CN112133943B - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及燃料电池系统。燃料电池系统(10)具备：堆壳体(22)，其收纳在水平方向上层叠多个发电单电池(18)而成的层叠体(20)；以及辅助设备壳体(26)，其收纳燃料电池用辅助设备(24)。在水平方向上邻接的堆壳体(22)与辅助设备壳体(26)的内部被分隔壁(100)划分开。在辅助设备壳体(26)的上部设置使辅助设备壳体(26)的内部与辅助设备侧排气管道(116)连通的辅助设备侧连通孔(96)。在分隔壁(100)设置有向辅助设备壳体(26)的内部侧突出并且沿铅垂方向延伸的肋(102)。
Description
技术领域
本发明涉及具备堆壳体和辅助设备壳体的燃料电池系统，堆壳体收纳层叠多个发电单电池而成的层叠体，辅助设备壳体收纳燃料电池用辅助设备。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方配设阳极电极，在另一方配设阴极电极。由隔板夹持电解质膜-电极结构体由此构成发电单电池，将多个发电单电池层叠由此构成层叠体。
具备这种层叠体的燃料电池系统例如能够搭载于燃料电池车辆等的搭载空间来使用。在该情况下，特别是需要即使氢气即燃料气体从层叠体等泄漏也能够抑制该泄漏燃料气体滞留在车辆内的搭载空间等。因此，使排气管道与收纳层叠体的堆壳体的内部连通，将堆壳体内的泄漏燃料气体经由排气管道导出至车辆的外部等规定的场所。这样对堆壳体内进行换气，由此能够抑制泄漏燃料气体滞留在搭载空间等。
然而，例如，如专利文献1所示，在燃料电池系统中存在如下情形，将包括燃料气体的喷射器等在内的燃料电池用辅助设备收纳的辅助设备壳体邻接地设置于堆壳体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-4352号公报
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述，在具备收纳燃料电池用辅助设备的辅助设备壳体的燃料电池系统中，辅助设备壳体的内部也需要良好地换气。
本发明是考虑这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够对辅助设备壳体的内部良好地进行换气的燃料电池系统。
用于解决问题的方案
为了实现上述的目的，本发明涉及燃料电池系统，具备：堆壳体，其收纳在水平方向上层叠多个发电单电池而成的层叠体；以及辅助设备壳体，其收纳燃料电池用辅助设备，在燃料电池系统中，在水平方向上邻接的所述堆壳体与所述辅助设备壳体的内部被分隔壁划分开，在所述辅助设备壳体的上部设置使所述辅助设备壳体的内部与辅助设备侧排气管道连通的辅助设备侧连通孔，在所述分隔壁设置有向所述辅助设备壳体的内部侧突出并且沿铅垂方向延伸的多个肋。
发明的效果
在该燃料电池系统中，在辅助设备壳体内产生泄漏燃料气体的情况下，该泄漏燃料气体流通于在相互邻接的肋彼此之间形成的槽，由此沿着肋的延伸方向(铅垂方向)被引导向辅助设备壳体的上部的辅助设备侧连通孔。由此，能够使辅助设备壳体内的泄漏燃料气体有效果地排出至辅助设备侧排气管道，能够对辅助设备壳体的内部良好地进行换气。
根据参照附图来说明的以下实施方式的说明，能容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是具备本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的燃料电池车辆的概略立体图。
图2是发电单电池的分解立体图。
图3是壳体单元的分解立体图。
图4是分隔壁的辅助设备壳体内部侧的主视图。
图5是图4的V-V线箭头方向剖视图。
图6是壳体单元的部分剖视图。
具体实施方式
