特許 6986051 エアクリーナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986051

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】エアクリーナ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20211213BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20211213BHJP

   B60L 50/72 20190101ALI20211213BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20211213BHJP

   B60K 8/00 20060101ALI20211213BHJP

   B01D 46/10 20060101ALI20211213BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20211213BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/00 Z

   H01M8/04 N

   B60L50/72

   B60K1/04 Z

   B60K8/00

   B01D46/10 B

   !H01M8/10 101

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-118183(P2019-118183)

(22)【出願日】2019年6月26日

(65)【公開番号】特開2021-5481(P2021-5481A)

(43)【公開日】2021年1月14日

【審査請求日】2020年1月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】吉冨 亮一

(72)【発明者】

【氏名】大川 健太

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５７６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１６２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０８１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７３７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３５９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１８２６０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／２４９５

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − ５８／４０

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６０Ｋ ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池車両に搭載される燃料電池システムのカソード系装置に設けられるエアクリーナであって、
エアが流動する内部空間を有する筐体と、
前記内部空間に収容されるエアフィルタとを備え、
前記エアフィルタは、平板形状を有し、燃料電池スタックの水平方向の外側で且つ前記水平方向に対して傾斜した状態で配置され、
前記筐体は、水平方向に互いに離間して対向する一対の側壁を有し、
前記エアフィルタは、前記一対の側壁に密着しており、
前記筐体の外部から内部へ向かう水平方向の荷重が前記一対の側壁にかかった際に、前記エアフィルタは、前記一対の側壁から受ける力によって回転する、
エアクリーナ。

【請求項2】

請求項１記載のエアクリーナにおいて、
前記筐体は、前記エアフィルタの下方に設けられるエア導入口と、前記エアフィルタの上方に設けられるエア導出口とを有し、
前記エアは、前記エア導入口から前記エアフィルタを通って前記エア導出口に流動する
エアクリーナ。

【請求項3】

請求項１又は２記載のエアクリーナにおいて、
前記エアフィルタは、三層構造を有する
エアクリーナ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
前記エアフィルタは、当該エアフィルタの外周に設けられ、前記一対の側壁に固定されるフレームを有する
エアクリーナ。

【請求項5】

請求項４記載のエアクリーナにおいて、
前記エアフィルタは、前記一対の側壁に気密に密着する弾性部材を有する
エアクリーナ。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
前記一対の側壁は、前記水平方向に対して傾斜し、
前記エアフィルタは、前記一対の側壁に対して傾斜して設置されている
エアクリーナ。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
当該エアクリーナは、前記燃料電池スタックの車幅方向外側に設置され、
前記エアフィルタは、車幅方向に対して傾斜している
エアクリーナ。

【請求項8】

請求項１〜６のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
当該エアクリーナは、前記燃料電池スタックの前側に設置され、
前記エアフィルタは、前後方向に対して傾斜している
エアクリーナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムのカソード系装置に設けられるエアクリーナに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池車両に設けられる燃料電池システムは、発電に使用するカソードガスを燃料電池スタックに供給するために、カソード系装置により車両の外部からエア（外気）を取り込む。取り込んだエアには、埃、塵芥、水等の異物が含まれるため、カソード系装置は、カソード供給管の上流側に異物を除去するエアクリーナを備える。

【0003】

例えば、特許文献１には、ケース内にフィルタを収容した燃料電池用エアクリーナが開示されている。このエアクリーナは、フィルタが車体に対して平行（水平）に配置され、フィルタの下側のダストサイドから流入したエアをフィルタの上側のクリーンサイドに流動させて異物を除去している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−２１６２５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、エアクリーナのケース内に水平に設けられたフィルタは、燃料電池車両が衝突等の荷重を側方（水平方向）から受けた際に、ケースに対して突っ張るように作用する。このため、エアクリーナは、ケースを含む全体が移動して、エアクリーナの周辺構造（車両の他のデバイス、燃料電池システムの他のデバイス等）を損傷させる可能性がある。

【0006】

本発明は、上記のエアクリーナの技術に関連するものであって、荷重を受けた際に筐体の潰れを容易に促すことで、周辺構造の損傷を大幅に低減することができるエアクリーナ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】

