特許 7605321 燃料電池システム

(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】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20241217BHJP

   H01M 8/04007 20160101ALI20241217BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20241217BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20241217BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20241217BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/04007

H01M8/00 Z

B60K1/04 Z

H01M8/12 101

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023537764

(86)(22)【出願日】2021-07-26

(86)【国際出願番号】 JP2021027584

(87)【国際公開番号】W WO2023007555

(87)【国際公開日】2023-02-02

【審査請求日】2024-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】礒田 博之

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１８３２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１０４３０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－５３２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－９１８８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

Ｂ６０Ｋ １／００－６／１２

７／００－８／００

１６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池、前記燃料電池にアノードガスを供給するアノード流路、前記燃料電池にカソードガスを供給するカソード流路及び前記燃料電池に供給されるカソードガスを加熱する熱交換器を含む燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池ユニットに取り付けられ、前記カソード流路にカソードガスを分配供給するマニホールドを備え、
前記カソード流路は、前記熱交換器を通過する主流路と、前記熱交換器を迂回して前記主流路に接続するバイパス流路と、前記アノード流路に部分酸化改質用のガスを供給する部分改質流路とを有し、
前記マニホールドは、上流側から順に前記主流路に接続する第一流路と、前記第一流路の隣に設けられ前記バイパス流路に接続する第二流路と、前記第二流路の隣に設けられ前記部分改質流路に接続する第三流路とを備えたガス分配部材として構成され、前記第一流路と前記第二流路を連結する第一連通路と、前記第二流路と前記第三流路を連結する第二連通路とを含む連通路を備える、
燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記第二連通路は、前記第一連通路よりも流路断面積が小さい、
燃料電池システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記連通路は、下流に向かって流路が狭くなるようにテーパ状に形成される、
燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記第二連通路は前記第一連通路よりも長い、
燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記第一連通路と前記第二連通路とは、カソードガスの流れ方向における中心軸線が同一直線状になるように構成される、
燃料電池システム。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記マニホールドは、前記第二流路上に設けられ、前記バイパス流路に分配するカソードガスの量を調整する第一制御弁、及び前記第三流路上に設けられ、前記部分改質流路に分配するカソードガスの量を調整する第二制御弁の少なくともいずれかを備える、
燃料電池システム。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記マニホールドは、前記第一流路、前記第二流路及び前記第三流路を囲むように形成されたフランジを備え、
前記マニホールドは、前記フランジが前記燃料電池ユニットに固定される、
燃料電池システム。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池ユニットは、ブラケットを介して車両に固定され、
前記マニホールドは、前記第一流路、前記第二流路及び前記第三流路を囲むように形成されたフランジを備え、当該フランジが前記ブラケットに固定されることにより前記燃料電池ユニットに固定され、
前記ブラケットは、前記マニホールドの前記第一流路と前記主流路とを接続する第１貫通孔と、前記第二流路と前記バイパス流路とを接続する第２貫通孔と、前記第三流路と前記部分改質流路とを接続する第３貫通孔とを有し、
前記ブラケットを前記燃料電池ユニットに固定する固定部は、前記第１貫通孔、前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔を囲むように形成される、
燃料電池システム。

【請求項9】

請求項８に記載の燃料電池システムであって、
前記ブラケットには、カソードガス供給源としての空気供給装置が取り付けられる、
燃料電池システム。

【請求項10】

請求項７から９のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記マニホールドは、前記第二流路上に設けられ、前記バイパス流路に分配するカソードガスの量を調整する第一制御弁、及び前記第三流路上に設けられ、前記部分改質流路に分配するカソードガスの量を調整する第二制御弁を備え、
前記フランジは、前記マニホールドを前記燃料電池ユニットに固定するためのフランジ固定部を有し、
前記フランジ固定部は、前記マニホールドの前記第一流路、前記第二流路及び前記第三流路を囲むように形成される、
燃料電池システム。

【請求項11】

請求項７から９のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記フランジは、板厚が均一であり、
前記マニホールドの前記第一連通路及び前記第二連通路は、一直線上で前記フランジ表面に接している、
燃料電池システム。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記マニホールドは、前記第二流路上に設けられ、前記バイパス流路に分配するカソードガスの量を調整する第一制御弁、及び前記第三流路上に設けられ、前記部分改質流路に分配するカソードガスの量を調整する第二制御弁を備え、
前記第一制御弁は、第一弁体と、前記第二流路に固定される第一弁筒と、前記第一弁筒の先端に設けられた第一弁座とから構成され、
前記第二制御弁は、第二弁体と、前記第三流路に固定される第二弁筒と、前記第二弁筒の先端に設けられた第二弁座とから構成される、
燃料電池システム。

【請求項13】

請求項１２に記載の燃料電池システムであって、
前記マニホールドは、前記バイパス流路に接続する前記第二流路の出口及び前記部分改質流路に接続する前記第三流路の出口が下側になるように前記燃料電池ユニットに取り付けられ、
前記第一弁座及び前記第二弁座は、前記第一連通路及び前記第二連通路の底部よりも上方に位置する、
燃料電池システム。

【請求項14】

請求項１２または１３に記載の燃料電池システムであって、
前記第一弁筒の外周を囲む筒状の第一ハウジングと、
前記第二弁筒の外周を囲む筒状の第二ハウジングと、を備え、
前記第一ハウジングは、内周面が前記第一弁筒に接するとともに外周面が前記第二流路の内周面に接し、
前記第二ハウジングは、内周面が前記第二弁筒に接するとともに外周面が前記第三流路の内周面に接する、
燃料電池システム。

【請求項15】

請求項１２から１４のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記第一弁筒は前記第二流路に着脱可能に構成され、
前記第二弁筒は前記第三流路に着脱可能に構成された、
燃料電池システム。

【請求項16】

請求項１２から１５のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記第一弁筒は前記第二流路に着脱可能に構成され、
前記第二弁筒は前記第三流路に着脱可能に構成され、
前記第一弁体は前記第二流路に挿入されることで前記第二流路に取り付けられ、
前記第二弁体は前記第三流路に挿入されることで前記第三流路に取り付けられ、
前記第一弁体及び前記第二弁体の当該挿入方向は同方向である、
燃料電池システム。

