特開 2023-184184 燃料電池ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023184184

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】燃料電池ユニット

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/08 20060101AFI20231221BHJP

   F16J 12/00 20060101ALI20231221BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F17C13/08 301A

F16J12/00 E

H01M8/04 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098181

(22)【出願日】2022-06-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】中島 潤哉

【テーマコード（参考）】

3E172

3J046

5H127

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB03

3E172BB05

3E172BB12

3E172BB17

3E172BC01

3E172BC04

3E172BC05

3E172BC06

3E172BD03

3E172CA12

3E172CA13

3E172CA22

3E172CA29

3E172DA36

3E172JA01

3E172JA03

3J046AA07

3J046AA14

3J046BA01

3J046BD05

3J046CA01

3J046DA05

5H127AB04

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA59

5H127BB02

5H127EE13

(57)【要約】

【課題】部品点数を増やすことなく、タンクアッセンブリのシール性の低下を抑制できる燃料電池ユニットを提供する。
【解決手段】燃料電池ユニット１０は、タンクアッセンブリ３０と、タンクアッセンブリ３０を収容する筐体２０と、筐体２０にタンクアッセンブリ３０を固定するための第１固定部材４０とを備えている。タンクアッセンブリ３０は、金属製のタンク３１と、バルブユニット３２とを有している。タンク３１は、内部にガスが充填されるタンク本体３３と、タンク本体３３に設けられた口金３４とを有している。バルブユニット３２は、口金３４に挿通されるノズル３７と、口金３４の内周面とノズル３７の外周面との間に配置されるＯリング３８とを有している。第１固定部材４０は、口金３４の周囲に設けられ、口金３４を拘束する拘束部４１と、拘束部４１と筐体２０とを接続する接続部４２とを有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンクアッセンブリと、前記タンクアッセンブリを収容する筐体と、前記筐体に前記タンクアッセンブリを固定するための固定部材とを備え、
前記タンクアッセンブリは、
内部にガスが充填されるタンク本体と前記タンク本体に設けられた口金とを有する金属製のタンクと、
前記口金に挿通されるノズル、及び前記口金の内周面と前記ノズルの外周面との間に配置されるシール部材を有するバルブユニットと、
を有する燃料電池ユニットであって、
前記固定部材は、前記口金の周囲に設けられ、前記口金を拘束する拘束部と、前記拘束部と前記筐体とを接続する接続部とを有することを特徴とする燃料電池ユニット。

【請求項2】

前記拘束部は、円弧状の第１構成体と円弧状の第２構成体とによって構成され、前記第１構成体は前記接続部と一体形成されているとともに、前記第２構成体は前記第１構成体と別体である請求項１に記載の燃料電池ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池ユニットは、タンクアッセンブリと、タンクアッセンブリを収容する筐体と、筐体にタンクアッセンブリを固定するための固定部材とを備えている。タンクアッセンブリは、金属製のタンクと、バルブユニットとを有している。タンクは、内部にガスが充填されるタンク本体と、タンク本体に設けられた口金とを有している。バルブユニットは、口金に挿通されるノズルと、口金の内周面とノズルの外周面との間に配置されるシール部材とを有している。シール部材が口金の内周面とノズルの外周面との間をシールすることによって、タンク本体の内部に充填されたガスがタンクの外部に漏れにくくなる。

【0003】

このような燃料電池ユニットでは、タンク本体の内部にガスを充填すると、タンク本体の内部が高圧になることによって、タンク本体は膨張する。例えば、特許文献１には、口金の軸方向におけるタンクの膨張に対応した構造の固定部材が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－２１５７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

タンク本体は、口金の軸方向と直交する方向にも膨張する。すると、タンク本体に設けられた口金は広がるように変形する。この場合、口金の内周面とシール部材との間に隙間が生じることによって、タンクアッセンブリのシール性が低下する。例えば、口金を拘束部材によって拘束すれば、口金は広がりにくくなるため、タンクアッセンブリのシール性の低下を抑制できる。しかしながら、燃料電池ユニットの部品点数が増加する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題点を解決するための燃料電池ユニットは、タンクアッセンブリと、前記タンクアッセンブリを収容する筐体と、前記筐体に前記タンクアッセンブリを固定するための固定部材とを備え、前記タンクアッセンブリは、内部にガスが充填されるタンク本体と前記タンク本体に設けられた口金とを有する金属製のタンクと、前記口金に挿通されるノズル、及び前記口金の内周面と前記ノズルの外周面との間に配置されるシール部材を有するバルブユニットと、を有する燃料電池ユニットであって、前記固定部材は、前記口金の周囲に設けられ、前記口金を拘束する拘束部と、前記拘束部と前記筐体とを接続する接続部とを有することを要旨とする。