举出优选的实施方式，参照附图详细说明本发明涉及的燃料电池系统。另外，在以下的附图中，有时对相同或者发挥同样的功能和效果的结构要素标注同一附图标记，省略重复的说明。
如图1所示，在本实施方式中，举例说明燃料电池系统10搭载于作为燃料电池电动汽车的燃料电池车辆12的情况，但不特别限定于此，能够将燃料电池系统10搭载于各种的搭载体(未图示)来使用。以下，只要没有特别地说明，就以从落坐于燃料电池车辆12的驾驶座的乘员(未图示)观察的方向为基准，说明前后方向(箭头符号A方向)、左右方向(箭头符号B方向)、上下方向(铅垂方向、箭头符号C方向)。
如图1所示，燃料电池系统10配设于在燃料电池车辆12的仪表板14的前方(箭头符号AF侧)形成的前室(电机室)16内。另外，在燃料电池系统10中，具备将多个发电单电池18(图2)在左右方向(箭头符号B方向)层叠而成的层叠体20、收纳层叠体20的堆壳体22以及收纳燃料电池用辅助设备24的辅助设备壳体26。
本实施方式涉及的燃料电池系统10相对于燃料电池车辆12而言以层叠体20的层叠方向沿着左右方向(箭头符号B方向、水平方向)的方式来配置。但是，不特别限定于此，例如也可以是，燃料电池系统10以层叠体20的层叠方向沿着前后方向(箭头符号A方向、水平方向)的方式搭载于燃料电池车辆12。
如图1所示，在层叠体20的层叠方向的左端(箭头符号BL侧端)，朝向外方依次层叠第一接线板28和第一绝缘板30。在层叠体20的层叠方向的右端(箭头符号BR侧端)，朝向外方依次层叠第二接线板32和第二绝缘板34。以下，将层叠体20、第一接线板28和第二接线板32以及第一绝缘板30和第二绝缘板34如上所述层叠而成的结构也称为堆36。
如图2所示，发电单电池18具有电解质膜-电极结构体38、从两侧夹持电解质膜-电极结构体38的第一隔板40和第二隔板42。电解质膜-电极结构体38具备电解质膜44、夹持电解质膜44的阴极电极46和阳极电极48。在电解质膜-电极结构体38的外周部遍及整周地设置有膜状的树脂框构件50。第一隔板40和第二隔板42由金属隔板或者碳隔板构成。
在矩形的发电单电池18的长方向(箭头符号A方向)的一端缘部(箭头符号AR侧端部)，以在层叠方向(箭头符号B方向)相互连通的方式，沿铅垂方向(箭头符号C方向)排列设置氧化剂气体入口连通孔52a、冷却介质入口连通孔54a以及燃料气体出口连通孔56b。向氧化剂气体入口连通孔52a供给作为氧化剂气体的例如含氧气体。冷却介质入口连通孔54a被供给冷却介质。从燃料气体出口连通孔56b排出作为燃料气体的例如含氢气体。
在发电单电池18的长方向的另一端缘部(箭头符号AF侧端部)，以在层叠方向相互连通的方式，沿铅垂方向排列设置供给燃料气体的燃料气体入口连通孔56a、排出冷却介质的冷却介质出口连通孔54b以及排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔52b。
在第一隔板40的朝向电解质膜-电极结构体38的面，设置与氧化剂气体入口连通孔52a和氧化剂气体出口连通孔52b连通的氧化剂气体流路58。在第二隔板42的朝向电解质膜-电极结构体38的面，设置与燃料气体入口连通孔56a和燃料气体出口连通孔56b连通的燃料气体流路60。
在相互邻接的、构成发电单电池18的第一隔板40与第二隔板42之间，设置将冷却介质入口连通孔54a与冷却介质出口连通孔54b连通的冷却介质流路62。在第一隔板40和第二隔板42，一体地或者个别地设置分别与树脂框构件50抵接的具有弹性的密封构件64。作为密封构件64的材料，例如能够举出硅橡胶、腈橡胶等。也可以是，在第一隔板40以及第二隔板42，通过冲压成型一体地设置朝向树脂框构件50突出的具有弹性的凸起密封件(未图示)，来代替密封构件64。
