CN105609815A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种技术，可抑制残存于燃料气体循环系统的水腐蚀燃料气体供给系统，并抑制燃料电池系统的高度增加。燃料电池系统具备：燃料电池组，对进行燃料气体与氧化剂气体的电化学反应的燃料电池单体进行层叠而成；燃料气体供给系统，从上述燃料气体的供给源向上述燃料电池组供给上述燃料气体；燃料气体循环系统，将从上述燃料电池组排出的上述燃料气体向上述燃料电池组再次供给；及配管部件，将上述燃料气体供给系统与上述燃料气体循环系统的合流地点和上述供给源相连，上述配管部件具备弯曲部，上述弯曲部以使来自上述供给源的上述燃料气体的供给方向与上述燃料气体向上述合流地点的流通方向成为反向的方式弯曲。

Description

燃料电池系统
本申请主张在2014年11月14日提出的日本专利申请2014-232029的优先权，并在本申请中参照并援引其公开的全部内容。
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
以往，已知有进行燃料气体与氧化剂气体的电化学反应的燃料电池。另外，在燃料电池系统中，已知有如下的技术：除了从燃料气体的供给源向燃料电池供给燃料气体的燃料气体供给系统之外，为了提高燃料电池的燃料利用率，还具备将从燃料电池排出的燃料气体向燃料电池再次供给的燃料气体循环系统(例如JP2009-298196A)。
发明内容
发明要解决的课题
但是，由于存在于燃料气体循环系统的水向燃料气体供给系统流入，有可能产生燃料气体供给系统的部件的腐蚀或冻结引起的功能不全等。尤其是在燃料电池系统停止的状态下，燃料气体不向燃料气体循环系统和燃料气体供给系统流动，因此可能会产生燃料气体供给系统的部件的腐蚀等。
在此，可想到对于燃料气体循环系统与燃料气体供给系统的合流地点，通过使燃料气体供给系统的上游比合流地点高，来防止水向燃料气体供给系统流入的方法，但是在采用该方法的情况下，存在燃料电池系统的高度增加的课题。尤其是在将燃料电池搭载于车辆的地板下的情况下，高度的限制严格，因此有时难以确保搭载空间。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池组，对进行燃料气体与氧化剂气体的电化学反应的燃料电池单体进行层叠而成；燃料气体供给系统，从上述燃料气体的供给源向上述燃料电池组供给上述燃料气体；燃料气体循环系统，将从上述燃料电池组排出的上述燃料气体向上述燃料电池组再次供给；及配管部件，将上述燃料气体供给系统与上述燃料气体循环系统的合流地点和上述供给源相连，上述配管部件具备弯曲部，上述弯曲部以使来自上述供给源的上述燃料气体的供给方向与上述燃料气体向上述合流地点的流通方向成为反向的方式弯曲。根据该方式，通过设置弯曲部，能够抑制残存于燃料气体循环系统的水向燃料气体供给系统流入，并抑制燃料气体供给系统部件的腐蚀。另外，弯曲部以使来自供给源的燃料气体的供给方向与燃料气体向合流地点的流通方向成为反向的方式弯曲，因此能够抑制燃料电池系统的高度增加。
(2)上述方式的燃料电池系统可以还具备用于上述燃料电池组的运转的多个辅机，在上述燃料电池单体的层叠方向上，上述多个辅机设置在上述燃料电池组与上述配管部件之间。根据该方式，能够有效地利用配管部件与燃料电池之间的空间。
(3)上述方式的燃料电池系统可以是，上述多个辅机包括使上述燃料气体在上述燃料气体循环系统中循环的燃料气体泵，在上述燃料电池单体的层叠方向上，上述燃料气体泵设置在与上述配管部件的至少一部分重叠的位置。根据该方式，从燃料电池单体的层叠方向即朝向燃料电池组的方向开始，在相邻的其他部件向配管部件碰撞过来的情况下，在配管部件完全被切断之前，相邻的其他部件会与燃料气体泵发生碰撞。因此，能够减少配管被切断的可能性。