【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】

ＷＯ２０１８／０５１４６８Ａ１には、カソードガス（空気）が流れるカソード流路が、熱交換器を通る経路（主流路）、熱交換器を迂回する経路（バイパス流路）、アノード流路に部分改質用の空気を供給する経路（ＰＯＸ流路）を有する燃料電池システムが開示されている。

【発明の概要】

【0003】

燃料電池システムのカソード流路がバイパス流路やＰＯＸ流路等を有する場合、これらの流路の下流側で必要な流量を満足させるために圧損設計が重要となる。しかしながら、ＷＯ２０１８／０５１４６８Ａ１では、カソード流路を主流路、バイパス流路及びＰＯＸ流路に分岐させる構造において、圧損設計が考慮されていない。このため、例えばＰＯＸ流路等のような、ガスの流量制御に比較的高い精度が要求される流路の圧損設計が難しくなる虞がある。

【0004】

本発明は、上記課題に鑑み、カソード流路における圧損設計が容易な燃料電池システムを提供することを目的とする。

【0005】

本発明の一態様によれば、燃料電池、燃料電池にアノードガスを供給するアノード流路、燃料電池にカソードガスを供給するカソード流路及び燃料電池に供給されるカソードガスを加熱する熱交換器を含む燃料電池ユニットを備える燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、燃料電池ユニットに取り付けられ、カソード流路にカソードガスを分配供給するマニホールドを備える。カソード流路は、熱交換器を通過する主流路と、熱交換器を迂回して主流路に接続するバイパス流路と、アノード流路に部分酸化改質用のガスを供給する部分改質流路とを有する。マニホールドは、上流側から順に主流路に接続する第一流路と、第一流路の隣に設けられバイパス流路に接続する第二流路と、第二流路の隣に設けられ部分改質流路に接続する第三流路とを備えたガス分配部材として構成される。また、マニホールドは、第一流路と第二流路を連結する第一連通路と、第二流と第三流路を連結する第二連通路とを含む連通路を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。

【図2】図２は、マニホールドの上面模式図である。

【図3】図３は、マニホールドの斜視図である。

【図4】図４は、マニホールドを、第一流路、第二流路及び第三流路の出口が下側になるように配置した図である。

【図5】図５は、燃料電池ユニットから取り外した状態のマニホールドの正面図である。

【図6】図６は、マニホールドから第一弁筒及び第二弁筒を取り外した状態の図である。

【図7】図７は、変形例によるマニホールドの上面模式図である。

【図8】図８は、第２実施形態による燃料電池システムにおけるマニホールドの上面図である。

【図9】図９は、第２実施形態の変形例によるマニホールドの上面模式図である。

【図10】図１０は、第３実施形態による燃料電池システムにおけるマニホールドの上面図である。

【図11】図１１は、第４実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。

【図12】図１２は、燃料電池ユニットからブラケットを取り外した状態の模式図である。

【図13】図１３は、燃料電池システムを搭載した車両の断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の概略構成図である。燃料電池システム１００は、例えば車両等に搭載され、燃料電池スタック１に対して発電に必要となる燃料ガス（アノードガス）及び酸化剤ガス（カソードガス）を供給し、燃料電池スタック１を車両走行用の電動モータ等の電気負荷に応じて発電させるシステムである。

【0009】

図１に示すように、燃料電池システム１００は、２つの燃料電池スタック１と補機構造体２とこれらを収容する筐体３とから成る燃料電池ユニット１０、及び燃料電池ユニット１０に取り付けられるマニホールド４等から構成される。

【0010】

燃料電池スタック（燃料電池）１は、補機構造体２の上面と下面とにそれぞれ配置されている。燃料電池スタック１は、複数の燃料電池または燃料電池単位セルを積層して構成され、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する。燃料電池スタック１の発電源である個々の燃料電池は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

【0011】

補機構造体２は、金属等の塊から成る略直方体状の構造体で、２つの燃料電池スタック１の間に介在している。補機構造体２は、燃料電池スタック１にアノードガスを供給するアノード流路と燃料電池スタック１にカソードガスを供給するカソード流路とを含むガス流路、及び燃料電池スタック１に供給されるカソードガスを加熱する熱交換器等を内蔵する。補機構造体２に内蔵されるガス流路は、補機構造体２の側面を介して補機構造体２外部のガス供給路に接続されるとともに、補機構造体２の上面または下面を介して燃料電池スタック１に接続している。これにより、補機構造体２の外部からのアノードガス及びカソードガスが補機構造体２の内部のガス流路を通過して燃料電池スタック１に供給される。なお、補機構造体２は、さらに排気流路、燃焼器等を内蔵してもよく、また、補機構造体２に内蔵される熱交換器は、燃焼器と一体型の熱交換器であってもよい。

【0012】

補機構造体２に内蔵されるカソード流路は、熱交換器を通過する主流路２１と、熱交換器を迂回して主流路２１に接続するバイパス流路２２と、アノード流路に接続するＰＯＸ流路（部分改質流路）２３とを有している。主流路２１は、熱交換器により加熱されたカソードガスを燃料電池スタック１に供給する流路である。バイパス流路２２は熱交換器を迂回した加熱されていない空気（以下、温調ガスとする）を主流路２１に供給することで燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの温度を調整するための流路である。また、ＰＯＸ流路２３は、アノード流路に部分改質用のガス（以下、改質ガスとする）を供給する流路である。主流路２１、バイパス流路２２、ＰＯＸ流路２３の一端は、補機構造体２の内部から燃料電池ユニット１０を収容する筐体３の内周面まで延びている。

【0013】

筐体３は金属等からなり、燃料電池スタック１及び補機構造体２を収容する。筐体３には、マニホールド４が固定されている。また、筐体３は、複数のガス供給口を有し、各ガス供給口は、補機構造体２に内蔵される主流路２１、バイパス流路２２、ＰＯＸ流路２３等のガス流路にそれぞれ接続している。燃料電池スタック１、補機構造体２及び筐体３は、燃料電池ユニット１０を構成する。

【0014】

マニホールド４は、補機構造体２内のカソード流路にカソードガスを分配供給する部材であり、燃料電池ユニット１０の筐体３に取り付けられている。マニホールド４の入口４４は、コンプレッサ等のカソードガス供給源（不図示）に接続される。マニホールド４は、上流側から順に、筐体３のガス供給口を介してそれぞれカソード流路の主流路２１に接続する第一流路４１と、バイパス流路２２に接続する第二流路４２と、ＰＯＸ流路２３に接続する第三流路４３とを備える。なお、マニホールド４と筐体３との間に、マニホールド４の第一、第二、第三流路４１，４２，４３と燃料電池ユニット１０のカソード流路との接続部分を補強するための補強材を設けてもよい。また、マニホールド４の詳細は後述する。