如图1所示，堆壳体22和辅助设备壳体26以在左右方向(箭头符号B方向)邻接的方式接合，来构成壳体单元66。壳体单元66在俯视观察时为大致矩形，其长边沿着车辆宽度方向(层叠体20的层叠方向、箭头符号B方向)延伸。
如图3所示，堆壳体22是包括周壁壳体68和端板70而形成的，周壁壳体68覆盖堆36(层叠体20)的外周面，端板70配设在堆36的层叠方向的右端(箭头符号BR侧端)。周壁壳体68具有在俯视观察时呈矩形的壳主体72、后方板74。
壳主体72为具有在左侧(箭头符号BL侧)形成的矩形的左开口部76、在右侧(箭头符号BR侧)形成的矩形的右开口部78以及在后侧(箭头符号AR侧)形成的矩形的后方开口部80的箱形。另外，在壳主体72的上壁72a，在其右端侧(箭头符号BR侧)的端部的前后方向(箭头符号A方向)的两端侧分别贯通形成堆侧连通孔82。也就是说，在壳主体72的上壁72a的右侧的角部分别设置堆侧连通孔82。
后方板74以封闭后方开口部80的方式被螺栓84接合于壳主体72。在壳主体72与后方板74之间，沿着后方开口部80的外周夹装由弹性材料形成的密封构件86。此外，后方板74也可以不是与壳主体72分别的部件，而是与壳主体72一体地构成。
端板70以封闭右开口部78的方式被螺栓84接合于壳主体72，由此抵接于壳主体72内的堆36的右端部(箭头符号BR侧端部)。在壳主体72与端板70之间，沿着右开口部78的外周夹装由弹性材料形成的密封构件86。端板70为将前后方向(箭头符号A方向)设为长方向的矩形板状。
如图1所示，辅助设备壳体26是用于收纳并保护燃料电池用辅助设备24的保护壳体。在辅助设备壳体26内，作为燃料电池用辅助设备24，收纳有氢系辅助设备88。氢系辅助设备88具有喷射器88a、引射器88b、燃料气体泵88c、阀类(未图示)等。
具体来讲，如图3所示，辅助设备壳体26具有一端开口并在其开口周缘部分别设置凸缘90a、92a的箱形的第一壳体构件90和第二壳体构件92。第一壳体构件90与第二壳体构件92相互的凸缘90a、92a彼此被螺栓固定而一体化。在这样一体化的第一壳体构件90与第二壳体构件92之间形成有收纳燃料电池用辅助设备24(参照图1)的辅助设备壳体26的内部空间(以下称为“辅助设备收纳空间94”)。
如图3以及图6所示，在第二壳体构件92的上部，贯通形成将辅助设备收纳空间94的内部与外部连通的辅助设备侧连通孔96。辅助设备侧连通孔96设置于第二壳体构件92的构成上表面的倾斜部98a的上部。
如图3所示，具体来说，第二壳体构件92的上部具有构成朝向上方的突形状的多个(在本实施方式中为三个)的倾斜部98a。这些的多个倾斜部98a以朝向第一壳体构件90侧而在铅垂方向升高的方式倾斜。另外，在多个倾斜部98a集合的顶部设置辅助设备侧连通孔96。辅助设备侧连通孔96在第二壳体构件92朝向左端侧(箭头符号BL侧)的倾斜上方开口。
如图3所示，第一壳体构件90的上部具有构成朝向上方的突形状的多个(在本实施方式中为三个)的倾斜部98b，多个倾斜部98b以朝向第二壳体构件92侧在铅垂方向升高的方式倾斜。因此，在从层叠体20的层叠方向(箭头符号B方向、水平方向)观察时，以及从车辆前后方向(箭头符号A方向)中的任一方向观察时，辅助设备壳体26的上部(第一壳体构件90以及第二壳体构件92的上部)均呈倒V字形状(三角屋顶形状)。
在第一壳体构件90的右端(箭头符号BR侧端)设置分隔壁100来作为辅助设备壳体26的一部分。如图4～图6所示，在分隔壁100的左端侧(箭头符号BL侧)，设置有向辅助设备壳体26的内部侧(辅助设备收纳空间94侧)突出并且沿铅垂方向(箭头符号C方向)延伸的多个肋102。多个肋102在水平方向上相互隔开间隔地形成，来增强分隔壁100。如图5所示，在本实施方式中，在分隔壁100的左端侧(辅助设备壳体26的内部侧)的面，在水平方向上相互隔开间隔地设置有沿铅垂方向延伸的多个槽104，在相互邻接的槽104彼此之间分别形成肋102。换言之，在相互邻接的肋102彼此之间分别形成槽104。多个肋102的各自上端设置于与第一壳体构件90的高度方向(铅垂方向)中心位置相比高的位置。多个肋102的各自下端设置于与第一壳体构件90的高度方向(铅垂方向)中心位置相比低的位置。
