CN114583230A - 燃料电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明的燃料电池模块具备燃料电池组、多个辅机、多个维护部件以及框架。框架具有形成有内部空间的立体构造。燃料电池组和多个辅机在收纳于内部空间的状态下固定于框架。在燃料电池模块的俯视视角中，多个维护部件以在与内部空间分开的外部空间(SO)中配置于相对于框架靠一侧的外部空间的状态固定于上述框架。

Description

燃料电池模块

技术领域

本发明涉及燃料电池模块。

背景技术

以往，作为这种燃料电池模块，例如，在日本特开2013-4352中提出有具有燃料电池组、和驱动燃料电池组的多个辅机的燃料电池模块。该燃料电池模块的燃料电池组容纳于电池堆壳体内，多个辅机设备在安装于端板的状态下容纳于辅机罩内，辅机罩安装于电池堆壳体。

然而，在日本特开2013-4352所记载的燃料电池模块中，也存在与燃料电池组及辅机连接并在使用时被检查或者维护的多个维护部件，对于这些的配置状态没有研究。因此，设想在安装燃料电池模块后不能顺利地进行维护部件的检查或者维护。

发明内容

鉴于这样的点，作为本发明，提供一种能够顺利地检查或者维护多个维护部件的燃料电池模块。

为了解决上述课题，本发明所涉及的燃料电池模块是具备燃料电池组、使上述燃料电池组驱动的多个辅机、与上述燃料电池组或者上述多个辅机的任意一个连接并被检查或者维护的多个维护部件、以及支承上述燃料电池组、上述多个辅机以及上述多个维护部件的框架的燃料电池模块，其中，上述框架具有形成有被梁和柱包围的内部空间的立体构造，上述燃料电池组和上述多个辅机在收纳于上述内部空间的状态下固定于上述框架，在上述燃料电池模块的俯视视角中，上述多个维护部件以在与上述内部空间分开的外部空间中配置在相对于上述框架靠一侧的外部空间的状态固定于上述框架。

根据本发明，需要检查或者维护的维护部件以在与框架的内部空间分开的外部空间中相对于框架靠一侧的外部空间的状态固定于框架。因此，在将燃料电池模块安装于车辆等时，若在框架的一侧的外部空间的附近设置能够作业的空间，则能够顺利地检查或者维护多个维护部件。

此外，本发明中所说的“维护部件”是指用于在使用燃料电池组后进行车检等定期检查或者基于用户的日常检查等并进行维护的部件，在这些维护部件中也可以包括用于驱动燃料电池组的辅机。另外，这里所说的维护包括维护部件其本身的修补(清扫)、更换、或者液体等的补充。

这里，维护部件若是被检查或者维护的部件，则并不特别地限定其部件，例如，也可以是以下所示的形态。作为具体的形态，上述多个维护部件包括如下部件中的至少两个以上：第1热交换器，将从上述燃料电池组排出的第1冷却液冷却；第1罐，储藏补给用的上述第1冷却液；第2热交换器，将从上述多个辅机中的若干辅机排出的第2冷却液冷却；第2罐，储藏补给用的上述第2冷却液；离子交换器，捕获在上述第1热交换器与上述燃料电池组之间循环的上述第1冷却液所包含的离子；气体净化器，配置于上述多个辅机中的向上述燃料电池组供给气体的压缩机的上游；以及继电器盒，与上述燃料电池组或者上述多个辅机的若干个电连接。

这些例示的维护部件是进行定期检查或者维护的部件。第1和第2热交换器因持续的使用而冷却性能降低，因此进行检查、清扫、并根据需要进行更换。以确保第1和第2罐的第1和第2冷却液的储藏量的方式定期地检查第1和第2罐，向第1和第2罐分别补给第1和第2冷却液。若离子交换器的离子交换性能降低，则定期地进行修补或者更换。气体净化器存在气体所含有的污染物的捕获性能(净化率)降低的情况，因此定期地进行过滤器等的清扫或者更换。继电器盒是与燃料电池组或者多个辅机的若干个电连接的中继盒，定期地进行检查。

