燃料電池冷却システムの配管接続構造
【課題】配管接続の作業性を向上させると共に、配管接続部に対する応力集中を緩和すること。
【解決手段】ポンプ１８等を含むモータユニット７６と、燃料電池スタック１２を含む燃料電池ユニット１００とからなる異なるユニットが第１フレーム７８及び第２フレーム８６を介して燃料電池自動車にそれぞれ組み付けられて固定された状態において、燃料電池スタック１２に近接する部位に配設され、異なるユニット間の配管を接続する第１継手部材３６及び第２継手部材３７に対し、軸シール機構である第１〜第３コネクタを設ける。
【解決手段】ポンプ１８等を含むモータユニット７６と、燃料電池スタック１２を含む燃料電池ユニット１００とからなる異なるユニットが第１フレーム７８及び第２フレーム８６を介して燃料電池自動車にそれぞれ組み付けられて固定された状態において、燃料電池スタック１２に近接する部位に配設され、異なるユニット間の配管を接続する第１継手部材３６及び第２継手部材３７に対し、軸シール機構である第１〜第３コネクタを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路を有する燃料電池冷却システムの配管接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を冷媒によって直接冷却する冷媒回路では、前記冷媒を流通させる管路としてチューブが設けられ、例えば、前記チューブの開口する接続端部を配管接続部に対して押圧して装着した後、前記チューブの接続部位を環状のバンドによって締め付けて所定の緊締力を確保することにより、前記チューブ内を比較的高圧で流通する冷媒のシール性を保持している。
【０００３】
また、前記冷媒回路では、ポンプや切換バルブ等を含み、車体前方に配置されたラジエータから延在する配管を循環する冷却水によって燃料電池を冷却する冷却システムが構成されている。この場合、前記配管は、電気的絶縁性を確保するために、ゴム製又は樹脂製のチューブによって形成されている。
【０００４】
なお、特許文献１には、フッ素樹脂で形成された配管本体と、連結部位に設けられ前記配管本体よりも線膨張係数の低いスリーブとを有する配管部材を備え、簡単な構成で電気的絶縁性に優れた燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−５９６５２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、燃料電池が搭載された燃料電池車両において、例えば、冷却システムを構成するポンプや切換バルブ等をフレームに搭載してユニット化すると共に、冷却システムを構成する燃料電池スタック等を前記フレームと異なる他のフレームに搭載してユニット化した場合、前記燃料電池車両に対してユニット化された異なるフレームをそれぞれ固定した後、前記組み付けられた異なるフレームに搭載されたユニット間で配管の接続を行う必要がある。
【０００６】
それぞれ異なるフレームに搭載され燃料電池車両に固定された状態にある一方のユニットと他方のユニットとを、樹脂製のチューブ及びチューブジョイントで配管接続するとき、前記樹脂製のチューブが接続されるチューブジョイントの接続部位に過大な応力が付与される場合があり、樹脂製材料で形成された前記チューブジョイントが損傷するという不具合が発生するおそれがある。
【０００７】
すなわち、燃料電池車両に予め組み付けられて固定されたフレームに搭載された一方の冷却システムユニットと、燃料電池車両に予め組み付けられて固定された他のフレームに搭載された他方の冷却システムユニットとを、樹脂製チューブからなる配管と樹脂製のチューブジョイントを用いて接続する際、一方の冷却システムユニットに設けられた樹脂製のチューブジョイントの配管接続部に対して、他方の冷却システムユニットから延在する樹脂製チューブの接続端部の開口部を直接接続（挿入）する作業がしづらく、配管接続における作業性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
また、例えば、樹脂製チューブの接続端部の開口部を円筒状の配管接続部に対して無理やり捩じ込むことによって、フレーム（他のフレーム）に対して配管接続部を支持するステイに応力が集中して前記ステイに過大な荷重が付与され、前記ステイを含む配管接続部が損傷するおそれがある。
【０００９】
これに対し、同一フレーム内で樹脂製チューブによって配管接続する場合には、フレーム（他のフレーム）を燃料電池車両に対して固定（搭載）する前に、予めユニット内でアセンブリすることが可能であるため、上記のような作業性の低下や配管接続部の損傷等の問題は発生しない。
【００１０】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池車両に対して組み付けられた異なるフレーム間を樹脂製の継手部材で配管接続する際、前記配管接続の作業性を向上させると共に、配管接続部に対する応力集中を緩和することが可能な燃料電池冷却システムの配管接続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】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、燃料電池車両に搭載された燃料電池を冷却する冷却システムの配管接続構造において、前記冷却システムは、燃料電池スタックを支持する燃料電池ユニットフレームと、ポンプを支持するモータユニットフレームと、前記燃料電池車両の車両本体フレームとに跨って配置され、前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記モータユニットフレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部、又は、前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部に樹脂製の継手部材が配設され、前記継手部材には、軸シール機構が設けられることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、燃料電池スタックと、モータユニットフレーム又は車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットとをそれぞれ配管接続する際、燃料電池スタックとの距離（絶縁距離）が短いため、電気的絶縁性を確保するために樹脂製の継手部材が必要となる。この場合、樹脂製の継手部材では、金属製の継手部材と比較して耐荷重強度が低いため配管接続時に付与される荷重に耐えられないおそれがあるが、本発明では、前記樹脂製の継手部材に軸シール機構を設けることによって、配管接続時に配管接続部に対して付与される荷重が好適に軽減される。
【００１３】
また、燃料電池スタックと配管接続される冷却システムユニットが、仮に、同一フレーム内に配置される場合には、配管を接続するときに各ユニット間の位置関係を適宜変更乃至調整する等、ある程度の自由度を有し、配管接続部に応力が集中することを回避することが可能である。これに対し、燃料電池ユニットフレーム、モータユニットフレーム等の異なるフレームが燃料電池車両の車体に対して予め組み付けられて固定された状態で、前記異なるフレームに搭載される各ユニット間の配管接続を行う場合、例えば、樹脂製の配管を配管接続部に対して無理やり捩じ込んで挿入する等、前記配管接続部に過大な荷重が付与される場合がある。
【００１４】
そこで、本願発明では、予め車体に組み付けられて固定された異なるフレームに搭載された各ユニット間を配管接続する際、配管接続部の継手部材に軸シール機構を設けることにより、配管接続が容易となり、配管接続時に付与される応力集中を緩和して配管接続部が損傷することを好適に回避することができる。
【００１５】