【0007】

前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムのカソード系装置に設けられるエアクリーナであって、エアが流動する内部空間を有する筐体と、前記内部空間に収容されるエアフィルタとを備え、前記エアフィルタは、平板形状を有し、燃料電池スタックの水平方向の外側で且つ前記水平方向に対して傾斜した状態で配置され、前記筐体は、水平方向に互いに離間して対向する一対の側壁を有し、前記エアフィルタは、前記一対の側壁に密着しており、前記筐体の外部から内部へ向かう水平方向の荷重が前記一対の側壁にかかった際に、前記エアフィルタは、前記一対の側壁から受ける力によって回転する。

【発明の効果】

【0008】

上記のエアクリーナは、荷重を受けた際に筐体の潰れを容易に促すことができる。すなわち、水平方向に対して傾斜した状態で配置されたエアフィルタは、荷重を受けた際に筐体内で突っ張らずに積極的に回転する。従って、エアクリーナは、荷重により筐体がスムーズに潰れてエアクリーナ自体の移動が抑制され、周辺構造の損傷を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るエアクリーナを適用した燃料電池システムの説明図である。

【図2】図２Ａは、車両に搭載したカソード系装置の各デバイスを概略的に示す正面図である。図２Ｂは、車両に搭載したカソード系装置の各デバイスを概略的に示す側面図である。

【図3】図３Ａは、エアフィルタの斜視図である。図３Ｂは、エアフィルタを筐体に収容した状態を示す部分側面断面図である。

【図4】図４Ａは、本実施形態に係るエアクリーナが荷重を受けた際の動作を示す部分側面断面図である。図４Ｂは、比較例に係るエアクリーナが荷重を受けた際の動作を示す部分断面図である。

【図5】図５Ａは、変形例に係るエアクリーナを適用した燃料電池システムの概略平面図である。図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

【0011】

本発明の一実施形態に係るエアクリーナ７０は、燃料電池車両１１（燃料電池自動車：以下、単に車両１１という）に搭載される燃料電池システム１０に適用される。燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１２、アノード系装置１４、カソード系装置１６、冷却装置１８及び制御装置２０（ＥＣＵ）を備える。

【0012】

燃料電池スタック１２は、アノード系装置１４から供給されるアノードガス（水素等の燃料ガス）と、カソード系装置１６から供給されるカソードガス（エア等の酸化剤ガス）との電気化学反応により発電する複数の発電セル２２を有する。複数の発電セル２２は、電極面を立位姿勢にして車両１１の車幅方向に沿って積層されている。なお、複数の発電セル２２は、車両１１の前後方向や重力方向に積層されていてもよい。

【0013】

発電セル２２は、電解質膜・電極構造体２４（以下、「ＭＥＡ２４」という）と、ＭＥＡ２４を挟持する２つのセパレータ２６とで構成される。ＭＥＡ２４は、電解質膜２８（例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜））と、電解質膜２８の一方の面に設けられたアノード電極３０と、電解質膜２８の他方の面に設けられたカソード電極３２とを有する。２つのセパレータ２６のうち一方は、アノード電極３０と対向し合う面にアノードガスを流動させるアノード流路３４を形成する。２つのセパレータ２６のうち他方は、カソード電極３２と対向し合う面にカソードガスを流動させるカソード流路３６を形成する。また、２つのセパレータ２６同士が対向し合う面は、冷媒を流動させる冷媒流路３８を形成する。

【0014】

さらに、燃料電池スタック１２は、アノードガス、カソードガス及び冷媒を発電セル２２の積層方向に沿って流動させ、アノード流路３４、カソード流路３６及び冷媒流路３８に流通させる複数の連通孔（不図示）を備える。各連通孔は、燃料電池スタック１２に接続されるアノード系装置１４、カソード系装置１６及び冷却装置１８の配管に連通している。

【0015】

アノード系装置１４は、配管として、燃料電池スタック１２にアノードガスを供給するアノード供給管４８と、燃料電池スタック１２で発電に使用されたアノードオフガスを排出するアノード排出管５０とを有する。また冷却装置１８は、配管として、燃料電池スタック１２に冷媒を供給する冷媒供給管４４と、燃料電池スタック１２から冷媒を排出する冷媒排出管４６とを有する。

【0016】

一方、カソード系装置１６は、配管として、燃料電池スタック１２にカソードガスを供給するカソード供給管４０と、燃料電池スタック１２で発電に使用されたカソードオフガスを排出するカソード排出管４２とを有する。また、カソード供給管４０とカソード排出管４２の間には、バイパス管５２が接続されている。