这样，这些维护部件的检查或者维护的频度较高，因此若相对于框架配置于一侧的外部空间，则能够顺利地提高检查或者维护的作业效率。

若将上述的维护部件在相对于框架配置于一侧的外部空间的状态下固定于框架，则例如也可以是以下所示的形态。作为具体的形态，也可以构成为：上述多个维护部件包括上述第1罐或者上述第2罐，在上述燃料电池模块的俯视视角中，上述框架的外形是矩形状，上述第1罐或者第2罐配置于上述框架的角部侧。

根据该形态，通过将第1或者第2罐在上述燃料电池模块的俯视视角中配置于框架的角部侧的外部空间，能够简单地确认第1或者第2冷却液的储藏量。特别是第1或者第2罐若使用透明的材料等具有透光性的材料，则能够更顺利地进行储藏量的检查。

作为更具体的形态，也可以构成为：上述维护部件至少包括由上述第1罐和上述第1热交换器构成的第1组、或者由上述第2罐和上述第2热交换器构成的第2组中的任一组，上述第1罐配置于比上述第1热交换器靠上侧的位置，或者上述第2罐配置于比上述第2热交换器靠上侧的位置。

根据该形态，在维护部件包括第1组的情况下，第1罐配置于比第1热交换器靠上侧的位置，因此能够从第1罐的液体补给口简单地抽出积存于第1热交换器和冷却路径内的空气。同样，在维护部件包括第2组的情况下，第2罐配置于比第2热交换器靠上侧的位置，因此能够从第2罐的液体补给口简单地抽出积存于第2热交换器和冷却路径内的空气。并且，容易向第1或者第2罐分别补给第1和第2冷却液。

作为更具体的形态，也可以构成为：上述维护部件包括上述离子交换器和上述继电器盒，上述离子交换器和上述继电器盒在上述外部空间内并列设置于远离上述内部空间的方向，上述继电器盒配置于比上述离子交换器远离上述内部空间的位置。

根据该形态，检查频度比离子交换器高的继电器盒配置于比离子交换器远离框架的内部空间的位置，因此能够更顺利地进行继电器盒的检查。

作为更具体的形态，在上述框架，在上述一侧的外部空间安装有搁板部件，上述多个维护部件夹着上述搁板部件上下配置。

根据该形态，通过将维护部件配置于搁板部件的上下，能够高效地集中于较少的空间，因此能够使燃料电池模块的姿势稳定。

根据本发明所涉及的燃料电池模块，能够顺利地检查或者维护多个维护部件。

以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件

附图说明

图1是本实施方式所涉及的燃料电池模块的示意性立体图。

图2是构成本实施方式所涉及的燃料电池模块的一个实施方式的燃料电池系统的简要系统图。

图3是图1所示的燃料电池模块的框架的立体图。

图4是在图1所示的燃料电池模块安装了燃料电池组和辅机的状态的立体图。

图5是本实施方式的燃料电池模块的维护部件附近的局部俯视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本实施方式所涉及的燃料电池模块的一个实施方式详细地进行说明。

如图1所示，本实施方式所涉及的燃料电池模块1具备燃料电池组1A、使燃料电池组1A驱动的多个辅机(进行后述)、以及固定燃料电池组1A和多个辅机的框架10。对于框架10进行后述。如图2所示，燃料电池系统100除了燃料电池模块1、维护部件等设备之外，还由氢罐等其他的装置构成。

燃料电池组1A的燃料电池单元具备由离子透过性的电解质膜、和夹持该电解质膜的阳极侧催化剂层(阳极电极)及阴极侧催化剂层(阴极电极)构成的膜电极接合体(MEA)。在MEA的两侧形成有气体扩散层(GDL)，该气体扩散层用于供给作为燃料气体的氢气和作为氧化剂气体的气体，并且收集通过电化学反应产生的电。将GDL配置于两侧的膜电极接合体也称为MEGA，MEGA被一对隔离件夹持。这里，MEGA是燃料电池的发电部，在没有气体扩散层的情况下，MEA成为燃料电池的发电部。

