管路の結合構造
【課題】 管路における部品点数を少なくし、管路の簡易化を図る。さらに、管路の接続部分における強度を向上させる。
【解決手段】 機器が取り付けられる基部２に一体的に設けられ、固定部材に固定される複数の脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを備えたマウント１において内設される管路の結合構造であって、基部２に形成され、流体が流れるメイン管路２０と、メイン管路２０に合流する状態に結合され、流体が流れる複数のサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄとを備え、サブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿って形成されている。
【解決手段】 機器が取り付けられる基部２に一体的に設けられ、固定部材に固定される複数の脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを備えたマウント１において内設される管路の結合構造であって、基部２に形成され、流体が流れるメイン管路２０と、メイン管路２０に合流する状態に結合され、流体が流れる複数のサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄとを備え、サブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿って形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器が取り付けられるマウントにおいて内設される管路の結合構造に関し、より詳しくは、燃料電池を搭載した燃料電池自動車に好適な管路の結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の原因になる二酸化炭素の排出量を抑制する等の観点から、燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ；Fuel Cell Electric Vehicle）が注目されている。燃料電池電気自動車は、水素（Ｈ2）と空気中の酸素（Ｏ2）とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池（ＦＣ；Fuel Cell）を搭載し、燃料電池が発電した電気を走行モータに供給して駆動力を発生させている。
【０００３】
燃料電池を用いた発電システムでは、高圧水素タンクからの水素（アノードガス）が減圧された後に水素供給ラインを介してアノード極に供給される一方、電動コンプレッサにより加圧された空気（カソードガス）が空気供給ラインを介してカソード極に供給される。アノード極からは燃料電池で消費されなかった水素（アノードオフガス：反応オフガス）が排気ガスとしてアノードオフガス排出路を介して排出され、カソード極からは反応後の空気（カソードオフガス）が排気ガスとしてカソードオフガス排出路を介して排出される。
【０００４】
このような燃料電池を用いた発電システムにおいては、燃料電池の作動温度が相当高温になることから、通常、燃料電池を冷却水によって所定の温度以下に冷却する必要があり、そのための構成として、冷却水を燃料電池と熱交換器との間で循環させて冷却する冷却系を備えたものが知られている。このような冷却系においては、循環される冷却水が燃料電池以外の構成部品にも供給されるように構成されている。そして、このような燃料電池の分野では、燃料電池に接続される配管の分配部等を燃料電池を収めるケース内に設けたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２００２−３６２１６４号公報（段落００１０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の一般的な自動車においては、構成部品点数の増加に伴い、冷却水の循環経路における管路の複雑化が顕著になりつつある。特に、前記した燃料電池による発電システムを搭載した燃料電池自動車においては、燃料電池周りに各管路が設けられることが多く、前記したように、燃料電池を冷却するための冷却水を利用して燃料電池以外の構成部品も冷却するように構成した場合、循環経路等における管路の複雑化がより顕著になり、構成部品のさらなる増加を来たすという問題があった。また、管路の接続部分における強度の向上が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、管路における部品点数を少なくすることができるとともに管路の簡易化を図ることができ、さらに、管路の接続部分における強度を向上させることができる管路の結合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決すべく、請求項１に記載の管路の結合構造は、機器が取り付けられる基部と、この基部に一体的に設けられ、固定部材に固定される複数の脚部とを備えたマウントにおいて内設される管路の結合構造であって、前記基部に形成され、流体が流れるメイン管路と、このメイン管路に合流する状態に結合され、流体が流れる複数のサブ管路とを備え、前記サブ管路は前記脚部に沿って形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような管路の結合構造によれば、機器が取り付けられる基部を備えたマウントに、流体が流れるメイン管路と、このメイン管路に合流する状態に結合されて流体が流れる複数のサブ管路とが内設されているので、このマウントを用いることにより、複数の管路を通じて流れてくる流体をマウント内で合流させることができる。このように管路を流れてくる流体の合流を一箇所でまとめて行うことができるので、その分、管路における部品点数を少なくすることができるとともに、管路の簡易化を図ることができる。また、管路の簡易化を図ることができるので、省スペース化を実現することができる。
