專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，例如在日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)2002-367637號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了通過(guò)將燃料電池中的氫系統(tǒng)管道配置在車(chē)輛的最內(nèi)側(cè)來(lái)提高氫系統(tǒng)管道的安全性的技術(shù)。
但是，在日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)2002-367637號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的技術(shù)中，雖然考慮了管道的安全性，但針對(duì)氫系統(tǒng)輔助機(jī)械的安全性只是在堆殼外采取了抑制輔助機(jī)械的振動(dòng)、提高剛性等的措施。因此，例如在搭載了燃料電池的車(chē)輛發(fā)生沖撞時(shí)，有時(shí)配置于燃料電池周?chē)臍湎到y(tǒng)的輔助機(jī)械受沖擊而活動(dòng)，輔助機(jī)械會(huì)受損傷。此外，當(dāng)發(fā)生沖撞時(shí)，有時(shí)各個(gè)輔助機(jī)械的連結(jié)部會(huì)發(fā)生歪曲，從而在連結(jié)部上產(chǎn)生龜裂、損傷。其結(jié)果是，可能會(huì)導(dǎo)致氫氣向外部泄漏。
在燃料電池的周?chē)渲糜杏糜诠?yīng)/排出氧化氣體的氧系統(tǒng)部件、用于供應(yīng)/排出冷卻液的冷卻系統(tǒng)部件。如果這些部件也在發(fā)生沖撞等時(shí)受損傷，就會(huì)導(dǎo)致氧化氣體、冷卻液泄漏，從而會(huì)降低燃料電池的可靠性。
本發(fā)明就是為解決上述的問(wèn)題而完成的，其目的在于，可靠地保護(hù)燃料電池系統(tǒng)中的輔助機(jī)械、管道等，從而可靠防止流體從輔助機(jī)械、管道向外部泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
第一發(fā)明是一種燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料電池堆，接受氫氣和氧化氣體的供應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電；端板，在其上固定所述燃料電池堆；氫系統(tǒng)部件，用于向所述燃料電池堆供應(yīng)氫氣；以及堆殼，至少容納所述燃料電池堆和所述氫系統(tǒng)部件；其中，將所述氫系統(tǒng)部件集合起來(lái)安裝在所述端板上。
由于將氫系統(tǒng)部件容納在堆殼內(nèi)，并將氫系統(tǒng)部件集合起來(lái)安裝到端板上，因而能夠防止氫系統(tǒng)部件因外力而受損傷。尤其是，由于端板的剛性高，因而防止了各個(gè)氫系統(tǒng)部件因外力造成的沖擊而相對(duì)移動(dòng)，從而能夠可靠地防止各個(gè)氫系統(tǒng)部件或它們的連結(jié)部受損傷。因此，可提高燃料電池系統(tǒng)的可靠性。
第二發(fā)明在上述改進(jìn)的燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)一步限定所述氫系統(tǒng)部件包括用于將氫氣輸送給所述燃料電池堆的輔助機(jī)械、或管道。
由此，能夠防止用于將氫氣送入所述燃料電池堆中的輔助機(jī)械、或管道受損傷。
第三發(fā)明在上述改進(jìn)的燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)一步限定所述氫系統(tǒng)部件通過(guò)被安裝在支承部件上而被集合起來(lái)，所述支承部件被固定在所述端板上。
由于將氫系統(tǒng)部件安裝到支承部件上而進(jìn)行了集合，因而能夠容易地將氫系統(tǒng)部件安裝到端板上。此外，還可以在將氫系統(tǒng)部件安裝到支承部件上的狀態(tài)下進(jìn)行僅對(duì)氫系統(tǒng)部件的功能檢查。從而，可簡(jiǎn)化裝配工序、檢查工序。
第四發(fā)明在上述改進(jìn)的燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)一步限定用于向所述燃料電池堆供應(yīng)氧化氣體的氧系統(tǒng)部件、或者用于向所述燃料電池堆供應(yīng)冷卻液的冷卻系統(tǒng)部件被容納在所述堆殼內(nèi)。