燃料电池组1A与驱动它的多个辅机连接，如图2所示，这些辅机构成气体供给系统20、氢气供给系统30、冷却系统40、以及控制系统50。

气体供给系统20向构成燃料电池组1A的各单元的阴极电极供给气体，并将在各燃料电池单元中供电化学反应后的废气从燃料电池组1A排出。在气体供给系统20，从燃料电池组1A的上游侧设置有气体净化器21、压缩机22、以及中冷器23等，在燃料电池组1A的下游侧设置有消声器28等。

气体净化器21将从大气中获取的气体中的尘埃等污染物除去，并配置于向燃料电池组1A供给气体的压缩机22的上游。压缩机22压缩经由气体净化器21导入的气体，并将压缩后的气体向中冷器23压送。中冷器23在使从压缩机22压送并导入的气体通过时例如通过与冷却液的热交换而将其冷却，并向燃料电池组1A(的阴极电极)供给。在本实施方式的燃料电池模块1中，作为燃料电池组1A的辅机，压缩机22和中冷器23固定于框架10。

氢气供给系统30向构成燃料电池组1A的各单元的阳极电极供给氢气，并将在各燃料电池单元中供电化学反应后的废气从燃料电池组1A排出。氢气供给系统30从燃料电池组1A的上游侧具备氢气供给源31和氢气供给装置33，在燃料电池组1A的下游侧具备气液分离器37。氢气供给系统30具备使通过了气液分离器37的氢气向上游侧循环的氢气泵38。

氢气供给装置33具备向燃料电池组1A供给氢气的喷射器等。气液分离器37将废气所包含的生成水分离，将分离了生成水的氢气向氢气泵38输送，并将生成水向消声器28输送。氢气泵38压送在气液分离器37中分离出的氢气，并使其向燃料气体供给流路循环。在本实施方式的燃料电池模块1中，作为燃料电池组1A的辅机，氢气泵38等搭载于框架10内。

冷却系统40由将燃料电池组1A冷却的第1冷却系统40A、集中了后述的转换器54等的高电压设备54A(参照图1)、以及将压缩机22的马达等冷却的第2冷却系统40B构成。

第1冷却系统40A是循环系统，在第1冷却系统40A设置有第1泵42A、第1热交换器43A、三通阀(旋转阀)45、离子交换器47、以及第1罐48A。第1泵42A将被第1热交换器43A冷却后的第1冷却液(冷却液)向燃料电池组1A压送。第1热交换器43A将从燃料电池组1A排出的第1冷却液冷却。离子交换器47具有从冷却燃料电池组1A的冷却液中除去离子的功能，设置于旁通通路。三通阀45将从燃料电池组1A排出的冷却液向第1热交换器43A或者离子交换器47分流。对于第1罐48A而言，在第1冷却系统40A容纳补给用的冷却液，在冷却液不足时，向第1冷却系统40A供给补给用的冷却液。在本实施方式中，作为燃料电池组1A的辅机，第1泵42A和三通阀45等固定于框架10。

在第2冷却系统40B设置有第2热交换器43B、第2泵42B以及第2罐48B。第2泵42B将被第2热交换器43B冷却后的第2冷却液(冷却液)向转换器54等压送。第2热交换器43B将从转换器54等若干辅机排出的冷却液冷却。对于第2罐48B而言，在第2冷却系统40B容纳补给用的冷却液，在冷却液不足时，向第2冷却系统40B供给补给用的冷却液。在本实施方式中，作为燃料电池组1A的辅机，第2泵42B等固定于框架10。

