CN115000436B - 燃料电池模块的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明制造具备燃料电池组、驱动燃料电池组的多个辅机、以及安装多个辅机的框架的燃料电池模块。在该燃料电池模块的制造方法中，准备以跨过框架的对置的一对上梁彼此的方式相对于一对上梁装卸自如的中间梁部件。接下来，制作在中间梁部件安装有作为多个辅机中的特定的辅机的水泵的分总成。并且，以在安装有除了水泵之外的多个辅机的框架悬挂水泵的方式将分总成的中间梁部件安装于一对上梁。

Description

燃料电池模块的制造方法

技术领域

本发明涉及燃料电池模块的制造方法，特别是涉及具备向燃料电池组供给冷却水的水泵的燃料电池模块的制造方法。

背景技术

以往，作为这种燃料电池系统，例如，在日本特开2020-87726中有燃料电池系统，该燃料电池系统具备向燃料电池组压送冷却水的水泵。

然而，在上述日本特开2020-87726所记载的燃料电池系统中，想到欲通过将燃料电池组、和用于驱动燃料电池组的多个辅机安装于框架来制造燃料电池模块。然而，将这些设备高效地安装于框架并不容易。

发明内容

鉴于这样的点，作为本发明，提供一种能够将燃料电池组和驱动燃料电池组的多个辅机高效地安装于框架的燃料电池模块的制造方法。

为了解决上述课题，本发明所涉及的燃料电池模块的制造方法是具备燃料电池组、驱动上述燃料电池组的多个辅机、以及安装上述多个辅机的框架的燃料电池模块的制造方法，其特征在于，至少包括：准备以跨过上述框架的对置的一对上梁彼此的方式相对于上述一对上梁装卸自如的中间梁部件的工序；制作在上述中间梁部件安装有上述多个辅机中的特定的辅机的分总成的工序；以及以在安装有除了上述特定的辅机之外的上述多个辅机的上述框架悬挂上述特定的辅机的方式将上述分总成的上述中间梁部件安装于上述一对上梁的工序。

在这样构成的燃料电池模块的制造方法中，例如，在将特定的辅机安装于框架时，准备以跨过框架的对置的一对上梁彼此的方式相对于一对上梁装卸自如的中间梁部件。接下来，制作在中间梁部件安装有多个辅机中的特定的辅机的分总成。

在将特定的辅机安装于框架时，作业人员把持分总成的中间梁部件，以在安装有除了特定的辅机之外的多个辅机的框架悬挂特定的辅机的方式将分总成的中间梁部件安装于一对上梁。由此，能够将特定的辅机配置于框架的规定的位置。这样，根据本发明，在难以确保作业空间的框架内，不将特定的辅机直接安装于框架，而经由中间梁部件将特定的辅机安装于框架，因此特定的辅机的安装作业变得容易。

作为优选的形态，上述框架具备以跨过上述一对上梁彼此的方式相对于上述一对上梁固定的固定梁，在制作上述分总成的工序中，经由固定于上述固定梁的托架将上述特定的辅机安装于上述中间梁部件，在安装于上述一对上梁的工序中，将上述托架安装于上述固定梁。

根据该结构，框架具备以跨过一对上梁彼此的方式相对于一对上梁固定的固定梁，能够将该固定梁与中间梁部件并列地配置于框架。这里，在制作分总成的工序中，经由托架将特定的辅机安装于中间梁部件，在安装于一对上梁的工序中，能够将托架安装于固定梁并且将分总成的中间梁部件安装于一对上梁。由此，能够在经由托架使特定的辅机稳定的姿势下安装于框架，因此分总成的安装作业变得容易。

作为更优选的形态，在安装于上述一对上梁的工序之后，将上述燃料电池组安装于上述框架的上部。根据该结构，在将特定的辅机悬挂并安装于框架的一对上梁后，将燃料电池组安装于框架的上部，因此能够使燃料电池组的安装作业变得简易。由于能够在框架内收纳多个辅机，因此能够提高燃料电池模块的空间效率并实现模块的小型化。

根据本发明，能够将燃料电池组和驱动燃料电池组的多个辅机高效地安装于框架。

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是用于实施本发明所涉及的燃料电池模块的制造方法的燃料电池模块的立体图。