【0015】

以上のように構成された燃料電池システム１００では、コンプレッサ等の空気供給装置により取り込まれた空気（カソードガス）がマニホールド４を介してカソード流路に供給される。

【0016】

ところで、燃料電池システムのカソード流路がバイパス流路やＰＯＸ流路等を有する場合、これらの流路の下流側で必要な流量を満足させるために圧損設計が重要となる。ここで、バイパス流路やＰＯＸ流路に分岐する位置や構造を適切に設定しないと、流路の圧損設計が難しくなる虞がある。例えば、分岐後のバイパス流路やＰＯＸ流路が長い場合や、分岐箇所を複数設けた場合等には、圧損設計要素が増え、流路の設計が複雑になる。また、バイパス流路には比較的高い流量のガスを流す必要がある一方、ＰＯＸ流量の制御は比較的高い精度が要求されるため、ＰＯＸ流路には低流量のガスを供給することが求められる。従って、ＰＯＸ流路のように、ガスの流量に比較的高い制御精度が要求される流路を、主流路のような流量の大きい流路から直接分岐させると、ガス流量の調整が難しくなり、流路の設計が難しくなる虞がある。

【0017】

これに対し、本実施形態では、カソード流路にカソードガスを分配供給するマニホールド４を燃料電池ユニット１０に取り付け、マニホールド４を、上流側から順にそれぞれ主流路２１、バイパス流路２２、ＰＯＸ流路２３に接続する第一、第二、第三流路４１，４２，４３を備える構成とした。即ち、高流量が必要な主流路２１、バイパス流路２２に接続する第一、第二流路４１，４２を上流側に設け、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に接続する第三流路４３を最も下流側に設けることとした。これにより、マニホールド４からＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損は、主流路２１及びバイパス流路２２に供給されるカソードガスの圧損よりも大きくなる。このように、高流量が必要な主流路２１及びバイパス流路２２に供給されるカソードガスの圧損は小さく、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損は大きくなるため、カソード流路における圧損設計が容易になる。また、マニホールド４を用いて主流路２１、バイパス流路２２及びＰＯＸ流路２３にカソードガスを分配しているため、カソード流路に分岐箇所を複数設けた場合に比べて部品点数が削減され、低コスト化、組立の簡素化、作業工程の低減及びシステムの小型化が実現される。また、マニホールド４を、燃料電池スタック１、熱交換器、アノード流路及びカソード流路等のガス流路を含む燃料電池ユニット１０に取り付けているため、マニホールド４と燃料電池スタック１やガス流路との距離を近くすることができる。従って、主流路２１、バイパス流路２２、ＰＯＸ流路２３を短くすることができ、各流路の圧損設計がより容易になる。

【0018】

以下、マニホールド４の詳細を説明する。

【0019】

図２はマニホールド４の上面模式図、図３はマニホールド４の斜視図である。図２及び図３はいずれも燃料電池ユニット１０からマニホールド４を取り外した状態の図である。

【0020】

前述のとおり、マニホールド４は、燃料電池ユニット１０のカソード流路にカソードガスを分配供給する部材である。図２及び図３に示すように、マニホールド４は、入口４４に近い方（即ち、上流側）から順に、第一流路４１と、第一流路４１の隣に設けられた第二流路４２と、第二流路４２の隣に設けられた第三流路４３とを一体的に備える。第一流路４１はカソードガスをカソード流路の主流路２１に供給する流路であり、第二流路４２はカソードガスをバイパス流路２２に供給する流路であり、第三流路４３はカソードガスをＰＯＸ流路２３に供給する流路である。

【0021】

また、マニホールド４は、第一流路４１と第二流路４２を連結する第一連通路４５ａと、第二流路４２と第三流路４３とを連結する第二連通路４５ｂとを含む連通路４５を備える。図２に示すように、第二連通路４５ｂは、第一連通路４５ａよりも流路断面積が小さい。また、第二連通路４５ｂは、第一連通路４５ａよりも通路の長さが長い。

【0022】

マニホールド４の第二流路４２上には、バイパス流路２２に分配されるカソードガスの量を調整する第一制御弁４７が設けられ、第三流路４３上には、ＰＯＸ流路２３に分配されるカソードガスの量を調整する第二制御弁４８が設けられている。

【0023】

第一制御弁４７は、ステッピングモータバルブであり、電動式の第一弁体４７１と、第二流路４２に固定される中空円筒状の第一弁筒４７２と、第一弁筒４７２の先端に設けられた第一弁座４７３とから構成される。第一弁筒４７２の中空部分はカソードガスが通過する通路であり、バイパス流路２２に接続する。第一制御弁４７は、ステッピングモータにより第一弁体４７１の位置を制御することで開度が調整され、これによりバイパス流路２２に分配するカソードガスの流量（バイパス流量）が調整される。

【0024】

第二制御弁４８は、ソレノイドバルブであり、第三流路４３を開閉する第二弁体４８１と、第三流路４３に固定される中空円筒状の第二弁筒４８２と、第二弁筒４８２の先端に設けられた第二弁座４８３とから構成される。第二弁筒４８２の中空部分はカソードガスが通過する通路であり、ＰＯＸ流路２３に接続する。第二制御弁４８は、電磁力により第二弁体４８１を作動することで開閉され、これによりＰＯＸ流路２３に分配するカソードガスの流量（ＰＯＸ流量）が調整される。

【0025】

なお、第一流路４１から主流路２１に供給されるカソードガスの流量は、カソードガス供給源のコンプレッサ等により調整することができる。

【0026】

このように、カソード流路にカソードガスを分配するマニホールド４と各流路に流すカソードガスの量を調整する制御弁とを一体化しているため、マニホールド４とは別の構成として制御弁を設ける必要がなく、システム全体の部品点数を削減することができる。

