固定具６０の位置とは、直線状になく、位置関係において、オフセットを有していることになる。

図３、図４は、固定具６０による固定の様子を示す図で、ここでは、ガス配管４４が説明のための代表として示されている。図３と図４とは、視線の方向を９０度変えたときの様子をそれぞれ示す図で、図３を正面図とすれば、図４は側面図に相当する。ガス配管４４の一方の接続端部４８は、サスペンションメンバー５０の上に固定して配置される燃料電池スタック１２のポート１３に接続されるものである。また、ガス配管４４の他方の接続端部４９は、床下メンバー５１に固定して配置される希釈器２４のポート３３に接続されるものである。そして、ガス配管４４は、一方側の接続端部４８と他方側の接続端部４９の中間の位置において、固定具６０によって車両における固定部であるサスペンションメンバー５０に固定される。

なお、ポート１３は、図１で説明したように、燃料電池スタック１２において、水蒸気混じりの使用済み酸化ガスが排出される出口であり、ポート１３は、加湿器３２において、水蒸気混じりの使用済み酸化ガスが供給されるポートである。したがって、ガス配管４４は、燃料電池スタック１２において電池化学反応によって生成された生成水を水蒸気として含む使用済み酸化ガスを、燃料電池スタック１２から加湿器３２に搬出する機能を有する流路としての機能を有する。

ガス配管４４は、燃料電池スタック１２の構成要素である固体高分子膜からの溶存フッ素イオンによる腐食に耐えるように、ニッケル成分を実質上含まないステンレス鋼を材料とする耐食性金属管である。具体的には、ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ４３系のフェライト系ステンレス鋼を用いることができる。ガス配管４４の寸法の一例を上げると、外径が約３０ｍｍ、内径が約２８ｍｍ程度である。もちろん、これ以外の寸法であってもよい。

固定具６０は、ガス配管４４の円形外形に沿った形状を有する２つのブラケット部材６２，６４と、ガス配管４４の外周と、ブラケット部材６２，６４との間に配置される弾性部材６６を含んで構成される。２つのブラケット部材６２，６４は、合体したときにガス配管４４の円形外形を支持する内径形状となるようにし、この内径形状とガス配管４４の外周との間に弾性部材６６を配置し、複数のボルト・ナット５５，５６によって一体化される。ガス配管４４を支持して一体化された固定具６０は、取付部材５２を介して、複数のボルト・ナット５３，５４によって、車体の固定部であるサスペンションメンバー５０に取り付け固定される。

図５は、固定具６０の分解図である。ブラケット部材６２とブラケット部材６４とは、それぞれ、断面形状で半環状となる部分を有する部材で、この半環状部分６７を向かい合わせて２つのブラケット部材６２，６４を合体したときに、１つの管状となるものである。この合体したときの管状部分の内径は、ガス配管４４の外径よりやや小さめに設定される。

ブラケット部材６４は、半環状部分６７と、その半環状部分６７の両側の平坦部分６８とから構成される形状を有するが、ブラケット部材６２は、さらに一方側の平坦部分６８が曲げられて張出部分６９を有する。この張出部分６９は、図３で説明したように、ボルト・ナット５４等の固定手段を用いて、取付部材５２との接続固定に用いられる。各ブラケット部材６２，６４の対応する平坦部分６８は、図３で説明したように、複数のボルト・ナット５５，５６等の適当な締結手段等を用いて、２つのブラケット部材６２，６４を一体化するための合わせ面として用いられる。

２つのブラケット部材６２，６４の一体化のための締結手段は、ボルト・ナット以外に、カシメ等を用いることができるが、いずれにせよ、特別な加熱処理を要せず、常温下で締結することが可能な手段が選ばれる。取付部材５２とブラケット部材６２の張出部分６９との接続固定は、ボルト・ナット以外にカシメ等を用いることができ、また、ガス配管４４に熱的な影響を及ぼさない限り、溶接等を用いてもよい。例えば、予めサスペンションメンバー５０に固定された取付部材５２に、溶接によりブラケット部材６２を予め取り付けておき、その後、ガス配管４４と弾性部材６６とを介して、ブラケット部材６４を締結手段によって締結することができる。

