CN110720155B - 燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

具备：燃料电池模块(2)，燃料电池单体(23)被收纳于收纳容器(24)而成；多个辅助设备，用于使燃料电池模块(2)工作；和外装壳体(60)，收纳燃料电池模块(2)以及辅助设备，多个辅助设备之中的至少一个辅助设备是被配置于燃料电池模块(2)的上方侧的上方辅助设备，还具备被配置于燃料电池模块(2)的上方侧的风扇(35a)，从而能够实现可靠性高的燃料电池装置。

Description

燃料电池装置

技术领域

本发明涉及燃料电池装置。

背景技术

近年来，作为下一代能源，分别提出了将单体堆收纳于收纳容器内而成的燃料电池模块、将燃料电池模块收纳于外装壳体内而成的燃料电池装置，该单体堆将利用燃料气体(含氢气体)和空气(含氧气体)而能够获得电力的燃料电池单体层叠多个。

这种的燃料电池装置中除了燃料电池模块以外，在外装壳体内还内置有热交换器、供给电力调整部、散热器、水箱、用于向燃料电池模块送入燃料气体的燃料泵以及用于向燃料电池模块送入空气的送风机等的辅助设备。

在这种的燃料电池装置中，辅助设备为了减少从燃料电池模块被排出的热量的影响，多数情况下在外装壳体内部被配置于燃料电池模块的下方(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2009-181700号公报

发明内容

根据本公开的燃料电池装置，具备：燃料电池模块，燃料电池单体被收纳于收纳容器而成；多个辅助设备，用于使所述燃料电池模块工作；和外装壳体，收纳所述燃料电池模块以及所述辅助设备。所述多个辅助设备之中的至少一个辅助设备是被配置于所述燃料电池模块的上方侧的上方辅助设备，还具备被配置于所述燃料电池模块的上方侧的风扇。

附图说明

本发明的目的、特点以及优点通过以下的详细说明和附图变得更为明确。

图1是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的框图。

图2是表示本实施方式的燃料电池模块的一例的分解立体图。

图3是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的俯视图。

图4是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的侧视图。

图5是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的侧视图。

图6A是表示本实施方式的燃料电池装置的支架部件主体的一例的俯视图。

图6B是表示本实施方式的燃料电池装置的空气类支架部件以及燃料类支架部件的一例的俯视图。

图6C是表示本实施方式的燃料电池装置的空气类支架部件及燃料类支架部件以及辅助设备的一例的俯视图。

图6D是表示本实施方式的燃料电池装置的支架部件以及辅助设备的一例的俯视图。

图7是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的部分侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的合适的实施方式详细进行说明。

图1是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的框图。此外，图2是表示燃料电池模块的一例的分解立体图。另外，在以后的附图中对于同一部件赋予同一符号。燃料电池装置1具备：在收容容器(以下有时称为外壳24)收纳改性器10以及单体堆装置20而构成的燃料电池模块2。燃料电池装置1中，用于使燃料电池模块2工作的热交换器31、储热箱32、散热器33、冷凝水箱34、供给电力调整部35、燃料供给装置41以及空气供给装置42等的多个辅助设备也一起被收纳于外装壳体(未图示)。也可以不必在外装壳体内收纳上述的全部装置，例如将热交换器31、储热箱32设置在外装壳体的外部。此外，也可以是省略了上述装置的一部分的燃料电池装置。

在改性器10连接有供给原燃料的原燃料供给管100、供给改性水的水供给管101。在原燃料供给管100设有用于向改性器10送入原燃料的燃料供给装置41。原燃料和改性水在被加热的改性器10中进行改性反应，生成含有氢的改性气体。改性器10中所生成的改性气体通过改性气体供给管102而被供给至单体堆装置20。

单体堆装置20包含歧管21以及将燃料电池单体23连接多个而成的单体堆22。从改性器10被供给至单体堆装置20的改性气体被从歧管21供给至单体堆22内。在单体堆装置20中，从空气供给管103向单体堆22的外侧导入作为含氧气体的空气。在空气供给管103连接有空气供给装置42，由空气供给装置42向单体堆装置20送入空气。改性气体通过单体堆22内时，与该空气反应而进行发电。发电中未使用的改性气体在单体堆22的上部与发电中未使用的空气合流并进行燃烧，生成高温的排气。此外，由燃烧所产生的热量对改性器10进行加热。由燃料电池模块2发出的电被送至供给电力调整部35，能够用于电力消耗以及向蓄电池的蓄电等。

