燃料電池システム
【課題】流路凍結によるガス流れの閉塞を抑制する。
【解決手段】本発明は、車両に搭載される燃料電池プラント１１と、燃料電池プラント１１を覆う筐体６０と、筐体６０の外部から燃料電池プラント１１に接続される接続部材４０，５０と、を備える燃料電池システムであって、筐体６０は、接続部材４０，５０が挿通され、その接続部材４０，５０の外周面を覆う挿通部６１〜６３を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、車両に搭載される燃料電池プラント１１と、燃料電池プラント１１を覆う筐体６０と、筐体６０の外部から燃料電池プラント１１に接続される接続部材４０，５０と、を備える燃料電池システムであって、筐体６０は、接続部材４０，５０が挿通され、その接続部材４０，５０の外周面を覆う挿通部６１〜６３を有することを特徴とする。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、走行風によって燃料電池が過度に冷却される事を防止し、かつ、燃料電池の発熱による周辺部品の過度の温度上昇を防止するため、燃料電池プラントを覆う筐体の車両進行方向に走行風導入口を設けていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６２４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、０℃を下回るような低温環境下で惰性走行が続いたときには、燃料電池の発熱量が少なくなるため、導入口からの走行風によって燃料電池プラントが冷却されて、プラント構成部品中の水が凍結するという問題点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、走行風による燃料電池プラントの冷却を抑制し、プラント構成部品中の水の凍結を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００６】
本発明は、車両に搭載される燃料電池プラントと、燃料電池プラントを覆う筐体と、筐体の外部から燃料電池プラントに接続される接続部材と、を備える燃料電池システムである。そして、筐体が、接続部材を挿通してその接続部材の外周面を覆う挿通部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池プラントを筐体で覆い、筐体外部から筐体内部の燃料電池プラントに接続される接続部材を、その接続部材の外周面を覆う挿通部に挿通させたので、筐体内部に流入する走行風の流量を抑制することができる。したがって、筐体内部の燃料電池プラント構成部品中の水の凍結を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
【００１０】
アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
【００１１】
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
【００１２】
このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムを搭載した燃料電池車両１の概略構成図である。図１（Ａ）は側面図であり、図１（Ｂ）は平面図である。
【００１４】
燃料電池車両１は、車両室内空間２とアンダーカバー３との間に形成された床下スペース４と、車両の前方及び後方に形成された部品搭載スペース５，６と、を備える。
【００１５】
床下スペース４には、燃料電池発電プラント１１と、水素タンク１２と、が設けられる。
【００１６】
燃料電池発電プラント１１は、車両を駆動するために必要な電力を発生する。燃料電池発電プラント１１の詳細については、図２を参照して後述する。
【００１７】
水素タンク１２は、燃料電池発電プラント１１で使用される水素を蓄える。
【００１８】
車両前方の部品搭載スペース５には、空気コンプレッサ１３と、ラジエータ１４と、駆動モータ１５と、インバータ１６と、を備える。
【００１９】
空気コンプレッサ１３は、空気を吸入し、燃料電池発電プラント１１に供給する。
【００２０】
ラジエータ１４は、燃料電池発電プラント１１を流れる冷却水（不凍液）を冷却する。
【００２１】
駆動モータ１５は、燃料電池発電プラント１１又はバッテリ１７から電力の供給を受けて、車両を駆動する。
【００２２】
インバータ１６は、直流電力と交流電力とを相互に変換する。
【００２３】
車両後方の部品搭載スペースには、バッテリ１７と、排気マフラ１８と、コントローラ１９と、が設けられる。
【００２４】
バッテリ１７は、燃料電池プラントで発電された電気を蓄えるとともに、駆動モータ１５などの車両電気負荷に電力を供給する。
【００２５】
排気マフラ１８は、燃料電池発電プラント１１から排出される水をアノードオフガスとカソードオフガスとの混合気とともに外気へ放出する。
【００２６】
コントローラ１９は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１９は、車両電気負荷に供給する電力量を制御する。
【００２７】
図２は、燃料電池発電プラント１１の概略構成図である。
【００２８】
燃料電池発電プラント１１は、燃料電池スタック２０と、水素回路３０と、空気回路４０と、冷却水回路５０と、筐体６０と、を備える。
【００２９】
燃料電池スタック２０は、水素（アノードガス）及び空気（カソードガス）の供給を受けて発電する。
【００３０】
水素回路３０は、燃料電池スタック２０に水素を供給するための配管や部品を備える。水素回路３０の詳細については、図３を参照して後述する。
【００３１】
空気回路４０は、燃料電池スタック２０に空気を供給するための配管や部品を備える。空気回路４０の詳細については、図４を参照して後述する。
【００３２】
冷却水回路５０は、燃料電池スタック２０を冷却する冷却水を供給するための配管や部品を備える。冷却水回路５０の詳細については、図５を参照して後述する。
【００３３】
筐体６０は、燃料電池スタック２０、水素回路３０、空気回路４０及び冷却水回路５０を上から覆い、走行風を遮断する。筐体６０の詳細については、図６を参照して後述する。
【００３４】
図３は、水素回路３０について説明する図である。理解を容易にするために説明に不要な部分の図示は省略する。
【００３５】
水素回路３０は、水素供給配管３１と、循環配管３２と、排水配管３３と、不活性ガス排出配管３４と、を備える。
【００３６】
水素供給配管３１は、一端が水素タンク１２に接続され、他端が燃料電池スタック２０のアノードガス入口部２１に接続される配管である。水素供給配管３１には、水素供給バルブ３５が設けられる。
【００３７】
水素供給バルブ３５は、水素タンク１２から燃料電池スタック２０へ供給される水素量を調整する。
【００３８】
循環配管３２は、一端が燃料電池スタック２０のアノードガス出口部２２に接続され、他端が水素供給配管３１の水素供給バルブ３５の下流に接続される配管である。循環配管３２には、気液分離器３６と、不活性ガス排出バルブ３７と、循環コンプレッサ３８と、が設けられる。
【００３９】
気液分離器３６は、燃料電池スタック２０の内部で加湿されたアノードオフガスから水を分離し、水を排水配管３３へ排出する。
【００４０】
不活性ガス排出バルブ３７は、カソード側からアノード側にクロスリークしてきた窒素などの不活性ガスを、アノードオフガスとともに不活性ガス排出配管３４へ排出する。
【００４１】
循環コンプレッサ３８は、アノードオフガスを圧縮して水素供給配管３１に送り込む。
【００４２】
排水配管３３は、一端が気液分離器３６に接続され、他端が後述する空気排出配管４２に接続される。
【００４３】
不活性ガス排出配管３４は、一端が不活性ガス排出バルブ３７に接続され、他端が空気排出配管４２に接続される。
【００４４】
循環配管３２、排水配管３３及び不活性ガス排出配管３４を流れるアノードオフガスは、水分を含んでいるため凍結のおそれがある。したがって、走行風を遮断する必要がある部位となる。
【００４５】
図４は、空気回路４０について説明する図である。理解を容易にするために説明に不要な部分の図示は省略する。
【００４６】
空気回路４０は、空気供給配管４１と、空気排出配管４２と、を備える。
【００４７】
空気供給配管４１は、一端が空気コンプレッサ１３に接続され、他端が筐体６０の正面に形成された空気供給配管用の挿通部６１を介して燃料電池スタック２０のカソードガス入口部２３に接続される。以下では、他の挿通部６２，６３と区別する必要があるときは、この挿通部６１のことを「空気供給配管挿通部６１」という。空気供給配管４１には、加湿器４３が設けられる。