图2是构成图1的燃料电池模块的燃料电池系统的简要系统图。

图3是从另一方向观察图1所示的燃料电池模块的立体图。

图4是从另一方向观察图1所示的燃料电池模块的立体图。

图5是从另一方向观察图1所示的燃料电池模块的立体图。

图6是图1所示的燃料电池模块的制造方法的流程图。

图7是图1所示的框架的上部的分解状态的立体图。

图8是图1所示的框架的上部的立体图。

图9是表示从图1所示的燃料电池模块拆下了燃料电池组的状态的框架上部的立体图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的燃料电池模块的制造方法的一个实施方式详细地进行说明。首先，对用于实施本实施方式所涉及的燃料电池模块的制造方法的燃料电池模块进行说明。图1是燃料电池模块的立体图。

如图1所示，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)、以及安装燃料电池组1A和多个辅机的框架10。框架10将多个辅机中的特定的辅机、例如小型并且重量较大的水泵等辅机收纳于内部空间，并且将该特定的辅机安装于上部等。对于框架10的详细内容，将在后文中叙述。

这里，参照图2对具备用于实施本实施方式的制造方法的燃料电池模块1的燃料电池系统100进行说明。图2是包括燃料电池模块1在内的燃料电池系统的简要系统图。如图2所示，燃料电池系统100由包括燃料电池组1A在内的燃料电池模块1、和氢罐等其他的设备等构成。

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的两侧形成有用于供给作为燃料气体的氢气、作为氧化剂气体的空气并且收集由电化学反应产生的电气的气体扩散层(GDL)。在两侧配置有GDL的膜电极接合体也被称为MEGA，MEGA由一对隔离件夹持。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，这些辅机构成空气供给系统20、氢气供给系统30、冷却系统40以及控制系统50。多个辅机中的后述的若干辅机以收纳于框架10内的方式安装于框架10。

空气供给系统20向构成燃料电池组1A的各单元的阴极电极供给空气，并从燃料电池组1A中排出在各燃料电池单元中供电化学反应后的废气。在空气供给系统20，从燃料电池组1A的上游侧设置有空气净化器21、空气压缩机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。

空气净化器21除去从大气中获取的空气中的尘埃。空气压缩机22压缩经由空气净化器21导入的空气，并将压缩后的空气向中冷器23压送。中冷器23在使从空气压缩机22压送并导入的空气通过时例如通过与制冷剂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，将空气压缩机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，并从燃料电池组1A排出在各燃料电池单元中供电化学反应后的废气。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分离废气所包含的生成水，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中分离的氢气，并使其向氢气供给流路循环。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，将氢气泵38等搭载于框架10内。

冷却系统40是供冷却燃料电池组1A的冷却水循环的循环系统。此外，也可以设置冷却路径，使得将冷却系统40的冷却水向集中了后述的转换器54等的高电压设备、冷却空气压缩机22的马达等的其它的冷却系统供给来将辅机的一部分冷却。

冷却系统40是循环系统，设置有水泵42、热交换器43、三通阀(旋转阀)45、离子交换器47以及供给罐48。水泵42将被热交换器43冷却后的冷却水向燃料电池组1A压送。热交换器43将从燃料电池组1A排出的冷却水冷却。离子交换器47具有从冷却燃料电池组1A的冷却水中除去离子的功能，设置于旁通通路。三通阀45将从燃料电池组1A排出的冷却水向热交换器43或者离子交换器47分流。供给罐48在冷却系统40收纳补给用的冷却水，在冷却水的不足时，向冷却系统40供给补给用的冷却水。在本实施方式中，作为燃料电池组1A的辅机，将水泵42和三通阀45等固定于框架10内。

空气供给系统20、氢气供给系统30以及冷却系统40的各设备(辅机等)通过具有挠性的配管7而连接，并经由阀被控制在这些设备中流动的流体的流量、压力等。此外，在图1中，示出了多个配管中的一部分的配管7。