このような半環状部分６７、平坦部分６８、張出部分６９を有するブラケット部材６２，６４は、金属平板を適当な曲げ加工及びプレス加工等の成形技術によって得ることができる。例えば、適当な板厚と強度とを有する鋼板を成形することで、半環状部分６７、平坦部分６８、張出部分６９を有するブラケット部材６２，６４を得ることができる。上記の例で、ガス配管４４の外径を約３０ｍｍとして、幅をその外径の約２倍の約６０ｍｍとする板厚が約１ｍｍの鋼板を、その幅方向を半環状部分の円弧の軸方向とする加工等を行って所定の形状としたものを、ブラケット部材６２，６４として用いることができる。

このような半環状部分６７、平坦部分６８、張出部分６９に加えて、ブラケット部材６２には、半環状部分６７の頂部にビード７２が形成され、ビード７２の一方端に相当するところに切欠部７０が設けられる。ブラケット部材６４には、ビード７２、切欠部７０が設けられていない。もちろん、必要に応じて、ブラケット部材６４にビード７２、切欠部７０を設けるものとしてもよい。

ビード７２は、半環状部分６７の頂部にそって直線状に設けられた突起である。ビード７２は、ブラケット部材６２において、他の部分と強度的に異なる部分を設定する機能を有し、具体的には、切欠部７０において過大な外力によって発生させられる亀裂の進行方向をこのビード７２に相沿うように導く機能を有する。この突起部分の板厚は、他の部分と同じか、それよりも薄い板厚とされる。例えば、上記の例で、外径約３０ｍｍのガス配管４４として、半環状部分６７の内側半径を約１４ｍｍとすると、ビード７２は、半環状部分６７の頂部に沿って、半径約１ｍｍの小さな曲げを加え手形成された突起とすることができる。このビード７２の延びる方向は、ブラケット部材６２，６４にガス配管４４が支持されたときのガス配管４４の軸方向である。

切欠部７０は、ビード７２の一方端に設けられ、ブラケット部材６２が一部切り欠かかれた部分である。切欠部７０は、ガス配管４４を介して固定具６０に外力が加わったときに、その外力によってビード７２が破断しやすいようにする機能を有するもので、換言すれば、ブラケット部材６２に意図的に設けられた強度的に弱い部分である。かかる切欠部７０は、ビード７２の方に次第に狭くなる三角形の切欠を用いることができる。

ここで、ビード７２の一方端とは、ブラケット部材６２，６４にガス配管４４が支持されたときのガス配管４４の一方側の接続端部４８の側である。換言すれば、ブラケット部材６２，６４にガス配管４４が支持されたときに、燃料電池スタック１２側となる端部である。切欠部７０は、ビード７２の他方端、すなわち、ブラケット部材６２，６４にガス配管４４が支持されたときに加湿器３２側となる端部には設けられない。図１に関連して説明したように、燃料電池スタック１２は加湿器３２よりも車両のフロント側に配置され、車両が前方からの衝撃を受けたときに、燃料電池スタック１２の方が先に外力を受ける。切欠部７０は、車両に衝撃が加わるときに外力を先に受ける燃料電池スタック１２側となる端部のほうに配置される。

切欠部７０の強度、つまり、固定具６０がサスペンションメンバー５０に固定されて、ガス配管４４を介して固定具６０をサスペンションメンバー５０から引き離すような外力が加わるときに破断する強度の大きさは、例えば、具体的な切欠部７０の形状及びビード７２の形状等に基づき実験等によって求めることができる。一般的には、切欠部７０の三角形の頂角を鋭角側にすることで、破断強度を小さく設定することができる。