【００４８】
加湿器４３は、空気排出配管４２にも接続されており、燃料電池スタック２０の内部で加湿されたカソードオフガス中の水分によって燃料電池スタック２０に供給される空気（カソードガス）を加湿する。
【００４９】
空気排出配管４２は、一端が燃料電池スタック２０のカソードガス出口部２４に接続され、他端が排気マフラ１８に接続される。空気排出配管４２には、排気バルブ４４が設けられる。
【００５０】
排気バルブ４４は、空気排出配管４２を開閉してカソードオアフガスを外部へ排出する。
【００５１】
空気供給配管４１における加湿器４３と燃料電池スタック２０とを接続する部分及び空気排出配管４２は、水分を含んだカソードガス又はカソードオアフガスが流れるので凍結のおそれがある。したがって、走行風を遮断する必要がある部位となる。
【００５２】
図５は、冷却水回路５０について説明する図である。理解を容易にするために説明に不要な部分の図示は省略する。
【００５３】
冷却水回路５０は、冷却水供給配管５１と、冷却水排出配管５２と、バイパス配管５３と、を備える。
【００５４】
冷却水供給配管５１は、一端がラジエータ１４の出口部に接続され、他端が筐体６０の正面に形成された冷却水供給配管用の挿通部６２を介して燃料電池スタック２０の冷却水入口部２５に接続される。以下では、他の挿通部６１，６３と区別する必要があるときは、この挿通部６３のことを「冷却水供給配管挿通部６２」という。冷却水供給配管５１には、冷却水ポンプ５４が設けられる。
【００５５】
冷却水ポンプ５４は、冷却水を加圧して燃料電池スタック２０に供給し、冷却水を循環させる。
【００５６】
冷却水排出配管５２は、一端がラジエータ１４の入口部に接続され、他端が筐体６０の正面に形成された冷却水排出配管用の挿通部６３を介して燃料電池スタック２０の冷却水出口部２６に接続される。以下では、他の挿通部６１，６２と区別する必要があるときは、この挿通部６３のことを「冷却水排出配管挿通部６３」という。冷却水排出配管５２には、流路切替バルブ５５が設けられる。
【００５７】
流路切替バルブ５５は、冷却水を冷却する必要がないときに冷却水がバイパス配管５３を流れるように流路を切り替える。
【００５８】
バイパス配管５３は、一端が流路切替バルブ５５に接続され、他端が冷却水供給配管５１に接続される。
【００５９】
図６は、筐体６０について説明する図である。図６（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図６（Ｂ）は、筐体６０を車両後方から見たときの斜視図である。
【００６０】
筐体６０は、アンダーカバー３の上に設けられた額縁状の枠体７に収められる。
【００６１】
図６（Ａ）に示すように、筐体６０の正面は走行風を遮るために閉塞されている。そのため、筐体６０の正面には、配管を通すための空気供給配管挿通部６１と、冷却水供給配管挿通部６２と、冷却水排出配管挿通部６３と、が形成される。各挿通部６１，６２，６３は、筐体６０の正面に一体に設けられ、筐体６０の外部と内部とを連通する。各挿通部６１，６２，６３は、布又は樹脂性である。
【００６２】
一方で、図６（Ｂ）に示すように、走行風の直接の進入がないため、筐体６０の背面は開放されている。
【００６３】
ここで、燃料電池の電解質膜は湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。そのため、本実施形態でも加湿器４３によって燃料電池スタック２０に供給する空気を加湿している。また、発電反応によっても水が生成されるので、これら空気中の水分や生成水が水素回路３０や空気回路４０の配管や各部品内に残留することがある。
【００６４】
下り坂を走行しているときなどのアクセルペダルが踏み込まれない惰性走行（コースト走行）中は駆動力を必要としないので、燃料電池発電プラント１１は発電量の少ないアイドル状態となり、発熱量も少なくなる。そのため、外気温が０℃を下回るような低温環境下において惰性走行が続くと、筐体６０の正面の各挿通部６１，６２，６３と各配管４１，５１，５２との隙間から内部に侵入する走行風によって水素回路３０及び空気回路４０の内部に残留した水が凍結するおそれがある。
【００６５】
図７は、車両進行方向から見たときの筐体６０の正面の隙間の投影面積と、低温環境下において時速１００[ｋｍ／ｈ]で走行させたときの走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタック２０の発熱量と、の関係を示した図である。図７において、実線は外気温度（−２０℃）と燃料電池スタック２０温度（６０℃）との温度差が８０℃のときの関係を示す。破線は外気温度（０℃）と燃料電池スタック２０温度（６０℃）との温度差が６０℃のときの関係を示す。
【００６６】
走行風による放熱量は、筐体６０の正面の隙間の投影面積が大きいときほど大きくなる。そのため、図７に示すように、走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタック２０の発熱量も、筐体６０の正面の隙間の投影面積が大きいときほど大きくなる。
【００６７】
また、筐体６０の正面の隙間の投影面積が同じであれば、走行風による放熱量は、外気温度と燃料電池スタック温度との温度差が大きいときほど大きくなる。そのため、図７に示すように、走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタック２０の発熱量も、外気温度と燃料電池スタック温度との温度差が大きいときほど大きくなる。
【００６８】
なお、図７のグラフは以下の車両実験による算出式（３）で表わされる。
【００６９】
【数１】
但し、Ｓ[ｃｍ2]；隙間の投影面積
Ｅ[ｋＷ]；燃料電池スタック２０の発熱量
Ｔｓ[Ｋ]；燃料電池スタック２０の温度
Ｔａ[Ｋ]；外気温度
ｅ；自然対数
【００７０】
惰性走行中に、燃料電池スタック２０で無駄な発電をさせることなく水の凍結を防止するには、アイドル時における燃料電池スタック２０の発熱量よりも、走行風による放熱量が少なくなるようにしてやればよい。
【００７１】
つまり、予め燃料電池車両１が使用される地域の外気温度の想定最低温度Ｔａ１と、アイドル時の一般的な燃料電池スタック温度Ｔｓ１と、アイドル時の燃料電池スタック２０の発熱量Ｅ１と、が分かっていれば、以下の（４）式を満たすように隙間の投影面積Ｓを調整すればよい。
【００７２】
【数２】
【００７３】
筐体６０を設けるだけでは上記（４）式を満たすことができないときは、筐体６０の正面の隙間の投影面積を小さくして内部に侵入する走行風の流量を少なくすればよい。これにより、アイドル時における燃料電池スタック２０の発熱量よりも、走行風による放熱量を少なくして、配管や部品内の水の凍結を抑制する。具体的には、各挿通部６１，６２，６３に面ファスナ１００を設けて各配管４１，５１，５２と密着させるように縛ることで、筐体６０の正面の隙間の投影面積を小さくして内部に流入する走行風を少なくする。
【００７４】
図８は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた面ファスナ１００について説明する図である。図８（Ａ）は、面ファスナ１００をはがした状態の図である。図８（Ｂ）は、面ファスナ１００を貼り付けた状態の図である。なお、冷却水供給配管挿通部６２及び冷却水排出配管挿通部６３にも同様の面ファスナ１００が設けられる。
【００７５】
図８（Ａ）に示すように、面ファスナ１００は、フック状係合素子１０１と、ループ状係合素子１０２と、を備える。
【００７６】
フック状係合素子１０１は、空気供給配管挿通部６１の端部外周面に設けられる。
【００７７】
ループ状係合素子１０２は、空気供給配管挿通部６１の端部外周面を覆うように形成された帯部６４に設けられる。
【００７８】
図８（Ｂ）に示すように、張力を与えながら帯部６４を空気供給配管挿通部６１の端部外周面に巻きつけて、フック状係合素子１０１とループ状係合素子１０２とを接合させることで、空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００７９】
以上説明した本実施形態によれば、走行風を遮断する筐体６０を燃料電池スタック２０、水素回路３０、空気回路４０及び冷却水回路５０の上から覆い、筐体６０の正面に配管を挿通するための挿通部を形成した。そして、挿通部の端部に面ファスナ１００を設けて配管と挿通部とを密着させた。
【００８０】