【0027】

コンプレッサ（空気供給装置）から入口４４を介してマニホールド４内にカソードガスが供給されると、マニホールド４内のカソードガスは、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３に分配供給される。具体的には、カソードガスの一部は入口４４から直接、第一流路４１に供給され、一部は入口４４から第一連通路４５ａを通過して第二流路４２に供給され、一部は入口４４から第一連通路４５ａを通過し、第二流路４２を横切って、さらに第二連通路４５ｂを通過して第三流路４３に供給される。このとき、入口４４から各流路に供給されるまでのカソードガスの圧損は、上流側の流路に供給されるカソードガスほど小さくなる。即ち、マニホールド４の各流路に到達するまでのカソードガスの圧損は、主流路２１に接続される最上流の第一流路４１で最も小さく、第一流路４１の隣に設けられ、バイパス流路２２に接続される第二流路４２が次に小さく、ＰＯＸ流路２３に接続される最下流の第三流路４３で最も大きくなる。これにより、高流量が必要な主流路２１及びバイパス流路２２に供給されるカソードガスの圧損は小さく、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損は大きくなるため、カソード流路における圧損設計が容易になる。

【0028】

また、連通路４５のうち、下流側の第二連通路４５ｂは、上流側の第一連通路４５ａよりも流路断面積が小さいため、カソードガスの圧損は第二連通路４５ｂの方が第一連通路４５ａよりも大きくなる。このため、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損はより大きくなり、カソード流路における圧損設計がより容易になる。

【0029】

また、下流側の第二連通路４５ｂは、上流側の第一連通路４５ａよりも通路の長さが長いため、長さの違いによっても第二連通路４５ｂの方が第一連通路４５ａよりもカソードガスの圧損が大きくなる。このため、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損はより大きくなり、カソード流路における圧損設計がより容易になる。

【0030】

さらに、第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂを通過して第三流路４３に供給されるカソードガスは、第二流路４２を横切る際に第二流路４２上に設けられた第一制御弁４７によって流れが妨げられる。従って、第三流路４３からＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損はさらに大きくなり、カソード流路における圧損設計がさらに容易になる。

【0031】

なお、マニホールド４は、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成されたフランジ４６を備える。図３に示すように、フランジ４６の周縁には、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むようにフランジ固定部４６１が形成されている。マニホールド４は、第一流路４１の出口４１１、第二流路４２の出口４２１及び第三流路４３の出口４３１が、それぞれ主流路２１、バイパス流路２２及びＰＯＸ流路２３に接続する筐体３の各ガス供給口に重なるように、筐体３に固定される（図１、図２）。また、マニホールド４は、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成されたフランジ固定部４６１においてボルト等により燃料電池ユニット１０（筐体３）に固定される（図１）。このように、マニホールド４を燃料電池ユニット１０に固定するフランジ固定部４６１が、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成されているため、マニホールド４の取付剛性、取付強度が向上するとともに、取付面圧が均一化する。これにより、マニホールド４の各流路４１，４２，４３と燃料電池ユニット１０内のカソード流路との接続箇所におけるシール性が向上する。

【0032】

次に、第一制御弁４７及び第二制御弁４８の詳細を説明する。

【0033】

前述の通り、第一制御弁４７は、電動式の第一弁体４７１と、第二流路４２に固定される第一弁筒４７２と、第一弁筒４７２の先端に設けられた第一弁座４７３とから構成される。また、第二制御弁４８は、第三流路４３を開閉する第二弁体４８１と、第三流路４３に固定される第二弁筒４８２と、第二弁筒４８２の先端に設けられた第二弁座４８３とから構成される。

【0034】

図４に示すように、マニホールド４を、第一流路４１の出口４１１、第二流路４２の出口４２１及び第三流路４３の出口４３１が下側になるように設置した場合、第一弁座４７３は、第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂの底部よりも上方に位置する。即ち、第一弁座４７３は、図４の第一連通路４５ａの底部の高さを示す直線Ｘ_１及び第二連通路４５ｂの底部の高さを示す直線Ｘ_２よりも上方に位置する。同様に、マニホールド４を、第一流路４１の出口４１１、第二流路４２の出口４２１及び第三流路４３の出口４３１が下側になるように設置した場合、第二弁座４８３は、第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂの底部よりも上方に位置する。即ち、第二弁座４８３は、図４の直線Ｘ_１及び第二連通路４５ｂの直線Ｘ_２よりも上方に位置する。これにより、連通路４５に結露水が滞留した場合でも、第一弁座４７３及び第二弁座４８３が第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂの底部よりも上方に位置するため、第一弁体４７１及び第二弁体４８１が凍結固着することが回避される。即ち、第一弁体４７１、第二弁体４８１は、それぞれ第一弁座４７３、第二弁座４８３より上方にあるため、結露水は第一弁体４７１及び第二弁体４８１まで到達せず、第一弁体４７１及び第二弁体４８１の凍結固着が防止される。

【0035】

図５は、燃料電池ユニット１０から取り外した状態のマニホールド４の正面図であり、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３の出口４１１，４２１，４３１方向から見た図である。

【0036】

図５に示すように、第二流路４２には中空円筒状の第一弁筒４７２が固定され、第三流路４３には中空円筒状の第二弁筒４８２が固定されている。また、第一弁筒４７２の外周には、内周面が第一弁筒４７２に接する筒状の第一ハウジング４７４が設けられている。第一ハウジング４７４は第一弁筒４７２の外周を囲み、第一ハウジング４７４の外周面は、第二流路４２の内周面に接している。同様に、第二弁筒４８２の外周には、内周面が第二弁筒４８２に接する筒状の第二ハウジング４８４が設けられている。第二ハウジング４８４は第二弁筒４８２の外周を囲み、第二ハウジング４８４の外周面は、第三流路４３の内周面に接している。このようにハウジング４７４，４８４が設けられることにより、第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２の先端に位置する第一弁座４７３及び第二弁座４８３の外周縁は、それぞれハウジング４７４，４８４の厚み分だけ第二流路４２、第三流路４３の中心部に近くなる。従って、マニホールド４を、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３の流れ方向が地面に対し水平になるように設置した場合、ハウジング４７４，４８４が無い場合に比べて、第一弁座４７３及び第二弁座４８３の下部がハウジング４７４，４８４の厚み分だけ上方に位置することになる。例えば、図５では、第一ハウジング４７４及び第二ハウジング４８４があるために、第一弁座４７３及び第二弁座４８３は第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂの底部よりも上方に位置する（図５では、第一弁筒４７２と第二弁筒４８２が第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂの底部よりも上方に位置しているが、第一弁座４７３及び第二弁座４８３と第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２は等しい高さの位置にある）。即ち、第一弁座４７３及び第二弁座４８３は、図５の第一連通路４５ａの底部の高さを示す直線Ｙ_１及び第二連通路４５ｂの底部の高さを示す直線Ｙ_２よりも上方に位置する。このように、第一ハウジング４７４及び第二ハウジング４８４によって第一弁座４７３及び第二弁座４８３は上方に位置するため、連通路４５に結露水が滞留した場合でも、第一弁体４７１及び第二弁体４８１が凍結固着することが回避される。即ち、第一弁体４７１及び第二弁体４８１は第一弁座４７３及び第二弁座４８３と高さが等しい位置に設けられているため、連通路４５に滞留した結露水は第一弁体４７１及び第二弁体４８１まで到達せず、第一弁体４７１及び第二弁体４８１の凍結固着が防止される。