由于改性器10以及单体堆装置20为高温，因此由绝热材料包围而被收纳于外壳24，作为燃料电池模块2被配置于外装壳体内。在本实施方式中，也能够包含绝热材料而设为燃料电池模块2。此外，也能够包含对绝热材料进行固定的框体而设为燃料电池模块2。外壳24包含外壳主体24a和盖体24b。在盖体24b连接有对从单体堆装置20排出的排气进行处理的热交换器31。

在燃料电池模块2内产生的排气从单体堆装置20被排出之后，通过排气流路104而被供给至热交换器31。在热交换器31连接有循环线路105，在被导入该循环线路105的介质与排气进行热交换。作为介质能够使用水等。通过热交换，排气被冷却，介质通过排气的热量而被加热。排气被冷却，从而排气中包含的水蒸气被分离为水和气体。气体从排气流路107从气体排气口被排出至外部。冷却排气而被分离出的水通过冷凝水回收流路106而被送至冷凝水箱34。在冷凝水箱34中，水经由离子交换而被净化，被净化的水被导入至水供给管101，作为改性水被供给至改性器10。不要的水从排水管109被排出。

介质在储热箱32、散热器33以及热交换器31中依次循环。介质被积蓄在储热箱32中。介质从储热箱32被送至散热器33进行冷却之后，被送至热交换器31。在热交换器31中，介质与排气进行热交换而被加热。温度上升的介质回流至储热箱32。在储热箱32设置有导出变热的水的热水管108b、供给冷水的供水管108a。

图3是表示作为本实施方式的一例的燃料电池装置的俯视图。图4是表示作为本实施方式的一例的燃料电池装置的侧视图。为了表示燃料电池装置的内部，外装壳体、管道类等的一部分的部件被省略。此外，图5是表示作为本实施方式的一例的燃料电池装置的侧视图，是表示与图4所示的侧面相反的一侧的侧面的图。燃料电池装置1在外装壳体60内配置有燃料电池模块2。热交换器31被固定于燃料电池模块2的盖体24b，被配置于燃料电池模块2的侧面。从上方观察，在燃料电池模块2的长度方向，供给电力调整部35以及储热箱32排列被配置。供给电力调整部35是所谓的功率调节器，在其外壳内收纳有布线基板等。

本实施方式例如在长方体体状的燃料电池模块2的上方侧(以下有时称为上方侧。)，配置有燃料供给装置41以及空气供给装置42，能够将这些作为上方辅助设备。这里，燃料供给装置41以及空气供给装置42能够固定于支架部件50。这里所谓的“上方侧”，是指与将燃料电池模块2的外壳24在上下二等分的假想面相比更靠上侧。另外，支架部件50能够包含后述的支架部件主体51、空气类支架部件52、燃料类支架部件53以及延伸部54而构成。

这样，通过多个的辅助设备之中的至少一个辅助设备设为被配置于燃料电池模块2的上方侧的上方辅助设备，从而辅助设备的维护作业变得容易。另外，上方辅助设备并不限于燃料供给装置41以及空气供给装置42，能够适当设定。特别地，上方辅助设备考虑维护频度、耐久性而设定即可。

并且，在燃料电池模块2的上方侧设置有风扇35a。本实施方式中的风扇35a是将供给电力调整部35之中的变热的空气排出至供给电力调整部35外即外装壳体60内的排气风扇。配置风扇35a以使得在辅助设备被配置的方向进行排气。

根据该结构，能够通过燃料电池模块2的上方侧的风扇35a，避免燃料电池模块2的上方侧的空气滞留。因此，能够抑制燃料电池模块2的上方侧的温度上升，因此，能够减少热量对上方辅助设备的影响，抑制上方辅助设备的可靠性。

空气供给装置42被构成为：从空气取入口42a流入的空气通过空气过滤器42b经过送风机42c，进而通过空气供给管103被供给至燃料电池模块2。空气取入口42a被配置于燃料电池模块2的上方侧。由此，将向上方侧上升的暖空气取入空气供给装置42，因此能够将燃料电池模块2保持在高温，能够提升燃料电池装置1的发电效率。另外，能够将空气供给管103的一部分设为树脂管道。