【0017】

カソード系装置１６は、燃料電池スタック１２にカソードガスを供給するためのデバイスとして、カソード供給管４０の上流から下流に向かって順に、エアクリーナ７０、エアポンプ５４、インタクーラ５６及び加湿器５８を備える。

【0018】

カソード系装置１６のエアクリーナ７０は、外気から吸気した際のカソードガス（エア）に含まれる異物（ゴミ、塵芥、水等）を除去する。エアクリーナ７０には、エアクリーナ７０よりも上流側でカソード供給管４０を構成するインテーク管４１が接続されている。エアクリーナ７０は、インテーク管４１内の流動路４１ａから流入したエアの異物を除去し、クリーンなエアを下流側のエアポンプ５４に流出する。このエアクリーナ７０の具体的な構造については、後に詳述する。

【0019】

エアポンプ５４は、例えば、コンプレッサ及びエキスパンダを有するエキスパンダユニット５５が適用される。エキスパンダユニット５５は、内部に収容したロータ５５ａの両端の各々にフィン（第１フィン５５ａ１、第２フィン５５ａ２）を有する。第１フィン５５ａ１が配置されているコンプレッサの空間は、カソード供給管４０の流動路４０ａに連通している。第２フィン５５ａ２が配置されているエキスパンダの空間は、カソード排出管４２の流動路４２ａに連通している。

【0020】

エキスパンダユニット５５のロータ５５ａは、制御装置２０に制御されたモータ機構５５ｂによって回転する。エキスパンダユニット５５は、第１フィン５５ａ１により、カソード供給管４０を介して燃料電池スタック１２にカソードガスを供給し、第２フィン５５ａ２により、カソード排出管４２を介して燃料電池スタック１２からカソードオフガスのエネルギを回収する。なお、エアポンプ５４の構成は、特に限定されず、カソード排出管４２にエキスパンダを設けずに、カソード供給管４０にコンプレッサを設置したものでもよい。

【0021】

インタクーラ５６は、カソード供給管４０の上流側（エキスパンダユニット５５側）から流入されるカソードガスを冷却し、下流側（加湿器５８側）に流出させる。カソード供給管４０には、このインタクーラ５６として、空冷式インタクーラ５６ａ（空冷式Ｉ／Ｃ）、水冷式インタクーラ５６ｂ（水冷式Ｉ／Ｃ）の両方が設置されている。なお、カソード系装置１６は、空冷式インタクーラ５６ａと水冷式インタクーラ５６ｂのうち一方だけを適用した構成でもよい。

【0022】

加湿器５８は、カソード供給管４０のカソードガスを、カソード排出管４２のカソードオフガスを利用して加湿する。すなわち、カソードオフガスには、燃料電池スタック１２の発電で生じた水（生成水）が含まれており、加湿器５８は、この水によりカソードガスに適宜の水分を保有させて燃料電池スタック１２に供給する。

【0023】

カソード排出管４２には、燃料電池スタック１２に供給するカソードガスの圧力を調整する背圧弁６０が設けられている。背圧弁６０は、例えばバタフライバルブとして構成され、要求される発電電流、又は図示しない圧力センサや流量センサで検出される圧力値や流量値に基づきその開度が制御される。なお、カソード排出管４２において加湿器５８とエキスパンダユニット５５（エアポンプ５４）の間には、カソードオフガスに含まれる水を分離する気液分離装置（不図示）等が設けられていてもよい。

【0024】

また、バイパス管５２には、バイパス管５２の流動路５２ａを開閉するバイパス弁６２が設けられる。バイパス弁６２は、制御装置２０の制御下に適宜開閉することで、カソード供給管４０のカソードガスをカソード排出管４２に流動させ、カソード排出管４２を介して排気する。

【0025】

次に図２Ａ及び図２Ｂを参照して、上記した燃料電池スタック１２やカソード系装置１６の各デバイスを、車両１１に実際に設置した状態について説明する。燃料電池スタック１２のスタックケース１２ａは、正面視で車幅方向（矢印Ａ方向：水平方向）に沿って長く延在し、また側面視で車両１１の前後方向（矢印Ｂ方向：水平方向）且つ車高方向（矢印Ｃ方向：重力方向）に所定の厚みを有する方形状に形成されている。スタックケース１２ａ内の複数の発電セル２２は、上記したように矢印Ａ方向に沿って積層されている。