しかも、サブ管路はマウントの脚部に沿って形成されているので、脚部の有する強度を利用したサブ管路の接続を行うことができ、管路の接続部分における強度の向上を図ることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の管路の結合構造は、請求項１に記載の管路の結合構造において、前記流体は、反応ガスの供給によって発電を行う燃料電池を冷却するための冷却媒体であるとともに、前記固定部材は、前記燃料電池を搭載した燃料電池自動車用車体であることを特徴とする。
【００１０】
このような管路の結合構造によれば、燃料電池周りに配設される各管路をマウントに接続することにより、各管路内を流れる冷却水等の合流をマウント内で行うことができ、その分、燃料電池周りの配管レイアウトを簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の管路の結合構造によれば、管路における部品点数を少なくすることができるとともに管路の簡易化を図ることができ、さらに、管路の接続部分における強度を向上させることができる。また、燃料電池が搭載された燃料電池自動車に好適な管路の結合構造が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を燃料電池電気自動車に適用した実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造を説明するためのマウントを示した斜視図、図２は同じくマウントの平面図、図３は同じくマウントの正面図、図４は本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造が適用された燃料電池システムの主要部を示す概略構成図、図５は同じく管路の結合構造が適用された燃料電池システムにおける冷却水の流れおよび水素ガスの流れを示す概略図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の管路の結合構造が適用されるマウント１は、後記する気液分離器３０等が取り付けられる基部２と、この基部２に一体的に設けられ、図示しない燃料電池自動車の車体（固定部材）に固定される４本の脚部３Ａ〜３Ｄとを備えて構成されている。マウント１には、流体としての冷却水が通流するメイン管路２０が基部２の長手方向に沿って内設されているとともに、このメイン管路２０に合流する状態に結合された３つのサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄが脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿ってそれぞれ一体的に内設されている。
【００１４】
基部２は、略矩形状を呈しており、下部１ａに気液分離器３０（図３参照）がボルト等の締結手段により取り付けられるとともに、上部１ｂに設けられた取付部１ｃにエゼクタ４０（図３参照）がボルト等の締結手段により取り付けられる。つまり、マウント１の基部２を中心として、上下に気液分離器３０およびエゼクタ４０が取り付けられる。基部２に内設されたメイン管路２０の入口部は、基部２の一端部１ｄに形成されており、また、メイン管路２０の出口部は、基部２の他端部１ｅ側に設けられた脚部３Ｃに沿って一体的に設けられている。入口部および出口部には、後記する冷却水循環復路１３Ｂを接続するためのフランジが設けられている。
【００１５】
脚部３Ａ〜３Ｄは、基部２の側方へ向けて張り出される状態に形成されており、各脚部３Ａ〜３Ｄには、基部２の下部１ａに取り付けられる気液分離器３０との干渉を避けるための段部３ａ，３ｂ，３ｄ（段部３ｃは不図示）が底面側にそれぞれ形成されており、また、図示しない車体のフレーム等へ各脚部３Ａ〜３Ｄを固定するための取付フランジ３ａ１〜３ｄ１が形成されている。各脚部３Ａ〜３Ｄは、図２に示すように、基部２に対して平面視で所定の角度をもって張り出されており、このうち、本実施形態では、脚部３Ａのサブ管路２３Ａから流入する冷却水の流入位置と、脚部３Ｂのサブ管路２３Ｂから流入する冷却水の流入位置とが、メイン管路２０内で重なることがないように構成されている。つまり、脚部３Ｂのサブ管路２３Ｂから流入する冷却水の流入位置は、脚部３Ａのサブ配管２３Ａから流入する冷却水の流入位置よりも、メイン管路２０の下流側にずらされた構成となっている。本実施形態では、基部２を直線的に形成したが、これに限られることはなく、湾曲形状、折曲形状等の任意の形状を採用し得る。また、脚部３Ａ〜３Ｄの全てにメイン管路２０あるいはサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄを設ける必要はなく、適宜選択して設けることもできる。また、メイン管路２０あるいはサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは、基部２あるいは脚部３Ａ〜３Ｄの側部などに突出する状態に設けてもよい。
【００１６】
サブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは、前記のように、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿ってそれぞれ一体的に内設されており、図１に示すように、各接続口２３ａ，２３ｂ，２３ｄは、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄの段部３ａ，３ｂ，３ｄの上方に開口形成されている。これにより、各接続口２３ａ，２３ｂ，２３ｄは、各脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄの取付フランジ３ａ１，３ｂ１，３ｄ１が形成される位置よりも段差分だけ高くなっており、これによって、取付フランジ３ａ１，３ｂ１，３ｄ１に挿入される図示しないボルト等と各接続口２３ａ，２３ｂ，２３ｄに接続される図示しない管路が干渉しないようになっている。
【００１７】
また、マウント１には、図３に示すように、メイン管路２０の周囲に沿う状態に上下方向に貫通された供給路３５が形成されている。この供給路３５は、マウント１の下部１ａに形成された開口１ｆを通じて気液分離器３０に連通するとともに、マウント１の取付部１ｃに形成された開口１ｇを通じてエゼクタ４０に連通するようになっている。これにより、後記するように、気液分離器３０から排出された反応オフガスがこの供給路３５を通じてエゼクタ４０に供給される。