由于將氧系統(tǒng)部件或冷卻系統(tǒng)部件容納在堆殼內(nèi)，能夠防止氧系統(tǒng)部件或冷卻系統(tǒng)部件因外力而受損傷。從而，可提高燃料電池系統(tǒng)的可靠性。
第五明在上述改進(jìn)的燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)一步限定該燃料電池系統(tǒng)被搭載于車(chē)輛上。
即使在搭載了燃料電池的車(chē)輛發(fā)生沖撞的情況下，也能夠防止氫系統(tǒng)部件受損傷。


圖1是示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的平面圖；圖2是詳細(xì)示出燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是示出從圖1所示的箭頭A方向觀看燃料電池系統(tǒng)的堆殼內(nèi)部的狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了更詳細(xì)地描述本發(fā)明，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在各圖中，對(duì)相同的元件標(biāo)注了相同的符號(hào)并省略重復(fù)的說(shuō)明。此外，本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施方式。
圖1是示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)10的平面圖。燃料電池系統(tǒng)10主要被搭載在燃料電池汽車(chē)等中。燃料電池系統(tǒng)10具有燃料電池12。燃料電池12包括兩個(gè)燃料電池堆12a、12b以及配置于燃料電池堆12a、12b的端部的端板14。
在本實(shí)施方式中，燃料電池堆12a、12b是具有固體高分子分離膜的固體高分子式燃料電池(PEMFC)，其層疊多個(gè)電池單元而構(gòu)成，所述電池單元由電解質(zhì)膜、陽(yáng)極、陰極以及隔板構(gòu)成。在陽(yáng)極、陰極之間形成了氫氣和氧氣的流路。電解質(zhì)膜是用氟類(lèi)固體高分子材料形成的質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換膜。陽(yáng)極、陰極均由炭纖維織成的炭織物形成。隔板由不透氣的導(dǎo)電性部件形成，例如，通過(guò)壓縮炭來(lái)做成不透氣的細(xì)密的炭等。
兩個(gè)燃料電池堆12a、12b被固定在端板14上。在端部14上設(shè)置了用于向燃料電池堆12a、12b供應(yīng)氫氣、氧化氣體的供應(yīng)部以及用于從燃料電池堆12a、12b排出反應(yīng)后的氣體的排出部。此外，在端部14上設(shè)置了在燃料電池堆12a、12b內(nèi)循環(huán)的冷卻液的供應(yīng)部和排出部。
支架(支承部件)16被安裝在端板14上。支架16由板材等形成，通過(guò)螺栓等而被固定在端部14上。并且，如在圖1中示意性示出的那樣，氫系統(tǒng)部件被安裝在支架16上。
燃料電池12的周?chē)欢褮?8包圍。燃料電池12、端板14、支架16以及氫系統(tǒng)部件等燃料電池12周?chē)慕Y(jié)構(gòu)部件被容納在堆殼18的內(nèi)部。
圖2是詳細(xì)示出燃料電池系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)的示意圖，特別是詳細(xì)地示出了安裝在支架16上的氫系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，氫系統(tǒng)部件被安裝在支架16上。氫系統(tǒng)部件包括氫入口閥20、調(diào)節(jié)器22、氫泵24、氣液分離器26、氫排出閥28等輔助機(jī)械以及與這些設(shè)備連接的管道(氫供應(yīng)管30、氫排出管32、分配管34、36、連結(jié)管38、40、42)。如此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)將氫系統(tǒng)部件安裝在支架16上來(lái)進(jìn)行了組件化，并將氫系統(tǒng)部件容納在堆殼18內(nèi)。
如圖2所示，氫供應(yīng)管30是從堆殼18的外側(cè)引入的。氫供應(yīng)管30與配置于堆殼18外側(cè)的氫罐(在圖1、圖2中沒(méi)有示出)相連。