控制系统50控制燃料电池组1A的驱动等。控制系统50具备控制装置51、PCU53、转换器54，能够经由中继盒55向电池或者负载等外部设备52供给电力。控制装置51控制上述的阀、后述的PCU(动力控制单元)53。作为外部设备52之一的蓄电池积蓄由燃料电池组1A发电的电力。PCU53根据控制装置51的控制经由中继盒55向外部设备52供给电力。转换器54包括在高电压设备中，将燃料电池组1A的输出电压升压并向PCU53供给电力。这些辅机经由缆线6电连接。此外，在图1中，示出了多个缆线中的一部分的缆线6。

这里，参照图1、图3～图9对安装包括上述的燃料电池组1A、水泵42等小型并且重量较大的特定的辅机在内的多个辅机的框架10详细地进行说明。如上述那样，安装于框架10的多个辅机是空气压缩机22、中冷器23、氢气供给装置33、氢气泵38、水泵42、三通阀45、PCU53、高电压设备、中继盒55等，这多个辅机收纳于框架10内。然而，并不限定于这些辅机，也可以还安装空气净化器21、热交换器43、其他的阀等。

框架10基本上由金属制的槽型钢材、角材、管材、板材等构成，通过焊接、连结螺栓来接合或者连结。在本实施方式中，在图1等中，从框架10的A方向观察的侧面由下梁11A、柱11B、上梁11C以及柱11D形成，并通过斜材11E等来加强。上梁11C相对于下梁11A不平行，在向右上倾斜的状态下与柱11B及柱11D等连结。这些部件根据在其周边安装的辅机的形状、连结螺栓等而形成有宽度宽的部位。

如图3等所示，从框架10的B方向观察的侧面由下梁12A、柱12B、上梁12C以及柱11B形成，并通过斜材12E等来加强。如图4等所示，从框架10的C方向观察的侧面由下梁13A、柱13B、上梁13C以及柱12B形成，并通过斜材13E来加强。如图1等所示，从框架10的D方向观察的侧面由侧板(端板)14A、柱11D、上梁14C以及柱13B(参照图4)形成。侧板14A形成有用于供大小直径的配管、缆线等贯通的贯通孔。构成各侧面的部件分别通过螺栓等来连结，但也可以通过焊接等来接合。

在本实施方式中，对于框架10而言，由下梁11A、下梁12A、下梁13A以及侧板14A形成下部10a，由上梁11C、上梁12C、上梁13C以及侧板14A形成上部10b。在框架10的下部10a直接或者间接地安装有多个辅机中的若干辅机。在框架10的上部10b，以载置于上部10b的方式安装有燃料电池组1A。这样，通过配管7、缆线6等将配置于框架10内的多个辅机、和载置于框架10的上部10b的燃料电池组1A连接，由此能够通过多个辅机使燃料电池组1A驱动。

根据上述的燃料电池模块1，从空气供给系统20向燃料电池组1A供给空气，从氢气供给系统30供给氢气，通过燃料电池组1A内的MEGA或者MEA的发电部中的电化学反应来发电。将所发电的电力经由中继盒55向外部设备52供给。另外，燃料电池组1A被冷却系统40冷却，从而被控制在规定的温度范围。这样，由多个辅机驱动图2所示的燃料电池组1A，并将发电的电力经由中继盒55向外部设备52提供。

在这样构成的燃料电池模块1中，将多个辅机安装于框架10而一体化，为了模块本身的小型化，在间隙较少的状态下安装，为了提高组装性、提高空间效率而进行了研究。这里，当在框架10内安装多个辅机的情况下，若干辅机能够比较简单地安装于框架10的下部10a。然而，当欲在至少悬挂一个辅机的状态下安装于框架10的上部10b的情况下，难以确保框架10内的作业空间，因此其安装作业并不简单。因此，在本实施方式的制造方法中，即使是这样的情况，通过以下所示的工序，也能够提高组装性，从而能够容易地制造。

以下，对燃料电池模块1的制造方法进行说明。如图6所示，在本实施方式中，在准备工序S1中，准备中间梁部件15和托架17。如图7所示，中间梁部件15是以跨过框架10的对置的一对上梁11C、13C彼此的方式相对于一对上梁11C、13C装卸自如的部件。此外，图7表示在中间梁部件15经由托架17安装有水泵42的分总成16的状态。在中间梁部件15的两端形成有与上梁11C、13C的紧固孔13d对位并通过螺栓固定的固定孔15a。