通过具有挠性的管7将气体供给系统20、氢气供给系统30、冷却系统40的各设备(辅机等)连接，并经由阀，控制在这些部件中流动的流体的流量、压力等。此外，在图1和图4中，示出了多个管中的一部分的管7。

控制系统50控制燃料电池组1A的驱动等。在控制系统50设置有控制装置51、电池52、PCU53、转换器54、接线盒(中继盒)55、以及负载56。控制装置51控制上述的阀、后述的PCU(动力控制单元)53。电池52蓄积在燃料电池组1A中发电的电力。PCU53根据控制装置51的控制经由接线盒55向负载56供给电力。转换器54包括在高电压设备54A(参照图1)中，将燃料电池组1A的输出电压升压并向PCU53供给。这些辅机经由电缆6电连接，但在图1和图4中，示出了多个电缆中的一部分的电缆6。

除此之外，虽然在图2的系统图中省略，但设置有图1等所示的继电器盒58。继电器盒58与燃料电池组1A或者包括转换器54在内的高电压设备54A等多个辅机的若干辅机电连接，例如是容纳有选择性地进行电力从电池52向若干辅机的供给、电力从燃料电池组1A向电池52的供给的继电器(未图示)的盒。

这里，在本实施方式中，如图1和图4所示，在框架10固定有燃料电池组1A和多个辅机。固定于框架10的多个辅机是压缩机22、中冷器23、氢气供给装置33、氢气泵38、第1泵42A、三通阀45、第2泵42B、PCU53、高电压设备54A、接线盒55等。这些辅机在收纳于被后述的框架10的梁(下梁11、上梁13)和柱12包围的内部空间SI的状态下固定于框架10，在图1和图4中，标注了附图标记8。

另外，气体净化器21、第1及第2热交换器43A、43B、离子交换器47、第1及第2罐48A、48B、以及继电器盒58是需要检查或者维护的维护部件，在图1、图4、以及图5中，标注了附图标记9。此外，维护部件9并不限定于这些部件，在多个维护部件的一部分中也可以包括驱动燃料电池组1A的辅机。并且，配置于框架10的辅机或者部件也可以包括以上所示的以外的辅机或者部件。

在本实施方式中，燃料电池组1A、多个辅机8以及维护部件9支承于框架10。在图3中，框架10是形成有被梁11、13以及柱12包围的内部空间SI的立体构造。基本上通过将金属制的槽型钢材、角材、管材等接合而构成。

更具体而言，如图3所示，框架10具有：下梁11，连结为矩形状，并在水平方向上延伸；柱12，从下梁11的连结部分向铅垂方向延伸；以及上梁13，将柱12的上部连结，并在水平方向上延伸。由此，在框架10形成内部空间SI。在本实施方式中，内部空间SI是由相互连结的多个下梁11、从下梁11、11彼此的连结部分立设的各柱12、将柱彼此12、12连结的上梁13包围的空间。

并且，框架10具有：连结柱16A，将沿着长边方向的下梁11的中央、与相对于该下梁11在铅垂方向上对置的上梁13连结；和连结梁16B，将对置的上梁13、13彼此连结。并且，在对置的长边的下梁11、11彼此连结有支承板16C，以横跨支承板16C和短边的各下梁11的方式连结有支承板16D。

在框架10，在与内部空间分开的外部空间中的相对于框架10靠一侧的外部空间SO安装有搁板部件18。在本实施方式中，搁板部件18是板状的部件，搁板部件18通过焊接等固定于柱12。并且，在搁板部件18的上方的上梁13安装有将维护部件9的一部分固定于框架10的托架19。

如图4所示，燃料电池组1A和多个辅机8在收纳于框架10的内部空间SI的状态下固定于框架10。具体而言，在内部空间SI内，固定于框架10的辅机8是压缩机22、中冷器23、氢气供给装置33、氢气泵38、第1泵42A、三通阀45、第2泵42B、PCU53、高电压设备54A、接线盒55等。