また、本発明では、軸シール機構が、互いに着脱自在に接続される小径部材及び前記小径部材が挿入される大径部材と、前記小径部材と前記大径部材との接続部位をシールするシール部材とを含むコネクタであることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、軸シール機構が小径部材と大径部材とを着脱自在に接続するコネクタによって構成されることにより、小径部材と大径部材とを簡便且つ迅速に接続することができると共に、接続時における挿入性に優れ、配管接続作業における作業性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明では、前記コネクタを構成する小径部材と大径部材とが不完全嵌合状態に接続されたとき、前記小径部材側に設けられたマーキングが視認可能となり、前記小径部材と前記大径部材とが完全嵌合状態に接続されたとき、前記大径部材によって前記マーキングが隠されて視認不可能となるように設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、コネクタを構成する小径部材と大径部材とを接続した際、前記小径部材と前記大径部材との接続が完全嵌合状態にあるか、又は不完全嵌合状態にあるかを、小径部材及び大径部材の接続部位を視認して、マーキングの視認の可否によって容易に確認することができる。
【００１９】
さらにまた、本発明では、継手部材を形成する樹脂製材料が、電気的絶縁性を有し、且つイオン低溶出の材料で形成されることにより、燃料電池スタック近傍の高電圧部位における電気的絶縁性を確保することができると共に、冷媒システムを流通する冷媒自体の電気的絶縁性を確保することができる。なお、イオン低溶出とは、冷媒へイオンが放出しづらいことをいう。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、燃料電池車両に対して組み付けられた異なるフレーム間を樹脂製チューブで配管接続する際、前記配管接続の作業性を向上させると共に、配管接続部に対する応力集中を緩和することが可能な燃料電池冷却システムの配管接続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】
【００２１】
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冷却システムの配管接続構造が適用された冷媒回路の回路構成図である。
【００２２】
＜冷媒回路の構成＞
図１に示されるように、冷媒回路（冷却システム）１０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、空気）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１６と、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とを含む。前記流路切換弁２２に代替して冷媒の流通量を制御する流量制御弁を用いてもよい。
【００２３】
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、前記冷媒回路１０中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。
【００２４】
燃料電池スタック１２は、略直方体状からなるスタック本体を有し、前記スタック本体の前面（フロント側）には、前記スタック本体内へ冷媒を流通させて燃料電池スタック１２を冷却するための冷媒導入ポート３０ａ及び冷媒導出ポート３０ｂが設けられる。前記冷媒導入ポート３０ａと前記冷媒導出ポート３０ｂとの間には、循環通路１６の上流側から分岐して下流側に合流する分岐通路３２が設けられ、前記分岐通路３２には、例えば、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を充填したイオン交換器３４が設けられる。
【００２５】
前記循環通路１６と前記バイパス通路２０と前記分岐通路３２との合流部位には、いわゆるクイックコネクタを備えた第１継手部材３６が配設される。前記合流部位は、燃料電池スタック１２の冷媒導出ポート３０ｂからラジエータ１４へ戻る下流側の循環通路１６と、ポンプ１８に連通するバイパス通路２０と、イオン交換器３４からの戻りの冷媒が流通する下流側の分岐通路３２とからなる３つの通路が相互に連通する部位からなり、この３つの通路の合流部位（交差部位）に第１継手部材３６が配設される。なお、前記第１継手部材３６の詳細については、後記する。
【００２６】
また、前記循環通路１６と前記分岐通路３２との分岐部位には、いわゆるクイックコネクタを備えた第２継手部材３７が配設される。前記分岐部位は、燃料電池スタック１２の冷媒導入ポート３０ａとポンプ１８との間からなる上流側の循環通路１６と、イオン交換器３４へ供給される冷媒が分流する上流側の分岐通路３２とからなる２つの通路が相互に分岐する部位からなり、この２つの通路の分岐部位に第２継手部材３７が配設される。なお、前記第２継手部材３７の詳細については、後記する。
【００２７】
さらに、図１に示されるように、前記冷媒回路１０には、ポンプ１８を駆動させる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）３８が設けられる。前記ＥＣＵ３８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。
【００２８】
＜第１継手部材の構成＞
図２は、第１継手部材の概略構成図であって、コネクタを構成する雌コネクタ部と雄コネクタ部とが離脱した状態を示す。
【００２９】
第１継手部材３６は、大径な３ポート及び小径な１ポートを有する継手ボデイ４０を含む。前記継手ボデイ４０の両端部には、第１ポート４６ａと第２ポート４６ｂとが配置され、前記第１ポート４６ａには、ラジエータ１４に向かって冷媒を流通させる第１チューブ４８ａが第１コネクタ５０ａを介して着脱自在に接続され、反対側の前記第２ポート４６ｂには、ポンプ１８に向かって冷媒を流通させる第２チューブ４８ｂが第２コネクタ５０ｂを介して着脱自在に接続される。
【００３０】
前記第１コネクタ５０ａ及び第２コネクタ５０ｂに近接する部位には、略同一の内径からなる第１チューブ４８ａ及び第２チューブ４８ｂの接続部位の外周面を所定の緊締力によって締め上げて固定するバンド５２がそれぞれ装着される。
【００３１】
また、前記継手ボデイ４０には、前記第１ポート４６ａと第２ポート４６ｂとを結ぶ継手ボデイ４０の軸線に対して所定角度傾斜して交差する第３ポート４６ｃが設けられる。前記第３ポート４６ｃには、燃料電池スタック１２の冷媒導出ポート３０ｂから導出された戻り冷媒を流通させる第３チューブ４８ｃが、バンド５２を介して直接接続される。
【００３２】
さらに、前記継手ボデイ４０には第４ポート４６ｄが設けられ、前記第４ポート４６ｄには、イオン交換器３４からの戻り冷媒を流通させる第４チューブ４８ｄがバンド５３を介して直接接続される。
【００３３】
＜第２継手部材の構成＞
第２継手部材３７は、３つのポートが形成された継手ボデイを有する。前記継手ボデイには、図１に示されるように、第１ポート５８ａと第２ポート５８ｂとが設けられ、前記第１ポート５８ａには、ポンプ１８から送給された冷媒を流通させる第５チューブ４８ｅが第３コネクタ５０ｃを介して着脱自在に接続される。前記第２ポート５８ｂには、燃料電池スタック１２の冷媒導入ポート３０ａに向かって冷媒を流通させる第６チューブ４８ｆが接続される。
【００３４】
また、前記継手ボデイ５４には第３ポート５８ｃが設けられ、前記第３ポート５８ｃには、上流側の循環通路１６から分岐してイオン交換器３４に向かって冷媒を供給する第７チューブ４８ｇが接続される。
【００３５】
なお、第１継手部材３６、第２継手部材３７及び第１〜第７チューブ４８ａ〜４８ｇは、それぞれ、所定の強度及び電気的絶縁性を有しイオンが導出しにくいイオン低溶出の材料（例えば、樹脂製材料、セラミック材料等）によって形成されるとよい。また、前記第１継手部材３６等が電気的絶縁性を有し、且つイオン低溶出の材料で形成されることにより、燃料電池スタック１２近傍の高電圧部位における電気的絶縁性を確保することができると共に、冷媒通路を流通する冷媒自体の電気的絶縁性を確保することができる。なお、イオン低溶出とは、冷媒へイオンが放出しづらいことをいう。
【００３６】
＜各コネクタの構成＞
第１継手部材３６及び第２継手部材３７にそれぞれ設けられる第１〜第３コネクタ５０ａ〜５０ｃについて以下詳細に説明する。なお、第１〜第３コネクタ５０ａ〜５０ｃは、それぞれ同一構成要素からなるため、説明の便宜上、第１コネクタ５０ａのみを詳細に説明して第２コネクタ５０ｂ及び第３コネクタ５０ｃの説明を省略する。