【００１８】
次に、図４，図５を参照して、本実施形態の管路の結合構造が採用された燃料電池システムについて説明する。図４に示すように、この燃料電池システムは、燃料電池１０と、前記マウント１のメイン管路２０（図４，図５では主としてメイン管路２０を模式的に図示）と、気液分離器３０と、エゼクタ４０とを備え、気液分離器３０とエゼクタ４０とを隣接して一体的に配置するとともに、気液分離器３０とエゼクタ４０との間にメイン管路２０が配置されて構成されている。
【００１９】
燃料電池１０は、図５に示すように、水素供給タンクＣが設けられた水素供給系から燃料ガスである水素（アノードガス）が、水素熱交換器Ｃ１およびエゼクタ４０を介して燃料電池１０の図示しないアノード極に供給され、一方、空気供給系Ａから酸化剤ガスである空気（カソードガス）が燃料電池１０の図示しないカソード極に供給されることにより、これらを電気化学的に反応させて発電する。発電された電力は、図示しない車両に搭載された走行モータに供給される。ちなみに、ここでの燃料電池１０は、固体高分子型であるＰＥＭ型の燃料電池であり、電解質を挟んで図示しないアノード極およびカソード極等から構成される膜電極構造体（ＭＥＡ）をセパレータで更に挟み込んだ単セルを、例えば数十枚〜数百枚程度積層した積層構造を有している（以上図示外）。ここで、ＰＥＭとは、Proton Exchange Membraneの略であり、ＭＥＡとは、Membrane Electrode Assemblyの略である。
【００２０】
図４に示すように、メイン管路２０には、燃料電池１０を通過して温められた冷却水（冷却媒体）が通流するようになっている。ここで、冷却水が通流する冷却系は、図５に示すように、主として、冷却水が燃料電池１０からメイン管路２０を通り、その後、熱交換器１１を介して再び燃料電池１０に供給されるという循環経路を備えて構成されており、熱交換器１１により放熱した冷却水を循環ポンプ１２により燃料電池１０へ送出する冷却水循環往路１３Ａと、燃料電池１０から吸熱した冷却水を熱交換器１１に戻す冷却水循環復路１３Ｂとを少なくとも備えている。
【００２１】
メイン管路２０には、前記のように、燃料電池１０を通過して温められた冷却水が通流するので、メイン管路２０に沿う供給路３５が冷却水により加温されることとなる（図３参照）。
【００２２】
気液分離器３０は、燃料電池１０から排出された余剰水素ガスである高湿潤のアノードオフガス（反応オフガス）から反応生成水（水分）を分離する役割をなす。
【００２３】
気液分離器３０の下部には、断面逆三角形状のドレン部３１が設けられており、気液分離器３０とドレン部３１との間には、例えば、複数の透孔３０ｂ（図４では拡大して１つのみ図示）が形成された仕切り板３０ａが配設されている。これにより、気液分離器３０で分離された反応生成水は、仕切り板３０ａの透孔３０ｂを通過してドレン部３１に溜まるようになっている。
【００２４】
ドレン部３１の下部には、冷媒通路３２が、ドレン部３１の底面に密着した状態に配設されている。冷媒通路３２は、一部が内管３２ａと外管３２ｂとからなる二重管構造とされており、内管３２ａが、ドレン部３１の排出口３１ａに連通してドレン管として機能するとともに、外管３２ｂが、前記冷却水循環復路１３Ｂ（図２参照）に連通して、冷却水の通流する通路として機能する。これにより、ドレン部３１に溜まった反応生成水は、冷媒通路３２の内管３２ａを通じて排出され、一方、冷却水循環復路１３Ｂからの冷却水が、冷媒通路３２の外管３２ｂを通じてドレン部３１に供給される。つまり、内管３２ａは、燃料電池１０を通過した後の温かい冷却水により加温される。ここで、ドレンは、内管３２ａを図４中矢印Ｘ１方向に流れ、また、冷却水は、外管３２ｂを図４中矢印Ｘ２方向に流れる。すなわち、内管３２ａの下流側に外管３２ｂの上流側が位置することとなり、内管３２ａの下流側が内管３２ａの上流側より先に冷却水で加温される構造となっている。なお、冷媒通路３２は、冷却水の流れる方向（図４中矢印Ｘ２方向）を基準として、ドレン部３１の排出口３１ａより上流側が内管３２ａと外管３２ｂとからなる二重管構造とされ、また、排出口３１ａより下流側が外管３２ｂのみから構成されている。なお、冷媒通路３２に供給される冷却水は、ドレン部３１に溜まった反応生成水が蒸発することのない温度に設定され、好ましくは、燃料電池１０やその他の機関が冷えている起動時や氷点下の温度条件において供給される。
【００２５】
冷媒通路３２には、ドレン弁３３が接続されており、このドレン弁３３の開閉により、内管３２ａが開放あるいは閉塞されるようになっている。なお、気液分離器３０およびドレン部３１の内部は、燃料電池１０より排出された反応オフガスにより圧力が高くなっているので、ドレン弁３３が開かれると、内管３２ａを通じてドレンが排出される。また、冷媒通路３２の内管３２ａの端部は、図示しない希釈ボックスに連通している。
なお、エゼクタ４０の上流側には、図示しない減圧弁が配設され、また、エゼクタ４０の下流側には、図示しない水透過膜型等の加湿装置としての中空糸膜式加湿器が配設されている。さらに、空気供給系Ａには、図示しないエアクリーナや、加湿器、電動コンプレッサ等が配設されている。
【００２６】
燃料電池システムを起動すると、図示しないスロットルペダルの踏込み量や各機器（灯火装置や空調装置等）の消費電力等に基づき燃料電池１０から取り出すべき電流量が図示しない制御装置により決定され、その電流量に応じたカソードガスが燃料電池１０に供給される。また、燃料電池１０にアノードガスが供給されることで、アノード極からカソード極への水素の移動に伴って電力が発生するとともに、消費されたアノードガスが水素供給タンクから供給される。そして、アノード極から消費されなかった余剰の水素は、アノードオフガスとして排出され、また、カソード極から反応後の空気がカソードオフガスとして排出される。
【００２７】
一方、冷却系の循環ポンプ１２が駆動制御され、図５に示すように、循環ポンプ１２から吐出された冷却水が冷却水循環往路１３Ａを通じて燃料電池１０に供給される。燃料電池１０に供給されて燃料電池１０を冷却した後の冷却水は、燃料電池１０から吸熱して冷却水循環復路１３Ｂに排出され、その後、メイン管路２０に供給される。
