CN107026278A - 车载用燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车载用燃料电池堆，其能够通过简单的结构尽量地抑制在堆壳体的下部设置的换气开口部被堵塞的情况。在燃料电池堆(10)中，层叠体(18as.)收纳于堆壳体(20)。在堆壳体(20)的下板(72)上设有换气口(94La、94Lb)，并且在所述下板(72)的底面设有沿着车辆的前后方向延伸的罩构件(96L)。罩构件(96L)从车辆的宽度方向观察时具有U字形状，该U字形状的底部(96Ls)配置于换气口(94La、94Lb)的铅垂下方。

Description

车载用燃料电池堆
技术领域
本发明涉及将层叠有多个发电单元的层叠体收纳于堆壳体内且在所述堆壳体的下部设有向该堆壳体内开口的换气开口部的车载用燃料电池堆。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一侧的面配设有阳极电极且在另一侧的面配设有阴极电极的电解质膜-电极结构体(MEA)。电解质膜-电极结构体由隔板夹持而构成发电单元(单位单元)。通常，通过层叠规定数量的发电单元，从而例如作为车载用燃料电池堆而搭载于燃料电池车辆。
在车载用燃料电池堆中，采用将层叠有规定数量的发电单元的层叠体收纳于堆壳体内的结构。此时，在燃料电池堆运转时，堆壳体内容易变成高温，有时发生结露。因此，需要从堆壳体内除去结露而成的水，例如已知有专利文献1所公开的移动体用燃料电池。
在移动体用燃料电池中，在构成堆壳体的底面的下壳体的上表面形成有用于捕集结露而成的水的槽，并且在所述下壳体的中央形成有比所述槽深的凹部(积液部)。在凹部的中央部形成有排出孔，将从槽流入到所述凹部中的水从所述排出孔向堆壳体外排出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-221854号公报
发明要解决的课题
在上述的移动体用燃料电池中，排出孔将下壳体贯通而向堆壳体的外部开放。因此，容易从外部向排出孔进入尘埃、碎石等，所述排出孔可能被堵塞。因此，存在无法良好地从堆壳体内排出结露水这一问题。而且，在燃料电池堆直接载置于设置面时，排出孔可能被压溃。
而且，排出孔有时作为换气开口部(吸气口)发挥功能。由此，若排出孔被堵塞，则外部空气可能不会被顺畅地导入堆壳体内，从而在所述堆壳体内残留有氢(燃料气体)。因此，存在无法可靠地将漏出的氢向车外换气这一问题。
发明内容
本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种能够通过简单的结构尽量抑制在堆壳体的下部设置的换气开口部被堵塞的车载用燃料电池堆。
用于解决课题的方案
本发明的车载用燃料电池堆具备将多个发电单元层叠而成的层叠体，该发电单元通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而进行发电。层叠体收纳于堆壳体内，并且在所述堆壳体的下部设有向该堆壳体内开口的换气开口部。
在堆壳体的下部设有罩构件，并且所述罩构件具有U字形状，该U字形状的底部配置于换气开口部的铅垂下方。
另外，在该车载用燃料电池堆中，优选的是，罩构件沿着车辆的前后方向延伸，并且从所述车辆的宽度方向观察时具有所述U字形状。
而且，在该车载用燃料电池堆中，优选的是，罩构件的底部形成为朝向上方突出的凸形状。
另外，在该车载用燃料电池堆中，优选的是，从下方观察罩构件时，换气开口部收容于底部的宽度尺寸内。
另外，在该车载用燃料电池堆中，优选的是，沿着车辆的前后方向设有多个换气开口部，并且底部的凸形状配置于相邻的所述换气开口部彼此之间。
发明效果
根据本发明，在堆壳体的下部设有U字形状的罩构件，并且所述罩构件的底部配置于换气开口部的铅垂下方。因此，在燃料电池车辆行驶时，即使水、尘埃或碎石等异物朝向燃料电池堆的下部飞散，所述异物也会抵接于罩构件。由此，能够可靠地阻止异物进入换气开口部。
因此，能够通过简单的结构尽量抑制在堆壳体的下部设置的换气开口部被堵塞的情况。而且，即使在燃料电池堆直接载置于设置面时，也能够可靠地防止换气开口部被压溃的情况。
附图说明
图1是搭载有本发明的第一实施方式的燃料电池堆的燃料电池车辆的前方部分的简要立体说明图。