【００３７】
図２に示されるように、第１コネクタ５０ａは、第１チューブ４８ａの端部開口に対して嵌挿される図示しない挿入部を有し大径部材として機能する雌コネクタ部６２と、継手ボデイ４０側に設けられ前記雌コネクタ部６２に対して接続される小径部材として機能する雄コネクタ部６４とから構成される。前記雌コネクタ部６２の開口部の内壁面には、環状溝を介してシールリング（例えば、Ｏリング）６６が装着され、前記シールリング６６は、雄コネクタ部６４及び雌コネクタ部６２間の接続部位を気密乃至液密にシールするものである。
【００３８】
なお、本実施形態では、軸シール機構として、シールリング（Ｏリング）６６が装着されたコネクタを図２に描出しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しない１枚又は２枚のエラストマシートを挟持し、前記エラストマシートの中心部に形成された孔部を挿通する軸体をシールする、いわゆるウィルソンシールタイプや、軸体を外嵌して被覆する図示しないベローズシールを用いたベローズシールタイプ等、種々の軸シール構造を採用することができることは、勿論である。
【００３９】
また、本実施形態では、第１〜第３コネクタ５０ａ〜５０ｃからなり、軸シール機構を有する３つのコネクタ（クイックコネクタ）を用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、各ポートに対してチューブが直接接続されている部位に、軸シール機構からなる前記クイックコネクタを適宜設けるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、軸シール機構は、前記クイックコネクタに限定されるものではなく、例えば、図４に示されるように、雄コネクタ部６４ａに設けられた一方のフランジ部７７ａと、雌コネクタ部６２ａに設けられた他方のフランジ部７７ｂとを、ボルト等の締結部材７９で一体的に締結することにより、配管接続する構成であってもよい。
【００４１】
＜冷媒回路中における第１継手部材及び第２継手部材の設置構造＞
図５は、冷媒回路の概略構成平面図、図６は、前記冷媒回路の概略構成側面図である。
次に、第１継手部材３６及び第２継手部材３７の設置構造について、以下説明する。
第１継手部材３６は、モータユニット７６を構成する第１フレーム７８に設けられる。このモータユニット７６は、モータルーム内に設けられ、少なくとも、燃料電池スタック１２で発生した電力によって駆動するモータ８０、ポンプ１８、流路切換弁２２等の構成要素を含む。
【００４２】
第１フレーム７８は、モータユニットフレームとして機能するものであり、燃料電池自動車（燃料電池車両）の前記モータルームの床下部位に配置される。また、前記モータユニット７６は、前記モータユニットフレーム（第１フレーム７８）によって支持される冷却システムユニットを含むユニットである。この場合、前記モータユニット７６は、図示しないボンネットの下方側でエンジン仕様の車両におけるエンジンルームに対応する部位に配設されると共に、燃料電池自動車を駆動するためのモータ８０が取り付けられた場所に設けられる。また、ラジエータ１４は、燃料電池自動車の図示しない車体ボデイに取り付けられるが、前記モータユニット７６に装着されるようにしてもよい。
【００４３】
第１コネクタ５０ａ及び第２コネクタ５０ｂを備えた第１継手部材３６は、第１フレーム７８に設けられることにより、燃料電池自動車の下方向（床下方向）で前記第１フレーム７８の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路１０中において最下部に配置される。換言すると、第１継手部材３６を構成する第１コネクタ５０ａ及び第２コネクタ５０ｂの着脱部位は、冷媒回路１０中において最下部に設けられる。
【００４４】
第２継手部材３７は、第２フレーム８６に設けられる。この場合、前記第２継手部材３７は、前記第１継手部材３６と同様に、第１フレーム７８の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路１０中において最下部に配置される。
【００４５】
図６に示されるように、冷媒回路１０の下方側には、単一のアンダカバー８４が配置され、このアンダカバー８４を取り外すことにより、例えば、燃料電池スタック１２のメンテナンス作業やイオン交換器３４の交換作業等を遂行することができる。
【００４６】
第１継手部材３６及び第２継手部材３７は、モータユニット７６と燃料電池ユニット１００との間であって、配管チューブの離脱部位である切り離し境界線上に配置される。また、前記第１継手部材３６及び第２継手部材３７は、モータユニット７６側又は燃料電池ユニット１００側のいずれか一方にまとめられて配置されていると便利である。
【００４７】
なお、本実施形態では、モータ８０等を含むモータユニット７６をモータユニットフレームからなる第１フレーム７８によって支持されるように構成しているが、これに限定されるものではなく、前記モータ８０等を含むモータユニット７６の構成要素の全部又はその一部が図示しない車両本体フレームによって支持されるように構成してもよい。
【００４８】
この場合、前記モータ８０等を含むモータユニット７６は、車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットとして構成され、冷媒回路１０（冷却システム）は、燃料電池スタック１２を支持する燃料電池ユニットフレーム（第２フレーム８６）と、モータ８０等を支持するモータユニットフレーム（第１フレーム７８）と、燃料電池自動車の車両本体フレームとに跨って配置される。
【００４９】
＜フレーム組み付け後における配管の接続作業＞
次に、第２継手部材３７を用いた配管の接続作業について、以下詳細に説明する。
この配管の接続作業は、第１フレーム７８によって支持されるモータ８０等を含むモータユニット７６が燃料電池自動車のモータルーム内に組み付けられて固定されると共に、第２フレーム８６によって支持される燃料電池スタック１２を含む燃料電池ユニット１００が客室下部側に組み付けられて固定された後に行われる。
【００５０】
すなわち、本実施形態では、燃料電池自動車の組立工程において、第１フレーム７８によって支持され各種チューブを含むモータユニット７６がフレーム毎、燃料電池自動車のモータルーム内に組み付けられると共に、燃料電池スタック１２の冷媒導入ポート３０ａ及び冷媒導出ポート３０ｂに接続された配管チューブ（第６チューブ４８ｆ、第３チューブ４８ｃ）を含む燃料電池ユニット１００が燃料電池自動車の客室下部内に組み付けられる。
【００５１】
本実施形態では、このようにして、モータユニット７６及び燃料電池ユニット１００からなる異なるユニットが第１フレーム７８及び第２フレーム８６を介して燃料電池自動車にそれぞれ固定された状態において、第２継手部材３７の第３コネクタ５０ｃを構成する雄コネクタ部６４に対して、モータユニット７６側から延在する第５チューブ４８ｅの先端部に設けられた雌コネクタ部６２を接続する。
【００５２】
この場合、前記第３コネクタ５０ｃは、いわゆるクイックコネクタからなる軸シール機構によって構成されており、雄コネクタ部６４に沿って雌コネクタ部６２を容易に挿入することにより、配管接続における作業性を向上させることができる。
【００５３】
第２継手部材３７は、燃料電池スタック１２との距離（絶縁距離）が短い燃料電池ユニット１００に配設されているため（図６参照）、電気的絶縁性を確保するために樹脂製材料で形成される必要がある。その際、樹脂製材料で形成された第２継手部材３７では、金属製の継手部材（図示せず）と比較して耐荷重強度が低いため、配管接続時に付与される荷重に耐えられないおそれがあるが、本実施形態では、前記樹脂製の第２継手部材３７に軸シール機構である第３コネクタ５０ｃを設けることによって、配管接続時に継手ボデイ５４に対して付与される荷重が好適に軽減される。
【００５４】