【0007】

口金は、拘束部によって拘束されている。このため、ガスの充填に伴ってタンク本体が膨張しても口金は広がるように変形しにくいため、口金の内周面とシール部材との間に隙間が生じにくい。また、拘束部は、既存の構成である固定部材に設けられている。よって、部品点数を増やすことなく、タンクアッセンブリのシール性の低下を抑制できる。

【0008】

上記燃料電池ユニットにおいて、前記拘束部は、円弧状の第１構成体と円弧状の第２構成体とによって構成され、前記第１構成体は前記接続部と一体形成されているとともに、前記第２構成体は前記第１構成体と別体であってもよい。

【0009】

例えば、蝶番等によって第２構成体が第１構成体と一体化されている場合と比較して、固定部材の製造が容易である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、部品点数を増やすことなく、タンクアッセンブリのシール性の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の燃料電池ユニットを示す断面図である。

【図2】実施形態の燃料電池ユニットを示す部分断面図である。

【図3】実施形態の燃料電池ユニットを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、燃料電池ユニットを具体化した一実施形態を図１～図３にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池ユニットは、フォークリフトに搭載されている。
図１に示すように、燃料電池ユニット１０は、筐体２０と、タンクアッセンブリ３０と、固定部材としての第１固定部材４０と、第２固定部材５０と、図示しない燃料電池とを備えている。燃料電池は、水素と酸素との化学反応によって発電を行う。

【0013】

筐体２０は、直方体状である。筐体２０は、有底四角筒状のケース本体２１と、ケース本体２１の開口部を閉塞する蓋２２とを有している。
タンクアッセンブリ３０は、タンク３１と、バルブユニット３２とを有している。

【0014】

タンク３１は、金属製である。本実施形態のタンク３１は、鉄製である。タンク３１は、タンク本体３３と、円筒状の口金３４とを有している。タンク本体３３の内部には、図示しないガスステーションによって水素ガスが充填される。タンク本体３３の内部に充填された水素ガスは、燃料電池に供給される。タンク本体３３は、円筒部３３ａと、円筒部３３ａの軸方向の両端部に設けられた一対のドーム部３３ｂとを有している。口金３４は、一方のドーム部３３ｂの頂点部に設けられている。口金３４は、タンク本体３３の内部とタンク３１の外部とを連通させている。口金３４の軸方向は、円筒部３３ａの軸方向と一致している。

【0015】

本実施形態のタンク３１は、１枚の金属シートを絞り加工することによって形成されている。したがって、円筒部３３ａと各ドーム部３３ｂとの境界、及びタンク本体３３と口金３４との境界には継ぎ目がない。

【0016】

図２に示すように、バルブユニット３２は、タンク３１に取り付けられている。バルブユニット３２は、バルブ３５と、ハウジング３６と、ノズル３７と、シール部材としてのＯリング３８とを有している。

【0017】

バルブ３５は、例えば、電磁式の開閉弁である。バルブ３５は、開状態のとき、タンク３１の内部と外部とを連通させる。バルブ３５は、閉状態のとき、タンク３１の内部と外部とを遮断する。バルブ３５は、ノズル３７に設けられた図示しない供給流路を介して燃料電池にタンク３１内の水素ガスを供給する時に開状態となり、水素ガスの供給を停止する時に閉状態となるバルブである。バルブ３５は、ハウジング３６に収容されている。ハウジング３６は、タンク３１の外部に位置している。

【0018】

ノズル３７は、ガスが流れるガス流路３７ａを有している。ノズル３７は、口金３４に挿通されることによって、タンク本体３３の内部に挿入されている。水素ガスは、ガス流路３７ａを介してタンク本体３３の内部に充填される。Ｏリング３８は、口金３４の内周面とノズル３７の外周面との間に配置されている。Ｏリング３８は、口金３４の内周面とノズル３７の外周面との間を軸シールしている。これにより、タンク本体３３の内部に充填された水素ガスがタンク３１の外部に漏れ出すことが規制されている。