【0037】

また、第一制御弁４７の第一弁筒４７２は第二流路４２から着脱可能に構成され、第二制御弁４８の第二弁筒４８２は第三流路４３から着脱可能に構成される。図６は、燃料電池ユニット１０から取り外した状態のマニホールド４の斜視図であり、マニホールド４から第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２を取り外した状態の図である。第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２は、例えばそれぞれ第二流路４２及び第三流路４３内にねじ込まれることにより、第二流路４２及び第三流路４３に固定される。前述の通り、第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２は中空円筒形状に構成され、中空部分はカソードガスが通過する通路である。従って、中空部分のサイズの異なる第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２を使用することで、バイパス流路２２及びＰＯＸ流路２３に供給するカソードガスの流量の調整範囲を変更することができる。本実施形態では、第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２を第二流路４２及び第三流路４３から着脱可能に構成しているため、マニホールド４全体を交換することなく、第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２を交換するだけで流量調整範囲を変更することができる。また、図６に示すように、第一弁筒４７２と第二弁筒４８２は、同方向からそれぞれ第二流路４２及び第三流路４３に挿入され取り付けられる。このように、第一弁筒４７２と第二弁筒４８２を同方向から第二流路４２及び第三流路４３に挿入可能に構成しているため、組立時の作業性が向上する。

【0038】

上記した第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

【0039】

燃料電池システム１００は、燃料電池ユニット１０に取り付けられ、カソード流路にカソードガスを分配供給するマニホールド４を備える。カソード流路は、熱交換器を通過する主流路２１と、熱交換器を迂回して主流路２１に接続するバイパス流路２２と、アノード流路に部分酸化改質用のガスを供給するＰＯＸ流路（部分改質流路）２３とを有している。マニホールド４は、上流側から順に主流路２１に接続する第一流路４１と、第一流路４１の隣に設けられバイパス流路２２に接続する第二流路４２と、第二流路４２の隣に設けられＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に接続する第三流路４３とを備えたガス分配部材として構成される。このように、高流量が必要な主流路２１、バイパス流路２２に接続する第一、第二流路４１，４２を上流側に設け、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に接続する第三流路４３を最も下流側に設けている。これにより、マニホールド４からＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に供給されるカソードガスの圧損は、主流路２１及びバイパス流路２２に供給されるカソードガスの圧損よりも大きくなる。即ち、高流量が必要な主流路２１及びバイパス流路２２に供給されるカソードガスの圧損は小さく、低流量が求められるＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に供給されるカソードガスの圧損は大きくなるため、カソード流路における圧損設計が容易になる。

【0040】

また、カソードガスをマニホールド４により主流路２１、バイパス流路２２及びＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に分配しているため、カソード流路に分岐箇所を複数設けた場合に比べて部品点数が削減される。従って、低コスト化、組立の簡素化、作業工程の低減及びシステムの小型化を実現することができる。

【0041】

また、マニホールド４を、燃料電池スタック１、熱交換器、アノード流路及びカソード流路等のガス流路を含む燃料電池ユニット１０に取り付けているため、マニホールド４と燃料電池スタック１やガス流路との距離を近くすることができる。従って、主流路２１、バイパス流路２２及びＰＯＸ流路（部分改質流路）２３を短くすることができ、各流路の圧損設計がより容易になる。

【0042】

燃料電池システム１００は、マニホールド４が第一流路４１と第二流路４２を連結する第一連通路４５ａと、第二流路４２と第三流路４３を連結する第二連通路４５ｂとを含む連通路４５を備え、第二連通路４５ｂは、第一連通路４５ａよりも流路断面積が小さい。これにより、カソードガスの圧損は下流側の第二連通路４５ｂの方が上流側の第一連通路４５ａよりも大きくなる。このため、低流量が求められるＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に供給されるカソードガスの圧損はより大きくなり、カソード流路における圧損設計がより容易になる。

【0043】

燃料電池システム１００は、マニホールド４の第二連通路４５ｂが第一連通路４５ａよりも長い。これにより、カソードガスの圧損は下流側の第二連通路４５ｂの方が上流側の第一連通路４５ａよりもより大きくなる。このため、低流量が求められるＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に供給されるカソードガスの圧損がより大きくなり、カソード流路における圧損設計がより容易になる。

【0044】

燃料電池システム１００は、マニホールド４が第二流路４２上に設けられ、バイパス流路２２に分配するカソードガスの量（バイパス流量）を調整する第一制御弁４７と、第三流路４３上に設けられ、ＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に分配するカソードガスの量（ＰＯＸ流量）を調整する第二制御弁４８とを備える。このように、カソード流路にカソードガスを分配するマニホールド４と各流路に流すカソードガスの量を調整する制御弁とを一体化しているため、制御弁を別途設ける必要がなく、システム全体の部品点数を削減することができる。従って、低コスト化、組立の簡素化、作業工程の低減及びシステムの小型化を実現することができる。

【0045】

また、第二流路４２上にバイパス流量を調整する第一制御弁４７を設けているため、第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂを通過して第三流路４３に供給されるカソードガスは、第二流路４２を横切る際に第一制御弁４７によって流れが妨げられる。従って、第三流路４３からＰＯＸ流路（部分改質流路）２３に供給されるカソードガスの圧損はさらに大きくなり、カソード流路における圧損設計がさらに容易になる。