また、燃料電池スタック１２を含む燃料電池ユニット１００とモータユニット７６とが、仮に、同一フレーム内に配置される場合には、配管チューブを接続するときに各ユニット間の位置関係をフリーにする等、ある程度の自由度を有し、配管接続部に応力が集中することを回避することが可能である。これに対し、第１フレーム７８及び第２フレーム８６等の異なるフレームが燃料電池車両の車体に対して予め組み付けられて固定された状態で、前記異なるフレームに搭載された各ユニット間の配管接続を行う場合、例えば、樹脂製の配管チューブを配管接続部に対して無理やり捩じ込んで挿入する等、前記配管接続部に過大な荷重が付与される場合がある。
【００５５】
例えば、軸シール機構が設けられていない比較例では、樹脂製の継手ボデイの円筒状の管体（ポート）に対して樹脂製の配管チューブの開口部を無理やり捩じ込んで接続しようとすると、前記円筒状の管体に対して過大な荷重が付与されて前記円筒状の管体と継手ボデイとが破断するおそれがある。
【００５６】
本実施形態では、予め車体に組み付けられて固定された異なるフレームに搭載された各ユニット間を配管接続する際、第２継手部材３７の第２コネクタ５０ｃに軸シール機構を設けることにより、雄コネクタ部６４と雌コネクタ部６２との接続が容易となり、接続時に付与される応力集中を緩和して継手ボデイ４０が損傷することを好適に回避することができる。
【００５７】
換言すると、本実施形態では、固定側に対して配管チューブを接続する際、前記固定側に対して付与される荷重が軽減される継手構造（軸シール機構）を採用することにより、配管チューブを接続するときの作業性を向上させ、組立時間の短縮化を図ることができる。
【００５８】
なお、前記では、燃料電池自動車の組付工程を例にして説明しているが、このことは、燃料電池スタック１２のメンテナンス作業やイオン交換器３４の交換作業において第１継手部材３６及び第２継手部材３７の配管接続を行うときも同様の効果を奏する。
【００５９】
＜コネクタの嵌合状態判別機構＞
図７（ａ）は、雌コネクタ部と雄コネクタ部との完全嵌合状態を示す側面図、図７（ｂ）は、不完全嵌合状態を示す側面図である。
【００６０】
各コネクタを構成する雌コネクタ部（大径部材）６２と雄コネクタ部（小径部材）６４とが装着された場合、前記雌コネクタ部６２と前記雄コネクタ部６４とが同軸状に位置して完全に嵌合された状態（完全嵌合状態）となっているか、又は、前記雌コネクタ部６２の軸線Ｔ２と前記雄コネクタ部６４の軸線Ｔ１とが不一致で異軸状に位置して不完全に嵌合された状態（不完全嵌合状態）となっているかどうかを確認する必要がある。
【００６１】
この場合、不完全嵌合状態を視覚的に判別するためには、コネクタの接続部位を注視する必要があり、完全嵌合状態と不完全嵌合状態とを簡便に判別することにより、シール部位における管理の簡素化が求められている。
【００６２】
そこで、本実施形態では、雌コネクタ部６２と雄コネクタ部６４とが装着された際、完全嵌合状態と不完全嵌合状態とを視認して判別する嵌合状態判別機構が設けられる。この嵌合状態判別機構は、図２に示されるように、例えば、雄コネクタ部６４の外周面に設けられるマーキング１０２によって構成される。
【００６３】
なお、前記マーキング１０２の形状は、図２中において星印形状で示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、円形や三角形、四角形等の多角形やこれらの複合形状、又は軸方向に沿った図示しないラインや周方向に沿ったライン等の種々の形状を含む。
【００６４】
図７（ａ）に示されるように、完全嵌合状態では、雌コネクタ部６２の軸線Ｔ２と雄コネクタ部６４の軸線Ｔ１とが直線状に一致すると共に、装着部位において雄コネクタ部６４の外周面に設けられたマーキング１０２が雌コネクタ部６２によって完全に被覆され、前記マーキング１０２を外部から視認することができない。この結果、作業者は、外部から前記マーキング１０２を視認することができないことによって、コネクタが完全嵌合状態で装着されていると簡便に判別することができる。
【００６５】
一方、図７（ｂ）に示されるように、不完全嵌合状態では、雌コネクタ部６２の軸線Ｔ２と雄コネクタ部６４の軸線Ｔ１とが不一致の異軸状態になると共に、雌コネクタ部６２と雄コネクタ部６４との装着部位において、前記雄コネクタ部６４の外周面に設けられたマーキング１０２が雌コネクタ部６２に被覆されることがなく外部に露呈し、作業者は、前記マーキング１０２を外部から容易に視認することができる。この結果、作業者は、外部から前記マーキングを視認することによって、コネクタが不完全嵌合状態で装着されていると簡便に判別することができる。
【００６６】
このように、本実施形態では、各コネクタを介してチューブ同士を配管接続した場合の嵌合状態をマーキング１０２によって容易に確認して、シール部管理の簡素化を達成することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、雌コネクタ部６２を大径部材とし雄コネクタ部６４を小径部材として説明しているが、コネクタの形状を工夫することによって、本実施形態とは逆に、雌コネクタ部６２を小径部材とし雄コネクタ部６４を大径部材とすることも可能であり、このときには、雌コネクタ部６２にマーキング１０２を付けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの配管構造が適用された冷媒回路の回路構成図である。
【図２】コネクタを構成する雄コネクタ部と雌コネクタ部とが離脱した状態を示す第１継手部材の概略構成図である。
【図３】前記第１継手部材の変形例を示す概略構成図である。
【図４】継手部材に設けられた軸シール機構の変形例を示す分解斜視図である。
【図５】図１に示される冷媒回路の概略構成平面図である。
【図６】図１に示される冷媒回路の概略構成側面図である。
【図７】（ａ）は、雌コネクタ部と雄コネクタ部との完全嵌合状態を示す側面図、（ｂ）は、不完全嵌合状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 冷媒回路
１２ 燃料電池スタック
１４ ラジエータ
３６ 第１継手部材
３７ 第２継手部材
５０ａ〜５０ｃ コネクタ（軸シール機構）
６２ 雌コネクタ部（大径部材）
６４ 雄コネクタ部（小径部材）
６６ シールリング（シール部材）
７６ モータユニット（冷却システムユニット）
７８ 第１フレーム（モータユニットフレーム）
８０ モータ
８６ 第２フレーム（燃料電池ユニットフレーム）
１００ 燃料電池ユニット
１０２ マーキング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路を有する燃料電池冷却システムの配管接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を冷媒によって直接冷却する冷媒回路では、前記冷媒を流通させる管路としてチューブが設けられ、例えば、前記チューブの開口する接続端部を配管接続部に対して押圧して装着した後、前記チューブの接続部位を環状のバンドによって締め付けて所定の緊締力を確保することにより、前記チューブ内を比較的高圧で流通する冷媒のシール性を保持している。
【０００３】
また、前記冷媒回路では、ポンプや切換バルブ等を含み、車体前方に配置されたラジエータから延在する配管を循環する冷却水によって燃料電池を冷却する冷却システムが構成されている。この場合、前記配管は、電気的絶縁性を確保するために、ゴム製又は樹脂製のチューブによって形成されている。
【０００４】
なお、特許文献１には、フッ素樹脂で形成された配管本体と、連結部位に設けられ前記配管本体よりも線膨張係数の低いスリーブとを有する配管部材を備え、簡単な構成で電気的絶縁性に優れた燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−５９６５２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、燃料電池が搭載された燃料電池車両において、例えば、冷却システムを構成するポンプや切換バルブ等をフレームに搭載してユニット化すると共に、冷却システムを構成する燃料電池スタック等を前記フレームと異なる他のフレームに搭載してユニット化した場合、前記燃料電池車両に対してユニット化された異なるフレームをそれぞれ固定した後、前記組み付けられた異なるフレームに搭載されたユニット間で配管の接続を行う必要がある。
【０００６】
