燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造
【課題】冷媒流量制御弁に設けられたモータに付与される振動を好適に緩衝することにある。
【解決手段】燃料電池スタックへエアを供給するエアコンプレッサ３０に対しマウント部材８０を介して取り付けられ、冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁２４と、前記冷媒流量制御弁２４に対して冷媒が導入されるインレットポート４０ａ及び前記冷媒が導出されるアウトレットポート４０ｂにそれぞれ接続されるゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂとを備え、前記マウント部材８０の振動低減方向と、前記冷媒流量制御弁２４に設けられた弁駆動部のモータシャフト方向と、前記冷媒流量制御弁２４からみた前記配管チューブ８４ａ、８４ｂの曲折方向とは、それぞれ、同一方向に設定される。
【解決手段】燃料電池スタックへエアを供給するエアコンプレッサ３０に対しマウント部材８０を介して取り付けられ、冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁２４と、前記冷媒流量制御弁２４に対して冷媒が導入されるインレットポート４０ａ及び前記冷媒が導出されるアウトレットポート４０ｂにそれぞれ接続されるゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂとを備え、前記マウント部材８０の振動低減方向と、前記冷媒流量制御弁２４に設けられた弁駆動部のモータシャフト方向と、前記冷媒流量制御弁２４からみた前記配管チューブ８４ａ、８４ｂの曲折方向とは、それぞれ、同一方向に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池を冷却する冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁の配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードとを対向配置した燃料電池セルをセパレータによって挟持して複数積層することにより構成された燃料電池が開発され、この燃料電池を自動車に搭載して前記自動車の動力源電池として使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池は、例えば、水素ガス（燃料ガス）をアノードに供給すると共に、エア（酸化剤ガス）をカソードに供給することにより、前記水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を移動し、これにより燃料電池の外部に電気エネルギが得られるように構成されている。この場合、例えば、ラジエータ、冷媒ポンプ、冷媒ポンプの駆動用モータ等を含んで冷媒系が構成され、前記冷媒系に沿って冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却している。
【０００４】
この種の冷媒系に関し、例えば、特許文献１には、燃料電池が所定の出力で作動する際、冷媒ポンプを間欠的に停止させることにより、燃料電池の発電効率を向上させることができるとする技術的思想が開示されている。
【特許文献１】特表２００５−５１８０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池システムの小型化及びコストの低減化を図るために、燃料電池に対してエアを供給するエアコンプレッサと冷媒を循環させる冷媒ポンプとを、単一の駆動用モータによって駆動することが提案されている。
【０００６】
この場合、冷媒ポンプは、エアコンプレッサと同時に駆動されるように設けられ、例えば、低温起動時のように冷媒を流通させる必要がない場合であっても、エアコンプレッサと共に冷媒ポンプが駆動されるため、燃料電池システムの低温起動時における冷媒の流通量を制限する冷媒流量制御弁が設けられる場合がある。
【０００７】
この冷媒流量制御弁は、例えば、冷媒が流通する配管通路を開閉する、いわゆるバタフライ弁からなる弁体と、前記弁体を全閉状態と全開状態との間で回転駆動させるＤＣモータと、前記ＤＣモータの回転運動を前記弁体に伝達する伝達機構等によって構成される。
【０００８】
しかしながら、冷媒流量制御弁に配設される前記ＤＣモータのモータ軸（モータシャフト）は、モータ軸方向（モータシャフト方向）に沿ってある程度のガタツキを有し、前記ＤＣモータに対してモータ軸方向の強い振動が付与された場合、ＤＣモータを構成するブラシやモータコイルが損傷することが懸念される。
【０００９】
また、前記ＤＣモータの内部にモータ軸方向の振動を緩衝する緩衝機構を設けると、冷媒流量制御弁が大型化すると共に、部品点数が増大してコストが高騰するという問題がある。
【００１０】
さらに、前記冷媒流量制御弁は、燃料電池システムの通常運転時において、ほとんど作動することがないため、ＤＣモータのモータ軸及び前記モータ軸を回転自在に軸支するベアリングと、常時同じ部位で接触した状態に保持される。このような同一部位で接触した状態に保持された場合において、例えば、燃料電池車両の車体や前記冷媒流量制御弁が取り付けられるエアコンプレッサから振動が付与された場合、前記モータ軸及びベアリングの接触部位で局所的に大きな負荷が付与され、ＤＣモータが作動している状態で負荷が付与された場合と比較してＤＣモータに与える損傷が大きくなる場合がある。
【００１１】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムを大型化させることがなく、冷媒流量制御弁に設けられたモータに付与される振動を好適に緩衝することが可能な燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池へエアを前記酸化剤ガスとして供給するエアコンプレッサと、冷媒通路に沿って冷媒を流通させる冷媒ポンプと、モータを有し前記燃料電池を冷却する冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁と、前記冷媒流量制御弁に対して冷媒が導入されるインレットポート及び前記冷媒が導出されるアウトレットポートにそれぞれ接続される配管チューブとを含む燃料電池システムにおける前記冷媒流量制御弁の配置構造であって、
前記冷媒流量制御弁と前記エアコンプレッサとの間、又は前記冷媒流量制御弁と前記冷媒ポンプとの間、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットと前記冷媒流量制御弁との間に設けられる防振用弾性体の振動低減方向と、前記モータのモータ軸方向と、前記インレットポート又は前記アウトレットポートに接続される前記配管チューブの一方をゴム製材料によって形成し前記冷媒流量制御弁からみた前記一方の配管チューブの曲折方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向と、防振用弾性体の振動吸収方向と、冷媒流量制御弁に接続されるゴム製の配管チューブの曲折方向とをそれぞれ同一方向に設定することにより、前記冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸に対し振動が付与されることを好適に緩和し、前記モータの損傷を好適に回避することができる。