此外，通过利用供给电力调整部35的排气风扇，能够使上方侧的空气移动，因此可以不设置用于使外装壳体60内的空气移动的专用风扇，能够削减成本。

另外，被设置于上方侧的风扇35a并不限于供给电力调整部35的排气风扇，只要是能够在上方辅助设备周围产生空气流的风扇即可。例如，可以是配置于上方侧的外装壳体60、对外装壳体60内的空气进行换气的换气风扇。

此外，空气供给装置42的空气取入口42a朝向风扇35a侧。所谓“朝向”，是指风扇35a的排气方向与空气取入口42a取入的方向交叉。通过该结构，能够将从风扇35a排出的排气取入空气供给装置42的空气取入口42a。也就是说，将对供给电力调整部35冷却之后的暖空气取入燃料电池模块2，从而能够将燃料电池模块2保持在高温，能够提升燃料电池装置1的发电效率。

在外装壳体60的内部具备配置上方辅助设备的支架部件50。本实施方式中的支架部件50被设置于燃料电池模块2的上方。具体而言，可以在覆盖燃料电池模块2中的外壳24的框体(未图示)安装支架部件50。

支架部件50与燃料电池模块2的正上方空出空间而被设置。也就是说，在被设置于燃料电池模块2的外壳24的外周的绝热材料以及框体与支架部件50之间设有空间S。燃料电池模块2的外壳24因燃料电池模块2的工作而表面温度上升，但是通过燃料电池模块2与支架部件50之间的空间S，能够减少从外壳24向支架部件50的导热。由此，支架部件50当然能够抑制搭载于支架部件50的辅助设备的可靠性下降。

此外，风扇35a以及支架部件50被配置为：从风扇35a产生的空气流通过支架部件50而被分流为在支架部件50的上侧的上方辅助设备一侧流动的气流、在燃料电池模块2与支架部件50之间的空间S流动的气流。将气流分流的部分(分流部)可以是在支架部件50的侧面来自风扇35a的空气流撞到的部分，例如是孔、整流板等。此外，即便不设置整流板等，只要是在支架部件50的侧面来自风扇35a的空气流撞到的部分、即将空气流在支架部件50的上下进行分流的结构，就能够作为分流部发挥功能。例如，可以将支架部件50的边缘部分的一部分向上弯曲。进而，也可以在支架部件50的上表面设置作为分流部的孔，空气流流入该孔。通过这种结构，在支架部件50的下方的空间S也产生空气流，能够抑制空间S的空气的滞留，能够减少支架部件50周边的温度上升。

图6A是表示本实施方式的燃料电池装置的支架部件主体的一例的俯视图。图6B是表示本实施方式的燃料电池装置的空气类支架部件以及燃料类支架部件的一例的俯视图。图6C是表示本实施方式的燃料电池装置的空气类支架部件以及燃料类支架部件以及辅助设备的一例的俯视图。图6D是表示本实施方式的燃料电池装置的支架部件以及辅助设备的一例的俯视图。支架部件50包含支架部件主体51、空气类支架部件52、燃料类支架部件53以及延伸部54，空气类支架部件52和燃料类支架部件53被构成为分别能够与支架部件主体51分离。如图6C所示，在空气类支架部件52载置并固定空气过滤器42b、送风机42c等的被连接于空气供给管103的空气供给装置42，在燃料类支架部件53载置并固定燃料供给装置41。此外，载置辅助设备的空气类支架部件52以及燃料类支架部件53可装卸地被固定于支架部件主体51。并且，支架部件主体51可装卸地被固定于燃料电池装置1。由此，由于能够将辅助设备安装于支架部件50的状态下，从燃料电池装置1卸下进行辅助设备的维护，因此能够提高维护的作业效率。

例如，在仅对空气供给装置42以及燃料供给装置41之中的空气供给装置42进行维护的情况下，通过仅将空气类支架部件52从支架部件主体51卸下，能够对载置于空气类支架部件52的空气供给装置42进行维护。此外，在仅维护燃料供给装置41的情况下，通过仅将燃料类支架部件53从支架部件主体51卸下，能够对载置于燃料类支架部件53的燃料供给装置41进行维护。这样，支架部件50能够分割、即至少一部分被设置为可装卸，由于仅卸下进行维护作业的辅助设备，因此能够进一步提高维护的作业效率。