それぞれ異なるフレームに搭載され燃料電池車両に固定された状態にある一方のユニットと他方のユニットとを、樹脂製のチューブ及びチューブジョイントで配管接続するとき、前記樹脂製のチューブが接続されるチューブジョイントの接続部位に過大な応力が付与される場合があり、樹脂製材料で形成された前記チューブジョイントが損傷するという不具合が発生するおそれがある。
【０００７】
すなわち、燃料電池車両に予め組み付けられて固定されたフレームに搭載された一方の冷却システムユニットと、燃料電池車両に予め組み付けられて固定された他のフレームに搭載された他方の冷却システムユニットとを、樹脂製チューブからなる配管と樹脂製のチューブジョイントを用いて接続する際、一方の冷却システムユニットに設けられた樹脂製のチューブジョイントの配管接続部に対して、他方の冷却システムユニットから延在する樹脂製チューブの接続端部の開口部を直接接続（挿入）する作業がしづらく、配管接続における作業性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
また、例えば、樹脂製チューブの接続端部の開口部を円筒状の配管接続部に対して無理やり捩じ込むことによって、フレーム（他のフレーム）に対して配管接続部を支持するステイに応力が集中して前記ステイに過大な荷重が付与され、前記ステイを含む配管接続部が損傷するおそれがある。
【０００９】
これに対し、同一フレーム内で樹脂製チューブによって配管接続する場合には、フレーム（他のフレーム）を燃料電池車両に対して固定（搭載）する前に、予めユニット内でアセンブリすることが可能であるため、上記のような作業性の低下や配管接続部の損傷等の問題は発生しない。
【００１０】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池車両に対して組み付けられた異なるフレーム間を樹脂製の継手部材で配管接続する際、前記配管接続の作業性を向上させると共に、配管接続部に対する応力集中を緩和することが可能な燃料電池冷却システムの配管接続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】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、燃料電池車両に搭載された燃料電池を冷却する冷却システムの配管接続構造において、前記冷却システムは、燃料電池スタックを支持する燃料電池ユニットフレームと、ポンプを支持するモータユニットフレームと、前記燃料電池車両の車両本体フレームとに跨って配置され、前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記モータユニットフレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部、又は、前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部に樹脂製の継手部材が配設され、前記継手部材には、軸シール機構が設けられることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、燃料電池スタックと、モータユニットフレーム又は車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットとをそれぞれ配管接続する際、燃料電池スタックとの距離（絶縁距離）が短いため、電気的絶縁性を確保するために樹脂製の継手部材が必要となる。この場合、樹脂製の継手部材では、金属製の継手部材と比較して耐荷重強度が低いため配管接続時に付与される荷重に耐えられないおそれがあるが、本発明では、前記樹脂製の継手部材に軸シール機構を設けることによって、配管接続時に配管接続部に対して付与される荷重が好適に軽減される。
【００１３】
また、燃料電池スタックと配管接続される冷却システムユニットが、仮に、同一フレーム内に配置される場合には、配管を接続するときに各ユニット間の位置関係を適宜変更乃至調整する等、ある程度の自由度を有し、配管接続部に応力が集中することを回避することが可能である。これに対し、燃料電池ユニットフレーム、モータユニットフレーム等の異なるフレームが燃料電池車両の車体に対して予め組み付けられて固定された状態で、前記異なるフレームに搭載される各ユニット間の配管接続を行う場合、例えば、樹脂製の配管を配管接続部に対して無理やり捩じ込んで挿入する等、前記配管接続部に過大な荷重が付与される場合がある。
【００１４】
そこで、本願発明では、予め車体に組み付けられて固定された異なるフレームに搭載された各ユニット間を配管接続する際、配管接続部の継手部材に軸シール機構を設けることにより、配管接続が容易となり、配管接続時に付与される応力集中を緩和して配管接続部が損傷することを好適に回避することができる。
【００１５】
また、本発明では、軸シール機構が、互いに着脱自在に接続される小径部材及び前記小径部材が挿入される大径部材と、前記小径部材と前記大径部材との接続部位をシールするシール部材とを含むコネクタであることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、軸シール機構が小径部材と大径部材とを着脱自在に接続するコネクタによって構成されることにより、小径部材と大径部材とを簡便且つ迅速に接続することができると共に、接続時における挿入性に優れ、配管接続作業における作業性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明では、前記コネクタを構成する小径部材と大径部材とが不完全嵌合状態に接続されたとき、前記小径部材側に設けられたマーキングが視認可能となり、前記小径部材と前記大径部材とが完全嵌合状態に接続されたとき、前記大径部材によって前記マーキングが隠されて視認不可能となるように設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、コネクタを構成する小径部材と大径部材とを接続した際、前記小径部材と前記大径部材との接続が完全嵌合状態にあるか、又は不完全嵌合状態にあるかを、小径部材及び大径部材の接続部位を視認して、マーキングの視認の可否によって容易に確認することができる。
【００１９】
さらにまた、本発明では、継手部材を形成する樹脂製材料が、電気的絶縁性を有し、且つイオン低溶出の材料で形成されることにより、燃料電池スタック近傍の高電圧部位における電気的絶縁性を確保することができると共に、冷媒システムを流通する冷媒自体の電気的絶縁性を確保することができる。なお、イオン低溶出とは、冷媒へイオンが放出しづらいことをいう。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、燃料電池車両に対して組み付けられた異なるフレーム間を樹脂製チューブで配管接続する際、前記配管接続の作業性を向上させると共に、配管接続部に対する応力集中を緩和することが可能な燃料電池冷却システムの配管接続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】
【００２１】
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冷却システムの配管接続構造が適用された冷媒回路の回路構成図である。
【００２２】
＜冷媒回路の構成＞
図１に示されるように、冷媒回路（冷却システム）１０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、空気）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１６と、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とを含む。前記流路切換弁２２に代替して冷媒の流通量を制御する流量制御弁を用いてもよい。
【００２３】
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、前記冷媒回路１０中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。
【００２４】