【００１４】
この結果、本発明では、防振用弾性体による振動吸収作用と、ゴム製の配管チューブによる振動吸収作用との共働作用によって、例えば、エアコンプレッサで発生する比較的大きな振動や、配管チューブ内を流通する冷媒によって発生する振動等、種々の振動が好適に吸収（緩衝）されて冷媒流量制御弁に対する振動タフネスを向上させることができる。なお、前記防振用弾性体は、冷媒流量制御弁とエアコンプレッサとの間、又は冷媒流量制御弁と冷媒ポンプとの間、若しくはエアコンプレッサと冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットと冷媒流量制御弁との間のいずれに設けられてもよい。
【００１５】
また、本発明は、前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットを支持する２以上の円盤状のマウント部材が径方向において平行に配置されている際、前記マウント部材の径方向と直交し前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットの揺動が小さい方向と、前記モータのモータ軸方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向と、例えば、エアコンプレッサの揺動の小さい方向とが一致するように、前記冷媒流量制御弁を配置することにより、前記モータに付与される振動を抑制することができる。なお、冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向と、前記エアコンプレッサに代替する冷媒ポンプ、又はエアコンプレッサと冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットの揺動の小さい方向とが一致するようにしてもよい。
【００１７】
すなわち、冷媒流量制御弁の取り付け相手である、例えば、エアコンプレッサ等を支持する２以上の円盤状のマウント部材が、その径方向において平行に配設されている場合、前記マウント部材の径方向と直交する方向に冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向を設定することにより、前記モータに付与される振動（揺動）が緩衝されて、前記モータに対する振動タフネスを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
燃料電池システムを大型化させることがなく、冷媒流量制御弁に設けられたモータに付与される振動を好適に緩衝することが可能な燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造が適用された燃料電池システムの回路構成図である。
【００２０】
＜燃料電池システムの構成＞
図１に示されるように、燃料電池システム１０は、冷媒を循環させる冷媒系１１を含む。この冷媒系（冷却システム）１１は、アノードに供給される燃料ガス（例えば、水素ガス）とカソードに供給される酸化剤ガス（例えば、エア）との電気化学反応により発電する燃料電池スタック１２と、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータ１４と、前記燃料電池スタック１２と前記ラジエータ１４との間で冷媒を循環させる循環通路（冷媒通路）１６とを有する。
【００２１】
また、前記燃料電池システム１０は、前記循環通路１６中に設けられ冷媒を所定流量で循環させる冷媒ポンプ１８と、前記ラジエータ１４をバイパスさせるパイパス通路２０中に設けられ冷媒が流通する流路を前記循環通路１６又は前記バイパス通路２０のいずれか一方に切り換える流路切換弁２２と、循環通路１６に沿って流通する冷媒量を制御する冷媒流量制御弁２４とを有する。
【００２２】
なお、流路切換弁２２は、ラジエータ１４への冷媒の流通量を調整して燃料電池スタック１２へ供給される冷媒の温度を調整する温度制御機構であるサーモスタットバルブとして機能するものである。また、前記冷媒系１１を流通する冷媒としては、例えば、エチレングリコール、不凍液等の液体冷媒や、フロン（登録商標）等のフッ化炭素系冷媒が含まれる。
【００２３】
さらに、前記燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２のカソードに対して酸化剤ガスとしてエアを供給するエア供給系２６を含み、このエア供給系２６は、燃料電池スタック１２のカソードに連通するエア供給通路２８に沿って圧縮エアを送給するエアコンプレッサ３０と、前記エアコンプレッサ３０から送給された圧縮エアを加湿する加湿器３２とを有する。
【００２４】
この場合、冷媒ポンプ１８及びエアコンプレッサ３０をそれぞれ同軸で同時に回転駆動する単一の駆動モータ３４が設けられる。すなわち、単一の駆動モータ３４のモータ軸３４ａを、冷媒ポンプ１８の回転駆動軸とエアコンプレッサ３０の回転駆動軸とで共用し、前記駆動モータ３４のモータ軸３４ａの回転運動が冷媒ポンプ１８の回転駆動軸及びエアコンプレッサ３０の回転駆動軸にそれぞれ同時に伝達されるように設けられる。
【００２５】
さらにまた、前記燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２のアノードに対して燃料ガス（水素ガス）を供給する水素供給系を含み、この水素供給系は、燃料電池スタック１２のアノードに連通する水素供給通路３６に沿って水素ガスを供給する図示しない水素タンクや、前記水素供給通路３６を開閉する図示しない遮断弁等を有する。
【００２６】
なお、前記燃料電池システム１０には、前記冷媒ポンプ１８及びエアコンプレッサ３０をそれぞれ付勢・滅勢する前記駆動モータ３４に対して駆動信号を導出すると共に、流路切換弁２２に対して弁切換信号（弁動作制御信号）を導出する制御手段として機能するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が設けられる。前記ＥＣＵは、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏポート等を含むマイクロコンピュータからなる電子制御装置によって構成される。
【００２７】
上記のように構成される燃料電池システム１０は、図示しない燃料電池自動車に搭載され、燃料電池スタック１２で発電する電力が後記する走行モータ（メインモータ）３８（図６参照）に供給され、前記走行モータ３８によってタイヤが回転することにより燃料電池自動車が走行する。
【００２８】
＜冷媒流量制御弁の構成＞
図２は、循環通路を流通する冷媒の流通量を制御（制限）する冷媒流量制御弁の概略構成図である。この冷媒流量制御弁２４は、いわゆるバタフライ弁からなり、冷媒ポンプ１８から送給された冷媒が導入されるインレットポート４０ａ（図３参照）及び燃料電池スタック１２に対して冷媒を導出するアウトレットポート４０ｂ（図３参照）が設けられた弁ボデイ４２と、前記弁ボデイ４２の内部に配設され、前記インレットポート４０ａと前記アウトレットポートとを連通させる冷媒通路４３を開閉する円板状の弁体４４を含む弁機構部４６と、モータとして機能し前記弁体４４を所定の弁開度だけ回転駆動する弁駆動部４８と、前記弁駆動部４８の回転駆動力を前記弁体４４に伝達する回転駆動力伝達部５０とから構成される。
【００２９】