【0046】

燃料電池システム１００は、マニホールド４が第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成されたフランジ４６を備える。フランジ４６は、マニホールド４を燃料電池ユニット１０に固定するためのフランジ固定部４６１を有し、フランジ固定部４６１は、マニホールド４の第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成される。このように、マニホールド４を燃料電池ユニット１０に固定するフランジ固定部４６１が、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成されているため、マニホールド４の取付剛性、取付強度が向上するとともに、取付面圧が均一化する。これにより、マニホールド４の各流路４１，４２，４３と燃料電池ユニット１０内のカソード流路との接続箇所におけるシール性が向上する。

【0047】

燃料電池システム１００は、第一制御弁４７が、第一弁体４７１と、第二流路４２に固定される第一弁筒４７２と、第一弁筒４７２の先端に設けられた第一弁座４７３とから構成される。また、第二制御弁４８は、第二弁体４８１と、第三流路４３に固定される第二弁筒４８２と、第二弁筒４８２の先端に設けられた第二弁座４８３とから構成される。そして、マニホールド４を第二流路４２の出口４２１及び第三流路４３の出口４３１が下側になるように燃料電池ユニット１０に取り付けた場合、第一弁座４７３及び第二弁座４８３は、第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂよりも上方に位置する。これにより、連通路４５に結露水が滞留した場合でも、第一弁体４７１及び第二弁体４８１が凍結固着することが回避される。

【0048】

燃料電池システム１００は、第一弁筒４７２の外周を囲む筒状の第一ハウジング４７４と、第二弁筒４８２の外周を囲む筒状の第二ハウジング４８４とを備える。第一ハウジング４７４は、内周面が第一弁筒４７２に接するとともに外周面が第二流路４２の内周面に接し、第二ハウジング４８４は、内周面が第二弁筒４８２に接するとともに外周面が第三流路４３の内周面に接する。これにより、マニホールド４を、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３の流れ方向が地面に対し水平になるように設置した場合、第一弁座４７３及び第二弁座４８３の下部は、ハウジング４７４，４８４が無い場合に比べ、それぞれハウジング４７４，４８４の厚み分だけ上方に位置する。従って、連通路４５に結露水が滞留した場合でも、第一弁体４７１及び第二弁体４８１が凍結固着することが防止される。

【0049】

燃料電池システム１００は、第一弁筒４７２が第二流路４２に着脱可能に構成され、第二弁筒４８２が第三流路４３に着脱可能に構成される。これにより、マニホールド４全体を交換することなく、第一弁筒４７２及び第二弁筒４８２を交換するだけで流量調整範囲を変更することができる。

【0050】

燃料電池システム１００は、第一弁体４７１、第二弁体４８１は、それぞれ第二流路４２、第三流路４３に挿入されることで、第二流路４２、第三流路４３に取り付けられ、第一弁体４７１及び第二弁体４８１の当該挿入方向は同方向である。このように、第一弁筒４７２と第二弁筒４８２を同方向から第二流路４２及び第三流路４３に挿入可能に構成しているため、組立時の作業性が向上する。

【0051】

なお、本実施形態の図２では、マニホールド４の第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂをいずれも直線的な円筒状に形成しているが、これに限られない。例えば、図７に示すように、連通路４５全体をテーパ状に形成してもよい。このような形状であっても、第二連通路４５ｂの流路面積は、第一連通路４５ａよりも小さくなるため、カソードガスの圧損は下流側の第二連通路４５ｂの方が上流側の第一連通路４５ａよりも大きくなる。従って、低流量が求められるＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損はより大きくなり、カソード流路における圧損設計がより容易になる。

【0052】

また、図２や図７のように、下流側の第二連通路４５ｂの流路断面積を上流側の第一連通路４５ａよりも小さくすることが好ましいが、必ずしもこれに限られず、例えば第一連通路４５ａと第二連通路４５ｂの流路断面積は等しくてもよい。この場合でも、ＰＯＸ流路２３に接続する第三流路４３をマニホールド４の下流に設けていれば、ＰＯＸ流路２３に供給されるカソードガスの圧損は大きくなるため、カソード流路における圧損設計が容易になる。

【0053】

同様に、本実施形態のように、マニホールド４の第二連通路４５ｂは、第一連通路４５ａよりも長いことが好ましいが、必ずしもこれに限られず、例えば第一連通路４５ａと第二連通路４５ｂの長さが等しくてもよい。

【0054】

また、本実施形態のように、カソード流路にカソードガスを分配するマニホールド４と各流路に流すカソードガスの量を調整する制御弁とは、一体化することが好ましいが、必ずしもこれに限られない。例えば、第一制御弁４７や第二制御弁４８をマニホールド４とは別の構成としてマニホールド４の下流に設けてもよい。また、バイパス流量を調整する第一制御弁４７と、ＰＯＸ流量を調整する第二制御弁４８の一方のみをマニホールド４に設けてもよい。

【0055】

また、本実施形態のように、マニホールド４をフランジ４６のフランジ固定部４６１により燃料電池ユニット１０に固定することが好ましいが、マニホールド４を燃料電池ユニット１０に固定する方法は必ずしもこれに限られず、既知の如何なる方法で固定してもよい。

【0056】

また、本実施形態では、第一制御弁４７をステッピングモータバルブ、第二制御弁４８をソレノイドバルブとしたが、これに限られず、カソードガスの量を調整する制御装置は既知の如何なるものを用いてもよい。

【0057】

また、本実施形態のように、弁筒４７２，４８２の外周にハウジング４７４，４８４を備えることが好ましいが、必ずしもこれに限られず、ハウジング４７４，４８４を設けない構成であってもよい。

【0058】

また、本実施形態のように、弁筒４７２，４８２を同方向から着脱可能に構成することが好ましいが、必ずしもこれに限られず、弁筒４７２，４８２を取り外せない構造であってもよく、また、例えば、第一弁筒４７２と第二弁筒４８２の着脱方向が異なっていてもよい。

【0059】

また、本実施形態では、２つの燃料電池スタック１の間に補機構造体２を介在させる構成としているが、燃料電池スタック１の個数や燃料電池スタック１と補機構造体２との位置関係は必ずしもこれに限られず、任意に設定することができる。

【0060】

（第２実施形態）
図８を参照して、第２実施形態による燃料電池システム１００を説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0061】