燃料電池スタック１２は、略直方体状からなるスタック本体を有し、前記スタック本体の前面（フロント側）には、前記スタック本体内へ冷媒を流通させて燃料電池スタック１２を冷却するための冷媒導入ポート３０ａ及び冷媒導出ポート３０ｂが設けられる。前記冷媒導入ポート３０ａと前記冷媒導出ポート３０ｂとの間には、循環通路１６の上流側から分岐して下流側に合流する分岐通路３２が設けられ、前記分岐通路３２には、例えば、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を充填したイオン交換器３４が設けられる。
【００２５】
前記循環通路１６と前記バイパス通路２０と前記分岐通路３２との合流部位には、いわゆるクイックコネクタを備えた第１継手部材３６が配設される。前記合流部位は、燃料電池スタック１２の冷媒導出ポート３０ｂからラジエータ１４へ戻る下流側の循環通路１６と、ポンプ１８に連通するバイパス通路２０と、イオン交換器３４からの戻りの冷媒が流通する下流側の分岐通路３２とからなる３つの通路が相互に連通する部位からなり、この３つの通路の合流部位（交差部位）に第１継手部材３６が配設される。なお、前記第１継手部材３６の詳細については、後記する。
【００２６】
また、前記循環通路１６と前記分岐通路３２との分岐部位には、いわゆるクイックコネクタを備えた第２継手部材３７が配設される。前記分岐部位は、燃料電池スタック１２の冷媒導入ポート３０ａとポンプ１８との間からなる上流側の循環通路１６と、イオン交換器３４へ供給される冷媒が分流する上流側の分岐通路３２とからなる２つの通路が相互に分岐する部位からなり、この２つの通路の分岐部位に第２継手部材３７が配設される。なお、前記第２継手部材３７の詳細については、後記する。
【００２７】
さらに、図１に示されるように、前記冷媒回路１０には、ポンプ１８を駆動させる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）３８が設けられる。前記ＥＣＵ３８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。
【００２８】
＜第１継手部材の構成＞
図２は、第１継手部材の概略構成図であって、コネクタを構成する雌コネクタ部と雄コネクタ部とが離脱した状態を示す。
【００２９】
第１継手部材３６は、大径な３ポート及び小径な１ポートを有する継手ボデイ４０を含む。前記継手ボデイ４０の両端部には、第１ポート４６ａと第２ポート４６ｂとが配置され、前記第１ポート４６ａには、ラジエータ１４に向かって冷媒を流通させる第１チューブ４８ａが第１コネクタ５０ａを介して着脱自在に接続され、反対側の前記第２ポート４６ｂには、ポンプ１８に向かって冷媒を流通させる第２チューブ４８ｂが第２コネクタ５０ｂを介して着脱自在に接続される。
【００３０】
前記第１コネクタ５０ａ及び第２コネクタ５０ｂに近接する部位には、略同一の内径からなる第１チューブ４８ａ及び第２チューブ４８ｂの接続部位の外周面を所定の緊締力によって締め上げて固定するバンド５２がそれぞれ装着される。
【００３１】
また、前記継手ボデイ４０には、前記第１ポート４６ａと第２ポート４６ｂとを結ぶ継手ボデイ４０の軸線に対して所定角度傾斜して交差する第３ポート４６ｃが設けられる。前記第３ポート４６ｃには、燃料電池スタック１２の冷媒導出ポート３０ｂから導出された戻り冷媒を流通させる第３チューブ４８ｃが、バンド５２を介して直接接続される。
【００３２】
さらに、前記継手ボデイ４０には第４ポート４６ｄが設けられ、前記第４ポート４６ｄには、イオン交換器３４からの戻り冷媒を流通させる第４チューブ４８ｄがバンド５３を介して直接接続される。
【００３３】
＜第２継手部材の構成＞
第２継手部材３７は、３つのポートが形成された継手ボデイを有する。前記継手ボデイには、図１に示されるように、第１ポート５８ａと第２ポート５８ｂとが設けられ、前記第１ポート５８ａには、ポンプ１８から送給された冷媒を流通させる第５チューブ４８ｅが第３コネクタ５０ｃを介して着脱自在に接続される。前記第２ポート５８ｂには、燃料電池スタック１２の冷媒導入ポート３０ａに向かって冷媒を流通させる第６チューブ４８ｆが接続される。
【００３４】
また、前記継手ボデイ５４には第３ポート５８ｃが設けられ、前記第３ポート５８ｃには、上流側の循環通路１６から分岐してイオン交換器３４に向かって冷媒を供給する第７チューブ４８ｇが接続される。
【００３５】
なお、第１継手部材３６、第２継手部材３７及び第１〜第７チューブ４８ａ〜４８ｇは、それぞれ、所定の強度及び電気的絶縁性を有しイオンが導出しにくいイオン低溶出の材料（例えば、樹脂製材料、セラミック材料等）によって形成されるとよい。また、前記第１継手部材３６等が電気的絶縁性を有し、且つイオン低溶出の材料で形成されることにより、燃料電池スタック１２近傍の高電圧部位における電気的絶縁性を確保することができると共に、冷媒通路を流通する冷媒自体の電気的絶縁性を確保することができる。なお、イオン低溶出とは、冷媒へイオンが放出しづらいことをいう。
【００３６】
＜各コネクタの構成＞
第１継手部材３６及び第２継手部材３７にそれぞれ設けられる第１〜第３コネクタ５０ａ〜５０ｃについて以下詳細に説明する。なお、第１〜第３コネクタ５０ａ〜５０ｃは、それぞれ同一構成要素からなるため、説明の便宜上、第１コネクタ５０ａのみを詳細に説明して第２コネクタ５０ｂ及び第３コネクタ５０ｃの説明を省略する。
【００３７】
図２に示されるように、第１コネクタ５０ａは、第１チューブ４８ａの端部開口に対して嵌挿される図示しない挿入部を有し大径部材として機能する雌コネクタ部６２と、継手ボデイ４０側に設けられ前記雌コネクタ部６２に対して接続される小径部材として機能する雄コネクタ部６４とから構成される。前記雌コネクタ部６２の開口部の内壁面には、環状溝を介してシールリング（例えば、Ｏリング）６６が装着され、前記シールリング６６は、雄コネクタ部６４及び雌コネクタ部６２間の接続部位を気密乃至液密にシールするものである。
【００３８】
なお、本実施形態では、軸シール機構として、シールリング（Ｏリング）６６が装着されたコネクタを図２に描出しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しない１枚又は２枚のエラストマシートを挟持し、前記エラストマシートの中心部に形成された孔部を挿通する軸体をシールする、いわゆるウィルソンシールタイプや、軸体を外嵌して被覆する図示しないベローズシールを用いたベローズシールタイプ等、種々の軸シール構造を採用することができることは、勿論である。
【００３９】
また、本実施形態では、第１〜第３コネクタ５０ａ〜５０ｃからなり、軸シール機構を有する３つのコネクタ（クイックコネクタ）を用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、各ポートに対してチューブが直接接続されている部位に、軸シール機構からなる前記クイックコネクタを適宜設けるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、軸シール機構は、前記クイックコネクタに限定されるものではなく、例えば、図４に示されるように、雄コネクタ部６４ａに設けられた一方のフランジ部７７ａと、雌コネクタ部６２ａに設けられた他方のフランジ部７７ｂとを、ボルト等の締結部材７９で一体的に締結することにより、配管接続する構成であってもよい。
【００４１】
＜冷媒回路中における第１継手部材及び第２継手部材の設置構造＞
図５は、冷媒回路の概略構成平面図、図６は、前記冷媒回路の概略構成側面図である。
次に、第１継手部材３６及び第２継手部材３７の設置構造について、以下説明する。
第１継手部材３６は、モータユニット７６を構成する第１フレーム７８に設けられる。このモータユニット７６は、モータルーム内に設けられ、少なくとも、燃料電池スタック１２で発生した電力によって駆動するモータ８０、ポンプ１８、流路切換弁２２等の構成要素を含む。
【００４２】
第１フレーム７８は、モータユニットフレームとして機能するものであり、燃料電池自動車（燃料電池車両）の前記モータルームの床下部位に配置される。また、前記モータユニット７６は、前記モータユニットフレーム（第１フレーム７８）によって支持される冷却システムユニットを含むユニットである。この場合、前記モータユニット７６は、図示しないボンネットの下方側でエンジン仕様の車両におけるエンジンルームに対応する部位に配設されると共に、燃料電池自動車を駆動するためのモータ８０が取り付けられた場所に設けられる。また、ラジエータ１４は、燃料電池自動車の図示しない車体ボデイに取り付けられるが、前記モータユニット７６に装着されるようにしてもよい。