图2是所述燃料电池车辆的简要俯视说明图。
图3是所述燃料电池堆的分解立体说明图。
图4是构成所述燃料电池堆的发电单元的主要部分分解立体图。
图5是在构成所述燃料电池堆的下板的底面固定有罩构件的状态的剖视说明图。
图6是所述下板和所述罩构件的图5中的VI-VI线的剖视图。
图7是从下方观察所述下板而得到的仰视说明图。
图8是本发明的第二实施方式的燃料电池堆的分解立体说明图。
图9是在构成所述燃料电池堆的下板的底面固定有罩构件的状态的剖视说明图。
符号说明：
10、100…燃料电池堆；12…燃料电池车辆；12a…车辆主体；18…发电单元；18as.…层叠体；20…堆壳体；26a、26b…端板；32…电解质膜-电极结构体；34、36…隔板；38a…氧化剂气体入口连通孔；38b…氧化剂气体出口连通孔；40a…冷却介质入口连通孔；40b…冷却介质出口连通孔；42a…燃料气体入口连通孔；42b…燃料气体出口连通孔；44…氧化剂气体流路；46…燃料气体流路；48…冷却介质流路；54…固体高分子电解质膜；56…阴极电极；58…阳极电极；66…前方侧板；68…后方侧板；70…上板；72…下板；94La、94Lb、94Ra、94Rb…换气口；96L、96R、102L、102R…罩构件；96Lf、96Rf、102Lf…平坦部；96Lp、96Rp、102Lp…凸状部；96Ls、96Rs、102Ls…底部。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的第一实施方式的燃料电池堆10例如搭载于燃料电池电动机动车等燃料电池车辆12。燃料电池车辆12具有具备前轮11F和后轮11R的车辆主体12a(参照图2)。
在车辆主体12a的前轮11F侧，搭载燃料电池堆10的前箱(马达室)14形成于前围板16的前方。需要说明的是，除了前箱14以外，燃料电池堆10还可以搭载于地板下、行李箱盖等。
如图3所示，燃料电池堆10具备将多个发电单元18层叠而成的层叠体18as.，所述层叠体18as.收纳于堆壳体20。多个发电单元18以发电面成为直立姿势的方式在作为水平方向的车辆宽度方向(箭头B方向)上层叠。在发电单元18的层叠方向一端，朝向外侧而依次配设有第一接线板22a、第一绝缘板24a以及第一端板26a。
在发电单元18的层叠方向另一端，朝向外侧而依次配设有第二接线板22b、第二绝缘板24b以及第二端板26b。在燃料电池堆10的车辆宽度方向两端，配置有第一端板26a和第二端板26b。
第一端板26a和第二端板26b被设定为比发电单元18、第一绝缘板24a以及第二绝缘板24b的外形尺寸大的外形尺寸。也可以将第一接线板22a收容于第一绝缘板24a的内部的凹部，另一方面，将第二接线板22b收容于第二绝缘板24b的内部的凹部。
与第一接线板22a连接的第一电力输出端子28a从横长形状的第一端板26a的中央部(或从中央部偏心的位置)朝向外侧延伸。与第二接线板22b连接的第二电力输出端子28b从横长形状的第二端板26b的中央部(或从中央部偏心的位置)朝向外侧延伸。
第一端板26a和第二端板26b的各角部由沿着层叠方向延伸的横拉杆30固定，沿着所述层叠方向被施加紧固载荷。需要说明的是，也可以代替横拉杆30，而使用将第一端板26a和第二端板26b的各边的中央部彼此连结的长方形形状的连结杆。
如图4所示，在发电单元18中，电解质膜-电极结构体32被第一隔板34和第二隔板36夹持，并且所述发电单元18的四角优选具有弯曲形状(圆角形状)。第一隔板34和第二隔板36由金属制隔板或碳制隔板构成。
在发电单元18的箭头A方向的一端缘部，沿着箭头C方向(铅垂方向)排列而设置有分别沿着层叠方向(箭头B方向)独立连通的氧化剂气体入口连通孔38a、冷却介质入口连通孔40a以及燃料气体出口连通孔42b。氧化剂气体入口连通孔38a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔40a供给冷却介质，另一方面，燃料气体出口连通孔42b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单元18的箭头A方向的另一端缘部，沿着箭头C方向排列而设置有分别沿着箭头B方向独立连通的燃料气体入口连通孔42a、冷却介质出口连通孔40b以及氧化剂气体出口连通孔38b。燃料气体入口连通孔42a供给燃料气体，冷却介质出口连通孔40b排出冷却介质，氧化剂气体出口连通孔38b排出氧化剂气体。