如图3以及图6所示，以分隔壁100的右端侧(箭头符号BR侧)封闭壳主体72的左开口部76的方式，分隔壁100与壳主体72被螺栓84接合。由此，分隔壁100的右端侧抵接于在壳主体72内配设的堆36(图1、图3)的左端部(箭头符号BL侧端部)，发挥堆36的左端侧的端板的功能。也就是说，在堆36的右端侧设置的端板70与在左端侧设置的分隔壁100之间，对堆36施加层叠方向的紧固载荷。而且，在图6中，省略了在壳体单元66内配设的堆36、燃料电池用辅助设备24等结构要素的图示。
另外，辅助设备壳体26的分隔壁100是与堆壳体22共有的，由该分隔壁100、周壁壳体68、端板70形成收纳堆36(层叠体20)的堆壳体22的内部空间(以下，称为“堆收纳空间106”)。
如图1以及图6所示，如上所述，分隔壁100与壳主体72接合，由此在辅助设备壳体26的右侧(箭头符号BR侧)构成接合堆壳体22的壳体单元66。在该壳体单元66中，在与分隔壁100相比靠右侧形成堆收纳空间106，并且在与分隔壁100相比靠左侧形成辅助设备收纳空间94。即，在左右方向(层叠方向、箭头符号B方向、水平方向)邻接的堆壳体22与辅助设备壳体26的内部被分隔壁100划分开。
如图3以及图4所示，在分隔壁100的上部设置使堆收纳空间106与辅助设备收纳空间94连通的多个(在本实施方式中为三个)的换气连通口108。另外，在分隔壁100形成例如两个纵长形状的配管用开口部110，纵长形状的配管用开口部110用于使与设置于层叠体20的氧化剂气体入口连通孔52a、氧化剂气体出口连通孔52b、燃料气体入口连通孔56a、燃料气体出口连通孔56b、冷却介质入口连通孔54a以及冷却介质出口连通孔54b(参照图2)分别连接的连接配管(未图示)通过。
在分隔壁100与壳主体72之间，在与换气连通口108以及配管用开口部110相比靠外侧配置密封构件86。而且，在图6中，省略了在分隔壁100与壳主体72之间配设的密封构件86的图示。
如图3所示，在壳体单元66中，经由分别贯通形成于端板70的下部、后方板74的下部以及辅助设备壳体26的侧壁的下部的换气孔112，能够使空气流入该壳体单元66的内部(堆收纳空间106以及辅助设备收纳空间94)。而且，在图1中，省略了换气孔112的图示。
如图1所示，在壳体单元66的堆侧连通孔82分别连接堆侧排气管道114。也就是说，堆侧连通孔82使堆壳体22的内部(堆收纳空间106)与堆侧排气管道114连通。另外，在壳体单元66的辅助设备侧连通孔96连接有辅助设备侧排气管道116。也就是说，辅助设备侧连通孔96使辅助设备壳体26的内部(辅助设备收纳空间94)与辅助设备侧排气管道116连通。
堆侧排气管道114和辅助设备侧排气管道116分别连接于连结排气管道118。连结排气管道118的左端(箭头符号BL侧端部)与在燃料电池车辆12的左侧挡泥板部120L设置的左侧排气口122L连接。另外，连结排气管道118的右端(箭头符号BR侧端部)与在燃料电池车辆12的右侧挡泥板部120R设置的右侧排气口122R连接。也就是说，连结排气管道118经由左侧排气口122L以及右侧排气口122R来与燃料电池车辆12的外部连通。
因此，在从层叠体20、燃料电池用辅助设备24等产生了泄漏燃料气体的情况下，该泄漏燃料气体经由堆收纳空间106以及辅助设备收纳空间94中的至少一方、堆侧排气管道114以及辅助设备侧排气管道116中的至少一方、以及连结排气管道118而被排出至燃料电池车辆12的外部。