【００４３】
第１コネクタ５０ａ及び第２コネクタ５０ｂを備えた第１継手部材３６は、第１フレーム７８に設けられることにより、燃料電池自動車の下方向（床下方向）で前記第１フレーム７８の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路１０中において最下部に配置される。換言すると、第１継手部材３６を構成する第１コネクタ５０ａ及び第２コネクタ５０ｂの着脱部位は、冷媒回路１０中において最下部に設けられる。
【００４４】
第２継手部材３７は、第２フレーム８６に設けられる。この場合、前記第２継手部材３７は、前記第１継手部材３６と同様に、第１フレーム７８の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路１０中において最下部に配置される。
【００４５】
図６に示されるように、冷媒回路１０の下方側には、単一のアンダカバー８４が配置され、このアンダカバー８４を取り外すことにより、例えば、燃料電池スタック１２のメンテナンス作業やイオン交換器３４の交換作業等を遂行することができる。
【００４６】
第１継手部材３６及び第２継手部材３７は、モータユニット７６と燃料電池ユニット１００との間であって、配管チューブの離脱部位である切り離し境界線上に配置される。また、前記第１継手部材３６及び第２継手部材３７は、モータユニット７６側又は燃料電池ユニット１００側のいずれか一方にまとめられて配置されていると便利である。
【００４７】
なお、本実施形態では、モータ８０等を含むモータユニット７６をモータユニットフレームからなる第１フレーム７８によって支持されるように構成しているが、これに限定されるものではなく、前記モータ８０等を含むモータユニット７６の構成要素の全部又はその一部が図示しない車両本体フレームによって支持されるように構成してもよい。
【００４８】
この場合、前記モータ８０等を含むモータユニット７６は、車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットとして構成され、冷媒回路１０（冷却システム）は、燃料電池スタック１２を支持する燃料電池ユニットフレーム（第２フレーム８６）と、モータ８０等を支持するモータユニットフレーム（第１フレーム７８）と、燃料電池自動車の車両本体フレームとに跨って配置される。
【００４９】
＜フレーム組み付け後における配管の接続作業＞
次に、第２継手部材３７を用いた配管の接続作業について、以下詳細に説明する。
この配管の接続作業は、第１フレーム７８によって支持されるモータ８０等を含むモータユニット７６が燃料電池自動車のモータルーム内に組み付けられて固定されると共に、第２フレーム８６によって支持される燃料電池スタック１２を含む燃料電池ユニット１００が客室下部側に組み付けられて固定された後に行われる。
【００５０】
すなわち、本実施形態では、燃料電池自動車の組立工程において、第１フレーム７８によって支持され各種チューブを含むモータユニット７６がフレーム毎、燃料電池自動車のモータルーム内に組み付けられると共に、燃料電池スタック１２の冷媒導入ポート３０ａ及び冷媒導出ポート３０ｂに接続された配管チューブ（第６チューブ４８ｆ、第３チューブ４８ｃ）を含む燃料電池ユニット１００が燃料電池自動車の客室下部内に組み付けられる。
【００５１】
本実施形態では、このようにして、モータユニット７６及び燃料電池ユニット１００からなる異なるユニットが第１フレーム７８及び第２フレーム８６を介して燃料電池自動車にそれぞれ固定された状態において、第２継手部材３７の第３コネクタ５０ｃを構成する雄コネクタ部６４に対して、モータユニット７６側から延在する第５チューブ４８ｅの先端部に設けられた雌コネクタ部６２を接続する。
【００５２】
この場合、前記第３コネクタ５０ｃは、いわゆるクイックコネクタからなる軸シール機構によって構成されており、雄コネクタ部６４に沿って雌コネクタ部６２を容易に挿入することにより、配管接続における作業性を向上させることができる。
【００５３】
第２継手部材３７は、燃料電池スタック１２との距離（絶縁距離）が短い燃料電池ユニット１００に配設されているため（図６参照）、電気的絶縁性を確保するために樹脂製材料で形成される必要がある。その際、樹脂製材料で形成された第２継手部材３７では、金属製の継手部材（図示せず）と比較して耐荷重強度が低いため、配管接続時に付与される荷重に耐えられないおそれがあるが、本実施形態では、前記樹脂製の第２継手部材３７に軸シール機構である第３コネクタ５０ｃを設けることによって、配管接続時に継手ボデイ５４に対して付与される荷重が好適に軽減される。
【００５４】
また、燃料電池スタック１２を含む燃料電池ユニット１００とモータユニット７６とが、仮に、同一フレーム内に配置される場合には、配管チューブを接続するときに各ユニット間の位置関係をフリーにする等、ある程度の自由度を有し、配管接続部に応力が集中することを回避することが可能である。これに対し、第１フレーム７８及び第２フレーム８６等の異なるフレームが燃料電池車両の車体に対して予め組み付けられて固定された状態で、前記異なるフレームに搭載された各ユニット間の配管接続を行う場合、例えば、樹脂製の配管チューブを配管接続部に対して無理やり捩じ込んで挿入する等、前記配管接続部に過大な荷重が付与される場合がある。
【００５５】
例えば、軸シール機構が設けられていない比較例では、樹脂製の継手ボデイの円筒状の管体（ポート）に対して樹脂製の配管チューブの開口部を無理やり捩じ込んで接続しようとすると、前記円筒状の管体に対して過大な荷重が付与されて前記円筒状の管体と継手ボデイとが破断するおそれがある。
【００５６】
本実施形態では、予め車体に組み付けられて固定された異なるフレームに搭載された各ユニット間を配管接続する際、第２継手部材３７の第２コネクタ５０ｃに軸シール機構を設けることにより、雄コネクタ部６４と雌コネクタ部６２との接続が容易となり、接続時に付与される応力集中を緩和して継手ボデイ４０が損傷することを好適に回避することができる。
【００５７】
換言すると、本実施形態では、固定側に対して配管チューブを接続する際、前記固定側に対して付与される荷重が軽減される継手構造（軸シール機構）を採用することにより、配管チューブを接続するときの作業性を向上させ、組立時間の短縮化を図ることができる。
【００５８】
なお、前記では、燃料電池自動車の組付工程を例にして説明しているが、このことは、燃料電池スタック１２のメンテナンス作業やイオン交換器３４の交換作業において第１継手部材３６及び第２継手部材３７の配管接続を行うときも同様の効果を奏する。
【００５９】
＜コネクタの嵌合状態判別機構＞
図７（ａ）は、雌コネクタ部と雄コネクタ部との完全嵌合状態を示す側面図、図７（ｂ）は、不完全嵌合状態を示す側面図である。
【００６０】
各コネクタを構成する雌コネクタ部（大径部材）６２と雄コネクタ部（小径部材）６４とが装着された場合、前記雌コネクタ部６２と前記雄コネクタ部６４とが同軸状に位置して完全に嵌合された状態（完全嵌合状態）となっているか、又は、前記雌コネクタ部６２の軸線Ｔ２と前記雄コネクタ部６４の軸線Ｔ１とが不一致で異軸状に位置して不完全に嵌合された状態（不完全嵌合状態）となっているかどうかを確認する必要がある。
【００６１】
この場合、不完全嵌合状態を視覚的に判別するためには、コネクタの接続部位を注視する必要があり、完全嵌合状態と不完全嵌合状態とを簡便に判別することにより、シール部位における管理の簡素化が求められている。
【００６２】
そこで、本実施形態では、雌コネクタ部６２と雄コネクタ部６４とが装着された際、完全嵌合状態と不完全嵌合状態とを視認して判別する嵌合状態判別機構が設けられる。この嵌合状態判別機構は、図２に示されるように、例えば、雄コネクタ部６４の外周面に設けられるマーキング１０２によって構成される。
【００６３】