图7是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的部分侧视图。如图6A、图6B、图6C、图6D以及图7所示，空气供给装置42被载置于支架部件50，在支架部件50上配备具备空气取入口42a的空气过滤器42b。通过了空气过滤器42b的空气被供给与在燃料电池模块2的侧方延伸的延伸部54所安装的送风机42c。延伸部54的一端被固定于空气类支架部件52上。延伸部54延伸燃料电池模块2的侧壁向下方伸出，被弯曲为L字状，在延伸部54的另一端构成送风机载置部54a。送风机42c被载置并固定于送风机载置部54a。通过了送风机42c的空气经由空气供给管103被供给至单体堆装置20。这样，通过将辅助设备安装于延伸部54，由于能够还有效地利用了燃料电池模块2侧方的空间，因此能够实现燃料电池装置1的小型化。另外，延伸部54也可以是将支架部件50的一部分弯曲而成。

此外，在燃料电池模块2的侧面，一端被连接于送风机42c的空气供给管103向下延伸，另一端被连接于燃料电池模块2的下方。这样，通过将送风机42c配置于燃料电池模块2的上方侧，即便含有水分的空气等从燃料电池模块2发生逆流，也会在管道内被冷却并液化，由于重力而向下方移动，能够返回至燃料电池模块2。再有，还能够抑制水分流入送风机42c。

此外，水等流过的循环线路105等的管道避开燃料电池模块2的上方而被设置。即便万一在管道中发生水泄漏的情况下，也不会向燃料电池模块2、辅助设备漏水，因此能够提高燃料电池装置1的可靠性。

此外，燃料供给装置41是用于将原燃料送入燃料电池模块2内的改性器10的装置，但是原燃料供给管100由金属管构成的情况较多。金属管有可能因燃料供给装置41的泵的振动而引起金属疲劳、与外壳24接触而振动被放大。为此，可以是将燃料供给装置41的下流侧的管道设为橡胶管道从而减少振动的结构。

以上，对本发明进行了详细说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种的变更、改良等。

-符号说明-

1 燃料电池装置

2 燃料电池模块

23 燃料电池单体

24 外壳(收纳容器)

35 供给电力调整部

35a 风扇

50 支架部件

60 外装壳体。

Claims (8)

1.一种燃料电池装置，其特征在于，具备：

燃料电池模块，燃料电池单体被收纳于收纳容器而成，

多个辅助设备，用于使所述燃料电池模块进行工作；和

外装壳体，收纳所述燃料电池模块以及所述辅助设备，

所述辅助设备具有被配置于所述燃料电池模块的上方侧的包含空气供给装置以及燃料供给装置的多个上方辅助设备，

所述燃料电池装置还具备被配置于所述燃料电池模块的上方侧的风扇，

在外装壳体的内部具备并排载置多个所述上方辅助设备的支架部件，

所述支架部件从所述燃料电池模块的正上方空出空间而被设置，

所述支架部件是可分割的，且至少一部分被可装卸地设置，

所述支架部件包含：安装有所述空气供给装置的空气类支架部件、安装有所述燃料供给装置的燃料类支架部件、和可装卸所述空气类支架部件和所述燃料类支架部件的支架部件主体，

所述空气类支架部件和所述燃料类支架部件分别能够与所述支架部件主体分离。

2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述支架部件保持载置所述上方辅助设备的状态下可装卸。

3.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，

向所述燃料电池模块供给的含氧气体的取入口被配置于所述燃料电池模块的上方侧。

4.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述燃料电池装置具备供给电力调整部，所述供给电力调整部将由所述燃料电池模块发出的电力供给至外部负载，

所述风扇是将所述供给电力调整部的热量排出的排气风扇。

5.根据权利要求4所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述取入口朝向所述排气风扇侧。

6.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述燃料电池装置成为：从所述风扇产生的空气流朝向所述支架部件与所述燃料电池模块之间的空间被分流的结构。

7.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述燃料电池装置具有向所述燃料电池模块的侧方延伸的延伸部，

所述上方辅助设备之中的至少一个辅助设备被安装于所述延伸部。

8.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述燃料电池装置还具备：水或者热介质流过的管道，

所述管道被配置于除了所述燃料电池模块的上方以外的位置。