これにより、筐体６０によって燃料電池発電プラント１１に吹きつけられる走行風を積極的に遮断することができる。また、挿通部の端部に面ファスナ１００を設けて配管と挿通部とを密着させることで、配管と挿通部との間にできる隙間から筐体６０の内部に流入する走行風も遮断することができる。その結果、走行風によって筐体６０の内部の配管や部品が冷やされて、配管や部品中の水が凍結するのを抑制できる。よって、配管内を流れるアノードガス又はカソードガスの閉塞を抑制できる。
【００８１】
また、筐体６０の正面の隙間の投影面積を、アイドル時の燃料電池スタック２０の発熱量と、走行風による放熱量と、が平衡するときの投影面積よりも小さくした。これにより、凍結防止のため、惰性走行中に燃料電池スタック２０をアイドル時の要求出力以上に発電させる必要もないので、燃費を向上させることができる。
【００８２】
また、燃料電池発電プラント１１を床下スペース４に配置したので、車両前方の部品搭載スペース５に配置するよりも燃料電池プラントに吹きつけられる走行風の量を低減できる。
【００８３】
さらに、挿通部６１，６２，６３を布又は樹脂性の部材で構成したので、その柔軟性により配管との隙間を少なくすることができる。また、金属等の剛体で構成した場合には、配管の位置バラツキを考慮して挿通部６１，６２，６３を大きくする必要があるが、弾性を持たせることで挿通部６１，６２，６３を小さくできる。
【００８４】
（第２実施形態）
次に、図９を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、挿通部６１，６２，６３を結束バンド２００で締め付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００８５】
図９は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた結束バンド２００について説明する図である。図９（Ａ）は、空気供給配管挿通部６１に結束バンド２００を締め付ける前の図である。図９（Ｂ）は、空気供給配管挿通部６１に結束バンド２００を締め付けた後の図である。なお、冷却水供給配管挿通部６２及び冷却水排出配管挿通部６３にも同様の結束バンド２００が設けられる。
【００８６】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、結束バンド２００を空気供給配管挿通部６１の外周から締め付けることで、空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００８７】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、締め付け力が弱まったときに容易に新たな結束バンド２００で挿通部６１，６２，６３を締め付けることができる。
【００８８】
（第３実施形態）
次に、図１０を参照して本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態は、挿通部挿通部６１，６２，６３を紐３０１で締め付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００８９】
図１０は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた内部に紐３０１を備えるバンド３００について説明する図である。図１０（Ａ）は、紐３０１で空気供給配管挿通部６１を締め付ける前の図である。図１０（Ｂ）は、紐３０１で空気供給配管挿通部６１を締め付けた後の図である。なお、冷却水供給配管挿通部６２及び冷却水排出配管挿通部６３にも同様のバンド３００が設けられる。
【００９０】
図１０（Ａ）に示すように、バンド３００は空気供給配管挿通部６１の端部外周面を覆うように設けられ、内部に紐３０１を備える。紐３０１の両端部は、バンド３００の切り口３０２から外部に飛び出している。
【００９１】
図１０（Ｂ）に示すように、この紐３０１で空気供給配管挿通部６１を締め付けて縛ることで空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００９２】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、締め付け力が弱まったときに、再度紐３０１を締め直すことで容易に挿通部６１，６２，６３を締め付けることができる。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、図１１を参照して本発明の第４実施形態について説明する。本発明の第４実施形態は、挿通部６１，６２，６３をゴム紐４０１で締め付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００９４】
図１１は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた内部にゴム紐４０１を備えるゴムバンド４００について説明する図である。図１１（Ａ）は、ゴム紐４０１で空気供給配管挿通部６１を締め付ける前の図である。図１１（Ｂ）は、ゴム紐４０１で空気供給配管挿通部６１を締め付けた後の図である。
【００９５】
図１１（Ａ）に示すように、ゴムバンド４００は空気供給配管挿通部６１の端部外周面を覆うように設けられ、内部にゴム紐４０１を備える。ゴム紐４０１は、自然状態の外周の長さが、空気供給配管４１の外周の長さよりも短くなるように予め調節されている。
【００９６】
これにより、図１１（Ｂ）に示すように、ゴム紐４０１に張力を与え、空気供給配管４１を挿通した後に張力を解放することで、ゴム紐４０１が縮んで空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００９７】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９８】
（第５実施形態）
次に、図１２を参照して本発明の第５実施形態について説明する。本発明の第５実施形態は、筐体６０の構造が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００９９】
図１２は、本実施形態による筐体６０の構造について説明する図であり、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。
【０１００】
図１２に示すように、筐体６０は、図中左から順に第１部材６０１、第２部材６０２及び第３部材６０３の３つに分割されている。そして、第１部材６０１と第２部材６０２、第２部材６０２と第３部材６０３をそれぞれ分割ファスナ６０４で接合している。
【０１０１】
これにより、筐体６０の内部部品を交換するときに、筐体６０の全てを取り外す必要がなく、筐体６０の各部材６０１，６０２，６０３のうち、必要な部材だけを取り外すことができる。したがって、第１実施形態と比較して部品交換時の作業性を向上させることができる。
【０１０２】
（第６実施形態）
次に、図１３を参照して本発明の第６実施形態について説明する。本発明の第６実施形態は、筐体６０の構造が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１０３】
図１３は、本実施形態による筐体６０の構造について説明する図である。図１３（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１０４】
図１３（Ａ）に示すように、筐体６０は、第１部材６０１、第２部材６０２及び第３部材６０３の３つに分割されている。
【０１０５】
図１３（Ｂ）に示すように、第１部材６０１の平面部６０１ａには帯状の面ファスナ１００のフック状係合素子１０１が設けられる。同様に第３部材６０３の平面部６０３ａにも連続する帯状の面ファスナ１００のフック状係合素子１０１が設けられる。一方で、第２部材６０２の裏面には、第１部材６０１及び第３部材６０３のフック状係合素子１０１と接合する帯状のループ状係合素子１０２がそれぞれ設けられる。
【０１０６】
このような構成にすることで、第１部材６０１と第３部材６０３の上から面ファスナ１００を介して第２部材６０２を接合することができる。これにより、筐体６０の内部部品を交換するときに、筐体６０の全部を取り外す必要がない。したがって、第１実施形態と比較して部品交換時の作業性を向上させることができる。
【０１０７】
（第７実施形態）
次に、図１４を参照して本発明の第７実施形態について説明する。本発明の第７実施形態は、筐体６０の固定方法が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１０８】