ここで、燃料電池１０から冷却水循環復路１３Ｂに排出された冷却水の一部が、冷却水循環復路１３Ｂから分岐路１４ａ，１４ｂを通じてエゼクタ４０および水素熱交換器Ｃ１に供給され、これらと熱交換された後に、メイン管路２０に戻されて合流する。例えば、図１，図２に示すように、この冷却水は、マウント１のサブ管路２３Ａ，２３Ｂを通じてメイン管路２０に戻される。
【００２８】
メイン管路２０を冷却水が通過する過程で供給路３５が加温され、これによって、供給路３５を流れる反応オフガスが加温される。つまり、反応オフガスの相対温度を低下できる。これにより、水素供給タンクＣから供給される水素ガスが、仮に冷えている場合であっても、エゼクタ４０で水素ガスと反応オフガスとが混合される際に、反応オフガス中に残存する水分（生成水）が凝縮しづらくなるという利点が得られる。
【００２９】
また、冷却水循環復路１３Ｂを通過する冷却水の一部は、図５に示すように、主として機関起動時の暖機運転等において、冷媒通路３２のドレン配管である内管３２ａの周囲に沿って、ドレン弁３３から気液分離器３０のドレン部３１に向けて流れ、その後、メイン管路２０に戻される。例えば、図１，図２に示すように、この戻される冷却水は、マウント１のサブ管路２３Ｄを通じてメイン管路２０に戻される。
この際、冷媒通路３２を流れる冷却水と、内管３２ａ、ドレン弁３３およびドレン部３１との間で熱交換がなされ、内管３２ａ、ドレン弁３３およびドレン部３１がそれぞれ加温される。したがって、ドレン部３１で仮に生成水が凍結していても、これを好適に溶かすことができる。
【００３０】
メイン管路２０に戻された冷却水は、メイン管路２０を流れてきた冷却水とともに冷却水循環復路１３Ｂをさらに循環して熱交換器１１に流入し、熱交換器１１で放熱された後に再び循環ポンプ１２により燃料電池１０に向けて吐出される。
【００３１】
以上説明した本実施形態の管路の結合構造によれば、気液分離器３０およびエゼクタ４０が取り付けられる基部２を備えたマウント１に、流体が流れるメイン管路２０と、このメイン管路２０に合流する状態に結合されて流体が流れる３つのサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄとが内設されているので、このマウント１を用いることにより、複数の管路を通じて流れてくる流体をマウント１内で合流させることができる。このように各管路（分岐路１４ａ，１４ｂ等、以下同じ）を流れてくる流体の合流を一箇所でまとめて行うことができるので、その分、管路における部品点数を少なくすることができるとともに、管路の簡易化を図ることができる。また、管路の簡易化を図ることができるので、省スペース化を実現することができる。
しかも、サブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは、マウント１の脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿ってそれぞれ形成されているので、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄの有する強度を利用したサブ管路３Ａ，３Ｂ，３Ｄの接続を行うことができ、管路の接続部分における強度の向上を図ることができる。
【００３２】
また、このような管路の結合構造によれば、燃料電池１０の周りに配設される各管路をマウント１に接続することにより、各管路内を流れる冷却水等の合流をマウント１内で行うことができ、その分、燃料電池１０の周りの配管レイアウトを簡素化することができる。
【００３３】
本発明は、前記実施形態に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、また、前記実施形態では燃料電池電気自動車を例に説明したが、船舶や航空機等の移動体、あるいは定置発電装置用の燃料電池システム等に本発明を適用することができる。また、前記実施形態ではＰＥＭ型の燃料電池を備えた燃料電池システムを取り上げたが、本発明は、アルカリ型燃料電池やリン酸型燃料電池等、他種の燃料電池を備えた燃料電池システムにも当然に適用できる。また、燃料電池システムを構成する各機器のレイアウト等についても本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
さらに、前記マウントは、燃料電池自動車の車体に脚部が固定される構成としたが、これに限られることはなく、例えば、燃料電池やその他の機器に対して固定されるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造を説明するためのマウントを示した斜視図である。
【図２】同じくマウントの平面図である。
【図３】同じくマウントの正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造が適用された燃料電池システムの主要部を示す概略構成図である。
【図５】同じく管路の結合構造が適用された燃料電池システムにおける冷却水の流れおよび水素ガスの流れを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ マウント
２ 基部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 脚部
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ サブ管路
１０ 燃料電池
１１ 熱交換器
１２ 循環ポンプ
１３Ａ 冷却水循環往路
１３Ｂ 冷却水循環復路
２０ メイン管路
３０ 気液分離器