(4)上述方式的燃料电池系统可以是在上述燃料电池单体的层叠方向上，上述燃料气体泵的至少一部分在上述多个辅机之中配置于最远离上述燃料电池组的位置。根据该方式，从燃料电池单体的层叠方向即朝向燃料电池组的方向开始，在相邻的其他部件向燃料电池系统碰撞过来的情况下，燃料气体泵比其他辅机先产生碰撞。因此，能够保护燃料气体泵以外的辅机。
本发明能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池壳体的制造方法、用于实现制造方法的计算机程序、记录有该计算机程序的记录介质等方式实现。
附图说明
图1是本发明的一实施方式使用的燃料电池系统10的分解立体图。
图2是表示多个辅机200和配管部件300等与歧管130连接的状态的示意图。
图3是从车辆上方(Y轴正方向)观察配管部件300的示意图。
图4是从车辆右方(Z轴正方向)观察配管部件300的示意图。
图5是从车辆左方(X轴负方向)观察配管部件300的示意图。
图6是从车辆右方(X轴正方向)观察配管部件300的示意图。
图7是用于对变形例1的配管部件进行说明的示意图。
具体实施方式
A.实施方式：
图1是本发明的一实施方式使用的燃料电池系统10的分解立体图。燃料电池系统10具备：燃料电池组100、电池组罩110、集电板120、歧管130、多个辅机200、配管部件300及辅机罩400。
燃料电池系统10搭载于车辆。在本实施方式中，燃料电池系统10设置在收容驾驶者的车室的下方。在图1中，X轴正方向表示车辆前方，Y轴正方向表示车辆上方，Z轴正方向表示车辆右方。XYZ轴在图1以后的图中也相同。
燃料电池组100对进行燃料气体与氧化剂气体的电化学反应的燃料电池单体进行层叠而成。在本实施方式中，燃料电池单体的层叠方向是车辆左右方向(Z轴方向)。在本实施方式中，使用氢气作为燃料气体，使用氧气作为氧化剂气体。
电池组罩110是覆盖燃料电池组100的罩。集电板120收集在燃料电池的各单体中产生的电力。集电板120设于燃料电池组100的车辆右方(Z轴正方向)。
歧管130形成燃料气体、氧化剂气体、对燃料电池组100进行冷却的冷却水的流路。另外，歧管130具备确保电池组罩110内的绝缘性的功能、对燃料电池单体彼此进行压缩的功能。歧管130设置在集电板120的车辆右方(Z轴正方向)。在歧管130的车辆右方(Z轴正方向)侧的面上设有多个孔及开口部。
多个辅机200是用于燃料电池组100的运转的辅机，被辅机罩400覆盖。多个辅机200包括：喷射器210、分配用配管220、压力传感器230、溢流阀240、燃料气体泵250、气液分离器260、排出阀270及线束280。
多个喷射器210(210A、210B、210C)分别并联地将一端连接于歧管130的所对应的孔，并将另一端连接于分配用配管220。分配用配管220也将一端连接于歧管130的所对应的孔，并将另一端连接于多个喷射器210。压力传感器230和溢流阀240设于喷射器210的附近，并与歧管130的所对应的孔连接。燃料气体泵250与歧管130连接，使燃料气体循环。线束280具备向燃料气体泵250供给电力的电线。气液分离器260与歧管130连接，具备从在燃料电池组100中循环的燃料气体中去除水的功能。排出阀270与气液分离器260连接，具备排出由气液分离器260去除的水的功能。
以下，对燃料气体的流动进行说明。从未图示的燃料气体的供给源供给的燃料气体经由调节器及配管而向歧管130供给。流入到歧管130内的高压的燃料气体在通过了分配用配管220之后，通过并联地连接于歧管130的喷射器210，由此被减压。由喷射器210减压后的燃料气体通过压力传感器230计测压力。另外，在喷射器210的减压不充分的情况下，燃料气体从溢流阀240排出。