【0026】

燃料電池スタック１２（スタックケース１２ａ）の矢印Ａ方向の一端部（矢印Ａ２側）には、アノード系装置１４及びカソード系装置１６の幾つかのデバイスが収容される補機ケース６４が設置される。これに伴い、カソード系装置１６の各デバイスも、燃料電池スタック１２の矢印Ａ２側に配置される。

【0027】

具体的には、エアクリーナ７０は、補機ケース６４の略前側（矢印Ｂ１側）且つ補機ケース６４の幅方向外側（矢印Ａ２側）に配置されている。またエアクリーナ７０は、燃料電池スタック１２と略同じ高さ位置、すなわち、燃料電池スタック１２の水平方向（車体と平行方向）の外側に配置されている。このエアクリーナ７０は、図示しない車体フレーム又は燃料電池用マウントフレームに固定されている。

【0028】

エアクリーナ７０の上流側のインテーク管４１は、その開口４１ｂが車幅方向の略中央部且つ適宜の高さ位置に配置されている。インテーク管４１は、開口４１ｂから車幅方向外側（矢印Ａ２側）且つ後側（矢印Ｂ２側）に一旦延在した後、エアクリーナ７０の前面で斜め下側（矢印Ｃ２側）に向かって延在している。

【0029】

また、エアポンプ５４は、エアクリーナ７０の下方に配置されている。つまり、エアポンプ５４は、燃料電池スタック１２の矢印Ａ２側且つ矢印Ｂ１側で、燃料電池スタック１２（補機ケース６４）よりも低い位置にある。エアクリーナ７０とエアポンプ５４の間でカソード供給管４０を構成する中継管６６ａは、エアクリーナ７０の前方（矢印Ｂ１側）において矢印Ｃ方向に延在している。

【0030】

空冷式インタクーラ５６ａは、エアポンプ５４と略同じ高さ位置で、エアポンプ５４の車幅方向外側（矢印Ａ２側）に配置されている。このためエアポンプ５４と空冷式インタクーラ５６ａの間でカソード供給管４０を構成する中継管６６ｂは、矢印Ａ方向に延在している。

【0031】

また水冷式インタクーラ５６ｂは、空冷式インタクーラ５６ａと略同じ高さ位置で、空冷式インタクーラ５６ａに対して車幅方向内側（矢印Ａ１側）且つ後方（矢印Ｂ２側）に位置している。空冷式インタクーラ５６ａと水冷式インタクーラ５６ｂの間でカソード供給管４０を構成する中継管６６ｃは、エアポンプ５４の下側を通って矢印Ａ方向且つ矢印Ｂ方向に延在している。

【0032】

一方、加湿器５８は、補機ケース６４内に配置される。すなわち、加湿器５８は、燃料電池スタック１２の矢印Ａ２側で燃料電池スタック１２と略同じ高さ位置にある。水冷式インタクーラ５６ｂと加湿器５８の間でカソード供給管４０を構成する中継管６６ｄは、矢印Ｃ方向に延在している。なお、カソード供給管４０を構成する加湿器５８と燃料電池スタック１２の間の中継管（不図示）は、補機ケース６４の各デバイスを避けつつ矢印Ａ１側に延在して燃料電池スタック１２のエンドプレート（不図示）に接続されている。

【0033】

次に、本実施形態に係るエアクリーナ７０の構成について説明する。エアクリーナ７０は、カソードガス（エア）が流動する内部空間７２ａを有する筐体７２と、内部空間７２ａに収容されるエアフィルタ８０とを備える。

【0034】

エアクリーナ７０の筐体７２は、図２Ａに示す正面視で、車高方向に伸びた多角形状（５角形）を呈する一方で、図２Ｂに示す側面視で、方形状を呈している。インテーク管４１は、筐体７２の下側（矢印Ｃ２側）且つ前側（矢印Ｂ１側）に接続されている。インテーク管４１に接続する筐体７２（下ケース７６）には、内部空間７２ａにエアを導入するエア導入口７３が設けられている。一方、上記の中継管６６ａは、筐体７２の上側（矢印Ｃ１側）且つ前側（矢印Ｂ１側）に接続されている。中継管６６ａに接続する筐体７２（上ケース７８）には、内部空間７２ａからエアを出するエア導出口７４が設けられている。