弁機構部４６は、前記弁ボデイ４２内に軸受（図示せず）を介して回転自在に軸支される回転軸５２と、前記回転軸５２に連結されて前記回転軸５２と一体的に回動する円板状の弁体４４と、前記弁体４４を間にして前記回転軸５２の外周面を囲繞する一対のオイルシール５４ａ、５４ｂと、前記回転軸５２の一端部に設けられ前記弁体４４の弁開度（回転角度）を検出する開度センサ５６と、前記回転軸５２に係着され前記弁体４４を初期状態に復帰させる復帰ばね５８とを有する。
【００３０】
この場合、前記弁体４４の平面形状（円形）は、冷媒通路４３の断面と略同一形状からなり、冷媒の流通方向に対して垂直方向に回動するように設けられる。すなわち、回転軸５２と一体的に回動する弁体４４の回転角度を調整することにより、冷媒通路４３に沿って冷媒が流通することが阻止された全閉状態と、冷媒通路４３に沿って冷媒が最大限に流通する全開状態との間で弁体４４を所望の弁開度に制御することができる。図２中では、ノーマルオープンタイプのバタフライ弁が採用され、弁体４４が略水平に位置する全開状態が示されている。なお、弁体４４が全閉状態となった場合、循環通路１６による冷媒の循環が停止され、燃料電池スタック１２に対する冷却作用が停止される。
【００３１】
弁駆動部４８は、ブラシ付きＤＣモータからなり、モータハウジング６０と、前記モータハウジング６０の内壁に互いに対向するように固着された一対の固定子（永久磁石）６２ａ、６２ｂと、前記回転軸５２と略平行に配設され一対のベアリング６４ａ、６４ｂによって回転自在に軸支されたモータシャフト６６と、図示しない鉄心にコイル６８が巻回され前記モータシャフト６６に連結されて一体的に回転する回転子７０とを含む。なお、図２及び図３中において、前記弁駆動部４８に配設されたモータシャフト６６の軸方向（モータ軸方向）を、「モータシャフト方向」と矢印で示している。なお、本実施形態では、モータとしてＤＣモータを例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、前記モータには、少なくとも、ステッピングモータ（パルスモータ）、サーボモータ等が含まれる。
【００３２】
回転駆動力伝達部５０は、モータシャフト６６の一端部に装着されたピニオン７２と、前記ピニオン７２の歯部に噛合する第１ギア７４と、前記第１ギア７４の軸部７４ａに形成された歯部に噛合すると共に、前記回転軸５２に連結された第２ギア７６とを有する。
【００３３】
この場合、回転子７０のコイル６８に通電される電流の向きを切り換えることにより、固定子６２ａ、６２ｂと回転子７０（コイル６８）との間に発生する磁力の反発力、吸引力によって回転力が生成される。前記弁駆動部４８で生成された回転力は、モータシャフト６６に連結されたピニオン７２、第１ギア７４、第２ギア７６を介して回転軸５２に伝達され、前記回転軸５２に固定された円板状の弁体４４が回動し、所定の弁開度に設定される。
【００３４】
＜冷媒流量制御弁の配置構造＞
図３は、冷媒流量制御弁の配置構造を示す一部断面側面図、図４は、図３に示される冷媒流量制御弁の一部断面平面図である。
【００３５】
弁体４４を全閉状態にした際、冷媒ポンプ１８と冷媒流量制御弁２４との間の冷媒配管が高圧となり、冷媒流量制御弁２４は、前記高圧となる冷媒配管の配管長を短縮するために、冷媒ポンプ１８の近傍であってエアコンプレッサ３０の外部側壁３０ａに装着される。なお、本実施形態では、防振用弾性体として機能するマウント部材８０を、冷媒流量制御弁２４とエアコンプレッサ３０との間に設けた配置構造を以下に例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、前記防振用弾性体は、冷媒流量制御弁２４と冷媒ポンプ１８との間、又はエアコンプレッサ３０と冷媒ポンプ１８とが一体的にユニット化された図示しないポンプユニットと冷媒流量制御弁２４との間に配設されてもよい。
【００３６】
図３及び図４に示されるように、冷媒流量制御弁２４は、略Ｌ字状に形成されたブラケット７８を介してエアコンプレッサ３０の外部側壁３０ａに固定される。前記エアコンプレッサ３０の外部側壁３０ａとブラケット７８との間には、例えば、ゴム等の弾性体からなり円盤状に形成されたマウント部材８０が介装され、前記マウント部材８０は、ボルト等の締結部材８２によってエアコンプレッサ３０に締結される。
【００３７】
前記マウント部材８０は、防振用弾性体として機能するものであり、冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向と前記マウント部材８０の振動吸収方向とが一致又は略一致するように配設されている。このように、モータシャフト方向と振動吸収方向とを一致又は略一致させることにより、冷媒流量制御弁２４の内部に設けられた弁駆動部４８のモータシャフト方向の振動が吸収（緩衝）され、モータシャフト６６の振動によるブラシ（図示せず）やコイル６８の損傷を好適に回避することができる。
【００３８】
換言すると、モータシャフト方向とマウント部材８０の振動吸収方向とが一致又は略一致するように、マウント部材８０を介して冷媒流量制御弁２４をエアコンプレッサ３０に取り付けることにより、比較的大きな振動を発生させるエアコンプレッサ３０からの振動が緩衝され、前記振動が冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８に付与されることが緩衝されて前記弁駆動部４８を好適に保護することができる。
【００３９】
さらに、図３及び図４に示されるように、冷媒ポンプ１８と冷媒流量制御弁２４のインレットポート４０ａとの間及び冷媒流量制御弁２４のアウトレットポート４０ｂと燃料電池スタック１２との間には、ゴム製の弾性体からなる一対の配管チューブ８４ａ、８４ｂがそれぞれ接続される。この配管チューブ８４ａ、８４ｂは、冷媒流量制御弁２４からみて、一旦、所定方向に曲折された後、固定部材８６を介して固定される。
【００４０】
この場合、前記配管チューブ８４ａ、８４ｂの曲折方向は、冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向と一致又は略一致する方向に設定される。その際、モータシャフト方向と一致するように曲折されたゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂが矢印Ａ方向に沿ってばね性を有することにより、冷媒流量制御弁２４へ付与される振動をより一層好適に吸収することができる。
【００４１】
従って、冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向と、マウント部材８０の振動吸収方向と、ゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂの曲折方向とを同一方向又は略同一方向に設定することにより、弁駆動部４８のモータシャフト６６に対し振動が付与されることを好適に緩和して弁駆動部４８の損傷を回避することができる。
【００４２】