４０ エゼクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器が取り付けられるマウントにおいて内設される管路の結合構造に関し、より詳しくは、燃料電池を搭載した燃料電池自動車に好適な管路の結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の原因になる二酸化炭素の排出量を抑制する等の観点から、燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ；Fuel Cell Electric Vehicle）が注目されている。燃料電池電気自動車は、水素（Ｈ2）と空気中の酸素（Ｏ2）とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池（ＦＣ；Fuel Cell）を搭載し、燃料電池が発電した電気を走行モータに供給して駆動力を発生させている。
【０００３】
燃料電池を用いた発電システムでは、高圧水素タンクからの水素（アノードガス）が減圧された後に水素供給ラインを介してアノード極に供給される一方、電動コンプレッサにより加圧された空気（カソードガス）が空気供給ラインを介してカソード極に供給される。アノード極からは燃料電池で消費されなかった水素（アノードオフガス：反応オフガス）が排気ガスとしてアノードオフガス排出路を介して排出され、カソード極からは反応後の空気（カソードオフガス）が排気ガスとしてカソードオフガス排出路を介して排出される。
【０００４】
このような燃料電池を用いた発電システムにおいては、燃料電池の作動温度が相当高温になることから、通常、燃料電池を冷却水によって所定の温度以下に冷却する必要があり、そのための構成として、冷却水を燃料電池と熱交換器との間で循環させて冷却する冷却系を備えたものが知られている。このような冷却系においては、循環される冷却水が燃料電池以外の構成部品にも供給されるように構成されている。そして、このような燃料電池の分野では、燃料電池に接続される配管の分配部等を燃料電池を収めるケース内に設けたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２００２−３６２１６４号公報（段落００１０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の一般的な自動車においては、構成部品点数の増加に伴い、冷却水の循環経路における管路の複雑化が顕著になりつつある。特に、前記した燃料電池による発電システムを搭載した燃料電池自動車においては、燃料電池周りに各管路が設けられることが多く、前記したように、燃料電池を冷却するための冷却水を利用して燃料電池以外の構成部品も冷却するように構成した場合、循環経路等における管路の複雑化がより顕著になり、構成部品のさらなる増加を来たすという問題があった。また、管路の接続部分における強度の向上が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、管路における部品点数を少なくすることができるとともに管路の簡易化を図ることができ、さらに、管路の接続部分における強度を向上させることができる管路の結合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決すべく、請求項１に記載の管路の結合構造は、機器が取り付けられる基部と、この基部に一体的に設けられ、固定部材に固定される複数の脚部とを備えたマウントにおいて内設される管路の結合構造であって、前記基部に形成され、流体が流れるメイン管路と、このメイン管路に合流する状態に結合され、流体が流れる複数のサブ管路とを備え、前記サブ管路は前記脚部に沿って形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような管路の結合構造によれば、機器が取り付けられる基部を備えたマウントに、流体が流れるメイン管路と、このメイン管路に合流する状態に結合されて流体が流れる複数のサブ管路とが内設されているので、このマウントを用いることにより、複数の管路を通じて流れてくる流体をマウント内で合流させることができる。このように管路を流れてくる流体の合流を一箇所でまとめて行うことができるので、その分、管路における部品点数を少なくすることができるとともに、管路の簡易化を図ることができる。また、管路の簡易化を図ることができるので、省スペース化を実現することができる。
しかも、サブ管路はマウントの脚部に沿って形成されているので、脚部の有する強度を利用したサブ管路の接続を行うことができ、管路の接続部分における強度の向上を図ることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の管路の結合構造は、請求項１に記載の管路の結合構造において、前記流体は、反応ガスの供給によって発電を行う燃料電池を冷却するための冷却媒体であるとともに、前記固定部材は、前記燃料電池を搭載した燃料電池自動車用車体であることを特徴とする。
【００１０】
このような管路の結合構造によれば、燃料電池周りに配設される各管路をマウントに接続することにより、各管路内を流れる冷却水等の合流をマウント内で行うことができ、その分、燃料電池周りの配管レイアウトを簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の管路の結合構造によれば、管路における部品点数を少なくすることができるとともに管路の簡易化を図ることができ、さらに、管路の接続部分における強度を向上させることができる。また、燃料電池が搭載された燃料電池自動車に好適な管路の結合構造が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を燃料電池電気自動車に適用した実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造を説明するためのマウントを示した斜視図、図２は同じくマウントの平面図、図３は同じくマウントの正面図、図４は本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造が適用された燃料電池システムの主要部を示す概略構成図、図５は同じく管路の結合構造が適用された燃料電池システムにおける冷却水の流れおよび水素ガスの流れを示す概略図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の管路の結合構造が適用されるマウント１は、後記する気液分離器３０等が取り付けられる基部２と、この基部２に一体的に設けられ、図示しない燃料電池自動車の車体（固定部材）に固定される４本の脚部３Ａ〜３Ｄとを備えて構成されている。マウント１には、流体としての冷却水が通流するメイン管路２０が基部２の長手方向に沿って内設されているとともに、このメイン管路２０に合流する状態に結合された３つのサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄが脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿ってそれぞれ一体的に内設されている。