弾性部材６６は、一体化したブラケット部材６２，６４に形成される管状部分と、ガス配管４４の外周との間に配置され、ガス配管４４が回ること等を防止する機能を有する。仮に、弾性部材６６を介さずに、金属材料であるブラケット部材６２，６４のみでガス配管４４の外周を挟み込むだけとすると、ガス配管４４は、軸方向の回転及び軸方向の移動についてあまり拘束されないことになる。弾性部材６６は、その弾性を利用して、ガス配管４４の外周との間に適当な摩擦を与えることができ、これによって、ガス配管４４の軸方向の回転及び軸方向の移動を適度に拘束することができる。そして、摩擦力による拘束力を超える外力が加わるときには、ガス配管４４の軸方向の回転または軸方向の移動を適度に許容することができる。摩擦力による拘束力の大きさは、弾性部材６６の弾性係数、ブラケット部材６２，６４とガス配管４４との間に挟みこまれるときの圧縮率、弾性部材６６の大きさ、弾性部材６６とブラケット部材６２，６４との間の摩擦係数、弾性部材６６とガス配管４４との間の摩擦係数等を設計することで、予め設定することができる。

かかる弾性部材６６としては、金属よりも十分に弾性係数の低い材料を用いることができる。好ましくは粘弾性を有する材料が好ましい。例えばプラスチックゴムシートを用いることができ、具体的には、ブラケット部材６２，６４の幅の幅寸法で、ガス配管４４の外周長さの長さ寸法で、適度な厚さを有する矩形形状のプラスチックゴムシートを作成し、これをガス配管４４の外周に巻きつけるように配置して用いることができる。プラスチックゴムシートとしては、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）あるいはＥＰＭに第３成分であるジエン成分を少量加えたエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等の発泡プラスチックゴムを用いることができる。上記の例では、幅が約６０ｍｍ、長さが約１００ｍｍ、厚さが約１ｍｍ程度のＥＰＤＭシートを用いることができる。

かかる構成の燃料電池用ガス配管システム１０の作用、特に固定具６０の作用について説明する。以下では、図１から図５の符号を用いて説明する。上記のように、固定具６０は、弾性部材６６を介してブラケット部材６２，６４によってガス配管４４の外周を挟み込んで、車両の固定部であるサスペンションメンバー５０に固定するものである。通常の場合は、弾性部材６６の機能により発生する摩擦力により、固定具６０は、ガス配管４４の軸方向の回転及び軸方向の移動を適度に拘束し、例えば、車両の走行の振動について、ガス配管４４がガタツクことを抑制する。

そして、摩擦力による拘束力を超える外力が加わるときには、ガス配管４４の軸方向の回転または軸方向の移動を適度に許容し、その外力が消滅したときには、その位置、または復元した元の位置で、摩擦力による拘束力によって、ガス配管４４の軸方向の回転及び軸方向の移動を適度に拘束することができる。すなわち、固定具６０は、ある程度の外力に対して対応可能に、ガス配管４４の位置を決めて保持する作用を有する。

また、固定具６０は、ビード７２と切欠部７０の作用により、過大な外力に対し、ガス配管４４を変形あるいは損傷から保護する機能を有する。その機能について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、過大な外力Ｆがガス配管４４の接続端部４８にかけられたときの様子を示し、（ｂ）はその過大な外力のために、固定具６０が破断してガス配管４４の変形あるいは損傷から保護する様子を示す図である。

図１に関連して説明したように、ガス配管４４はまっすぐな管路ではないので、接続端部４８の位置と、固定具６０の位置との間にオフセットＬが存在する。このオフセットＬは、接続端部４８の位置と固定具６０の位置との間の直線的な距離の差を示しているのではなく、外力Ｆの方向に垂直な方向に沿って、接続端部４８の位置と固定具６０の位置との間に距離的離隔があることを示している。したがって、このオフセットＬと外力Ｆとによって、固定具６０の位置において、ガス配管４４に曲げモーメントＭ＝Ｆ×Ｌが生じることになる。図６（ａ）は、その様子を示している。