この結果、マウント部材８０による振動吸収作用と、ゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂによる振動吸収作用との共働作用によって、例えば、エアコンプレッサ３０で発生する比較的大きな振動、図示しない燃料電池自動車の車体で発生する振動や、配管チューブ８４ａ、８４ｂ内を流通する冷媒によって発生する振動等、種々の振動が好適に吸収（緩衝）されて冷媒流量制御弁２４に対する振動タフネスを向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、冷媒ポンプ１８と冷媒流量制御弁２４のインレットポート４０ａとの間に接続される配管チューブ８４ａ、冷媒流量制御弁２４のアウトレットポート４０ｂと燃料電池スタック１２との間に接続される配管チューブ８４ｂの両方を曲折させているが、これに限定されるものではなく、いずれか一方のみの配管チューブ８４ａ（８４ｂ）をモータシャフト方向と同一方向又は略同一方向に曲折させるようにしてもよい。また、本実施形態では、冷媒流量制御弁２４内に振動を緩衝する緩衝機構を何ら設けていないため、前記冷媒流量制御弁２４を大型化させることがなく、燃料電池システム１０の小型・軽量化を図ることができる。
【００４４】
図５は、配管チューブ８４ａ、８４ｂをばね部材に置き換えて前記配管チューブ８４ａ、８４ｂのばね性を模式的に表したものであり、矢印Ａ方向に沿って伸縮する配管チューブ８４ａ、８４ｂのばね性によって冷媒流量制御弁２４への振動の伝達が好適に抑制される。
【００４５】
図６（ａ）は、エアコンプレッサに対する冷媒流量制御弁の配置方向を示した側面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示される矢印Ｘ方向からみた矢視図である。なお、図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、エアコンプレッサ３０は、第１〜第３支持部材８８ａ〜８８ｃを介して走行モータ３８上に３点支持されるように配設される。前記第１〜第３支持部材８８ａ〜８８ｃは、下端部が走行モータ３８に固定され、上端部にゴム製の円盤状のマウント部材８０が設けられたブラケット９０を有し、締結部材８２によって固定されている。前記エアコンプレッサ３０を複数のマウント部材８０を介して支持することにより、前記エアコンプレッサ３０で発生する振動が走行モータ３８へ伝達されることを抑制することができる。
【００４７】
この場合、第１〜第３支持部材８８ａ〜８８ｃ中、第１支持部材８８ａと第２支持部材８８ｂとが相互に対向配置され（図６（ａ）参照）、第１支持部材８８ａのマウント部材８０の径方向と第２支持部材８８ｂのマウント部材８０の径方向とが互いに平行で、第３支持部材８８ｃのマウント部材８０の径方向が、前記第１支持部材８８ａ及び第２支持部材８８ｂのマウント部材８０の径方向と直交するように設定されている。
【００４８】
換言すると、燃料電池自動車のフロント側に第１支持部材８８ａのマウント部材８０が配設され、リア側に第２支持部材８８ｂのマウント部材８０が配設され、燃料電池自動車のリア側からみて車体の左側に第３支持部材８８ｃのマウント部材８０が配設されている。
【００４９】
このように走行モータ３８上にエアコンプレッサ３０が複数のマウント部材８０を介して３点支持された場合、前記エアコンプレッサ３０に付与される振動・揺動（揺動範囲）は、図６（ｂ）に示されるように、燃料電池自動車の車幅方向（左右方向）に沿って大きくなり、図６（ａ）に示されるように、燃料電池自動車のフロント−リア方向に沿って小さくなる。換言すると、前記コンプレッサ３０における回転モーメントは、燃料電池自動車の車幅方向（左右方向）に沿って大きくなり、一方、燃料電池自動車のフロント−リア方向に沿って小さくなる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、冷媒流量制御弁２４を、弁駆動部４８のモータシャフト方向とエアコンプレッサ３０の揺動の小さい方向とが一致又は略一致するように配置することにより、前記弁駆動部４８に付与される振動を抑制することができる。
【００５１】
このように冷媒流量制御弁２４が取り付けられるエアコンプレッサ３０の揺動範囲が小さい方向と、前記冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向とを同一方向又は略同一方向に設定することにより、前記弁駆動部４８に対する振動が緩衝されて弁駆動部４８における損傷を好適に回避することができる。
【００５２】
換言すると、冷媒流量制御弁２４の取り付け相手部材を支持する２以上のマウント部材８０（第１支持部材８８ａのマウント部材８０及び第２支持部材８８ｂのマウント部材８０）が、その径方向において平行に配設されている場合、前記マウント部材８０の径方向と直交する方向（第１支持部材８８ａのマウント部材８０と第２支持部材８８ｂのマウント部材８０とを結ぶ方向）に冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向を設定することにより、前記弁駆動部４８に付与される振動（揺動）が緩衝されて、弁駆動部４８に対する振動タフネスを向上させることができる。
【００５３】
なお、冷媒流量制御弁２４に設けられた弁駆動部４８のモータシャフト方向と、前記エアコンプレッサ３０に代替して複数のマウント部材８０を介して支持される冷媒ポンプ１８、又はエアコンプレッサ３０と冷媒ポンプ１８とが一体的にユニット化された図示しないポンプユニットの揺動の小さい方向とを一致させることにより、前記と同様に、弁駆動部４８に対する振動タフネスを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造が適用された燃料電池システムの回路構成図である。
【図２】図１に示される冷媒流量制御弁の概略構成図である。
【図３】前記冷媒流量制御弁の配置構造を示す一部断面側面図である。
【図４】図３に示される冷媒流量制御弁の一部断面平面図である。
【図５】前記冷媒流量制御弁に接続されるゴム製の配管チューブのばね性を模式的に表した模式図である。
【図６】（ａ）は、エアコンプレッサに対する冷媒流量制御弁の配置方向を示した側面図、（ｂ）は、（ａ）に示される矢印Ｘ方向からみた矢視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 燃料電池システム
１１ 冷媒系
１２ 燃料電池スタック
１８ 冷媒ポンプ
２４ 冷媒流量制御弁
３０ エアコンプレッサ
４０ａ インレットポート
４０ｂ アウトレットポート
４８ 弁駆動部（モータ）
６６ モータシャフト（モータ軸）
８０ マウント部材（防振用弾性体）
８４ａ、８４ｂ 配管チューブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池を冷却する冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁の配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードとを対向配置した燃料電池セルをセパレータによって挟持して複数積層することにより構成された燃料電池が開発され、この燃料電池を自動車に搭載して前記自動車の動力源電池として使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池は、例えば、水素ガス（燃料ガス）をアノードに供給すると共に、エア（酸化剤ガス）をカソードに供給することにより、前記水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を移動し、これにより燃料電池の外部に電気エネルギが得られるように構成されている。この場合、例えば、ラジエータ、冷媒ポンプ、冷媒ポンプの駆動用モータ等を含んで冷媒系が構成され、前記冷媒系に沿って冷媒を循環させることによって前記燃料電池を冷却している。