以下说明如上述那样构成的燃料电池系统10的动作。在燃料电池车辆12中，在其行驶时等由燃料电池系统10进行发电。在该情况下，经由上述的连接配管，向堆36的燃料气体入口连通孔56a(图2)供给燃料气体，向氧化剂气体入口连通孔52a(图2)供给氧化剂气体，向冷却介质入口连通孔54a(图2)供给冷却介质。
如图2所示，被供给至燃料气体入口连通孔56a的燃料气体被导入第二隔板42的燃料气体流路60，并沿着阳极电极48流通。被供给至氧化剂气体入口连通孔52a的氧化剂气体被导入第一隔板40的氧化剂气体流路58，并沿着阴极电极46流通。
在电解质膜-电极构造体38中，被供给至阳极电极48的燃料气体和被供给至阴极电极46的氧化剂气体在电极催化剂层内因电化学反应被消耗来进行发电。能够利用该电力使燃料电池车辆12(图1)行驶等。在电化学反应中没有被消耗的残余的燃料气体从燃料气体出口连通孔56b被排出，残余的氧化剂气体从氧化剂气体出口连通孔52b被排出。
另一方面，被供给至冷却介质入口连通孔54a的冷却介质在冷却介质流路62流通，由此在将电解质膜-电极结构体38冷却之后，从冷却介质出口连通孔54b被排出。
如图1所示，在壳体单元66的内部中，存在以下情况，含氢气体等燃料气体从层叠体20(堆36)、燃料电池用辅助设备24等泄漏。这些泄漏燃料气体比空气轻，容易靠向壳体单元66的上方。
因此，如图6所示，壳体单元66的辅助设备收纳空间94内的泄漏燃料气体经由在第二壳体构件92的上部的倾斜部98a设置的辅助设备侧连通孔96，流入图1的辅助设备侧排气管道116。这时，如图4～图6所示，在分隔壁100的辅助设备收纳空间94侧设置有沿铅垂方向延伸的多个肋102。因此，泄漏燃料气体流通于在相互邻接的肋102彼此之间形成的槽104，由此沿着肋102的延伸方向被引导向辅助设备壳体26的上部的辅助设备侧连通孔96(图4、图6)。
另外，例如，如图6所示，在燃料电池车辆12(图1)倾斜时等，辅助设备收纳空间94内的泄漏燃料气体能够通过在分隔壁100的上部设置的换气连通口108，向堆收纳空间106流入。如图1所示，流入堆收纳空间106的泄漏燃料气体经由在壳主体72的上壁72a设置的堆侧连通孔82流入堆侧排气管道114。如图4以及图6所示，在该情况下，辅助设备收纳空间94的泄漏燃料气体流通于在相互邻接的肋102彼此之间形成的槽104，由此沿着肋102的延伸方向被引导向在分隔壁100的上部设置的换气连通口108。
如图1所示，壳体单元66的堆收纳空间106内的泄漏燃料气体经由堆侧连通孔82流入堆侧排气管道114。另外，如图6所示，例如，在燃料电池车辆12倾斜时等，堆收纳空间106内的泄漏燃料气体能够通过在分隔壁100的上部设置的换气连通口108，向辅助设备收纳空间94流入。如图1所示，流入辅助设备收纳空间94的泄漏燃料气体经由辅助设备侧连通孔96流入辅助设备侧排气管道116。
堆侧排气管道114以及辅助设备侧排气管道116分别连通于连结排气管道118。因此，能够将堆壳体22以及辅助设备壳体26的内部(堆收纳空间106以及辅助设备收纳空间94)的泄漏燃料气体通过连结排气管道118导出到燃料电池车辆12的外部，来对堆壳体22以及辅助设备壳体26的内部进行换气。
根据以上，在本实施方式涉及的燃料电池系统10中，即使在辅助设备壳体26内产生了泄漏燃料气体，也能够将该泄漏燃料气体沿着肋102的延伸方向(铅垂方向)引导向辅助设备壳体26的上部的辅助设备侧连通孔96。由此，能够将辅助设备壳体26内的泄漏燃料气体有效果地排出至辅助设备侧排气管道116，对辅助设备壳体26的内部进行良好地换气。
在上述的实施方式涉及的燃料电池系统10中设为，在堆壳体22的上部，设置使堆壳体22的内部与堆侧排气管道114连通的堆侧连通孔82，在分隔壁100的上部设置使辅助设备壳体26的内部与堆壳体22的内部连通的换气连通口108。