在第一隔板34的朝向电解质膜-电极结构体32的面上设有与氧化剂气体入口连通孔38a和氧化剂气体出口连通孔38b连通的氧化剂气体流路44。
氧化剂气体流路44具有使氧化剂气体沿着箭头A方向流通的多条直线状槽部(或波状槽部)。
在第二隔板36的朝向电解质膜-电极结构体32的面上设有与燃料气体入口连通孔42a和燃料气体出口连通孔42b连通的燃料气体流路46。燃料气体流路46具有使燃料气体沿着箭头A方向流通的多条直线状槽部(或波状槽部)。
在彼此相邻且构成发电单元18的第一隔板34与第二隔板36之间，设有将冷却介质入口连通孔40a和冷却介质出口连通孔40b连通的冷却介质流路48。在第一隔板34上一体地或独立地设有密封构件50。在第二隔板36上一体地或独立地设有密封构件52。
电解质膜-电极结构体32例如具备含有水分的全氟磺酸的薄膜即固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)54、以及夹持所述固体高分子电解质膜54的阴极电极56和阳极电极58。阴极电极56和阳极电极58具有由碳纸等构成的气体扩散层、以及在所述气体扩散层的表面均匀地涂敷多孔质碳粒子而形成的电极催化剂层，所述多孔质碳粒子在表面担载有铂合金。电极催化剂层形成于固体高分子电解质膜54的两面。
如图3所示，在第一端板26a的一方的对角位置，设有与氧化剂气体入口连通孔38a连通的氧化剂气体供给歧管60a和与氧化剂气体出口连通孔38b连通的氧化剂气体排出歧管60b。在第一端板26a的另一方的对角位置，设有与燃料气体入口连通孔42a连通的燃料气体供给歧管62a和与燃料气体出口连通孔42b连通的燃料气体排出歧管62b。
如图2所示，在第二端板26b上设有与冷却介质入口连通孔40a连通的冷却介质供给歧管64a和与冷却介质出口连通孔40b连通的冷却介质排出歧管64b。
如图3所示，燃料电池堆10具备收纳层叠体18as.的俯视呈矩形形状、例如俯视呈长方形形状的堆壳体20。堆壳体20具备前方侧板66、后方侧板68、上板70、下板72、第一端板26a以及第二端板26b。构成堆壳体20的各部件通过穿过孔部74并与螺纹孔76螺合的螺钉78彼此固定，并且相对于第一端板26a和第二端板26b固定。
在上板70上，在一方的对角位置形成有将堆壳体20内与外部连通的开口部80a、80b，在另一方的对角位置形成有将所述堆壳体20内与外部连通的开口部80c、80d。开口部80a、80c设置于堆壳体20的前方侧(箭头Af方向)两侧部，配置于燃料气体入口连通孔42a的铅垂方向上方。开口部80b、80d虽然设置于堆壳体20的后方侧(箭头Ab方向)两侧部，但例如也可以设置于第一端板26a和第二端板26b。
在开口部80a～80d连接有排气通道82a～82d的一端部。如图1和图2所示，排气通道82a的另一端部与排气通道82d的另一端部合流并与右侧排气通道84R的一端连接。排气通道82b的另一端部与排气通道82c的另一端部合流并与左侧排气通道84L的一端连接。
右侧排气通道84R向构成燃料电池车辆12的车辆主体12a的右侧防护板部86R开口，另一方面，左侧排气通道84L向所述车辆主体12a的左侧防护板部86L开口。右侧排气通道84R以及左侧排气通道84L也可以在中途连接具有弹性的软管。另外，右侧排气通道84R和左侧排气通道84L也可以在水平方向上形成为扁平形状。
在左侧防护板部86L和右侧防护板部86R上，分别设有位于前轮11F的上方且后方的左侧排气构件88L和右侧排气构件88R。左侧排气构件88L和右侧排气构件88R分别在内部设有空间，并且在表面设有网眼构件90L和网眼构件90R。通过网眼构件90L、90R形成左侧排气口92L和右侧排气口92R。需要说明的是，左侧排气构件88L和右侧排气构件88R也可以是使外部气体经由网眼构件90L和网眼构件90R流通的在板上设有多个孔的构件。
如图3所示，在堆壳体20的下部即下板72上，在车辆前后方向前方(箭头Af方向)形成有换气口(换气开口部)(放泄孔)94La、94Lb和换气口(换气开口部)(放泄孔)94Ra、94Rb。