【０００４】
この種の冷媒系に関し、例えば、特許文献１には、燃料電池が所定の出力で作動する際、冷媒ポンプを間欠的に停止させることにより、燃料電池の発電効率を向上させることができるとする技術的思想が開示されている。
【特許文献１】特表２００５−５１８０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池システムの小型化及びコストの低減化を図るために、燃料電池に対してエアを供給するエアコンプレッサと冷媒を循環させる冷媒ポンプとを、単一の駆動用モータによって駆動することが提案されている。
【０００６】
この場合、冷媒ポンプは、エアコンプレッサと同時に駆動されるように設けられ、例えば、低温起動時のように冷媒を流通させる必要がない場合であっても、エアコンプレッサと共に冷媒ポンプが駆動されるため、燃料電池システムの低温起動時における冷媒の流通量を制限する冷媒流量制御弁が設けられる場合がある。
【０００７】
この冷媒流量制御弁は、例えば、冷媒が流通する配管通路を開閉する、いわゆるバタフライ弁からなる弁体と、前記弁体を全閉状態と全開状態との間で回転駆動させるＤＣモータと、前記ＤＣモータの回転運動を前記弁体に伝達する伝達機構等によって構成される。
【０００８】
しかしながら、冷媒流量制御弁に配設される前記ＤＣモータのモータ軸（モータシャフト）は、モータ軸方向（モータシャフト方向）に沿ってある程度のガタツキを有し、前記ＤＣモータに対してモータ軸方向の強い振動が付与された場合、ＤＣモータを構成するブラシやモータコイルが損傷することが懸念される。
【０００９】
また、前記ＤＣモータの内部にモータ軸方向の振動を緩衝する緩衝機構を設けると、冷媒流量制御弁が大型化すると共に、部品点数が増大してコストが高騰するという問題がある。
【００１０】
さらに、前記冷媒流量制御弁は、燃料電池システムの通常運転時において、ほとんど作動することがないため、ＤＣモータのモータ軸及び前記モータ軸を回転自在に軸支するベアリングと、常時同じ部位で接触した状態に保持される。このような同一部位で接触した状態に保持された場合において、例えば、燃料電池車両の車体や前記冷媒流量制御弁が取り付けられるエアコンプレッサから振動が付与された場合、前記モータ軸及びベアリングの接触部位で局所的に大きな負荷が付与され、ＤＣモータが作動している状態で負荷が付与された場合と比較してＤＣモータに与える損傷が大きくなる場合がある。
【００１１】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムを大型化させることがなく、冷媒流量制御弁に設けられたモータに付与される振動を好適に緩衝することが可能な燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池へエアを前記酸化剤ガスとして供給するエアコンプレッサと、冷媒通路に沿って冷媒を流通させる冷媒ポンプと、モータを有し前記燃料電池を冷却する冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁と、前記冷媒流量制御弁に対して冷媒が導入されるインレットポート及び前記冷媒が導出されるアウトレットポートにそれぞれ接続される配管チューブとを含む燃料電池システムにおける前記冷媒流量制御弁の配置構造であって、
前記冷媒流量制御弁と前記エアコンプレッサとの間、又は前記冷媒流量制御弁と前記冷媒ポンプとの間、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットと前記冷媒流量制御弁との間に設けられる防振用弾性体の振動低減方向と、前記モータのモータ軸方向と、前記インレットポート又は前記アウトレットポートに接続される前記配管チューブの一方をゴム製材料によって形成し前記冷媒流量制御弁からみた前記一方の配管チューブの曲折方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向と、防振用弾性体の振動吸収方向と、冷媒流量制御弁に接続されるゴム製の配管チューブの曲折方向とをそれぞれ同一方向に設定することにより、前記冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸に対し振動が付与されることを好適に緩和し、前記モータの損傷を好適に回避することができる。
【００１４】
この結果、本発明では、防振用弾性体による振動吸収作用と、ゴム製の配管チューブによる振動吸収作用との共働作用によって、例えば、エアコンプレッサで発生する比較的大きな振動や、配管チューブ内を流通する冷媒によって発生する振動等、種々の振動が好適に吸収（緩衝）されて冷媒流量制御弁に対する振動タフネスを向上させることができる。なお、前記防振用弾性体は、冷媒流量制御弁とエアコンプレッサとの間、又は冷媒流量制御弁と冷媒ポンプとの間、若しくはエアコンプレッサと冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットと冷媒流量制御弁との間のいずれに設けられてもよい。
【００１５】
また、本発明は、前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットを支持する２以上の円盤状のマウント部材が径方向において平行に配置されている際、前記マウント部材の径方向と直交し前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットの揺動が小さい方向と、前記モータのモータ軸方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向と、例えば、エアコンプレッサの揺動の小さい方向とが一致するように、前記冷媒流量制御弁を配置することにより、前記モータに付与される振動を抑制することができる。なお、冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向と、前記エアコンプレッサに代替する冷媒ポンプ、又はエアコンプレッサと冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットの揺動の小さい方向とが一致するようにしてもよい。
【００１７】
すなわち、冷媒流量制御弁の取り付け相手である、例えば、エアコンプレッサ等を支持する２以上の円盤状のマウント部材が、その径方向において平行に配設されている場合、前記マウント部材の径方向と直交する方向に冷媒流量制御弁に設けられたモータのモータ軸方向を設定することにより、前記モータに付与される振動（揺動）が緩衝されて、前記モータに対する振動タフネスを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
燃料電池システムを大型化させることがなく、冷媒流量制御弁に設けられたモータに付与される振動を好適に緩衝することが可能な燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造が適用された燃料電池システムの回路構成図である。
【００２０】
＜燃料電池システムの構成＞