図８は、第２実施形態による燃料電池システム１００におけるマニホールド４の上面図である。本実施形態では、マニホールド４の連通路４５の位置が第１実施形態と異なる。

【0062】

図８に示すように、本実施形態においても、マニホールド４の連通路４５は、第二連通路４５ｂの流路面積が、第一連通路４５ａよりも小さく、また、第二連通路４５ｂは、第一連通路４５ａよりも通路の長さが長い。

【0063】

一方、第一実施形態と異なり、第一連通路４５ａと第二連通路４５ｂとは、カソードガスの流れ方向における中心軸線Ｌが同一直線状になるように構成されている。これにより、連通路４５の配管を加工する際、ドリルやリーマを一方向の穴（例えば図６の第一流路４１の左壁に開けた穴）から挿入して加工することができる。従って、連通路４５の配管の加工工数が減少し、低コスト化が実現される。また、加工が容易になり、鋳物等によって連通路４５の配管を加工する場合に比べ孔径の誤差等が減少し、加工精度が向上する。

【0064】

なお、本実施形態でも、第一実施形態と同様に、マニホールド４の第二連通路４５ｂを、第一連通路４５ａよりも流路面積は小さく、通路の長さは長くしているが、必ずしもこれに限られない。例えば、第一連通路４５ａと第二連通路４５ｂの流路面積や長さを等しくしてもよい。

【0065】

また、本実施形態の図８では、マニホールド４の第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂをいずれも直線的な円筒状に形成しているが、これに限られない。例えば、連通路４５全体を図９に示すようなテーパ状に形成してもよい。このような形状であっても、第一連通路４５ａと第二連通路４５ｂの中心軸線Ｌが同一直線状になっていれば、ドリルやリーマを一方向の穴から挿入して連通路４５の配管を加工することができる。

【0066】

（第３実施形態）
図１０を参照して、第３実施形態による燃料電池システム１００を説明する。なお、他の実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0067】

図１０は、第３実施形態による燃料電池システム１００におけるマニホールドの上面図である。本実施形態では、マニホールド４の連通路４５の位置が他の実施形態と異なる。

【0068】

図１０に示すように、本実施形態においても、他の実施形態と同様に、マニホールド４の連通路４５は、第二連通路４５ｂの流路面積が、第一連通路４５ａよりも小さく、また、第二連通路４５ｂは、第一連通路４５ａよりも通路の長さが長い。

【0069】

一方、他の実施形態と異なり、第一連通路４５ａ及び第二連通路４５ｂは、図１０に示すように、一直線（直線Ｍ）上でフランジ４６の表面に接している。このように連通路４５が一直線上でフランジ４６の表面に当接するため、フランジ４６の板厚を一定にすることができる。これにより、マニホールド４を燃料電池ユニット１０に取り付ける際、燃料電池ユニット１０に当接するフランジ４６のシール面４６２の面圧を均一化することができる。これにより、マニホールド４の各流路４１，４２，４３と燃料電池ユニット１０内のカソード流路との接続箇所におけるシール性が向上する。

【0070】

なお、本実施形態でも、他の実施形態と同様に、マニホールド４の第二連通路４５ｂを、第一連通路４５ａよりも流路面積は小さく、通路の長さは長くしているが、必ずしもこれに限られない。例えば、第一連通路４５ａと第二連通路４５ｂの流路面積や長さを等しくしてもよい。

【0071】

（第４実施形態）
図１１～図１３を参照して、第４実施形態による燃料電池システム１００を説明する。なお、他の実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0072】

図１１は、第４実施形態による燃料電池システム１００の概略構成図である。本実施形態では、マニホールド４がブラケット５を介して燃料電池ユニット１０に取り付けられる点が他の実施形態と異なる。

【0073】

図１１に示すように、本実施形態では、燃料電池ユニット１０を燃料電池システム１００が搭載される車両に固定するブラケット５が筐体３に取り付けられている。

【0074】

ブラケット５は、筐体３の外周側の側面に当接する表面を有するケース側固定部５１と、ケース側固定部５１から屈曲して、筐体３の側面に対し略垂直な方向に延設される延設部５２とを有する。ケース側固定部５１における筐体３に当接する表面とは反対側の面には、マニホールド４が取り付けられている。後述するように、ブラケット５は、延設部５２の上面において、燃料電池システム１００が搭載される車両のサイドメンバー６に取り付けられる第２ブラケット７に固定される（図１３参照）。延設部５２の下面には、肉抜きされた複数の穴５３が形成されている。これにより、ブラケット５が軽量化される。さらに、延設部５２の下面には、カソードガス供給源としてのコンプレッサ（空気供給装置）８が取り付けられている。また、ブラケット５は、筐体３のガス供給口を介して補機構造体２に内蔵されるガス流路に接続するガス供給口を有している。

【0075】

図１２は、燃料電池ユニット１０（筐体３）からマニホールド４及びブラケット５を取り外した状態の模式図である。図１２に示すように、筐体３は、一つの側面にガス供給口であるカソードガス供給口３１、温調ガス供給口３２、改質ガス供給口３３を有している。補機構造体２の内部から筐体３の内周面まで延びる主流路２１、バイパス流路２２、ＰＯＸ流路２３は、それぞれカソードガス供給口３１、温調ガス供給口３２、改質ガス供給口３３に接続するように、筐体３に固定されている。一方、ブラケット５は、ケース側固定部５１に第１貫通孔５４、第２貫通孔５５、第３貫通孔５６を有している。ブラケット５は、第１貫通孔５４、第２貫通孔５５、第３貫通孔５６がそれぞれ筐体３のカソードガス供給口３１、温調ガス供給口３２、改質ガス供給口３３に重なるように取り付けられる。これにより、第１貫通孔５４とカソードガス供給口３１、第２貫通孔５５と温調ガス供給口３２、及び第３貫通孔５６と改質ガス供給口３３は、それぞれカソードガス、温調ガス、改質ガスが通過する孔を形成する。