図１４は、本実施形態による筐体６０の固定方法について説明する図である。図１４（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１０９】
図１４（Ｂ）に示すように、筐体６０は側面部にハトメ５０１を備える。そして、そのハトメ５０１を介して筐体６０の内側から枠体７の内縁に形成された雌ネジ部７１にボルト５０２を螺合する。また、アンダーカバー３にもハトメ５０３が設けられる。そして、そのハトメ５０３を介してアンダーカバー３の底面から枠体７の底面に形成された雌ネジ部７２にボルト５０４が螺合される。
【０１１０】
これにより、第１実施形態と比較して筐体６０を強固に固定できる。
【０１１１】
（第８実施形態）
次に、図１５を参照して本発明の第８実施形態について説明する。本発明の第８実施形態は、筐体６０の固定方法が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１１２】
図１５は、本実施形態による筐体６０の固定方法について説明する図である。図１５（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１１３】
図１５（Ａ）に示すように、筐体６０は側面部に枠体７の平面部７ａに接する固定部６０ａを備える。
【０１１４】
また、図１５（Ｂ）に示すように、固定部６０ａにはハトメ５０１が設けられる。そして、そのハトメを介して固定部６０ａの上から枠体７に形成された雌ネジ部７１にボルト５０２を螺合する。
【０１１５】
枠体７については、第７実施形態と同様にアンダーカバー３に固定するので説明を省略する。
【０１１６】
これにより、第１実施形態と比較して筐体６０を強固に固定できる。
【０１１７】
（第９実施形態）
次に、図１６を参照して本発明の第９実施形態について説明する。本発明の第９実施形態は、筐体６０の固定方法が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１１８】
図１６は、本実施形態による筐体６０の固定方法について説明する図である。図１６（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１１９】
図１６（Ｂ）に示すように、筐体６０の側面裏側には、一定の角度で傾斜した後に垂直に延びて、筐体６０の側面裏側との間でブラケット７０１を狭持する狭持部６５が設けられる。ブラケット７０１は、枠体７の内縁に沿うようにしてアンダーカバー３の平面上に設けられる。そして、ブラケット７０１にボルト５０２を挿通して、このボルトを枠体７の側面内側に形成された雌ネジ部に螺合する。
【０１２０】
枠体７については、第７実施形態と同様にアンダーカバー３に固定するので説明を省略する。
【０１２１】
これにより、第１実施形態と比較して筐体６０を強固に固定できる。
【０１２２】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【０１２３】
例えば、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、筐体６０の内部に挿通部を設けても良い。なお、図１７（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１２４】
また、上記各実施形態では、筐体６０に３つの挿通部６１，６２，６３を設けたが、これに限られず例えば挿通部６６を１つだけ設け、その挿通部６６に複数の配管を挿通させてもよい。この場合は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すように、挿通部６６に全ての配管を束ねて挿通させた後に結束バンド２００で締め付ければよい。束ねた配管同士の間に隙間がある場合は、図１８（Ｃ）に示すように、予め充填用弾性材７００を巻きつけておけばよい。
【０１２５】
また、上記各実施形態では、筐体６０に配管を挿通させていたが、電気ハーネスを挿通させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池発電プラントの概略構成図である。
【図３】水素回路について説明する図である。
【図４】空気回路について説明する図である。
【図５】冷却水回路について説明する図である。
【図６】筐体について説明する図である。
【図７】車両進行方向から見たときの筐体の正面の隙間の投影面積と、低温環境下において時速１００[ｋｍ／ｈ]で走行させたときの走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタックの発熱量と、の関係を示した図である。
【図８】第１実施形態による挿通部に設けられた面ファスナについて説明する図である。
【図９】第２実施形態による挿通部に設けられた結束バンドについて説明する図である。
【図１０】第３実施形態による挿通部に設けられたバンドについて説明する図である。
【図１１】第４実施形態による挿通部に設けられたゴムバンドについて説明する図である。
【図１２】第５実施形態による筐体の構造について説明する図である。
【図１３】第６実施形態による筐体の構造について説明する図である。
【図１４】第７実施形態による筐体の固定方法について説明する図である。
【図１５】第８実施形態による筐体の固定方法について説明する図である。
【図１６】第９実施形態による筐体の固定方法について説明する図である。
【図１７】筐体の内部に挿通部を設けた図である。
【図１８】１つの挿通部に複数の配管を挿通させた場合の図である。
【符号の説明】
【０１２７】
２ 車両室内空間（室内空間）
３ アンダーカバー
１１ 燃料電池発電プラント（燃料電池プラント）
１４ ラジエータ（放熱器）
２０ 燃料電池スタック
４１ 空気供給配管（接続部材）
５１ 冷却水供給配管（接続部材、冷却水循環配管）
５２ 冷却水排出配管（接続部材、冷却水循環配管）
６０ 筐体
６１ 空気供給配管挿通部（挿通部）
６２ 冷却水供給配管挿通部（挿通部）
６３ 冷却水排出配管挿通部（挿通部）
１００ 面ファスナ（隙間調節機構）
２００ 結束バンド（隙間調節機構）
３００ バンド（隙間調節機構）
４００ ゴムバンド（隙間調節機構）
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、走行風によって燃料電池が過度に冷却される事を防止し、かつ、燃料電池の発熱による周辺部品の過度の温度上昇を防止するため、燃料電池プラントを覆う筐体の車両進行方向に走行風導入口を設けていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６２４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、０℃を下回るような低温環境下で惰性走行が続いたときには、燃料電池の発熱量が少なくなるため、導入口からの走行風によって燃料電池プラントが冷却されて、プラント構成部品中の水が凍結するという問題点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、走行風による燃料電池プラントの冷却を抑制し、プラント構成部品中の水の凍結を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００６】
本発明は、車両に搭載される燃料電池プラントと、燃料電池プラントを覆う筐体と、筐体の外部から燃料電池プラントに接続される接続部材と、を備える燃料電池システムである。そして、筐体が、接続部材を挿通してその接続部材の外周面を覆う挿通部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池プラントを筐体で覆い、筐体外部から筐体内部の燃料電池プラントに接続される接続部材を、その接続部材の外周面を覆う挿通部に挿通させたので、筐体内部に流入する走行風の流量を抑制することができる。したがって、筐体内部の燃料電池プラント構成部品中の水の凍結を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
【００１０】
アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
【００１１】
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
【００１２】
このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムを搭載した燃料電池車両１の概略構成図である。図１（Ａ）は側面図であり、図１（Ｂ）は平面図である。
【００１４】
燃料電池車両１は、車両室内空間２とアンダーカバー３との間に形成された床下スペース４と、車両の前方及び後方に形成された部品搭載スペース５，６と、を備える。
【００１５】
床下スペース４には、燃料電池発電プラント１１と、水素タンク１２と、が設けられる。
【００１６】
燃料電池発電プラント１１は、車両を駆動するために必要な電力を発生する。燃料電池発電プラント１１の詳細については、図２を参照して後述する。
【００１７】
水素タンク１２は、燃料電池発電プラント１１で使用される水素を蓄える。
【００１８】
車両前方の部品搭載スペース５には、空気コンプレッサ１３と、ラジエータ１４と、駆動モータ１５と、インバータ１６と、を備える。
【００１９】
空気コンプレッサ１３は、空気を吸入し、燃料電池発電プラント１１に供給する。
【００２０】
ラジエータ１４は、燃料電池発電プラント１１を流れる冷却水（不凍液）を冷却する。
【００２１】
駆動モータ１５は、燃料電池発電プラント１１又はバッテリ１７から電力の供給を受けて、車両を駆動する。
【００２２】
インバータ１６は、直流電力と交流電力とを相互に変換する。
【００２３】
車両後方の部品搭載スペースには、バッテリ１７と、排気マフラ１８と、コントローラ１９と、が設けられる。
【００２４】
バッテリ１７は、燃料電池プラントで発電された電気を蓄えるとともに、駆動モータ１５などの車両電気負荷に電力を供給する。
【００２５】
排気マフラ１８は、燃料電池発電プラント１１から排出される水をアノードオフガスとカソードオフガスとの混合気とともに外気へ放出する。
【００２６】
コントローラ１９は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１９は、車両電気負荷に供給する電力量を制御する。
【００２７】
図２は、燃料電池発電プラント１１の概略構成図である。
【００２８】
燃料電池発電プラント１１は、燃料電池スタック２０と、水素回路３０と、空気回路４０と、冷却水回路５０と、筐体６０と、を備える。
【００２９】
燃料電池スタック２０は、水素（アノードガス）及び空気（カソードガス）の供給を受けて発電する。
【００３０】
水素回路３０は、燃料電池スタック２０に水素を供給するための配管や部品を備える。水素回路３０の詳細については、図３を参照して後述する。
【００３１】
空気回路４０は、燃料電池スタック２０に空気を供給するための配管や部品を備える。空気回路４０の詳細については、図４を参照して後述する。
【００３２】
冷却水回路５０は、燃料電池スタック２０を冷却する冷却水を供給するための配管や部品を備える。冷却水回路５０の詳細については、図５を参照して後述する。
【００３３】
筐体６０は、燃料電池スタック２０、水素回路３０、空気回路４０及び冷却水回路５０を上から覆い、走行風を遮断する。筐体６０の詳細については、図６を参照して後述する。
【００３４】
図３は、水素回路３０について説明する図である。理解を容易にするために説明に不要な部分の図示は省略する。
【００３５】
水素回路３０は、水素供給配管３１と、循環配管３２と、排水配管３３と、不活性ガス排出配管３４と、を備える。
【００３６】
水素供給配管３１は、一端が水素タンク１２に接続され、他端が燃料電池スタック２０のアノードガス入口部２１に接続される配管である。水素供給配管３１には、水素供給バルブ３５が設けられる。
【００３７】
水素供給バルブ３５は、水素タンク１２から燃料電池スタック２０へ供給される水素量を調整する。
【００３８】
循環配管３２は、一端が燃料電池スタック２０のアノードガス出口部２２に接続され、他端が水素供給配管３１の水素供給バルブ３５の下流に接続される配管である。循環配管３２には、気液分離器３６と、不活性ガス排出バルブ３７と、循環コンプレッサ３８と、が設けられる。
【００３９】
気液分離器３６は、燃料電池スタック２０の内部で加湿されたアノードオフガスから水を分離し、水を排水配管３３へ排出する。
【００４０】
不活性ガス排出バルブ３７は、カソード側からアノード側にクロスリークしてきた窒素などの不活性ガスを、アノードオフガスとともに不活性ガス排出配管３４へ排出する。
【００４１】
循環コンプレッサ３８は、アノードオフガスを圧縮して水素供給配管３１に送り込む。
【００４２】
排水配管３３は、一端が気液分離器３６に接続され、他端が後述する空気排出配管４２に接続される。
【００４３】
不活性ガス排出配管３４は、一端が不活性ガス排出バルブ３７に接続され、他端が空気排出配管４２に接続される。
【００４４】
循環配管３２、排水配管３３及び不活性ガス排出配管３４を流れるアノードオフガスは、水分を含んでいるため凍結のおそれがある。したがって、走行風を遮断する必要がある部位となる。
【００４５】
図４は、空気回路４０について説明する図である。理解を容易にするために説明に不要な部分の図示は省略する。
【００４６】
空気回路４０は、空気供給配管４１と、空気排出配管４２と、を備える。
【００４７】
空気供給配管４１は、一端が空気コンプレッサ１３に接続され、他端が筐体６０の正面に形成された空気供給配管用の挿通部６１を介して燃料電池スタック２０のカソードガス入口部２３に接続される。以下では、他の挿通部６２，６３と区別する必要があるときは、この挿通部６１のことを「空気供給配管挿通部６１」という。空気供給配管４１には、加湿器４３が設けられる。
【００４８】
加湿器４３は、空気排出配管４２にも接続されており、燃料電池スタック２０の内部で加湿されたカソードオフガス中の水分によって燃料電池スタック２０に供給される空気（カソードガス）を加湿する。
【００４９】
空気排出配管４２は、一端が燃料電池スタック２０のカソードガス出口部２４に接続され、他端が排気マフラ１８に接続される。空気排出配管４２には、排気バルブ４４が設けられる。
【００５０】
排気バルブ４４は、空気排出配管４２を開閉してカソードオアフガスを外部へ排出する。
【００５１】
空気供給配管４１における加湿器４３と燃料電池スタック２０とを接続する部分及び空気排出配管４２は、水分を含んだカソードガス又はカソードオアフガスが流れるので凍結のおそれがある。したがって、走行風を遮断する必要がある部位となる。
【００５２】
図５は、冷却水回路５０について説明する図である。理解を容易にするために説明に不要な部分の図示は省略する。
【００５３】
冷却水回路５０は、冷却水供給配管５１と、冷却水排出配管５２と、バイパス配管５３と、を備える。
【００５４】
冷却水供給配管５１は、一端がラジエータ１４の出口部に接続され、他端が筐体６０の正面に形成された冷却水供給配管用の挿通部６２を介して燃料電池スタック２０の冷却水入口部２５に接続される。以下では、他の挿通部６１，６３と区別する必要があるときは、この挿通部６３のことを「冷却水供給配管挿通部６２」という。冷却水供給配管５１には、冷却水ポンプ５４が設けられる。
【００５５】
冷却水ポンプ５４は、冷却水を加圧して燃料電池スタック２０に供給し、冷却水を循環させる。
【００５６】
冷却水排出配管５２は、一端がラジエータ１４の入口部に接続され、他端が筐体６０の正面に形成された冷却水排出配管用の挿通部６３を介して燃料電池スタック２０の冷却水出口部２６に接続される。以下では、他の挿通部６１，６２と区別する必要があるときは、この挿通部６３のことを「冷却水排出配管挿通部６３」という。冷却水排出配管５２には、流路切替バルブ５５が設けられる。
【００５７】
流路切替バルブ５５は、冷却水を冷却する必要がないときに冷却水がバイパス配管５３を流れるように流路を切り替える。
【００５８】
バイパス配管５３は、一端が流路切替バルブ５５に接続され、他端が冷却水供給配管５１に接続される。
【００５９】
図６は、筐体６０について説明する図である。図６（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図６（Ｂ）は、筐体６０を車両後方から見たときの斜視図である。
【００６０】
筐体６０は、アンダーカバー３の上に設けられた額縁状の枠体７に収められる。
【００６１】
図６（Ａ）に示すように、筐体６０の正面は走行風を遮るために閉塞されている。そのため、筐体６０の正面には、配管を通すための空気供給配管挿通部６１と、冷却水供給配管挿通部６２と、冷却水排出配管挿通部６３と、が形成される。各挿通部６１，６２，６３は、筐体６０の正面に一体に設けられ、筐体６０の外部と内部とを連通する。各挿通部６１，６２，６３は、布又は樹脂性である。