氫供應(yīng)管30通過(guò)氫入口閥20和調(diào)節(jié)器22而與分配管34相連。分配管34被引入燃料電池12內(nèi)。氫罐內(nèi)的氫氣從氫供應(yīng)管30被輸送給氫入口閥20和調(diào)節(jié)器22，進(jìn)而通過(guò)分配管34被供應(yīng)到燃料電池12的內(nèi)部。
送入燃料電池12內(nèi)的氫氣在燃料電池12內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體從分配管36排出。分配管36與氣液分離器26相連。氣液分離器26從反應(yīng)后的氣體中分離出水分。分離出的水分通過(guò)連結(jié)管42被送入氫排出閥28中。
氫排出閥28以規(guī)定的定時(shí)(timing)打開(kāi)。氫排出閥28一旦打開(kāi)，氫排出閥28內(nèi)的水分和反應(yīng)后的氫氣的一部分就被送入氫排出管32中，這些水分和氣體被排出到堆殼18的外部。氫排出管32在堆殼18的外部與排出氣體處理裝置(在圖1、圖2中沒(méi)有示出)相連。排出氣體處理裝置對(duì)從氫排出管32排出的氣體和水分進(jìn)行稀釋等規(guī)定的處理，然后向外部排出。
在氣液分離器26中分離水分后的氣體從連結(jié)管38被送入氫泵24中。氫泵24將從氣液分離器26送來(lái)的氣體從連結(jié)管40送入分配管34。如此，本實(shí)施方式的系統(tǒng)具有將從燃料電池12排出的反應(yīng)后的氫氣再次送入燃料電池12中的陽(yáng)極氣體循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)將在燃料電池12中沒(méi)有進(jìn)行反應(yīng)的未反應(yīng)氫氣再次送入燃料電池12中，由此使所供應(yīng)的氫氣可靠地進(jìn)行反應(yīng)。
圖3是示出從圖1所示的箭頭A方向觀看到的燃料電池系統(tǒng)10的堆殼18的內(nèi)部狀態(tài)的示意圖。如圖3所示，支架16由與端板14平行配置的板狀部件構(gòu)成，支架16在端板14的平面方向上延伸。此外，雖然在圖2中示意性示出了氫系統(tǒng)部件的配置狀態(tài)，但實(shí)際的配置卻如圖3所示，氫系統(tǒng)部件被配置在支架16的平面上。因此，如圖1所示，能夠?qū)湎到y(tǒng)部件在端板14的厚度方向上的空間抑制到最小限度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)堆殼18的小型化。
如圖3所示，分配管34的靠近燃料電池12一側(cè)的端部與設(shè)置于端部14的兩處氫供應(yīng)部44相連。送入分配管34的氫氣從兩處氫供應(yīng)部44被供應(yīng)到燃料電池12的內(nèi)部。此外，分配管36的靠近燃料電池12一側(cè)的端部與設(shè)置于端部14的兩處氫排出部46相連。從燃料電池12排出的反應(yīng)后的氣體從氫排出部46向分配管36排出。
雖在圖1～圖3中省略了圖示，但在支架16的附近還設(shè)有用于向燃料電池12的內(nèi)部供應(yīng)或從其排出氧化氣體的氧系統(tǒng)部件、以及用于供應(yīng)/排出冷卻液的冷卻系統(tǒng)部件。氧系統(tǒng)部件、冷卻系統(tǒng)部件包括用于供應(yīng)氧化氣體或冷卻液的泵、調(diào)壓閥等。在圖1～圖3中，在支架16上只安裝了氫系統(tǒng)部件，但也可以將氧系統(tǒng)部件、冷卻系統(tǒng)部件安裝在支架16上。
在這樣構(gòu)成的本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)10中，由于將氫系統(tǒng)部件安裝在支架16上再將其容納在堆殼18內(nèi)，所以，例如當(dāng)車(chē)輛發(fā)生沖撞等時(shí)能夠由堆殼18保護(hù)氫系統(tǒng)部件，從而能夠提高氫系統(tǒng)部件的可靠性。
當(dāng)燃料電池系統(tǒng)10被搭載在燃料電池汽車(chē)等車(chē)輛上時(shí)，通常將燃料電池系統(tǒng)10容納在車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)箱(發(fā)動(dòng)機(jī)罩)內(nèi)。此時(shí)，如果將氫系統(tǒng)部件以暴露的狀態(tài)配置在發(fā)動(dòng)機(jī)箱內(nèi)，則搭載了燃料電池系統(tǒng)10的車(chē)輛等在由于發(fā)生沖撞等而受損傷時(shí)，由于沖撞所造成的沖擊、或者由于發(fā)動(dòng)機(jī)箱內(nèi)的其他部件(例如，散熱器、冷卻風(fēng)扇、變速器等)沖撞氫系統(tǒng)部件，氫系統(tǒng)部件有時(shí)會(huì)受損傷。此時(shí)，由于氫罐內(nèi)的高壓氫氣被供應(yīng)到氫系統(tǒng)部件中，因此可以想象的到，如果氫系統(tǒng)部件受損傷就會(huì)有氫氣泄漏。