【００１４】
基部２は、略矩形状を呈しており、下部１ａに気液分離器３０（図３参照）がボルト等の締結手段により取り付けられるとともに、上部１ｂに設けられた取付部１ｃにエゼクタ４０（図３参照）がボルト等の締結手段により取り付けられる。つまり、マウント１の基部２を中心として、上下に気液分離器３０およびエゼクタ４０が取り付けられる。基部２に内設されたメイン管路２０の入口部は、基部２の一端部１ｄに形成されており、また、メイン管路２０の出口部は、基部２の他端部１ｅ側に設けられた脚部３Ｃに沿って一体的に設けられている。入口部および出口部には、後記する冷却水循環復路１３Ｂを接続するためのフランジが設けられている。
【００１５】
脚部３Ａ〜３Ｄは、基部２の側方へ向けて張り出される状態に形成されており、各脚部３Ａ〜３Ｄには、基部２の下部１ａに取り付けられる気液分離器３０との干渉を避けるための段部３ａ，３ｂ，３ｄ（段部３ｃは不図示）が底面側にそれぞれ形成されており、また、図示しない車体のフレーム等へ各脚部３Ａ〜３Ｄを固定するための取付フランジ３ａ１〜３ｄ１が形成されている。各脚部３Ａ〜３Ｄは、図２に示すように、基部２に対して平面視で所定の角度をもって張り出されており、このうち、本実施形態では、脚部３Ａのサブ管路２３Ａから流入する冷却水の流入位置と、脚部３Ｂのサブ管路２３Ｂから流入する冷却水の流入位置とが、メイン管路２０内で重なることがないように構成されている。つまり、脚部３Ｂのサブ管路２３Ｂから流入する冷却水の流入位置は、脚部３Ａのサブ配管２３Ａから流入する冷却水の流入位置よりも、メイン管路２０の下流側にずらされた構成となっている。本実施形態では、基部２を直線的に形成したが、これに限られることはなく、湾曲形状、折曲形状等の任意の形状を採用し得る。また、脚部３Ａ〜３Ｄの全てにメイン管路２０あるいはサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄを設ける必要はなく、適宜選択して設けることもできる。また、メイン管路２０あるいはサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは、基部２あるいは脚部３Ａ〜３Ｄの側部などに突出する状態に設けてもよい。
【００１６】
サブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは、前記のように、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿ってそれぞれ一体的に内設されており、図１に示すように、各接続口２３ａ，２３ｂ，２３ｄは、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄの段部３ａ，３ｂ，３ｄの上方に開口形成されている。これにより、各接続口２３ａ，２３ｂ，２３ｄは、各脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄの取付フランジ３ａ１，３ｂ１，３ｄ１が形成される位置よりも段差分だけ高くなっており、これによって、取付フランジ３ａ１，３ｂ１，３ｄ１に挿入される図示しないボルト等と各接続口２３ａ，２３ｂ，２３ｄに接続される図示しない管路が干渉しないようになっている。
【００１７】
また、マウント１には、図３に示すように、メイン管路２０の周囲に沿う状態に上下方向に貫通された供給路３５が形成されている。この供給路３５は、マウント１の下部１ａに形成された開口１ｆを通じて気液分離器３０に連通するとともに、マウント１の取付部１ｃに形成された開口１ｇを通じてエゼクタ４０に連通するようになっている。これにより、後記するように、気液分離器３０から排出された反応オフガスがこの供給路３５を通じてエゼクタ４０に供給される。
【００１８】
次に、図４，図５を参照して、本実施形態の管路の結合構造が採用された燃料電池システムについて説明する。図４に示すように、この燃料電池システムは、燃料電池１０と、前記マウント１のメイン管路２０（図４，図５では主としてメイン管路２０を模式的に図示）と、気液分離器３０と、エゼクタ４０とを備え、気液分離器３０とエゼクタ４０とを隣接して一体的に配置するとともに、気液分離器３０とエゼクタ４０との間にメイン管路２０が配置されて構成されている。
【００１９】
燃料電池１０は、図５に示すように、水素供給タンクＣが設けられた水素供給系から燃料ガスである水素（アノードガス）が、水素熱交換器Ｃ１およびエゼクタ４０を介して燃料電池１０の図示しないアノード極に供給され、一方、空気供給系Ａから酸化剤ガスである空気（カソードガス）が燃料電池１０の図示しないカソード極に供給されることにより、これらを電気化学的に反応させて発電する。発電された電力は、図示しない車両に搭載された走行モータに供給される。ちなみに、ここでの燃料電池１０は、固体高分子型であるＰＥＭ型の燃料電池であり、電解質を挟んで図示しないアノード極およびカソード極等から構成される膜電極構造体（ＭＥＡ）をセパレータで更に挟み込んだ単セルを、例えば数十枚〜数百枚程度積層した積層構造を有している（以上図示外）。ここで、ＰＥＭとは、Proton Exchange Membraneの略であり、ＭＥＡとは、Membrane Electrode Assemblyの略である。
【００２０】
図４に示すように、メイン管路２０には、燃料電池１０を通過して温められた冷却水（冷却媒体）が通流するようになっている。ここで、冷却水が通流する冷却系は、図５に示すように、主として、冷却水が燃料電池１０からメイン管路２０を通り、その後、熱交換器１１を介して再び燃料電池１０に供給されるという循環経路を備えて構成されており、熱交換器１１により放熱した冷却水を循環ポンプ１２により燃料電池１０へ送出する冷却水循環往路１３Ａと、燃料電池１０から吸熱した冷却水を熱交換器１１に戻す冷却水循環復路１３Ｂとを少なくとも備えている。