如图1所示，该情况下，能够经由堆侧连通孔82以及堆侧排气管道114来对堆壳体22的内部进行良好地换气。另外，如图6所示，能够将辅助设备壳体26内的泄漏燃料气体沿着肋102的延伸方向引导至换气连通口108并使其向堆壳体22内的堆收纳空间106流入，由此通过该堆收纳空间106排出至图1的堆侧排气管道114。还有，如图6所示，能够使堆壳体22内的泄漏燃料气体从换气连通口108向辅助设备壳体26内流入，由此通过辅助设备收纳空间94排出至图1的辅助设备侧排气管道116。由此，能够对辅助设备壳体26以及堆壳体22这两方的内部(辅助设备收纳空间94以及堆收纳空间106)良好地进行换气。
在上述的实施方式涉及的燃料电池系统10中设为，分隔壁100是辅助设备壳体26的一部分，在层叠方向的一端侧设置的端板70与在另一端侧设置的分隔壁100之间对层叠体20施加紧固载荷。在该情况下，分隔壁100发挥端板的作用，并且由辅助设备壳体26的一部分构成，由此能够削减燃料电池系统10的部件个数，能够使燃料电池系统10轻量化。
在上述的实施方式涉及的燃料电池系统10中设为，分隔壁100在辅助设备壳体26的内部侧的面，相互隔开间隔地设置有沿铅垂方向延伸的多个槽104，肋102形成在相互邻接的槽104彼此之间。通过这样设置肋102，能够将泄漏燃料气体良好地引导至辅助设备侧连通孔96、换气连通口108。而且，即使设置槽104来实现分隔壁100的轻量化，也能够利用肋102来维持分隔壁100的强度。
而且，多个肋102向辅助设备壳体26的内部侧突出，作为整体而沿铅垂方向延伸即可。因此，各肋102既可以是相对于铅垂方向而言倾斜，也可以是弯曲形状。另外，多个肋102不限定于形成于相互邻接的槽104彼此之间，例如，也可以是从平面状的分隔壁100向辅助设备壳体26的内部侧突出并且沿铅垂方向延伸。还有，多个肋102与分隔壁100既可以是由相同构件形成，也可以由分别构件形成后而一体化。
本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可作出各种改变。
例如，在上述的实施方式中，在堆壳体22的左端配设了辅助设备壳体26，但也可以在堆壳体22的右端配设辅助设备壳体26。
Claims (3)
1.一种燃料电池系统，具备：堆壳体(22)，其收纳在水平方向上层叠多个发电单电池(18)而成的层叠体(20)；以及辅助设备壳体(26)，其收纳燃料电池用辅助设备(24)，在燃料电池系统(10)中，
在水平方向上邻接的所述堆壳体与所述辅助设备壳体的内部被分隔壁(100)划分开，
在所述辅助设备壳体的上部设置使所述辅助设备壳体的内部与辅助设备侧排气管道(116)连通的辅助设备侧连通孔(96)，
在所述分隔壁设置有向所述辅助设备壳体的内部侧突出并且沿铅垂方向延伸的多个肋(102)，
在所述堆壳体的上部设置将所述堆壳体的内部与堆侧排气管道(114)连通的堆侧连通孔(82)，
在所述分隔壁的上部设置使所述辅助设备壳体的内部与所述堆壳体的内部连通的换气连通口(108)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述分隔壁为所述辅助设备壳体的一部分，
在层叠方向的一端侧设置的端板(70)与在另一端侧设置的所述分隔壁之间，对所述层叠体施加紧固载荷。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述分隔壁在所述辅助设备壳体的内部侧的面，相互隔开间隔地设置有沿铅垂方向延伸的多个槽(104)，
所述肋形成于相互邻接的所述槽彼此之间。
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