根據(jù)本實(shí)施方式，氫系統(tǒng)部件被容納在堆殼18內(nèi)，只有氫氣的入口和出口被配置在堆殼18之外，因此，即便在搭載了燃料電池系統(tǒng)10的車(chē)輛等由于發(fā)生沖撞而受損傷的情況下，也能夠通過(guò)堆殼18來(lái)保護(hù)氫系統(tǒng)部件。從而，即便在堆殼18由于沖撞等而受沖擊的情況下，或者在其他部件沖撞堆殼18的外測(cè)或其他部件分離的情況下，也能夠可靠地保護(hù)氫系統(tǒng)部件。
此外，由于將氫系統(tǒng)部件安裝在支架16上，并將支架16固定在高剛性的端板14上，所以，即便在氫系統(tǒng)部件受到由沖撞等造成的沖擊的情況下，支架16和端板14也不會(huì)發(fā)生歪曲。從而，即便在發(fā)生沖撞等時(shí)，也不會(huì)有不平衡負(fù)荷作用于固定在支架16上的各個(gè)氫系統(tǒng)部件的連結(jié)部上，能夠可靠地防止在氫系統(tǒng)部件的連結(jié)部發(fā)生龜裂、破損。而且，由于可通過(guò)支架16來(lái)進(jìn)一步提高端板14的剛性，所以可獲得可減輕端板14的重量的附帶效果。
另外，通過(guò)將氫供應(yīng)管30和氫排出管32向堆殼18插入的位置配置在車(chē)輛前進(jìn)方向的后方等，使得氫供應(yīng)管30、氫排出管32處于在車(chē)輛發(fā)生沖撞時(shí)不易受其他部件的破壞的位置，由此能夠防止位于堆殼18外部的氫供應(yīng)管30、氫排出管32發(fā)生龜裂、損傷。
從而，即便在車(chē)輛發(fā)生沖撞等時(shí)也能夠防止氫系統(tǒng)部件受損傷，從而能夠可靠防止氫氣發(fā)生泄漏。由此，可提高發(fā)生沖撞時(shí)的可靠性。此外，通過(guò)將氫系統(tǒng)部件容納在堆殼18內(nèi)，用戶(hù)的手不會(huì)直接接觸到氫系統(tǒng)部件，因此能夠避免由于錯(cuò)誤的操作、維修等而發(fā)生故障。
此外，通過(guò)將氫系統(tǒng)部件安裝在支架16上，能夠?qū)⒍鄠€(gè)氫系統(tǒng)部件以一體化(裝配)到支架16上的狀態(tài)進(jìn)行處理，因此不需要進(jìn)行將多個(gè)氫系統(tǒng)部件單獨(dú)組裝到燃料電池12的周?chē)淖鳂I(yè)，只通過(guò)將支架16安裝到端板14上，就可對(duì)燃料電池12組裝氫系統(tǒng)部件。從而，在將燃料電池12搭載到發(fā)動(dòng)機(jī)箱內(nèi)之后，無(wú)需為搭載多個(gè)氫系統(tǒng)部件而進(jìn)行復(fù)雜的管道等的組裝，從而可簡(jiǎn)化裝配工序。由于氫系統(tǒng)部件的功能檢查可在將氫系統(tǒng)部件安裝到支架16上的組件狀態(tài)下進(jìn)行，所以即便在將氫系統(tǒng)部件組裝到燃料電池12上之前，也能夠在支架16的組件狀態(tài)下進(jìn)行氫系統(tǒng)部件的功能檢查。從而，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)將氫系統(tǒng)部件安裝到支架16上做成組件，可簡(jiǎn)化檢查工序、組裝工序，能夠降低制造成本。
此外，由于將氫系統(tǒng)部件安裝到支架16上的較小的范圍內(nèi)，所以與向燃料電池12單獨(dú)組裝各個(gè)氫系統(tǒng)部件的情況相比，能夠縮短連接氫系統(tǒng)部件的各個(gè)輔助機(jī)械的管道(氫供應(yīng)管30、氫排出管32、分配管34、36、連結(jié)管38、40、42)的長(zhǎng)度。從而，當(dāng)發(fā)生沖撞時(shí)，能夠可靠地防止管道發(fā)生龜裂或管道變形。此外，能夠?qū)⑷剂想姵?2停止工作時(shí)管道內(nèi)剩余的氫氣量抑制到最小限度，從而能夠有效地使用氫氣。
另外，由于由燃料電池12所產(chǎn)生的熱對(duì)堆殼18進(jìn)行保溫，因此，通過(guò)將氫系統(tǒng)部件、氧系統(tǒng)部件、冷卻系統(tǒng)部件容納在堆殼18內(nèi)，即便車(chē)輛在低溫下行駛時(shí)，也能夠防止從燃料電池12內(nèi)排出的生成水凍結(jié)。在上述的結(jié)構(gòu)中，是先將氫系統(tǒng)部件安裝到支架16，然后再將支架16固定到端板14上的，但也可以將氫系統(tǒng)部件直接安裝到端板14上來(lái)構(gòu)成將端板14和氫系統(tǒng)部件一體化的結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，由于將氫系統(tǒng)部件安裝到支架16并將支架16固定在燃料電池12的端板14上，所以可將氫系統(tǒng)部件容納在堆殼18內(nèi)。由此，氫系統(tǒng)部件不會(huì)以暴露的狀態(tài)配置于燃料電池12的附近，從而能夠在車(chē)輛發(fā)生沖撞等時(shí)防止氫系統(tǒng)部件受損傷。因此可提高燃料電池系統(tǒng)10的可靠性。