换气口94La、94Lb设置成沿前后配置于下板72的前方左侧(箭头BL方向)的端缘部。换气口94Ra、94Rb设置成沿前后配置于下板72的前方右侧(箭头BR方向)的端缘部。需要说明的是，也可以代替2个换气口94La、94Lb而设置3个以上的换气口，还可以代替2个换气口94Ra、94Rb而设置3个以上的换气口。另外，也可以在下板72的后方(箭头Ab方向)两侧(箭头BR方向和箭头BL方向)设置换气口。
如图3和图5所示，在下板72的底面，通过焊接、螺纹连接或钎焊等固定有罩构件96L、96R。罩构件96L沿着燃料电池车辆12的车辆前后方向(箭头A方向)延伸，并且从车辆宽度方向(箭头B方向)观察时具有U字形状。
如图7所示，罩构件96L的U字形状的底部96Ls配置于换气口94La、94Lb的铅垂下方。如图3、图5以及图7所示，在底部96Ls的前后两端设有固定于下板72的底面的平坦部96Lf、96Lf。
罩构件96L的底部96Ls具有形成为朝向上方突出的凸形状的凸状部96Lp。凸状部96Lp沿着车辆前后方向纵长地延伸。如图6所示，凸状部96Lp配置于换气口94La、94Lb的正下方，并且在倾斜朝向下方的中途没有平坦部，因此不会积存尘埃、水。
如图7所示，从下方观察罩构件96L时，换气口94La、94Lb的各直径D收容于底部96Ls的宽度尺寸(箭头B方向的尺寸)H的范围内(D＜H)。在换气口94La、94Lb与凸状部96Lp之间设有间隙。罩构件96L通过宽度方向(箭头B方向)两端设置弯折肋而进行加强。
如图3和图5所示，罩构件96R沿着燃料电池车辆12的车辆前后方向(箭头A方向)延伸，并且从车辆宽度方向(箭头B方向)观察时具有U字形状。罩构件96R的U字形状的底部96Rs配置于换气口94Ra、94Rb的铅垂下方，并且在所述底部96Rs的前后两端设有固定于下板72的底面的平坦部96Rf、96Rf。
罩构件96R的底部96Rs具有形成为朝向上方突出的凸形状的凸状部96Rp。凸状部96Rp沿着车辆前后方向纵长地延伸。如图6所示，凸状部96Rp配置于换气口94Ra、94Rb的正下方，并且在倾斜朝向下方的中途没有平坦部，因此不会积存尘埃、水。
如图7所示，从下方观察罩构件96R时，换气口94Ra、94Rb的各直径D收容于底部96Rs的宽度尺寸H的范围内(D＜H)。在换气口94Ra、94Rb与凸状部96Rp之间设有间隙。罩构件96R通过宽度方向(箭头B方向)两端设置弯折肋而进行加强。
燃料电池堆10经由设置于第一端板26a和第二端板26b的未图示的安装构件而固定于车架。
以下，通过与燃料电池车辆12的关联，对这样构成的燃料电池堆10的动作进行说明。
首先，在燃料电池车辆12运转时，如图3所示，从第一端板26a的燃料气体供给歧管62a向燃料气体入口连通孔42a供给燃料气体。另一方面，从第一端板26a的氧化剂气体供给歧管60a向氧化剂气体入口连通孔38a供给氧化剂气体。
如图4所示，燃料气体从燃料气体入口连通孔42a被导入第二隔板36的燃料气体流路46。该氢气沿着箭头A方向流通，从而向构成电解质膜-电极结构体32的阳极电极58供给。
氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔38a被导入第一隔板34的氧化剂气体流路44。氧化剂气体沿着箭头A方向(与燃料气体相反的方向)流通，从而向构成电解质膜-电极结构体32的阴极电极56供给。
因此，在电解质膜-电极结构体32中，向阳极电极58供给的氢气与向阴极电极56供给的空气在电极催化剂层内通过电化学反应而被消耗，进行发电。
如图3所示，燃料气体从燃料气体出口连通孔42b被向第一端板26a的燃料气体排出歧管62b排出。氧化剂气体从氧化剂气体出口连通孔38b被向第一端板26a的氧化剂气体排出歧管60b排出。
另外，如图2所示，冷却介质从第二端板26b的冷却介质供给歧管64a被向冷却介质入口连通孔40a供给。如图4所示，冷却介质被导入第一隔板34与第二隔板36之间的冷却介质流路48。
冷却介质在冷却了电解质膜-电极结构体32之后，在冷却介质出口连通孔40b中流通并被向冷却介质排出歧管64b排出。