【0035】

また、筐体７２は、下ケース７６と、下ケース７６の上側に接合される上ケース７８とを有する。すなわち、筐体７２の内部空間７２ａは、下ケース７６の下空間７６ａと上ケース７８の上空間７８ａとが連通して構成される。下空間７６ａと上空間７８ａとは、図示しない隔壁により部分的に区画されて、一部（隔壁の非形成部）が連通している。なお下空間７６ａと上空間７８ａの間には隔壁がなくてもよい。

【0036】

下ケース７６は、エア導入口７３を介してインテーク管４１のエアが導入される部分となっている。下ケース７６は、インテーク管４１から導入されたエアを後方（矢印Ｂ２側）に流動させた後、上方（矢印Ｃ１側）に導くようにガイドする。また、下ケース７６は、外気に含まれる異物（主に水）を貯留可能である。下ケース７６の底壁には、貯留された水を抜くために水抜き機構（不図示）が設けられていることが好ましい。

【0037】

上ケース７８は、エアフィルタ８０を収容する部分であり、本実施形態では、下ケース７６の上端に対して車幅方向内側（矢印Ａ１側）に傾斜して連結される。すなわち、上ケース７８を構成する車幅方向（矢印Ａ方向）の一対の側壁７９ａ、７９ｂは上方に向かって矢印Ａ１側且つ平行に傾いている（図３Ｂも参照）。また、上ケース７８の天井壁７９ｅは、一対の側壁７９ａ、７９ｂに対して直交するように連結されて、矢印Ａ１側が低く矢印Ａ２側が高い状態で傾斜している。なお、上ケース７８を構成する前後方向（矢印Ｂ方向）の側壁７９ｃ、７９ｄは、車高方向に沿うように延在している。

【0038】

以上の筐体７２（下ケース７６、上ケース７８）は、その剛性が筐体７２の周囲に設けられる周辺構造９２（図３Ｂ参照）の剛性よりも低く（塑性変形し易く）構成されている。

【0039】

一方、エアフィルタ８０は、上ケース７８の上空間７８ａに収容されることで、この上空間７８ａを上下に区画する。つまり上空間７８ａは、エアフィルタ８０の下側にダストサイド７８ａ１を有する一方で、エアフィルタ８０の上側のクリーンサイド７８ａ２を有する（図３Ｂ参照）。エア導出口７４は、このクリーンサイド７８ａ２に連通している。

【0040】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、エアフィルタ８０は、平板形状に形成されている。また、本実施形態に係るエアフィルタ８０は、３種類（複数種類）のフィルタ（プリフィルタ８２、ケミカルフィルタ８４、メインフィルタ８６）を厚み方向に積層した三層構造８１となっている。なお、エアフィルタ８０の構成は、特に限定されず、例えば、１種類のフィルタで構成されていてもよい。

【0041】

プリフィルタ８２は、ダストサイド７８ａ１に面しており、エアフィルタ８０において最初にエアが通過する部位となる。プリフィルタ８２は、ケミカルフィルタ８４の一方面に接合されることで上空間７８ａに保持されている。プリフィルタ８２としては、例えば、所定の厚みを有する不織布が適用される。

【0042】

ケミカルフィルタ８４は、エアフィルタ８０の中間層を構成し、プリフィルタ８２を通過した後のエアが通過する。このケミカルフィルタ８４は、例えば、アルミニウムを材料に構成され、ハニカム状の孔を面方向に配列したアルミハニカムが適用される。例えば、ケミカルフィルタ８４は、その外周部がメインフィルタ８６を保持するフレーム８８に固定されて、上空間７８ａに保持されている。

【0043】

メインフィルタ８６は、エアが通過可能なシートをプリーツ折にして構成されている。メインフィルタ８６の外周部は、フレーム８８により支持されている。フレーム８８は、メインフィルタ８６の全周を周回する外周枠８８ａと、外周枠８８ａの内側で前後方向（矢印Ｂ方向）中央部を延在する中間枠８８ｂとを有する。メインフィルタ８６は、外周枠８８ａの内側で中間枠８８ｂを挟むように一対設けられている。メインフィルタ８６は、外周枠８８ａ内に一連のものが１つ設けられてもよく、外周枠８８ａ内に３つ以上設けられてもよい。各メインフィルタ８６は、上下に折り返しながら矢印Ａ方向に延在している。