此外，由于將氫系統(tǒng)部件安裝到支架16上做成一體化結(jié)構(gòu)，因而可容易地將氫系統(tǒng)部件組裝到燃料電池12上。此外，由于各個(gè)氫系統(tǒng)部件在支架16上連接并完成了管道等的連結(jié)，所以能夠在與支架16一體化的狀態(tài)下容易地進(jìn)行僅對(duì)氫系統(tǒng)部件的功能檢查。由此，能夠簡(jiǎn)化組裝工序、檢查工序，還可降低制造成本。
在本實(shí)施方式中，舉例說(shuō)明了主要搭載到燃料電池汽車(chē)上的燃料電池系統(tǒng)10，但不用說(shuō)本發(fā)明也適用于固定式燃料電池系統(tǒng)等其他的燃料電池系統(tǒng)。在此情況下，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)受外力作用時(shí)，也能夠防止氫系統(tǒng)部件受損傷。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明中的燃料電池系統(tǒng)能夠防止氫系統(tǒng)部件因外力而受損傷，對(duì)多種燃料電池系統(tǒng)都有用。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括燃料電池堆，接受氫氣和氧化氣體的供應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電；端板，在其上固定所述燃料電池堆；氫系統(tǒng)部件，用于向所述燃料電池堆供應(yīng)氫氣；以及堆殼，至少容納所述燃料電池堆和所述氫系統(tǒng)部件；其中，將所述氫系統(tǒng)部件集合起來(lái)安裝在所述端板上。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氫系統(tǒng)部件包括用于將氫氣輸送給所述燃料電池堆的輔助機(jī)械、或管道。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氫系統(tǒng)部件通過(guò)安裝在支承部件上而被集合起來(lái)，所述支承部件被固定在所述端板上。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，用于向所述燃料電池堆供應(yīng)氧化氣體的氧系統(tǒng)部件、或者用于向所述燃料電池堆供應(yīng)冷卻液的冷卻系統(tǒng)部件被容納在所述堆殼內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，該燃料電池系統(tǒng)被搭載于車(chē)輛上。
全文摘要
燃料電池系統(tǒng)(10)包括接受氫氣和氧化氣體的供應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電的燃料電池堆(12a、12b)；固定所述燃料電池堆(12a、12b)的端板(14)；用于向所述燃料電池堆(12a、12b)供應(yīng)氫氣的氫系統(tǒng)部件(氫入口閥(20)、調(diào)節(jié)器(22)、氫泵(24)、氣液分離器(26)、氫排出閥(28)、氫供應(yīng)管(30)、氫排出管(32)、分配管(34、36)、連結(jié)管(38、40、42))；至少容納所述燃料電池堆(12a、12b)和所述氫系統(tǒng)部件的堆殼(18)；其中，將所述氫系統(tǒng)部件集合起來(lái)安裝在所述端板(14)上。本發(fā)明可靠地保護(hù)了燃料電池系統(tǒng)中的輔助機(jī)械、管道等，可靠防止了流體從輔助機(jī)械、管道向外部泄漏。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101053103SQ200680001140
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月9日
發(fā)明者壽福康信, 水野三能夫 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社