由喷射器210排出的低压的燃料气体通过形成在歧管130内的流路，通过与歧管130连接的配管部件300，向燃料气体泵250供给。向燃料气体泵250供给的燃料气体通过歧管130，向燃料电池组100供给。通过了燃料电池组100之后的燃料气体在通过了气液分离器260而被分离了水分之后，被再次供给燃料气体泵250。另外，包含水分及杂质的燃料气体经由设于气液分离器260的排出阀270向排气管排出。
在本说明书中，将从燃料气体的供给源向燃料电池组100供给燃料气体的系统称为燃料气体供给系统，将从燃料电池组100排出的燃料气体向燃料电池组再次供给的系统称为燃料气体循环系统。作为燃料气体供给系统的零件，可以列举：喷射器210、分配用配管220、压力传感器230、溢流阀240、配管部件300。即，配管部件300是燃料气体供给系统的一部分。作为燃料气体循环系统的零件，可以列举：燃料气体泵250、气液分离器260、排出阀270。燃料气体供给系统与燃料气体循环系统的合流地点存在于燃料气体泵250内。
图2是表示多个辅机200和配管部件300等与歧管130连接的状态的示意图。
由图2也可知，配管部件300具备弯曲部310(310a、310b)，该弯曲部310(310a、310b)以使来自供给源的燃料气体的供给方向与燃料气体向合流地点的流通方向成为反向的方式弯曲。来自供给源的燃料气体的供给方向与燃料气体向合流地点的流通方向成为反向包括：从流通方向相对于供给方向相差180°的情况到流通方向相对于供给方向相差270°的情况。
图3表示从车辆上方(Y轴正方向)观察配管部件300的示意图。将燃料气体供给系统与燃料气体循环系统的合流地点设为地点P，将燃料气体流动的方向设为方向D。由该图可知，配管部件300通过设置弯曲部310，来抑制残存于燃料气体循环系统的水向燃料气体供给系统流入，从而能够抑制燃料气体供给系统部件的腐蚀。尤其是在燃料电池系统停止时，换言之，在燃料气体没有流动时，比较显著。以下对其理由进行说明。
假定在地点P存在水。在搭载燃料电池系统10的车辆停止在左方比右方高的场所的情况下，存在于地点P的水虽然会移动至弯曲部310b，但是不会移动至比弯曲部310b更靠方向D的上游侧的位置。另外，在搭载燃料电池系统10的车辆停止在水平的场所或者前方或后方中的任一方以上升的方式倾斜的场所的情况下，存在于地点P的水难以移动。并且，在搭载燃料电池系统10的车辆停止在左方比右方高的场所的情况下，存在于地点P的水移动至方向D的上游侧。如以上那样，通过在配管部件300上设置弯曲部310，来自供给源的燃料气体的供给方向与燃料气体向合流地点的流通方向成为反向，因此能够抑制水移动至地点P的燃料气体供给系统的上游。其结果是，能够抑制残存于燃料气体循环系统的水腐蚀燃料气体供给系统。在燃料电池系统10成为冰点下的情况下，附着于传感器等的水冻结，由此产生传感器等的功能的不良情况。但是，传感器等设于地点P的燃料气体供给系统的上游，并设置弯曲部310，由此也能够抑制上述情况。
另外，由图3可知，在燃料电池单体的层叠方向(Z轴方向)上，多个辅机200设于燃料电池组100与包含弯曲部310的配管部件300之间。由此，能够有效地利用燃料电池组100与包含弯曲部310的配管部件300之间的空间。
图4表示从车辆右方(Z轴正方向)观察配管部件300的示意图。可知配管部件300在大致水平面内弯曲。因此，可知能够在不提高燃料电池系统10的高度的情况下，抑制残存于燃料气体循环系统的水腐蚀燃料气体供给系统。在本说明书中，“大致水平面”是指相对于水平面而倾斜度为±15°以内的面。
图5是从车辆左方(X轴负方向)观察配管部件300的示意图。由图5可知，在燃料电池单体的层叠方向(Z轴方向)上，燃料气体泵250设置在与配管部件300的至少一部分重叠的位置。另外，燃料气体泵250需要高电力，因此与其他辅机相比，将强度设定得高。由此，在相邻的其他部件从车辆右方(Z轴正方向)向配管部件300碰撞过来的情况下，在配管部件300完全被切断之前，相邻的其他部件与燃料气体泵250发生碰撞。因此，能够抑制配管部件300被切断的可能性。