并且，如图5所示，在燃料电池模块1的俯视视角中，由下梁11、柱、以及上梁13形成的框架10的外形是矩形状。多个维护部件9在其俯视视角中以配置于与框架10的内部空间SI分开的相对于框架10靠一侧的外部空间SO的状态固定于框架10。具体而言，多个维护部件9配置于与在俯视视角中对置的上梁13、13(下梁11、11)的一侧的上梁13(下梁11)邻接的外部空间SO。这多个维护部件夹着搁板部件18上下配置。

具体而言，在本实施方式中，多个维护部件9包括气体净化器21、第1及第2热交换器43A、43B、离子交换器47、第1及第2罐48A、48B、以及继电器盒58。

在搁板部件18的上侧，配置有气体净化器21、第2热交换器43B、离子交换器47、第1及第2罐48A、48B、以及继电器盒58，在搁板部件18的下侧，配置有第1热交换器43A。通过将维护部件9配置于搁板部件18的上下，能够高效地集中于较少的空间，因此能够提高燃料电池模块1的姿势的稳定性。

在本实施方式中，气体净化器21、和第1及第2罐48A、48B经由托架19固定于框架10。其他的维护部件9可以直接固定于搁板部件18，例如也可以经由托架、或者邻接的维护部件固定于搁板部件18或者框架10。

这些例示的维护部件9是进行定期检查或者维护的部件。由于持续的使用，第1和第2热交换器43A、43B有时产生第1或者第2冷却液对散热器等的腐蚀、异物的附着等，进行检查、清扫、并根据需要进行更换。

当分别在第1和第2热交换器43A、43B中循环的第1和第2冷却液不足时，将储藏于第1和第2罐48A、48B的第1和第2冷却液向这些循环路径补给。因此，以确保第1和第2罐48A、48B的第1和第2冷却液的储藏量的方式定期地检查第1和第2罐48A、48B，并向第1和第2罐48A、48B分别补给第1和第2冷却液。

在离子交换器47配置有离子交换膜(未图示)，当在从燃料电池组1A排出的第1冷却液中包含金属离子等的情况下，通过离子交换膜捕获金属离子等离子。因此，基于离子交换器47的离子交换性能根据离子的捕获量而降低，因此定期地修补或者更换离子交换器47。

在气体净化器21例如配置有过滤器(未图示)，过滤器捕获在气体中含有的污染物。因此，若持续使用气体净化器21，则因污染物而导致过滤器堵塞，因此定期地清扫或者更换气体净化器21的过滤器。

继电器盒58是容纳有与燃料电池组1A或者多个辅机8的若干个电连接的继电器的中继盒，继电器盒58与其他的维护部件9相比，检查频度较高。

这样，这些维护部件9与容纳于框架10的内部空间SI的辅机8相比，被检查或者维护的频度较高。因此，若相对于框架配置于一侧的外部空间，则能够顺利地检查，或者能够提高维护的作业效率。

并且，在本实施方式中，如图5所示，在燃料电池模块1的俯视视角中，第1罐48A和第2罐48B分别配置于框架10的角部10a侧(角部10a附近)。在本实施方式中，在框架10的两个角部10a侧分别配置有第1罐48A和第2罐48B，但也可以将第1或者第2冷却液的补给频度较多的任意一个罐配置于一个角部10a侧。通过这样的配置，能够简单地确认第1或者第2冷却液的储藏量。特别是若在第1或者第2罐48A、48B使用透明的材料等具有透光性的材料，则能够更顺利地进行储藏量的检查。

在本实施方式中，第1和第2罐48A、48B配置于搁板部件18的上侧，第1和第2罐48A、48B的盖48a设置于罐上部。因此，容易进行盖48a的安装和取下，从而容易卸下盖48a来从罐主体的液体补给口补给第1或者第2冷却液。