【0044】

外周枠８８ａの外周面には、外周枠８８ａを周回するようにパッキン９０（弾性部材）が接合されている。パッキン９０は、弾性材料により適宜の弾性力を有するように構成され、外周枠８８ａから大きく突出している。このパッキン９０の外周側が、筐体７２（上ケース７８）の内面（側壁７９ａ〜７９ｄ）に気密に密着する。

【0045】

そして、本実施形態に係るエアフィルタ８０は、燃料電池車両１１が水平の状態において、フレーム８８を介して重力方向に直交する水平方向に対し、傾斜した状態で上ケース７８に固定されている。すなわちエアフィルタ８０は、燃料電池スタック１２の外側で車幅方向（矢印Ａ方向）に対して傾斜している。また、エアフィルタ８０は、正面視で、一対の側壁７９ａ、７９ｂの延在方向に対して所定の角度で傾斜しており、天井壁７９ｅの傾斜よりも矢印Ａ２側の一辺８０ａが高く、矢印Ａ１側の他辺８０ｂが低い姿勢となっている。

【0046】

エアフィルタ８０を傾斜した姿勢で固定する筐体７２とフレーム８８との間の固定手段は、特に限定されず、例えば図示しない支持部品を適宜適用するとよい。フレーム８８の外周に設けられるパッキン９０は、フレーム８８が筐体７２に傾斜して固定された状態でも、適宜変形して側壁７９ａ〜７９ｄに接触してフレーム８８の外側の気密性を維持する。

【0047】

以上のエアフィルタ８０の三層構造８１は、相互のフィルタを段差状に連結している。すなわち、フレーム８８を含むメインフィルタ８６の外周部よりも内側にケミカルフィルタ８４が設けられ、ケミカルフィルタ８４の外周部よりも内側にプリフィルタ８２が設けられている。

【0048】

本実施形態に係るエアクリーナ７０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

【0049】

図１に示すように、燃料電池システム１０は、制御装置２０の制御下に、アノード系装置１４のアノード供給管４８から燃料電池スタック１２にアノードガスを供給し、カソード系装置１６のカソード供給管４０から燃料電池スタック１２にカソードガスを供給する。また、制御装置２０は、冷却装置１８を動作して冷媒を循環させ、燃料電池スタック１２の冷却を行う。

【0050】

これにより、燃料電池スタック１２内では、各発電セル２２のアノード電極３０にアノードガスが供給される一方で、各発電セル２２のカソード電極３２にカソードガスが供給され、各発電セル２２が発電を行う。そして、燃料電池スタック１２は、発電時に、アノード系装置１４のアノード排出管５０にアノードオフガスを排出し、カソード系装置１６のカソード排出管４２にカソードオフガスを排出する。

【0051】

カソードガスの供給において、カソード系装置１６は、エアポンプ５４の動作に基づき、インテーク管４１からエアを吸引してエアクリーナ７０にエアを導く。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、エアクリーナ７０内では、筐体７２の下側のエア導入口７３から内部空間７２ａ（下空間７６ａ）にエアが流入する。エアは、下空間７６ａを後側に流動した後に上方に上昇して上空間７８ａのダストサイド７８ａ１に流動し、ダストサイド７８ａ１（図３Ｂ参照）からエアフィルタ８０を通過する。エアは、エアフィルタ８０を通過する際に、埃、塵芥、水等の異物が除去されて上空間７８ａのクリーンサイド７８ａ２（図３Ｂ参照）に移動する。クリーンサイド７８ａ２に流動したエアは、筐体７２の上側のエア導出口７４に流出し、筐体７２に接続された中継管６６ａからエアポンプ５４に流動する。

【0052】

エアポンプ５４に流動したエアは、エアポンプ５４の動作下に加圧されカソード供給管４０を流動してインタクーラ５６（空冷式インタクーラ５６ａ、水冷式インタクーラ５６ｂ）を通過して適宜の温度に調整される。そして、エアは、インタクーラ５６から加湿器５８に流動すると、加湿器５８により加湿されて燃料電池スタック１２に供給される。