另外，在本实施方式中，在燃料气体泵250中的最远离燃料电池组100的位置配置端子部。端子部设定得比燃料气体泵250的其他部件的强度高。
如图3所示，配管部件300由部件300a、部件300b、部件300c构成。部件300b由弹性体形成，部件300a及部件300c由金属形成。因此，在相邻的其他部件从车辆右方(Z轴正方向)向配管部件300碰撞过来的情况下，部件300b发生弹性变形，由此能够进一步抑制配管部件300被切断的可能性。
另外，由图5可知，在燃料电池单体的层叠方向(Z轴方向)上，燃料气体泵250的至少一部分在多个辅机之中配置于最远离燃料电池组100的位置。在燃料电池单体的层叠方向(Z轴方向)上，在燃料电池组100与燃料气体泵250的端子部之间配置有喷射器210、分配用配管220、压力传感器230及溢流阀240。
图6是从车辆右方(X轴正方向)观察配管部件300的示意图。由图6可知，在燃料电池单体的层叠方向(Z轴方向)上，在燃料电池组100与燃料气体泵250的端子部之间配置有气液分离器260及排出阀270。
由此，在相邻的其他部件从车辆右方(Z轴正方向)向多个辅机200碰撞过来的情况下，燃料气体泵250比其他辅机先发生碰撞。因此，能够保护强度比燃料气体泵250弱的辅机。
B.变形例：
B1.变形例1：
在本实施方式中，配管部件300的弯曲部310a与弯曲部310b之间笔直。但是，本发明并不限定于此。
图7是用于对变形例1的配管部件进行说明的示意图。作为配管部件，可以使弯曲部310a与弯曲部310b之间如线W那样弯曲。通过使弯曲的情况下的高度小于燃料电池组100的高度，能够抑制燃料电池系统10的高度增加。
本发明并不限定于上述实施方式或变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了实现上述效果的一部分或全部，可以对发明内容部分记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、变形例中的技术特征适当进行替换、组合。另外，上述技术特征在本说明书中只要未作为必要特征进行说明，就可以适当删除。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池组，对进行燃料气体与氧化剂气体的电化学反应的燃料电池单体进行层叠而成；
燃料气体供给系统，从所述燃料气体的供给源向所述燃料电池组供给所述燃料气体；
燃料气体循环系统，将从所述燃料电池组排出的所述燃料气体向所述燃料电池组再次供给；及
配管部件，将所述燃料气体供给系统与所述燃料气体循环系统的合流地点和所述供给源相连，
所述配管部件具备弯曲部，所述弯曲部以使来自所述供给源的所述燃料气体的供给方向与所述燃料气体向所述合流地点的流通方向成为反向的方式弯曲。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备用于所述燃料电池组的运转的多个辅机，
在所述燃料电池单体的层叠方向上，所述多个辅机设置在所述燃料电池组与所述配管部件之间。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述多个辅机包括使所述燃料气体在所述燃料气体循环系统中循环的燃料气体泵，
在所述燃料电池单体的层叠方向上，所述燃料气体泵设置在与所述配管部件的至少一部分重叠的位置。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料电池单体的层叠方向上，所述燃料气体泵的至少一部分在所述多个辅机之中配置于最远离所述燃料电池组的位置。
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