并且，在将第1罐48A和第1热交换器43A作为第1组、并将第2罐48B和第2热交换器43B作为第2组的情况下，构成第1组的第1罐48A配置于比第1热交换器43A靠上侧的位置。构成第2组的第2罐48B配置于比第2热交换器43B靠上侧的位置。具体而言，第1罐48A配置于搁板部件18的上侧，第1热交换器43A配置于搁板部件18的下侧。并且，第2罐48B和第2热交换器43B在搁板部件18的上侧上下配置。

由此，由于第1罐48A配置于比第1热交换器43A靠上侧的位置，因此维护部件9能够简单地从第1罐48A的液体补给口抽出积存于第1热交换器43A和冷却路径内的空气。同样，由于第2罐48B配置于比第2热交换器43B靠上侧的位置，因此能够简单地从第2罐48B的液体补给口抽出积存于第2热交换器43B和冷却路径内的空气。

如图5所示，离子交换器47和继电器盒58在外部空间SO并列设置于远离内部空间SI的方向，继电器盒58配置于比离子交换器47远离内部空间SI的位置。由于检查频度比离子交换器47高的继电器盒58配置于比离子交换器47远离框架10的内部空间SI的位置，因此能够更顺利地进行继电器盒58的检查。

这样，根据燃料电池模块1，需要检查或者维护的多个维护部件9以在与框架10的内部空间SI分开的外部空间SO中配置于相对于框架靠一侧的外部空间SO的状态固定于框架10。因此，在将燃料电池模块1安装于车辆等时，若在框架10的一侧的外部空间SO的附近设置能够进行作业的空间，则能够顺利地检查或者维护多个维护部件9。

以上，对本发明的一个实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内，能够进行各种设计变更。

Claims (6)

1.一种燃料电池模块，具备燃料电池组、使所述燃料电池组驱动的多个辅机、与所述燃料电池组或者所述多个辅机的任意一个连接并被检查或者维护的多个维护部件、以及支承所述燃料电池组、所述多个辅机以及所述多个维护部件的框架，其特征在于，

所述框架具有形成有被梁和柱包围的内部空间的立体构造，

所述燃料电池组和所述多个辅机在收纳于所述内部空间的状态下固定于所述框架，

在所述燃料电池模块的俯视视角中，所述多个维护部件以在与所述内部空间分开的外部空间中配置在相对于所述框架靠一侧的外部空间的状态固定于所述框架。

2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，

所述多个维护部件包括如下部件中的至少两个以上：

第1热交换器，将从所述燃料电池组排出的第1冷却液冷却；

第1罐，储藏补给用的所述第1冷却液；

第2热交换器，将从所述多个辅机中的若干辅机排出的第2冷却液冷却；

第2罐，储藏补给用的所述第2冷却液；

离子交换器，捕获在所述第1热交换器与所述燃料电池组之间循环的所述第1冷却液所包含的离子；

气体净化器，配置于所述多个辅机中的向所述燃料电池组供给气体的压缩机的上游；以及

继电器盒，与所述燃料电池组或者所述多个辅机的若干个电连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池模块，其特征在于，

所述多个维护部件包括所述第1罐或者所述第2罐，

在所述燃料电池模块的俯视视角中，所述框架的外形是矩形状，所述第1罐或者第2罐配置于所述框架的角部侧。

4.根据权利要求2或3所述的燃料电池模块，其特征在于，

所述维护部件至少包括由所述第1罐和所述第1热交换器构成的第1组、或者由所述第2罐和所述第2热交换器构成的第2组中的任一组，

所述第1罐配置于比所述第1热交换器靠上侧的位置，或者所述第2罐配置于比所述第2热交换器靠上侧的位置。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，

所述维护部件包括所述离子交换器和所述继电器盒，

所述离子交换器和所述继电器盒在所述外部空间内并列设置于远离所述内部空间的方向，

所述继电器盒配置于比所述离子交换器远离所述内部空间的位置。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池模块，其特征在于，

在所述框架，在所述一侧的外部空间安装有搁板部件，

所述多个维护部件夹着所述搁板部件上下配置。

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