【００２１】
メイン管路２０には、前記のように、燃料電池１０を通過して温められた冷却水が通流するので、メイン管路２０に沿う供給路３５が冷却水により加温されることとなる（図３参照）。
【００２２】
気液分離器３０は、燃料電池１０から排出された余剰水素ガスである高湿潤のアノードオフガス（反応オフガス）から反応生成水（水分）を分離する役割をなす。
【００２３】
気液分離器３０の下部には、断面逆三角形状のドレン部３１が設けられており、気液分離器３０とドレン部３１との間には、例えば、複数の透孔３０ｂ（図４では拡大して１つのみ図示）が形成された仕切り板３０ａが配設されている。これにより、気液分離器３０で分離された反応生成水は、仕切り板３０ａの透孔３０ｂを通過してドレン部３１に溜まるようになっている。
【００２４】
ドレン部３１の下部には、冷媒通路３２が、ドレン部３１の底面に密着した状態に配設されている。冷媒通路３２は、一部が内管３２ａと外管３２ｂとからなる二重管構造とされており、内管３２ａが、ドレン部３１の排出口３１ａに連通してドレン管として機能するとともに、外管３２ｂが、前記冷却水循環復路１３Ｂ（図２参照）に連通して、冷却水の通流する通路として機能する。これにより、ドレン部３１に溜まった反応生成水は、冷媒通路３２の内管３２ａを通じて排出され、一方、冷却水循環復路１３Ｂからの冷却水が、冷媒通路３２の外管３２ｂを通じてドレン部３１に供給される。つまり、内管３２ａは、燃料電池１０を通過した後の温かい冷却水により加温される。ここで、ドレンは、内管３２ａを図４中矢印Ｘ１方向に流れ、また、冷却水は、外管３２ｂを図４中矢印Ｘ２方向に流れる。すなわち、内管３２ａの下流側に外管３２ｂの上流側が位置することとなり、内管３２ａの下流側が内管３２ａの上流側より先に冷却水で加温される構造となっている。なお、冷媒通路３２は、冷却水の流れる方向（図４中矢印Ｘ２方向）を基準として、ドレン部３１の排出口３１ａより上流側が内管３２ａと外管３２ｂとからなる二重管構造とされ、また、排出口３１ａより下流側が外管３２ｂのみから構成されている。なお、冷媒通路３２に供給される冷却水は、ドレン部３１に溜まった反応生成水が蒸発することのない温度に設定され、好ましくは、燃料電池１０やその他の機関が冷えている起動時や氷点下の温度条件において供給される。
【００２５】
冷媒通路３２には、ドレン弁３３が接続されており、このドレン弁３３の開閉により、内管３２ａが開放あるいは閉塞されるようになっている。なお、気液分離器３０およびドレン部３１の内部は、燃料電池１０より排出された反応オフガスにより圧力が高くなっているので、ドレン弁３３が開かれると、内管３２ａを通じてドレンが排出される。また、冷媒通路３２の内管３２ａの端部は、図示しない希釈ボックスに連通している。
なお、エゼクタ４０の上流側には、図示しない減圧弁が配設され、また、エゼクタ４０の下流側には、図示しない水透過膜型等の加湿装置としての中空糸膜式加湿器が配設されている。さらに、空気供給系Ａには、図示しないエアクリーナや、加湿器、電動コンプレッサ等が配設されている。
【００２６】
燃料電池システムを起動すると、図示しないスロットルペダルの踏込み量や各機器（灯火装置や空調装置等）の消費電力等に基づき燃料電池１０から取り出すべき電流量が図示しない制御装置により決定され、その電流量に応じたカソードガスが燃料電池１０に供給される。また、燃料電池１０にアノードガスが供給されることで、アノード極からカソード極への水素の移動に伴って電力が発生するとともに、消費されたアノードガスが水素供給タンクから供給される。そして、アノード極から消費されなかった余剰の水素は、アノードオフガスとして排出され、また、カソード極から反応後の空気がカソードオフガスとして排出される。
【００２７】
一方、冷却系の循環ポンプ１２が駆動制御され、図５に示すように、循環ポンプ１２から吐出された冷却水が冷却水循環往路１３Ａを通じて燃料電池１０に供給される。燃料電池１０に供給されて燃料電池１０を冷却した後の冷却水は、燃料電池１０から吸熱して冷却水循環復路１３Ｂに排出され、その後、メイン管路２０に供給される。
ここで、燃料電池１０から冷却水循環復路１３Ｂに排出された冷却水の一部が、冷却水循環復路１３Ｂから分岐路１４ａ，１４ｂを通じてエゼクタ４０および水素熱交換器Ｃ１に供給され、これらと熱交換された後に、メイン管路２０に戻されて合流する。例えば、図１，図２に示すように、この冷却水は、マウント１のサブ管路２３Ａ，２３Ｂを通じてメイン管路２０に戻される。
【００２８】
メイン管路２０を冷却水が通過する過程で供給路３５が加温され、これによって、供給路３５を流れる反応オフガスが加温される。つまり、反応オフガスの相対温度を低下できる。これにより、水素供給タンクＣから供給される水素ガスが、仮に冷えている場合であっても、エゼクタ４０で水素ガスと反応オフガスとが混合される際に、反応オフガス中に残存する水分（生成水）が凝縮しづらくなるという利点が得られる。
【００２９】
また、冷却水循環復路１３Ｂを通過する冷却水の一部は、図５に示すように、主として機関起動時の暖機運転等において、冷媒通路３２のドレン配管である内管３２ａの周囲に沿って、ドレン弁３３から気液分離器３０のドレン部３１に向けて流れ、その後、メイン管路２０に戻される。例えば、図１，図２に示すように、この戻される冷却水は、マウント１のサブ管路２３Ｄを通じてメイン管路２０に戻される。
この際、冷媒通路３２を流れる冷却水と、内管３２ａ、ドレン弁３３およびドレン部３１との間で熱交換がなされ、内管３２ａ、ドレン弁３３およびドレン部３１がそれぞれ加温される。したがって、ドレン部３１で仮に生成水が凍結していても、これを好適に溶かすことができる。
【００３０】
メイン管路２０に戻された冷却水は、メイン管路２０を流れてきた冷却水とともに冷却水循環復路１３Ｂをさらに循環して熱交換器１１に流入し、熱交換器１１で放熱された後に再び循環ポンプ１２により燃料電池１０に向けて吐出される。