図１に示されるように、燃料電池システム１０は、冷媒を循環させる冷媒系１１を含む。この冷媒系（冷却システム）１１は、アノードに供給される燃料ガス（例えば、水素ガス）とカソードに供給される酸化剤ガス（例えば、エア）との電気化学反応により発電する燃料電池スタック１２と、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータ１４と、前記燃料電池スタック１２と前記ラジエータ１４との間で冷媒を循環させる循環通路（冷媒通路）１６とを有する。
【００２１】
また、前記燃料電池システム１０は、前記循環通路１６中に設けられ冷媒を所定流量で循環させる冷媒ポンプ１８と、前記ラジエータ１４をバイパスさせるパイパス通路２０中に設けられ冷媒が流通する流路を前記循環通路１６又は前記バイパス通路２０のいずれか一方に切り換える流路切換弁２２と、循環通路１６に沿って流通する冷媒量を制御する冷媒流量制御弁２４とを有する。
【００２２】
なお、流路切換弁２２は、ラジエータ１４への冷媒の流通量を調整して燃料電池スタック１２へ供給される冷媒の温度を調整する温度制御機構であるサーモスタットバルブとして機能するものである。また、前記冷媒系１１を流通する冷媒としては、例えば、エチレングリコール、不凍液等の液体冷媒や、フロン（登録商標）等のフッ化炭素系冷媒が含まれる。
【００２３】
さらに、前記燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２のカソードに対して酸化剤ガスとしてエアを供給するエア供給系２６を含み、このエア供給系２６は、燃料電池スタック１２のカソードに連通するエア供給通路２８に沿って圧縮エアを送給するエアコンプレッサ３０と、前記エアコンプレッサ３０から送給された圧縮エアを加湿する加湿器３２とを有する。
【００２４】
この場合、冷媒ポンプ１８及びエアコンプレッサ３０をそれぞれ同軸で同時に回転駆動する単一の駆動モータ３４が設けられる。すなわち、単一の駆動モータ３４のモータ軸３４ａを、冷媒ポンプ１８の回転駆動軸とエアコンプレッサ３０の回転駆動軸とで共用し、前記駆動モータ３４のモータ軸３４ａの回転運動が冷媒ポンプ１８の回転駆動軸及びエアコンプレッサ３０の回転駆動軸にそれぞれ同時に伝達されるように設けられる。
【００２５】
さらにまた、前記燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２のアノードに対して燃料ガス（水素ガス）を供給する水素供給系を含み、この水素供給系は、燃料電池スタック１２のアノードに連通する水素供給通路３６に沿って水素ガスを供給する図示しない水素タンクや、前記水素供給通路３６を開閉する図示しない遮断弁等を有する。
【００２６】
なお、前記燃料電池システム１０には、前記冷媒ポンプ１８及びエアコンプレッサ３０をそれぞれ付勢・滅勢する前記駆動モータ３４に対して駆動信号を導出すると共に、流路切換弁２２に対して弁切換信号（弁動作制御信号）を導出する制御手段として機能するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が設けられる。前記ＥＣＵは、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏポート等を含むマイクロコンピュータからなる電子制御装置によって構成される。
【００２７】
上記のように構成される燃料電池システム１０は、図示しない燃料電池自動車に搭載され、燃料電池スタック１２で発電する電力が後記する走行モータ（メインモータ）３８（図６参照）に供給され、前記走行モータ３８によってタイヤが回転することにより燃料電池自動車が走行する。
【００２８】
＜冷媒流量制御弁の構成＞
図２は、循環通路を流通する冷媒の流通量を制御（制限）する冷媒流量制御弁の概略構成図である。この冷媒流量制御弁２４は、いわゆるバタフライ弁からなり、冷媒ポンプ１８から送給された冷媒が導入されるインレットポート４０ａ（図３参照）及び燃料電池スタック１２に対して冷媒を導出するアウトレットポート４０ｂ（図３参照）が設けられた弁ボデイ４２と、前記弁ボデイ４２の内部に配設され、前記インレットポート４０ａと前記アウトレットポートとを連通させる冷媒通路４３を開閉する円板状の弁体４４を含む弁機構部４６と、モータとして機能し前記弁体４４を所定の弁開度だけ回転駆動する弁駆動部４８と、前記弁駆動部４８の回転駆動力を前記弁体４４に伝達する回転駆動力伝達部５０とから構成される。
【００２９】
弁機構部４６は、前記弁ボデイ４２内に軸受（図示せず）を介して回転自在に軸支される回転軸５２と、前記回転軸５２に連結されて前記回転軸５２と一体的に回動する円板状の弁体４４と、前記弁体４４を間にして前記回転軸５２の外周面を囲繞する一対のオイルシール５４ａ、５４ｂと、前記回転軸５２の一端部に設けられ前記弁体４４の弁開度（回転角度）を検出する開度センサ５６と、前記回転軸５２に係着され前記弁体４４を初期状態に復帰させる復帰ばね５８とを有する。
【００３０】
この場合、前記弁体４４の平面形状（円形）は、冷媒通路４３の断面と略同一形状からなり、冷媒の流通方向に対して垂直方向に回動するように設けられる。すなわち、回転軸５２と一体的に回動する弁体４４の回転角度を調整することにより、冷媒通路４３に沿って冷媒が流通することが阻止された全閉状態と、冷媒通路４３に沿って冷媒が最大限に流通する全開状態との間で弁体４４を所望の弁開度に制御することができる。図２中では、ノーマルオープンタイプのバタフライ弁が採用され、弁体４４が略水平に位置する全開状態が示されている。なお、弁体４４が全閉状態となった場合、循環通路１６による冷媒の循環が停止され、燃料電池スタック１２に対する冷却作用が停止される。
【００３１】
弁駆動部４８は、ブラシ付きＤＣモータからなり、モータハウジング６０と、前記モータハウジング６０の内壁に互いに対向するように固着された一対の固定子（永久磁石）６２ａ、６２ｂと、前記回転軸５２と略平行に配設され一対のベアリング６４ａ、６４ｂによって回転自在に軸支されたモータシャフト６６と、図示しない鉄心にコイル６８が巻回され前記モータシャフト６６に連結されて一体的に回転する回転子７０とを含む。なお、図２及び図３中において、前記弁駆動部４８に配設されたモータシャフト６６の軸方向（モータ軸方向）を、「モータシャフト方向」と矢印で示している。なお、本実施形態では、モータとしてＤＣモータを例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、前記モータには、少なくとも、ステッピングモータ（パルスモータ）、サーボモータ等が含まれる。
【００３２】
回転駆動力伝達部５０は、モータシャフト６６の一端部に装着されたピニオン７２と、前記ピニオン７２の歯部に噛合する第１ギア７４と、前記第１ギア７４の軸部７４ａに形成された歯部に噛合すると共に、前記回転軸５２に連結された第２ギア７６とを有する。
【００３３】
この場合、回転子７０のコイル６８に通電される電流の向きを切り換えることにより、固定子６２ａ、６２ｂと回転子７０（コイル６８）との間に発生する磁力の反発力、吸引力によって回転力が生成される。前記弁駆動部４８で生成された回転力は、モータシャフト６６に連結されたピニオン７２、第１ギア７４、第２ギア７６を介して回転軸５２に伝達され、前記回転軸５２に固定された円板状の弁体４４が回動し、所定の弁開度に設定される。
【００３４】
＜冷媒流量制御弁の配置構造＞
図３は、冷媒流量制御弁の配置構造を示す一部断面側面図、図４は、図３に示される冷媒流量制御弁の一部断面平面図である。