【0019】

タンクアッセンブリ３０は、筐体２０内に収容されている。本実施形態では、燃料電池ユニット１０は、タンク３１の軸線が水平方向に延びるような状態で、図示しないフォークリフトに搭載されている。

【0020】

図３に示すように、第１固定部材４０は、拘束部４１と、接続部４２とを有している。拘束部４１は、口金３４の周囲に設けられている。拘束部４１は、口金３４を拘束している。接続部４２は、拘束部４１と筐体２０とを接続している。第１固定部材４０は、筐体２０に対してタンクアッセンブリ３０を固定している。

【0021】

本実施形態の拘束部４１は、第１構成体４１ａと第２構成体４１ｂとを有している。第１構成体４１ａは、接続部４２と一体形成されている。第２構成体４１ｂは、第１構成体４１ａと別体である。第１構成体４１ａ及び第２構成体４１ｂはそれぞれ、口金３４の外周面を覆う円弧状の被覆部４１１と、被覆部４１１の周方向の両端部から延出する一対のフランジ４１２とを有している。第１構成体４１ａと第２構成体４１ｂとは、口金３４を挟み込んでいる。被覆部４１１の内周面は、口金３４の外周面と当接している。フランジ４１２は、ボルト挿通孔４１３を有している。

【0022】

第１構成体４１ａと第２構成体４１ｂとは、連結部材としてのボルト４３及びナット４４によって連結されている。なお、図１では、ボルト４３及びナット４４の図示を省略している。具体的には、第１構成体４１ａのフランジ４１２と第２構成体４１ｂのフランジ４１２とは、各フランジ４１２のボルト挿通孔４１３に挿通されたボルト４３にナット４４が螺合されることによって互いに連結されている。第１構成体４１ａと第２構成体４１ｂとは、連結部材によって互いに連結されることによって、拘束部４１を構成している。

【0023】

本実施形態の接続部４２は、第１台座部４２ａと軸部４２ｂとを有している。第１台座部４２ａは、ケース本体２１の内底面２１ａに固定されている。軸部４２ｂの一端部は、第１台座部４２ａと繋がっているとともに、軸部４２ｂの他端部は、第１構成体４１ａと繋がっている。

【0024】

図１に示すように、本実施形態の第２固定部材５０は、拘束バンド５１と第２台座部５２とを有している。拘束バンド５１は、タンク本体３３の円筒部３３ａに巻きつけられている。拘束バンド５１は、第２台座部５２に接続されている。第２台座部５２は、ケース本体２１の内底面２１ａに固定されている。第２固定部材５０は、筐体２０に対してタンクアッセンブリ３０を固定している。

【0025】

［本実施形態の作用及び効果］
本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）筐体２０にタンクアッセンブリ３０を固定するための第１固定部材４０は、口金３４を拘束する拘束部４１と、拘束部４１と筐体２０とを接続する接続部４２とを有している。口金３４は拘束部４１によって拘束されているため、水素ガスの充填に伴ってタンク本体３３のドーム部３３ｂが膨張しても、口金３４は広がるように変形しにくい。したがって、口金３４の内周面とＯリング３８との間に隙間が生じにくい。また、拘束部４１は、既存の構成である第１固定部材４０に設けられている。よって、部品点数を増やすことなく、タンクアッセンブリ３０のシール性の低下を抑制できる。

【0026】

（２）拘束部４１は、円弧状の第１構成体４１ａと円弧状の第２構成体４１ｂとによって構成されている。第１構成体４１ａは、接続部４２と一体形成されている。第２構成体４１ｂは、第１構成体４１ａと別体である。したがって、例えば、蝶番等によって第２構成体４１ｂが第１構成体４１ａと一体化されている場合と比較して、第１固定部材４０の製造が容易である。

【0027】

また、蝶番等によって第２構成体４１ｂが第１構成体４１ａと一体化されている場合、拘束部４１の内側に口金３４を配置する際、第１構成体４１ａの内周面と第２構成体４１ｂの内周面とが互いに離れるように拘束部４１を開く必要がある。しかしながら、筐体２０内のスペースは限られているため、拘束部４１を開くためのスペースを確保できない場合がある。これに対し、本実施形態では、第１構成体４１ａと第２構成体４１ｂとによって口金３４を挟み込むだけで拘束部４１の内側に口金３４を配置できる。したがって、筐体２０内の限られたスペースであっても拘束部４１の内側に口金３４を配置しやすい。