【００６２】
一方で、図６（Ｂ）に示すように、走行風の直接の進入がないため、筐体６０の背面は開放されている。
【００６３】
ここで、燃料電池の電解質膜は湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。そのため、本実施形態でも加湿器４３によって燃料電池スタック２０に供給する空気を加湿している。また、発電反応によっても水が生成されるので、これら空気中の水分や生成水が水素回路３０や空気回路４０の配管や各部品内に残留することがある。
【００６４】
下り坂を走行しているときなどのアクセルペダルが踏み込まれない惰性走行（コースト走行）中は駆動力を必要としないので、燃料電池発電プラント１１は発電量の少ないアイドル状態となり、発熱量も少なくなる。そのため、外気温が０℃を下回るような低温環境下において惰性走行が続くと、筐体６０の正面の各挿通部６１，６２，６３と各配管４１，５１，５２との隙間から内部に侵入する走行風によって水素回路３０及び空気回路４０の内部に残留した水が凍結するおそれがある。
【００６５】
図７は、車両進行方向から見たときの筐体６０の正面の隙間の投影面積と、低温環境下において時速１００[ｋｍ／ｈ]で走行させたときの走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタック２０の発熱量と、の関係を示した図である。図７において、実線は外気温度（−２０℃）と燃料電池スタック２０温度（６０℃）との温度差が８０℃のときの関係を示す。破線は外気温度（０℃）と燃料電池スタック２０温度（６０℃）との温度差が６０℃のときの関係を示す。
【００６６】
走行風による放熱量は、筐体６０の正面の隙間の投影面積が大きいときほど大きくなる。そのため、図７に示すように、走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタック２０の発熱量も、筐体６０の正面の隙間の投影面積が大きいときほど大きくなる。
【００６７】
また、筐体６０の正面の隙間の投影面積が同じであれば、走行風による放熱量は、外気温度と燃料電池スタック温度との温度差が大きいときほど大きくなる。そのため、図７に示すように、走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタック２０の発熱量も、外気温度と燃料電池スタック温度との温度差が大きいときほど大きくなる。
【００６８】
なお、図７のグラフは以下の車両実験による算出式（３）で表わされる。
【００６９】
【数１】
但し、Ｓ[ｃｍ2]；隙間の投影面積
Ｅ[ｋＷ]；燃料電池スタック２０の発熱量
Ｔｓ[Ｋ]；燃料電池スタック２０の温度
Ｔａ[Ｋ]；外気温度
ｅ；自然対数
【００７０】
惰性走行中に、燃料電池スタック２０で無駄な発電をさせることなく水の凍結を防止するには、アイドル時における燃料電池スタック２０の発熱量よりも、走行風による放熱量が少なくなるようにしてやればよい。
【００７１】
つまり、予め燃料電池車両１が使用される地域の外気温度の想定最低温度Ｔａ１と、アイドル時の一般的な燃料電池スタック温度Ｔｓ１と、アイドル時の燃料電池スタック２０の発熱量Ｅ１と、が分かっていれば、以下の（４）式を満たすように隙間の投影面積Ｓを調整すればよい。
【００７２】
【数２】
【００７３】
筐体６０を設けるだけでは上記（４）式を満たすことができないときは、筐体６０の正面の隙間の投影面積を小さくして内部に侵入する走行風の流量を少なくすればよい。これにより、アイドル時における燃料電池スタック２０の発熱量よりも、走行風による放熱量を少なくして、配管や部品内の水の凍結を抑制する。具体的には、各挿通部６１，６２，６３に面ファスナ１００を設けて各配管４１，５１，５２と密着させるように縛ることで、筐体６０の正面の隙間の投影面積を小さくして内部に流入する走行風を少なくする。
【００７４】
図８は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた面ファスナ１００について説明する図である。図８（Ａ）は、面ファスナ１００をはがした状態の図である。図８（Ｂ）は、面ファスナ１００を貼り付けた状態の図である。なお、冷却水供給配管挿通部６２及び冷却水排出配管挿通部６３にも同様の面ファスナ１００が設けられる。
【００７５】
図８（Ａ）に示すように、面ファスナ１００は、フック状係合素子１０１と、ループ状係合素子１０２と、を備える。
【００７６】
フック状係合素子１０１は、空気供給配管挿通部６１の端部外周面に設けられる。
【００７７】
ループ状係合素子１０２は、空気供給配管挿通部６１の端部外周面を覆うように形成された帯部６４に設けられる。
【００７８】
図８（Ｂ）に示すように、張力を与えながら帯部６４を空気供給配管挿通部６１の端部外周面に巻きつけて、フック状係合素子１０１とループ状係合素子１０２とを接合させることで、空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００７９】
以上説明した本実施形態によれば、走行風を遮断する筐体６０を燃料電池スタック２０、水素回路３０、空気回路４０及び冷却水回路５０の上から覆い、筐体６０の正面に配管を挿通するための挿通部を形成した。そして、挿通部の端部に面ファスナ１００を設けて配管と挿通部とを密着させた。
【００８０】
これにより、筐体６０によって燃料電池発電プラント１１に吹きつけられる走行風を積極的に遮断することができる。また、挿通部の端部に面ファスナ１００を設けて配管と挿通部とを密着させることで、配管と挿通部との間にできる隙間から筐体６０の内部に流入する走行風も遮断することができる。その結果、走行風によって筐体６０の内部の配管や部品が冷やされて、配管や部品中の水が凍結するのを抑制できる。よって、配管内を流れるアノードガス又はカソードガスの閉塞を抑制できる。
【００８１】
また、筐体６０の正面の隙間の投影面積を、アイドル時の燃料電池スタック２０の発熱量と、走行風による放熱量と、が平衡するときの投影面積よりも小さくした。これにより、凍結防止のため、惰性走行中に燃料電池スタック２０をアイドル時の要求出力以上に発電させる必要もないので、燃費を向上させることができる。
【００８２】
また、燃料電池発電プラント１１を床下スペース４に配置したので、車両前方の部品搭載スペース５に配置するよりも燃料電池プラントに吹きつけられる走行風の量を低減できる。
【００８３】
さらに、挿通部６１，６２，６３を布又は樹脂性の部材で構成したので、その柔軟性により配管との隙間を少なくすることができる。また、金属等の剛体で構成した場合には、配管の位置バラツキを考慮して挿通部６１，６２，６３を大きくする必要があるが、弾性を持たせることで挿通部６１，６２，６３を小さくできる。
【００８４】
（第２実施形態）
次に、図９を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、挿通部６１，６２，６３を結束バンド２００で締め付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００８５】
図９は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた結束バンド２００について説明する図である。図９（Ａ）は、空気供給配管挿通部６１に結束バンド２００を締め付ける前の図である。図９（Ｂ）は、空気供給配管挿通部６１に結束バンド２００を締め付けた後の図である。なお、冷却水供給配管挿通部６２及び冷却水排出配管挿通部６３にも同様の結束バンド２００が設けられる。
【００８６】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、結束バンド２００を空気供給配管挿通部６１の外周から締め付けることで、空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００８７】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、締め付け力が弱まったときに容易に新たな結束バンド２００で挿通部６１，６２，６３を締め付けることができる。
【００８８】
（第３実施形態）
次に、図１０を参照して本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態は、挿通部挿通部６１，６２，６３を紐３０１で締め付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００８９】