【0053】

次に、車両１１が側方から衝突等の荷重を受けた場合のエアクリーナ７０の作用について説明する。図４Ａに示すように、エアクリーナ７０は、車両１１の側方である矢印Ａ２側から矢印Ａ１側に向かって荷重を受ける。またエアクリーナ７０の矢印Ａ１側の周辺には、周辺構造９２が配置されており、矢印Ａ１側に向かう荷重を受けて筐体７２が周辺構造９２に接触した際には、矢印Ａ２側に向かって荷重（反力）がかかる。周辺構造９２としては、例えば、燃料電池システム１０の他のデバイス（酸化剤ガス供給排出デバイス、燃料ガス供給排出デバイス）、或いは車両１１に設けられるモータ、ラジエータ、ヘッドライト等があげられる。そして、これら（矢印Ａ方向）の荷重がかかった際に、水平方向に対して傾斜しているエアフィルタ８０は、筐体７２に対して突っ張らずに内部空間７２ａ内で回転する（傾斜姿勢を重力方向に向かわせる）。

【0054】

ここで、図４Ｂに示す比較例（従来）に係るエアクリーナ１００は、筐体１０２内に設けられるエアフィルタ１０４が、水平方向に延在するように配置される。このように配置されたエアフィルタ１０４は、側方（矢印Ａ方向）から荷重を受けた際に、エアフィルタ１０４全体に荷重がかかる。このため、エアフィルタ１０４は、高い座屈荷重により潰れ難くなり（換言すれば、筐体７２に対して突っ張るように作用して）、筐体７２の潰れを抑制する。その結果、荷重に伴ってエアクリーナ１００全体が移動するようになり、エアクリーナ７０の周辺構造９２を損傷させるおそれがある。

【0055】

これに対し、本実施形態に係るエアクリーナ７０のエアフィルタ８０は、水平方向に対して傾斜していることで、エアフィルタ８０の一辺８０ａと他辺８０ｂの高さが異なって配置されている（図４Ａ参照）。すなわち、上側に位置する一辺８０ａが矢印Ａ２側にあり、下側に位置する他辺８０ｂが矢印Ａ１側にある。また、エアフィルタ８０は、筐体７２の側壁７９ａ、７９ｂの延在方向に対して直交方向に取り付けられずにさらに傾斜して取り付けられている。

【0056】

このため、矢印Ａ方向の荷重を受けた際に、エアフィルタ８０は、反時計回りに（一辺８０ａが矢印Ａ１側に向かうと共に他辺８０ｂが矢印Ａ２側に向かうように）積極的に回転する。従って、筐体７２は、荷重を受けた際にエアフィルタ８０の剛性の影響を殆ど受けずに、側壁７９ａ、７９ｂが相互に近づくように移動して容易に押し潰れる。つまり、傾斜したエアフィルタ８０は、筐体７２の潰れを促すことで、エアクリーナ７０全体の移動を抑制することができ、これによりエアクリーナ７０による周辺構造９２の損傷を低減することができる。

【0057】

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、エアフィルタ８０の傾斜姿勢は、図３Ｂ中と逆向きでもよい。すなわち、エアフィルタ８０は、矢印Ａ１側の他辺８０ｂが上側で、矢印Ａ２側の一辺８０ａが下側となる傾斜姿勢でもよい。また筐体７２の形状は、図３Ｂ中の側壁７９ａ、７９ｂの傾斜の向きが逆でもよく、或いは傾斜していない構成（直方形状、立方形状等）に形成されていてもよい。

【0058】

また例えば、図５Ａに示す変形例のように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２の水平方向の前側（矢印Ｂ１側）にエアクリーナ７０Ａを配置した構成でもよい。このエアクリーナ７０Ａの筐体７２内には、側面断面視で（図５Ｂに示すように）、水平方向に対し傾斜したエアフィルタ８０が設けられている。具体的には、エアフィルタ８０は、矢印Ｂ２側の一辺８０ａが上側に位置し、エアフィルタ８０の矢印Ｂ１側の他辺８０ｂが下側に位置するように傾斜している。

【0059】

このように配置されたエアクリーナ７０Ａは、前後方向（矢印Ｂ方向）に衝突等の荷重を受けた際に、エアフィルタ８０を積極的に回転させて、筐体７２の潰れを促すことができる。従って、エアクリーナ７０Ａは、燃料電池スタック１２の損傷を抑制することができる。なお、エアクリーナ７０Ａのエアフィルタ８０の傾斜姿勢も、図５Ｂ中と逆向き、すなわち、矢印Ｂ２側の一辺８０ａが下側に位置し、矢印Ｂ１側の他辺８０ｂが上側となる傾斜姿勢でもよい。