【0028】

（３）タンクアッセンブリ３０は、第１固定部材４０及び第２固定部材５０によって、筐体２０に固定されている。したがって、タンクアッセンブリ３０が筐体２０内で転がることが規制されている。

【0029】

［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。

【0030】

○ 第１構成体４１ａと第２構成体４１ｂとを連結する連結部材は、ボルト４３及びナット４４に限定されない。例えば、第１構成体４１ａのフランジ４１２と第２構成体４１ｂのフランジ４１２とは、連結部材としてのクリップによって互いに連結されていてもよい。

【0031】

○ 口金３４が拘束部４１によって拘束されるのであれば、拘束部４１の構成は適宜変更されてもよい。
一例として、第２構成体４１ｂは、蝶番等によって第１構成体４１ａと一体化されていてもよい。この場合、第１固定部材４０がばらけることを回避できる。

【0032】

他の例として、拘束部４１は、口金３４の周方向に並ぶ３つ以上の構成体によって構成されていてもよい。口金３４の周方向に隣り合う構成体同士は、連結部材によって互いに連結される。

【0033】

○ 接続部４２によって拘束部４１と筐体２０とが接続されるのであれば、接続部４２の構成は適宜変更されてもよい。例えば、接続部４２は、軸部４２ｂのみを有していてもよい。この場合、軸部４２ｂにおける拘束部４１が位置する端部とは反対側の端部は、筐体２０に固定される。

【0034】

○ 接続部４２は、例えば、ケース本体２１の内側面や蓋２２の内面に固定されていてもよい。
○ 上記実施形態の筐体２０は一例である。筐体２０の形状や構成は適宜変更されてもよい。

【0035】

○ 筐体２０内においてタンクアッセンブリ３０が転がらない程度に筐体２０に対してタンクアッセンブリ３０が固定されていれば、第２固定部材５０は省略されてもよい。
○ 燃料電池ユニット１０は、第１固定部材４０を含む３つ以上の固定部材を備えていてもよい。

【0036】

○ 上記実施形態の第２固定部材５０は一例である。第２固定部材５０がタンクアッセンブリ３０を筐体２０に対して固定可能であれば、第２固定部材５０の構成は適宜変更されてもよい。

【0037】

○ タンク３１は、タンク本体３３と口金３４とが溶接されることによって形成されていてもよい。この場合、タンク本体３３と口金３４との境界には、継ぎ目が生じる。
○ タンク本体３３は、円筒部３３ａと一対のドーム部３３ｂとが溶接されることによって形成されていてもよい。この場合、円筒部３３ａと各ドーム部３３ｂとの境界には、継ぎ目が生じる。

【0038】

○ タンク３１は、鉄製でなくてもよい。タンク３１は、他の金属製であってもよい。
○ タンク３１は、樹脂製の外殻によって覆われていてもよい。
○ 口金３４は、タンク本体３３の軸方向の両端部に設けられていてもよい。この場合、燃料電池ユニット１０は、２つの第１固定部材４０を備えるのが好ましい。一方の第１固定部材４０の拘束部４１は、タンク本体３３の軸方向の一端部に位置する口金３４を拘束するとともに、他方の第１固定部材４０は、タンク本体３３の軸方向の他端部に位置する口金３４を拘束する。

【0039】

○ タンク本体３３の内部に充填されるガスは、水素ガスに限定されない。タンク本体３３の内部に充填されるガスは、他のガスであってもよい。
○ 燃料電池ユニット１０は、フォークリフト以外の車両に搭載されてもよい。

【0040】

○ 車両に対する燃料電池ユニット１０の搭載方向は適宜変更されてもよい。例えば、燃料電池ユニット１０は、タンク３１の軸方向が鉛直方向に延びるように車両に搭載されていてもよい。

【0041】

○ バルブユニット３２は、バルブ３５に加えて、逆止弁や減圧弁等のバルブを備えていてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１０…燃料電池ユニット、２０…筐体、３０…タンクアッセンブリ、３１…タンク、３２…バルブユニット、３３…タンク本体、３４…口金、３７…ノズル、３８…シール部材としてのＯリング、４０…固定部材としての第１固定部材、４１…拘束部、４１ａ…第１構成体、４１ｂ…第２構成体、４２…接続部。

【図1】

【図2】

【図3】