図１０は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた内部に紐３０１を備えるバンド３００について説明する図である。図１０（Ａ）は、紐３０１で空気供給配管挿通部６１を締め付ける前の図である。図１０（Ｂ）は、紐３０１で空気供給配管挿通部６１を締め付けた後の図である。なお、冷却水供給配管挿通部６２及び冷却水排出配管挿通部６３にも同様のバンド３００が設けられる。
【００９０】
図１０（Ａ）に示すように、バンド３００は空気供給配管挿通部６１の端部外周面を覆うように設けられ、内部に紐３０１を備える。紐３０１の両端部は、バンド３００の切り口３０２から外部に飛び出している。
【００９１】
図１０（Ｂ）に示すように、この紐３０１で空気供給配管挿通部６１を締め付けて縛ることで空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００９２】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、締め付け力が弱まったときに、再度紐３０１を締め直すことで容易に挿通部６１，６２，６３を締め付けることができる。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、図１１を参照して本発明の第４実施形態について説明する。本発明の第４実施形態は、挿通部６１，６２，６３をゴム紐４０１で締め付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００９４】
図１１は、本実施形態による空気供給配管挿通部６１に設けられた内部にゴム紐４０１を備えるゴムバンド４００について説明する図である。図１１（Ａ）は、ゴム紐４０１で空気供給配管挿通部６１を締め付ける前の図である。図１１（Ｂ）は、ゴム紐４０１で空気供給配管挿通部６１を締め付けた後の図である。
【００９５】
図１１（Ａ）に示すように、ゴムバンド４００は空気供給配管挿通部６１の端部外周面を覆うように設けられ、内部にゴム紐４０１を備える。ゴム紐４０１は、自然状態の外周の長さが、空気供給配管４１の外周の長さよりも短くなるように予め調節されている。
【００９６】
これにより、図１１（Ｂ）に示すように、ゴム紐４０１に張力を与え、空気供給配管４１を挿通した後に張力を解放することで、ゴム紐４０１が縮んで空気供給配管４１と空気供給配管挿通部６１とを密着させることができる。
【００９７】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９８】
（第５実施形態）
次に、図１２を参照して本発明の第５実施形態について説明する。本発明の第５実施形態は、筐体６０の構造が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００９９】
図１２は、本実施形態による筐体６０の構造について説明する図であり、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。
【０１００】
図１２に示すように、筐体６０は、図中左から順に第１部材６０１、第２部材６０２及び第３部材６０３の３つに分割されている。そして、第１部材６０１と第２部材６０２、第２部材６０２と第３部材６０３をそれぞれ分割ファスナ６０４で接合している。
【０１０１】
これにより、筐体６０の内部部品を交換するときに、筐体６０の全てを取り外す必要がなく、筐体６０の各部材６０１，６０２，６０３のうち、必要な部材だけを取り外すことができる。したがって、第１実施形態と比較して部品交換時の作業性を向上させることができる。
【０１０２】
（第６実施形態）
次に、図１３を参照して本発明の第６実施形態について説明する。本発明の第６実施形態は、筐体６０の構造が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１０３】
図１３は、本実施形態による筐体６０の構造について説明する図である。図１３（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１０４】
図１３（Ａ）に示すように、筐体６０は、第１部材６０１、第２部材６０２及び第３部材６０３の３つに分割されている。
【０１０５】
図１３（Ｂ）に示すように、第１部材６０１の平面部６０１ａには帯状の面ファスナ１００のフック状係合素子１０１が設けられる。同様に第３部材６０３の平面部６０３ａにも連続する帯状の面ファスナ１００のフック状係合素子１０１が設けられる。一方で、第２部材６０２の裏面には、第１部材６０１及び第３部材６０３のフック状係合素子１０１と接合する帯状のループ状係合素子１０２がそれぞれ設けられる。
【０１０６】
このような構成にすることで、第１部材６０１と第３部材６０３の上から面ファスナ１００を介して第２部材６０２を接合することができる。これにより、筐体６０の内部部品を交換するときに、筐体６０の全部を取り外す必要がない。したがって、第１実施形態と比較して部品交換時の作業性を向上させることができる。
【０１０７】
（第７実施形態）
次に、図１４を参照して本発明の第７実施形態について説明する。本発明の第７実施形態は、筐体６０の固定方法が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１０８】
図１４は、本実施形態による筐体６０の固定方法について説明する図である。図１４（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１０９】
図１４（Ｂ）に示すように、筐体６０は側面部にハトメ５０１を備える。そして、そのハトメ５０１を介して筐体６０の内側から枠体７の内縁に形成された雌ネジ部７１にボルト５０２を螺合する。また、アンダーカバー３にもハトメ５０３が設けられる。そして、そのハトメ５０３を介してアンダーカバー３の底面から枠体７の底面に形成された雌ネジ部７２にボルト５０４が螺合される。
【０１１０】
これにより、第１実施形態と比較して筐体６０を強固に固定できる。
【０１１１】
（第８実施形態）
次に、図１５を参照して本発明の第８実施形態について説明する。本発明の第８実施形態は、筐体６０の固定方法が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１１２】
図１５は、本実施形態による筐体６０の固定方法について説明する図である。図１５（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１１３】
図１５（Ａ）に示すように、筐体６０は側面部に枠体７の平面部７ａに接する固定部６０ａを備える。
【０１１４】
また、図１５（Ｂ）に示すように、固定部６０ａにはハトメ５０１が設けられる。そして、そのハトメを介して固定部６０ａの上から枠体７に形成された雌ネジ部７１にボルト５０２を螺合する。
【０１１５】
枠体７については、第７実施形態と同様にアンダーカバー３に固定するので説明を省略する。
【０１１６】
これにより、第１実施形態と比較して筐体６０を強固に固定できる。
【０１１７】
（第９実施形態）
次に、図１６を参照して本発明の第９実施形態について説明する。本発明の第９実施形態は、筐体６０の固定方法が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【０１１８】
図１６は、本実施形態による筐体６０の固定方法について説明する図である。図１６（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１１９】
図１６（Ｂ）に示すように、筐体６０の側面裏側には、一定の角度で傾斜した後に垂直に延びて、筐体６０の側面裏側との間でブラケット７０１を狭持する狭持部６５が設けられる。ブラケット７０１は、枠体７の内縁に沿うようにしてアンダーカバー３の平面上に設けられる。そして、ブラケット７０１にボルト５０２を挿通して、このボルトを枠体７の側面内側に形成された雌ネジ部に螺合する。
【０１２０】
枠体７については、第７実施形態と同様にアンダーカバー３に固定するので説明を省略する。
【０１２１】
これにより、第１実施形態と比較して筐体６０を強固に固定できる。
【０１２２】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【０１２３】