【００３５】
弁体４４を全閉状態にした際、冷媒ポンプ１８と冷媒流量制御弁２４との間の冷媒配管が高圧となり、冷媒流量制御弁２４は、前記高圧となる冷媒配管の配管長を短縮するために、冷媒ポンプ１８の近傍であってエアコンプレッサ３０の外部側壁３０ａに装着される。なお、本実施形態では、防振用弾性体として機能するマウント部材８０を、冷媒流量制御弁２４とエアコンプレッサ３０との間に設けた配置構造を以下に例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、前記防振用弾性体は、冷媒流量制御弁２４と冷媒ポンプ１８との間、又はエアコンプレッサ３０と冷媒ポンプ１８とが一体的にユニット化された図示しないポンプユニットと冷媒流量制御弁２４との間に配設されてもよい。
【００３６】
図３及び図４に示されるように、冷媒流量制御弁２４は、略Ｌ字状に形成されたブラケット７８を介してエアコンプレッサ３０の外部側壁３０ａに固定される。前記エアコンプレッサ３０の外部側壁３０ａとブラケット７８との間には、例えば、ゴム等の弾性体からなり円盤状に形成されたマウント部材８０が介装され、前記マウント部材８０は、ボルト等の締結部材８２によってエアコンプレッサ３０に締結される。
【００３７】
前記マウント部材８０は、防振用弾性体として機能するものであり、冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向と前記マウント部材８０の振動吸収方向とが一致又は略一致するように配設されている。このように、モータシャフト方向と振動吸収方向とを一致又は略一致させることにより、冷媒流量制御弁２４の内部に設けられた弁駆動部４８のモータシャフト方向の振動が吸収（緩衝）され、モータシャフト６６の振動によるブラシ（図示せず）やコイル６８の損傷を好適に回避することができる。
【００３８】
換言すると、モータシャフト方向とマウント部材８０の振動吸収方向とが一致又は略一致するように、マウント部材８０を介して冷媒流量制御弁２４をエアコンプレッサ３０に取り付けることにより、比較的大きな振動を発生させるエアコンプレッサ３０からの振動が緩衝され、前記振動が冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８に付与されることが緩衝されて前記弁駆動部４８を好適に保護することができる。
【００３９】
さらに、図３及び図４に示されるように、冷媒ポンプ１８と冷媒流量制御弁２４のインレットポート４０ａとの間及び冷媒流量制御弁２４のアウトレットポート４０ｂと燃料電池スタック１２との間には、ゴム製の弾性体からなる一対の配管チューブ８４ａ、８４ｂがそれぞれ接続される。この配管チューブ８４ａ、８４ｂは、冷媒流量制御弁２４からみて、一旦、所定方向に曲折された後、固定部材８６を介して固定される。
【００４０】
この場合、前記配管チューブ８４ａ、８４ｂの曲折方向は、冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向と一致又は略一致する方向に設定される。その際、モータシャフト方向と一致するように曲折されたゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂが矢印Ａ方向に沿ってばね性を有することにより、冷媒流量制御弁２４へ付与される振動をより一層好適に吸収することができる。
【００４１】
従って、冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向と、マウント部材８０の振動吸収方向と、ゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂの曲折方向とを同一方向又は略同一方向に設定することにより、弁駆動部４８のモータシャフト６６に対し振動が付与されることを好適に緩和して弁駆動部４８の損傷を回避することができる。
【００４２】
この結果、マウント部材８０による振動吸収作用と、ゴム製の配管チューブ８４ａ、８４ｂによる振動吸収作用との共働作用によって、例えば、エアコンプレッサ３０で発生する比較的大きな振動、図示しない燃料電池自動車の車体で発生する振動や、配管チューブ８４ａ、８４ｂ内を流通する冷媒によって発生する振動等、種々の振動が好適に吸収（緩衝）されて冷媒流量制御弁２４に対する振動タフネスを向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、冷媒ポンプ１８と冷媒流量制御弁２４のインレットポート４０ａとの間に接続される配管チューブ８４ａ、冷媒流量制御弁２４のアウトレットポート４０ｂと燃料電池スタック１２との間に接続される配管チューブ８４ｂの両方を曲折させているが、これに限定されるものではなく、いずれか一方のみの配管チューブ８４ａ（８４ｂ）をモータシャフト方向と同一方向又は略同一方向に曲折させるようにしてもよい。また、本実施形態では、冷媒流量制御弁２４内に振動を緩衝する緩衝機構を何ら設けていないため、前記冷媒流量制御弁２４を大型化させることがなく、燃料電池システム１０の小型・軽量化を図ることができる。
【００４４】
図５は、配管チューブ８４ａ、８４ｂをばね部材に置き換えて前記配管チューブ８４ａ、８４ｂのばね性を模式的に表したものであり、矢印Ａ方向に沿って伸縮する配管チューブ８４ａ、８４ｂのばね性によって冷媒流量制御弁２４への振動の伝達が好適に抑制される。
【００４５】
図６（ａ）は、エアコンプレッサに対する冷媒流量制御弁の配置方向を示した側面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示される矢印Ｘ方向からみた矢視図である。なお、図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、エアコンプレッサ３０は、第１〜第３支持部材８８ａ〜８８ｃを介して走行モータ３８上に３点支持されるように配設される。前記第１〜第３支持部材８８ａ〜８８ｃは、下端部が走行モータ３８に固定され、上端部にゴム製の円盤状のマウント部材８０が設けられたブラケット９０を有し、締結部材８２によって固定されている。前記エアコンプレッサ３０を複数のマウント部材８０を介して支持することにより、前記エアコンプレッサ３０で発生する振動が走行モータ３８へ伝達されることを抑制することができる。
【００４７】
この場合、第１〜第３支持部材８８ａ〜８８ｃ中、第１支持部材８８ａと第２支持部材８８ｂとが相互に対向配置され（図６（ａ）参照）、第１支持部材８８ａのマウント部材８０の径方向と第２支持部材８８ｂのマウント部材８０の径方向とが互いに平行で、第３支持部材８８ｃのマウント部材８０の径方向が、前記第１支持部材８８ａ及び第２支持部材８８ｂのマウント部材８０の径方向と直交するように設定されている。
【００４８】
換言すると、燃料電池自動車のフロント側に第１支持部材８８ａのマウント部材８０が配設され、リア側に第２支持部材８８ｂのマウント部材８０が配設され、燃料電池自動車のリア側からみて車体の左側に第３支持部材８８ｃのマウント部材８０が配設されている。
【００４９】