なお、前記マーキング１０２の形状は、図２中において星印形状で示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、円形や三角形、四角形等の多角形やこれらの複合形状、又は軸方向に沿った図示しないラインや周方向に沿ったライン等の種々の形状を含む。
【００６４】
図７（ａ）に示されるように、完全嵌合状態では、雌コネクタ部６２の軸線Ｔ２と雄コネクタ部６４の軸線Ｔ１とが直線状に一致すると共に、装着部位において雄コネクタ部６４の外周面に設けられたマーキング１０２が雌コネクタ部６２によって完全に被覆され、前記マーキング１０２を外部から視認することができない。この結果、作業者は、外部から前記マーキング１０２を視認することができないことによって、コネクタが完全嵌合状態で装着されていると簡便に判別することができる。
【００６５】
一方、図７（ｂ）に示されるように、不完全嵌合状態では、雌コネクタ部６２の軸線Ｔ２と雄コネクタ部６４の軸線Ｔ１とが不一致の異軸状態になると共に、雌コネクタ部６２と雄コネクタ部６４との装着部位において、前記雄コネクタ部６４の外周面に設けられたマーキング１０２が雌コネクタ部６２に被覆されることがなく外部に露呈し、作業者は、前記マーキング１０２を外部から容易に視認することができる。この結果、作業者は、外部から前記マーキングを視認することによって、コネクタが不完全嵌合状態で装着されていると簡便に判別することができる。
【００６６】
このように、本実施形態では、各コネクタを介してチューブ同士を配管接続した場合の嵌合状態をマーキング１０２によって容易に確認して、シール部管理の簡素化を達成することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、雌コネクタ部６２を大径部材とし雄コネクタ部６４を小径部材として説明しているが、コネクタの形状を工夫することによって、本実施形態とは逆に、雌コネクタ部６２を小径部材とし雄コネクタ部６４を大径部材とすることも可能であり、このときには、雌コネクタ部６２にマーキング１０２を付けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの配管構造が適用された冷媒回路の回路構成図である。
【図２】コネクタを構成する雄コネクタ部と雌コネクタ部とが離脱した状態を示す第１継手部材の概略構成図である。
【図３】前記第１継手部材の変形例を示す概略構成図である。
【図４】継手部材に設けられた軸シール機構の変形例を示す分解斜視図である。
【図５】図１に示される冷媒回路の概略構成平面図である。
【図６】図１に示される冷媒回路の概略構成側面図である。
【図７】（ａ）は、雌コネクタ部と雄コネクタ部との完全嵌合状態を示す側面図、（ｂ）は、不完全嵌合状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 冷媒回路
１２ 燃料電池スタック
１４ ラジエータ
３６ 第１継手部材
３７ 第２継手部材
５０ａ〜５０ｃ コネクタ（軸シール機構）
６２ 雌コネクタ部（大径部材）
６４ 雄コネクタ部（小径部材）
６６ シールリング（シール部材）
７６ モータユニット（冷却システムユニット）
７８ 第１フレーム（モータユニットフレーム）
８０ モータ
８６ 第２フレーム（燃料電池ユニットフレーム）
１００ 燃料電池ユニット
１０２ マーキング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車両に搭載された燃料電池を冷却する冷却システムの配管接続構造において、
前記冷却システムは、燃料電池スタックを支持する燃料電池ユニットフレームと、ポンプを支持するモータユニットフレームと、前記燃料電池車両の車両本体フレームとに跨って配置され、
前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記モータユニットフレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部、又は、前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部に樹脂製の継手部材が配設され、
前記継手部材には、軸シール機構が設けられることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池冷却システムの配管接続構造において、
前記軸シール機構は、互いに着脱自在に接続される小径部材及び前記小径部材が挿入される大径部材と、前記小径部材と前記大径部材との接続部位をシールするシール部材とを含むコネクタであることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池冷却システムの配管接続構造において、
前記コネクタを構成する小径部材と大径部材とが不完全嵌合状態に接続されたとき、前記小径部材側に設けられたマーキングが視認可能となり、前記小径部材と前記大径部材とが完全嵌合状態に接続されたとき、前記大径部材によって前記マーキングが隠されて視認不可能となるように設けられることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池冷却システムの配管接続構造において、
前記継手部材を形成する樹脂製材料は、電気的絶縁性を有し、且つイオン低溶出の材料からなることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項１】
燃料電池車両に搭載された燃料電池を冷却する冷却システムの配管接続構造において、
前記冷却システムは、燃料電池スタックを支持する燃料電池ユニットフレームと、ポンプを支持するモータユニットフレームと、前記燃料電池車両の車両本体フレームとに跨って配置され、
前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記モータユニットフレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部、又は、前記燃料電池ユニットフレームによって支持される燃料電池スタックと前記車両本体フレームによって支持される冷却システムユニットをそれぞれ接続する配管接続部に樹脂製の継手部材が配設され、
前記継手部材には、軸シール機構が設けられることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池冷却システムの配管接続構造において、
前記軸シール機構は、互いに着脱自在に接続される小径部材及び前記小径部材が挿入される大径部材と、前記小径部材と前記大径部材との接続部位をシールするシール部材とを含むコネクタであることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池冷却システムの配管接続構造において、
前記コネクタを構成する小径部材と大径部材とが不完全嵌合状態に接続されたとき、前記小径部材側に設けられたマーキングが視認可能となり、前記小径部材と前記大径部材とが完全嵌合状態に接続されたとき、前記大径部材によって前記マーキングが隠されて視認不可能となるように設けられることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池冷却システムの配管接続構造において、
前記継手部材を形成する樹脂製材料は、電気的絶縁性を有し、且つイオン低溶出の材料からなることを特徴とする燃料電池冷却システムの配管接続構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２８６２４０（Ｐ２００９−２８６２４０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４０３７５（Ｐ２００８−１４０３７５）
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【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１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【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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