例えば、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、筐体６０の内部に挿通部を設けても良い。なお、図１７（Ａ）は、筐体６０を車両前方から見たときの斜視図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【０１２４】
また、上記各実施形態では、筐体６０に３つの挿通部６１，６２，６３を設けたが、これに限られず例えば挿通部６６を１つだけ設け、その挿通部６６に複数の配管を挿通させてもよい。この場合は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すように、挿通部６６に全ての配管を束ねて挿通させた後に結束バンド２００で締め付ければよい。束ねた配管同士の間に隙間がある場合は、図１８（Ｃ）に示すように、予め充填用弾性材７００を巻きつけておけばよい。
【０１２５】
また、上記各実施形態では、筐体６０に配管を挿通させていたが、電気ハーネスを挿通させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池発電プラントの概略構成図である。
【図３】水素回路について説明する図である。
【図４】空気回路について説明する図である。
【図５】冷却水回路について説明する図である。
【図６】筐体について説明する図である。
【図７】車両進行方向から見たときの筐体の正面の隙間の投影面積と、低温環境下において時速１００[ｋｍ／ｈ]で走行させたときの走行風による放熱量と平衡するために必要な燃料電池スタックの発熱量と、の関係を示した図である。
【図８】第１実施形態による挿通部に設けられた面ファスナについて説明する図である。
【図９】第２実施形態による挿通部に設けられた結束バンドについて説明する図である。
【図１０】第３実施形態による挿通部に設けられたバンドについて説明する図である。
【図１１】第４実施形態による挿通部に設けられたゴムバンドについて説明する図である。
【図１２】第５実施形態による筐体の構造について説明する図である。
【図１３】第６実施形態による筐体の構造について説明する図である。
【図１４】第７実施形態による筐体の固定方法について説明する図である。
【図１５】第８実施形態による筐体の固定方法について説明する図である。
【図１６】第９実施形態による筐体の固定方法について説明する図である。
【図１７】筐体の内部に挿通部を設けた図である。
【図１８】１つの挿通部に複数の配管を挿通させた場合の図である。
【符号の説明】
【０１２７】
２ 車両室内空間（室内空間）
３ アンダーカバー
１１ 燃料電池発電プラント（燃料電池プラント）
１４ ラジエータ（放熱器）
２０ 燃料電池スタック
４１ 空気供給配管（接続部材）
５１ 冷却水供給配管（接続部材、冷却水循環配管）
５２ 冷却水排出配管（接続部材、冷却水循環配管）
６０ 筐体
６１ 空気供給配管挿通部（挿通部）
６２ 冷却水供給配管挿通部（挿通部）
６３ 冷却水排出配管挿通部（挿通部）
１００ 面ファスナ（隙間調節機構）
２００ 結束バンド（隙間調節機構）
３００ バンド（隙間調節機構）
４００ ゴムバンド（隙間調節機構）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池プラントと、
前記燃料電池プラントを覆う筐体と、
前記筐体の外部から前記燃料電池プラントに接続される接続部材と、
を備える燃料電池システムであって、
前記筐体は、前記接続部材が挿通され、その接続部材の外周面を覆う挿通部を有する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記筐体は、車両進行方向に前記挿通部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記挿通部は、
所定速度で走行しているときにその挿通部と前記接続部材との隙間から前記筐体の内部に進入する走行風による前記燃料電池プラントの放熱量が、アイドル運転時における前記燃料電池プラントの発熱量よりも小さくなるように、前記隙間を小さくする隙間調節機構を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
車両進行方向から見たときの前記挿通部と前記接続部材との隙間の投影面積をＳ［ｃｍ2］、想定最低外気温度をＴａ［Ｋ］、アイドル運転時における前記燃料電池プラントの発熱量をＥ［ｋＷ］、アイドル運転時における前記燃料電池の通常温度をＴｓ［Ｋ］、自然対数をｅとすると、以下の（１）式を満たす
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【数１】
【請求項５】
前記燃料電池プラントは、
車両の室内空間とアンダーカバーとの間の空間に配置される
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池プラントよりも車両前方に設けられてその燃料電池プラントを冷却する冷却水が流れる放熱器を備え、
前記接続部材は、
前記放熱器と前記燃料電池プラントの間で冷却水を循環させる冷却水循環配管である
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記接続部材は、燃料電池プラントの発電反応に使用される反応ガスが流れる配管である
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記接続部材は、電気ハーネスである
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記挿通部は、布又は樹脂を材料とする
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池プラントと、
前記燃料電池プラントを覆う筐体と、
前記筐体の外部から前記燃料電池プラントに接続される接続部材と、
を備える燃料電池システムであって、
前記筐体は、前記接続部材が挿通され、その接続部材の外周面を覆う挿通部を有する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記筐体は、車両進行方向に前記挿通部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記挿通部は、
所定速度で走行しているときにその挿通部と前記接続部材との隙間から前記筐体の内部に進入する走行風による前記燃料電池プラントの放熱量が、アイドル運転時における前記燃料電池プラントの発熱量よりも小さくなるように、前記隙間を小さくする隙間調節機構を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
車両進行方向から見たときの前記挿通部と前記接続部材との隙間の投影面積をＳ［ｃｍ2］、想定最低外気温度をＴａ［Ｋ］、アイドル運転時における前記燃料電池プラントの発熱量をＥ［ｋＷ］、アイドル運転時における前記燃料電池の通常温度をＴｓ［Ｋ］、自然対数をｅとすると、以下の（１）式を満たす
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【数１】
【請求項５】
前記燃料電池プラントは、
車両の室内空間とアンダーカバーとの間の空間に配置される
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池プラントよりも車両前方に設けられてその燃料電池プラントを冷却する冷却水が流れる放熱器を備え、
前記接続部材は、
前記放熱器と前記燃料電池プラントの間で冷却水を循環させる冷却水循環配管である
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記接続部材は、燃料電池プラントの発電反応に使用される反応ガスが流れる配管である
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記接続部材は、電気ハーネスである
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記挿通部は、布又は樹脂を材料とする
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−１２９４８５（Ｐ２０１０−１２９４８５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５５４２（Ｐ２００８−３０５５４２）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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