【００３１】
以上説明した本実施形態の管路の結合構造によれば、気液分離器３０およびエゼクタ４０が取り付けられる基部２を備えたマウント１に、流体が流れるメイン管路２０と、このメイン管路２０に合流する状態に結合されて流体が流れる３つのサブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄとが内設されているので、このマウント１を用いることにより、複数の管路を通じて流れてくる流体をマウント１内で合流させることができる。このように各管路（分岐路１４ａ，１４ｂ等、以下同じ）を流れてくる流体の合流を一箇所でまとめて行うことができるので、その分、管路における部品点数を少なくすることができるとともに、管路の簡易化を図ることができる。また、管路の簡易化を図ることができるので、省スペース化を実現することができる。
しかも、サブ管路２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄは、マウント１の脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄに沿ってそれぞれ形成されているので、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｄの有する強度を利用したサブ管路３Ａ，３Ｂ，３Ｄの接続を行うことができ、管路の接続部分における強度の向上を図ることができる。
【００３２】
また、このような管路の結合構造によれば、燃料電池１０の周りに配設される各管路をマウント１に接続することにより、各管路内を流れる冷却水等の合流をマウント１内で行うことができ、その分、燃料電池１０の周りの配管レイアウトを簡素化することができる。
【００３３】
本発明は、前記実施形態に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、また、前記実施形態では燃料電池電気自動車を例に説明したが、船舶や航空機等の移動体、あるいは定置発電装置用の燃料電池システム等に本発明を適用することができる。また、前記実施形態ではＰＥＭ型の燃料電池を備えた燃料電池システムを取り上げたが、本発明は、アルカリ型燃料電池やリン酸型燃料電池等、他種の燃料電池を備えた燃料電池システムにも当然に適用できる。また、燃料電池システムを構成する各機器のレイアウト等についても本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
さらに、前記マウントは、燃料電池自動車の車体に脚部が固定される構成としたが、これに限られることはなく、例えば、燃料電池やその他の機器に対して固定されるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造を説明するためのマウントを示した斜視図である。
【図２】同じくマウントの平面図である。
【図３】同じくマウントの正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る管路の結合構造が適用された燃料電池システムの主要部を示す概略構成図である。
【図５】同じく管路の結合構造が適用された燃料電池システムにおける冷却水の流れおよび水素ガスの流れを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ マウント
２ 基部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 脚部
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ サブ管路
１０ 燃料電池
１１ 熱交換器
１２ 循環ポンプ
１３Ａ 冷却水循環往路
１３Ｂ 冷却水循環復路
２０ メイン管路
３０ 気液分離器
４０ エゼクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器が取り付けられる基部と、この基部に一体的に設けられ、固定部材に固定される複数の脚部とを備えたマウントにおいて内設される管路の結合構造であって、
前記基部に形成され、流体が流れるメイン管路と、このメイン管路に合流する状態に結合され、流体が流れる複数のサブ管路とを備え、
前記サブ管路は前記脚部に沿って形成されていることを特徴とする管路の結合構造。
【請求項２】
前記流体は、反応ガスの供給によって発電を行う燃料電池を冷却するための冷却媒体であるとともに、前記固定部材は、前記燃料電池を搭載した燃料電池自動車用車体であることを特徴とする請求項１に記載の管路の結合構造。
【請求項１】
機器が取り付けられる基部と、この基部に一体的に設けられ、固定部材に固定される複数の脚部とを備えたマウントにおいて内設される管路の結合構造であって、
前記基部に形成され、流体が流れるメイン管路と、このメイン管路に合流する状態に結合され、流体が流れる複数のサブ管路とを備え、
前記サブ管路は前記脚部に沿って形成されていることを特徴とする管路の結合構造。
【請求項２】
前記流体は、反応ガスの供給によって発電を行う燃料電池を冷却するための冷却媒体であるとともに、前記固定部材は、前記燃料電池を搭載した燃料電池自動車用車体であることを特徴とする請求項１に記載の管路の結合構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１３２６９２（Ｐ２００６−１３２６９２Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２３５４７（Ｐ２００４−３２３５４７）
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【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１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【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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