在该情况下，在第一实施方式中，如图3和图5所示，在下板72的底面设有沿着车辆前后方向延伸的U字形状的罩构件96L。并且，罩构件96L的底部96Ls配置于换气口94La、94Lb的铅垂下方。
因此，在燃料电池车辆12行驶时，如图5所示，即使水、尘埃或碎石等异物S朝向燃料电池堆10的下部飞散，所述异物S也会抵接于罩构件96L。由此，能够可靠地阻止异物S进入换气口94La、94Lb。
因此，能够通过设置罩构件96L这一简单的结构，尽量抑制在堆壳体20的下部(下板72)设置的换气口94La、94Lb被堵塞的情况。而且，即使在燃料电池堆10直接载置于设置面时，也能够防止换气口94La、94Lb被压溃。
而且，如图3所示，罩构件96L的底部96Ls具有形成为朝向上方突出的凸形状的凸状部96Lp。因此，异物S不会滞留于与底部96Ls相反的面(上表面)而会沿着凸状部96Lp的形状脱离，能够可靠地阻止换气口94La、94Lb的堵塞。
另外，如图7所示，从下方观察罩构件96L时，换气口94La、94Lb的直径D收容于底部96Ls的宽度尺寸H的范围内(D＜H)。由此，能够有效地使罩构件96L整体小型化，并且可靠地保护换气口94La、94Lb，以免受到飞散的异物S的影响。
需要说明的是，在下板72的底面设有沿着车辆前后方向延伸的U字形状的罩构件96R。因此，罩构件96R能够得到与上述的罩构件96L同样的效果。
图8是本发明的第二实施方式的燃料电池堆100的分解立体说明图。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池堆10相同的构成要素，标注相同的参照符号并省略其详细的说明。
在燃料电池堆100中，在构成堆壳体20的下板72的底面，通过焊接等方式固定罩构件102L、102R来代替罩构件96L、96R。
罩构件102L沿着车辆前后方向(箭头A方向)延伸，并且从车辆宽度方向(箭头B方向)观察时具有U字形状。罩构件102L的U字形状的底部102Ls配置于换气口94La、94Lb的铅垂下方，并且在所述底部102Ls的前后两端设有固定于下板72的底面的平坦部102Lf、102Lf。
罩构件102L的底部102Ls具有形成为朝向上方突出的凸形状的凸状部102Lp。凸状部102Lp配置于相邻的换气口94La、94Lb彼此之间。
罩构件102R与上述的罩构件102L同样地构成，标注参照标号R来代替参照标号L，并省略其详细的说明。
在这样构成的第二实施方式中，凸状部102Lp配置于相邻的换气口94La、94Lb彼此之间。因此，例如即使罩构件102L被压溃，凸状部102Lp也会在换气口94La、94Lb之间被压溃而抵接于下板72的底面来确保间隙，因此不会堵塞所述换气口94La、94Lb。
因此，在第二实施方式中，可得到与上述的第一实施方式同样的效果，并且可得到尤其是能够更加良好地确保换气口94La、94Lb的形状这一优点。需要说明的是，对于罩构件102R而言，可得到与上述的罩构件102L同样的效果。

Claims (5)

1.一种车载用燃料电池堆，其具备将多个发电单元层叠而成的层叠体，所述发电单元通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而进行发电，所述层叠体收纳于堆壳体内，并且在所述堆壳体的下部设有向该堆壳体内开口的换气开口部，所述车载用燃料电池堆的特征在于，
在所述堆壳体的所述下部设有罩构件，并且，
所述罩构件具有U字形状，该U字形状的底部配置于所述换气开口部的铅垂下方。
2.根据权利要求1所述的车载用燃料电池堆，其特征在于，
所述罩构件沿着车辆的前后方向延伸，并且从所述车辆的宽度方向观察时具有所述U字形状。
3.根据权利要求1或2所述的车载用燃料电池堆，其特征在于，
所述罩构件的所述底部形成为朝向上方突出的凸形状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车载用燃料电池堆，其特征在于，
从下方观察所述罩构件时，所述换气开口部收容于所述底部的宽度尺寸内。
5.根据权利要求3所述的车载用燃料电池堆，其特征在于，
沿着所述车辆的前后方向设有多个所述换气开口部，并且，
所述底部的所述凸形状配置于相邻的所述换气开口部彼此之间。
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