このように走行モータ３８上にエアコンプレッサ３０が複数のマウント部材８０を介して３点支持された場合、前記エアコンプレッサ３０に付与される振動・揺動（揺動範囲）は、図６（ｂ）に示されるように、燃料電池自動車の車幅方向（左右方向）に沿って大きくなり、図６（ａ）に示されるように、燃料電池自動車のフロント−リア方向に沿って小さくなる。換言すると、前記コンプレッサ３０における回転モーメントは、燃料電池自動車の車幅方向（左右方向）に沿って大きくなり、一方、燃料電池自動車のフロント−リア方向に沿って小さくなる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、冷媒流量制御弁２４を、弁駆動部４８のモータシャフト方向とエアコンプレッサ３０の揺動の小さい方向とが一致又は略一致するように配置することにより、前記弁駆動部４８に付与される振動を抑制することができる。
【００５１】
このように冷媒流量制御弁２４が取り付けられるエアコンプレッサ３０の揺動範囲が小さい方向と、前記冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向とを同一方向又は略同一方向に設定することにより、前記弁駆動部４８に対する振動が緩衝されて弁駆動部４８における損傷を好適に回避することができる。
【００５２】
換言すると、冷媒流量制御弁２４の取り付け相手部材を支持する２以上のマウント部材８０（第１支持部材８８ａのマウント部材８０及び第２支持部材８８ｂのマウント部材８０）が、その径方向において平行に配設されている場合、前記マウント部材８０の径方向と直交する方向（第１支持部材８８ａのマウント部材８０と第２支持部材８８ｂのマウント部材８０とを結ぶ方向）に冷媒流量制御弁２４の弁駆動部４８のモータシャフト方向を設定することにより、前記弁駆動部４８に付与される振動（揺動）が緩衝されて、弁駆動部４８に対する振動タフネスを向上させることができる。
【００５３】
なお、冷媒流量制御弁２４に設けられた弁駆動部４８のモータシャフト方向と、前記エアコンプレッサ３０に代替して複数のマウント部材８０を介して支持される冷媒ポンプ１８、又はエアコンプレッサ３０と冷媒ポンプ１８とが一体的にユニット化された図示しないポンプユニットの揺動の小さい方向とを一致させることにより、前記と同様に、弁駆動部４８に対する振動タフネスを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造が適用された燃料電池システムの回路構成図である。
【図２】図１に示される冷媒流量制御弁の概略構成図である。
【図３】前記冷媒流量制御弁の配置構造を示す一部断面側面図である。
【図４】図３に示される冷媒流量制御弁の一部断面平面図である。
【図５】前記冷媒流量制御弁に接続されるゴム製の配管チューブのばね性を模式的に表した模式図である。
【図６】（ａ）は、エアコンプレッサに対する冷媒流量制御弁の配置方向を示した側面図、（ｂ）は、（ａ）に示される矢印Ｘ方向からみた矢視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 燃料電池システム
１１ 冷媒系
１２ 燃料電池スタック
１８ 冷媒ポンプ
２４ 冷媒流量制御弁
３０ エアコンプレッサ
４０ａ インレットポート
４０ｂ アウトレットポート
４８ 弁駆動部（モータ）
６６ モータシャフト（モータ軸）
８０ マウント部材（防振用弾性体）
８４ａ、８４ｂ 配管チューブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池へエアを前記酸化剤ガスとして供給するエアコンプレッサと、冷媒通路に沿って冷媒を流通させる冷媒ポンプと、モータを有し前記燃料電池を冷却する冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁と、前記冷媒流量制御弁に対して冷媒が導入されるインレットポート及び前記冷媒が導出されるアウトレットポートにそれぞれ接続される配管チューブとを含む燃料電池システムにおける前記冷媒流量制御弁の配置構造であって、
前記冷媒流量制御弁と前記エアコンプレッサとの間、又は前記冷媒流量制御弁と前記冷媒ポンプとの間、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットと前記冷媒流量制御弁との間に設けられる防振用弾性体の振動低減方向と、前記モータのモータ軸方向と、前記インレットポート又は前記アウトレットポートに接続される前記配管チューブの一方をゴム製材料によって形成し前記冷媒流量制御弁からみた前記一方の配管チューブの曲折方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造において、
前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットを支持する２以上の円盤状のマウント部材が径方向において平行に配置されている際、前記マウント部材の径方向と直交し前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットの揺動が小さい方向と、前記モータのモータ軸方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造。
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、前記燃料電池へエアを前記酸化剤ガスとして供給するエアコンプレッサと、冷媒通路に沿って冷媒を流通させる冷媒ポンプと、モータを有し前記燃料電池を冷却する冷媒の流通量を制御する冷媒流量制御弁と、前記冷媒流量制御弁に対して冷媒が導入されるインレットポート及び前記冷媒が導出されるアウトレットポートにそれぞれ接続される配管チューブとを含む燃料電池システムにおける前記冷媒流量制御弁の配置構造であって、
前記冷媒流量制御弁と前記エアコンプレッサとの間、又は前記冷媒流量制御弁と前記冷媒ポンプとの間、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化されたポンプユニットと前記冷媒流量制御弁との間に設けられる防振用弾性体の振動低減方向と、前記モータのモータ軸方向と、前記インレットポート又は前記アウトレットポートに接続される前記配管チューブの一方をゴム製材料によって形成し前記冷媒流量制御弁からみた前記一方の配管チューブの曲折方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造において、
前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットを支持する２以上の円盤状のマウント部材が径方向において平行に配置されている際、前記マウント部材の径方向と直交し前記エアコンプレッサ、又は前記冷媒ポンプ、若しくは前記エアコンプレッサと前記冷媒ポンプとが一体的にユニット化された前記ポンプユニットの揺動が小さい方向と、前記モータのモータ軸方向とが、それぞれ、同一方向に設定されることを特徴とする燃料電池システムにおける冷媒流量制御弁の配置構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２８３３１９（Ｐ２００９−２８３３１９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３４６４８（Ｐ２００８−１３４６４８）
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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