【0060】

上記の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。

【0061】

本発明の一態様は、燃料電池車両１１に搭載される燃料電池システム１０のカソード系装置１６に設けられるエアクリーナ７０、７０Ａであって、エアが流動する内部空間７２ａを有する筐体７２と、内部空間７２ａに収容されるエアフィルタ８０とを備え、エアフィルタ８０は、平板形状を有し、燃料電池スタック１２の水平方向の外側で且つ水平方向に対して傾斜した状態で配置されている。

【0062】

上記のエアクリーナ７０、７０Ａは、荷重を受けた際に筐体７２の潰れを容易に促すことができる。すなわち、水平方向に対して傾斜した状態で配置されたエアフィルタ８０は、荷重を受けた際に筐体７２内で突っ張らずに積極的に回転する。従って、荷重により筐体７２がスムーズに潰れてエアクリーナ７０、７０Ａ自体の移動が抑制され、周辺構造９２の損傷を大幅に低減することができる。

【0063】

また、筐体７２は、エアフィルタ８０の下方に設けられるエア導入口７３と、エアフィルタ８０の上方に設けられるエア導出口７４とを有し、エアは、エア導入口７３からエアフィルタ８０を通ってエア導出口７４に流動する。これにより、エアクリーナ７０、７０Ａは、内部に取り込んだエアから異物を除去して、筐体７２の下側に異物（水等）を落とすことができる。

【0064】

また、エアフィルタ８０は、三層構造８１を有する。これにより、燃料電池スタック１２に向かうエアの異物を一層強力に除去することができる。そして、エアクリーナ７０、７０Ａは、エアフィルタ８０が三層構造８１により硬く構成されていたとしても、エアフィルタ８０が傾斜して配置されているので、積極的に回転して筐体７２の潰れを促すことができる。

【0065】

また、エアフィルタ８０は、当該エアフィルタ８０の外周に設けられ、筐体７２に固定されるフレーム８８を有する。これにより、エアフィルタ８０を傾斜した姿勢で筐体７２に安定的に固定することができる。そしてエアクリーナ７０、７０Ａは、エアフィルタ８０の外周にフレーム８８が設けられていても、エアフィルタ８０が傾斜して配置されているので、積極的に回転して筐体７２の潰れを促すことができる。

【0066】

また、エアフィルタ８０は、筐体７２の側壁７９ａ〜７９ｄに気密に密着する弾性部材（パッキン９０）を有する。これにより、エアフィルタ８０の外周からエアが抜けることがなくなる。さらに弾性部材は、容易に変形することで、エアフィルタ８０を傾斜姿勢としたまま良好に固定することができる。

【0067】

また、エアフィルタ８０は、筐体７２の側壁７９ａ〜７９ｄに対して傾斜して設置されている。これにより、エアフィルタ８０を水平方向に対して一層傾斜させることができ、荷重を受けた際に筐体７２の潰れを促すことが可能となる。

【0068】

また、エアクリーナ７０は、燃料電池スタック１２の車幅方向外側に設置され、エアフィルタ８０は、車幅方向に対して傾斜している。これによりエアクリーナ７０は、車両１１の側方から荷重を受けた際に、筐体７２内でエアフィルタ８０を回転させて、筐体７２の潰れを促すことができる。

【0069】

また、エアクリーナ７０は、燃料電池スタック１２の前側に設置され、エアフィルタ８０は、前後方向に対して傾斜している。これによりエアクリーナ７０は、車両１１の前方から荷重を受けた際に、筐体７２内でエアフィルタ８０を回転させて、筐体７２の潰れを促すことができる。

【符号の説明】

【0070】

１０…燃料電池システム １１…燃料電池車両
１２…燃料電池スタック １６…カソード系装置
４０…カソード供給管 ４１…インテーク管
５４…エアポンプ ７０、７０Ａ…エアクリーナ
７２…筐体 ７２ａ…内部空間
７３…エア導入口 ７４…エア導出口
８０…エアフィルタ ８１…三層構造
８８…フレーム ９０…パッキン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】