【0076】

図１１に示すように、マニホールド４は、フランジ４６がブラケット５のケース側固定部５１に固定されている。即ち、マニホールド４は、フランジ４６がブラケット５に固定されることで、燃料電池ユニット１０に固定される。また、マニホールド４は、第一流路４１がブラケット５の第１貫通孔５４に、第二流路４２がブラケット５の第２貫通孔５５に、第三流路４３がブラケット５の第３貫通孔５６にそれぞれ連結されるように、ブラケット５に取り付けられている。従って、マニホールド４の第一流路４１は、ブラケット５の第１貫通孔５４及び筐体３のカソードガス供給口３１を介して主流路２１に接続される。同様に、マニホールド４の第二流路４２は、ブラケット５の第２貫通孔５５及び筐体３の温調ガス供給口３２を介してバイパス流路２２に接続され、マニホールド４の第三流路４３は、ブラケット５の第３貫通孔５６及び筐体３の改質ガス供給口３３を介してＰＯＸ流路２３に接続される。なお、マニホールド４の入口４４は、配管またはホース管等を介してコンプレッサ８に接続されている。

【0077】

また、図１２に示すように、ブラケット５には、第１貫通孔５４、第２貫通孔５５、第３貫通孔５６を囲むように固定部５７が形成されており、図１１に示すように、ブラケット５は、固定部５７においてボルト等により筐体３に固定される。

【0078】

このように、ブラケット５は、マニホールド４の第一流路４１と主流路２１とを接続する第１貫通孔５４と、第二流路４２とバイパス流路２２とを接続する第２貫通孔５５と、第三流路４３とＰＯＸ流路２３とを接続する第３貫通孔５６とを有している。従って、燃料電池ユニット１０を燃料電池システム１００が搭載される車両に固定するブラケット５を、カソード流路２１，２２，２３とマニホールド４との接続部の補強材として兼用することができる。これにより、カソード流路２１，２２，２３とマニホールド４との接続部の補強材を別途設ける場合に比べて、システムの部品点数を削減でき、軽量化、低コスト化が実現される。また、筐体３（燃料電池ユニット１０）に取り付けられる部品数が多くなると、当該部品を介して筐体３外部への放熱が多くなるが、上記の通り、ブラケット５を補強材として兼用することで部品点数が削減されるため、筐体３からの放熱を抑制することができる。

【0079】

また、ブラケット５を燃料電池ユニット１０に固定する固定部５７が、第１貫通孔５４、第２貫通孔５５及び第３貫通孔５６を囲むように形成されているため、ブラケット５の取付剛性、取付強度が向上するとともに、取付面圧が均一化する。これにより、ブラケット５の貫通孔５４，５５，５６と燃料電池ユニット１０内のカソード流路とのシール性が向上する。

【0080】

図１３は、燃料電池システム１００を搭載した車両の断面模式図であり、車両の前面方向から見た図である。

【0081】

図１３に示すように、車両のサイドメンバー６には第２ブラケット７が取り付けられている。燃料電池ユニット１０に固定されるブラケット５は、延設部５２の上面において、第２ブラケット７に固定されている。これにより、燃料電池ユニット１０がブラケット５を介して車両に固定される。一方、延設部５２の下面には、カソードガスの供給源であるコンプレッサ（空気供給装置）８が取り付けられている。コンプレッサ８は、配管またはホース管を介してマニホールド４の入口４４に接続している（図１１参照）。このように、コンプレッサ８をブラケット５に取り付けることで、他の位置に取り付けた場合に比べ、コンプレッサ８からマニホールド４及びカソード流路までの距離が短くなり、配管等の距離を短くすることができる。従って、システムの小型化、低コスト化、軽量化が実現される。また、コンプレッサ８がブラケット５（延設部５２）の下面に取り付けられているため、低重心化により車両の運動性が向上する。

【0082】

上記した第４実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。

【0083】

燃料電池システム１００は、ブラケット５を介して車両に固定され、マニホールド４は、第一流路４１、第二流路４２及び第三流路４３を囲むように形成されたフランジ４６がブラケット５に固定されることにより燃料電池ユニット１０に固定される。ブラケット５は、マニホールド４の第一流路４１と主流路２１とを接続する第１貫通孔５４と、第二流路４２とバイパス流路２２とを接続する第２貫通孔５５と、第三流路４３とＰＯＸ流路（部分改質流路）２３とを接続する第３貫通孔５６とを有している。また、ブラケット５を燃料電池ユニット１０に固定する固定部５７は、前記第１貫通孔、前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔を囲むように形成される。このように、燃料電池ユニット１０を燃料電池システム１００が搭載される車両に固定するブラケット５を、カソード流路２１，２２，２３とマニホールド４との接続部の補強材として兼用することができる。これにより、カソード流路２１，２２，２３とマニホールド４との接続部の補強材を別途設ける場合に比べて、システムの部品点数を削減でき、軽量化、低コスト化が実現される。また、ブラケット５を補強材として兼用することで部品点数が削減されるため、燃料電池ユニット１０からの放熱を抑制することができる。

【0084】

また、ブラケット５を燃料電池ユニット１０に固定する固定部５７が、第１貫通孔５４、第２貫通孔５５及び第３貫通孔５６を囲むように形成されているため、ブラケット５の取付剛性、取付強度が向上するとともに、取付面圧が均一化する。これにより、ブラケット５の貫通孔５４，５５，５６と燃料電池ユニット１０内のカソード流路とのシール性が向上する。

【0085】

燃料電池システム１００は、ブラケット５に、カソードガス供給源としてのコンプレッサ（空気供給装置）８が取り付けられている。このように、コンプレッサ（空気供給装置）８をブラケット５に取り付けることで、他の位置に取り付けた場合に比べ、コンプレッサ（空気供給装置）８からマニホールド４及びカソード流路までの距離が短くなる。これにより、配管等の距離を短くすることができ、システムの小型化、低コスト化、軽量化が実現される。

【0086】

なお、本実施形態のように、コンプレッサ（空気供給装置）８はブラケット５の延設部５２の下面に取り付けられることが好ましいが、必ずしもこれに限られず、ブラケット５のどこに取り付けられていてもよい。

【0087】

また、いずれの実施形態においても、燃料電池ユニット１０が燃料電池スタック１及び補機構造体２を収容する筐体３を備える構成としたが、必ずしもこれに限られず、筐体３を備えていなくてもよい。この場合、マニホールド４やブラケット５は、補機構造体２に直接取り付けられる。

【0088】

また、いずれの実施形態においても、熱交換器やカソード流路等のガス流路を補機構造体２に内蔵する構成としたが、必ずしもこれに限られず、補機構造体２を用いない構成であってもよい。

【0089】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0090】

上記した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

【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】