この曲げモーメントＭは、固定具６０に対し、固定部であるサスペンションメンバー５０から引き離す外力として作用する。この外力が過大であると、固定具６０の強度的に弱い部分である切欠部７０から亀裂が生じ、ビード７２に沿ってその亀裂が進行し、ついには、固定具６０が破断する。図６（ｂ）には、亀裂が進行して破断面７４となった様子が示される。

このように、ガス配管の材料として、ニッケルを含まないステンレス鋼を用い、これの固定部に対する固定として、固定具を用いて常温下で固定することで、燃料電池スタックにおける生成水に含まれるフッ素イオンによるニッケル溶出がないようにするとともに、高温処理による粒界腐食の鋭敏化が生じないようにできる。そして、弾性部材を固定具とガス配管との間に配置することで、ガス配管の位置決めと保持をある程度の外力に対して対応可能とすることができる。また、固定具に切欠部等を設けることで、燃料電池システムを構成する要素に過大な外力が加わったときに、固定具の自己破断によってガス配管を変形、損傷から保護することができる。

本発明に係る実施の形態における燃料電池用ガス配管システムの平面図である。 本発明に係る実施の形態における燃料電池用ガス配管システムが適用される燃料電池システムの全体構成を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、固定具による固定の様子を示す正面図である。 本発明に係る実施の形態において、固定具による固定の様子を示す側面図である。 本発明に係る実施の形態において、固定具の分解図である。 本発明に係る実施の形態において、過大な外力Ｆがガス配管の接続端部にかけられたときの固定具の作用を説明する図である。

符号の説明

１０ 燃料電池用ガス配管システム、１１ 燃料電池システム、１２ 燃料電池スタック、１３，３３ ポート、１４ 水素ガス源、１６ レギュレータ、１８ 分流器、２０ 循環昇圧器、２２ 排気バルブ、２４ 希釈器、２６ 酸化ガス源、２８ ＡＣＰ、３０ モータ、３２ 加湿器、４０，４２，４４，４６ ガス配管、４８，４９ 接続端部、５０ サスペンションメンバー、５１ 床下メンバー、５２ 取付部材、５３，５４，５５，５６ ボルト・ナット、６０ 固定具、６２，６４ ブラケット部材、６６ 弾性部材、６７ 半環状部分、６８ 平坦部分、６９ 張出部分、７０ 切欠部、７２ ビード、７４ 破断面。

Claims (6)

1. ニッケル成分を含まないステンレス鋼で構成されるガス配管と、
   ガス配管を固定部に常温の下で固定するための固定具と、
   を備えることを特徴とする燃料電池用ガス配管システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池用ガス配管システムにおいて、
   ガス配管と固定具との間に設けられる弾性体を備えることを特徴とする燃料電池用ガス配管システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池用ガス配管システムにおいて、
   ガス配管は、燃料電池システムの構成要素に接続される接続端部であって、その接続位置と固定具の位置との間にオフセットを有する接続端部を有し、
   固定具は、ガス配管の接続端部に外力が加わるときにその外力で破断されることが可能な切欠部を有することを特徴とする燃料電池用ガス配管システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池用ガス配管システムにおいて、
   燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池であることを特徴とする燃料電池用ガス配管システム。
5. 燃料電池システムを搭載する燃料電池搭載車両であって、
   燃料電池システムは、請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池用ガス配管システムを備え、
   ガス配管のうち、固定具に固定する部分は、車両の進行方向に設けられ、
   固定部は、車両の進行方向前方に位置する部分に設けられた切欠部を備えることを特徴とする燃料電池搭載車両。
6. 燃料電池システムを搭載する燃料電池搭載車両であって、
   燃料電池システムは、請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料電池用ガス配管システムを備え、
   ガス配管のうち、固定具に固定する部分は、車両の進行方向に設けられ、
   固定部は、車両の進行方向に延びるように設けられたビードを備えることを特徴とする燃料電池搭載車両。

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