在本实施方式中，在上梁11C、13C的紧固孔13d，在框架10的内部侧固定有焊接螺母(未图示)，在将螺栓插通于固定孔15a和紧固孔13d后将螺栓旋装于焊接螺母，由此能够安装中间梁部件15。

如图7所示，准备的托架17在俯视时形成为三角形状，在前端的突出部形成紧固孔17a，底边部分如后述那样为在悬臂状态下通过螺栓等固定于中间梁部件15的部分。

接下来，如图6所示，进行分总成制作工序S2。在该工序中，如图7所示，通过在中间梁部件15经由托架17安装作为多个辅机中的特定的辅机的水泵42，从而制作分总成16。在本实施方式中，通过螺栓在悬臂状态下将托架17固定于中间梁部件15，并在将水泵42悬挂于托架17的下方的状态下固定。

接下来，如图6所示，进行分总成安装工序S3。这里，如图7等所示，框架10还具备固定梁18，该固定梁18以跨过作为外框的一部分的一对上梁11C、13C彼此的方式固定于一对上梁11C和上梁13C。在将中间梁部件15安装于框架10的状态下，固定梁18与中间梁部件15并列配置。在本实施方式中，在固定梁18形成有与托架17的紧固孔17a紧固的长孔状的固定孔18a。

在本实施方式中，以在安装有除了作为特定的辅机的水泵42之外的多个辅机的框架10悬挂水泵42的方式将分总成16的中间梁部件15安装于一对上梁11C、13C。具体而言，上梁11C和上梁13C是对置的一对上梁，中间梁部件15以跨过上梁11C、上梁13C彼此的方式通过螺栓装卸自如地安装于上梁11C和上梁13C。此外，在该工序之前，在框架10内，将除了水泵42之外的多个辅机安装于框架10。

更具体而言，作业人员把持分总成16的中间梁部件15，从对置的一对上梁11C、13C的上方将分总成16配置于框架10。此时，将中间梁部件15的固定孔15a与上梁11C、13C的紧固孔13d对位，将托架17的前端钻入于固定梁18，以托架17的紧固孔17a与固定梁18的长孔状的固定孔18a对置的方式进行对位。

这样，在对位的状态下，将螺栓插通于中间梁部件15的固定孔15a和各上梁11C、13C的紧固孔13d，从而将中间梁部件15和各上梁11C、13C固定。同样，将螺栓插通于托架17的紧固孔17a和固定梁18的长孔状的固定孔18a，从而将托架17和固定梁18固定。

由于在悬挂水泵42的状态下将分总成16一体化，因此能够使用突出的中间梁部件15来进行安装作业。因此，与水泵42的单体的安装作业相比，作业效率较好。并且，能够在将分总成16的中间梁部件15安装于一对上梁11C、13C的状态下将水泵42配置于框架10的规定的位置。通过固定托架17的前端和固定梁18，从而支承悬臂状态的托架17的两端，因此水泵42的姿势稳定。由此，分总成16的安装作业变得容易。

此外，中间梁部件15装卸自如地安装于上梁11C、13C，因此在水泵42的检查时等，能够将水泵42与分总成16一起从框架10中容易地取出。

最后，如图6所示，进行电池组安装工序S4。在该工序中，从图9所示的状态，将燃料电池组1A等安装于框架10的上部10b。其后，通过配管7、缆线6等将配置于框架10内的多个辅机、和载置于框架10的上部10b的燃料电池组1A连接，从而能够获得图1所示的燃料电池模块1。

这样，在将水泵42悬挂并安装于框架10的一对上梁11C、13C后，将燃料电池组1A安装于框架10的上部10b，因此能够使燃料电池组的安装作业变得简易。能够在框架10内收纳多个辅机，因此能够提高燃料电池模块1的空间效率并实现模块的小型化。

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。

例如，示出了在安装于一对上梁的工序之后在框架的上部安装燃料电池组的例子，但燃料电池组也可以不安装于框架的上部而并列地安装于横向。作为小型并且重量较大的辅机，示出了水泵的例子，但并不局限于此，能够应用于其他的多个辅机。

除此之外，在本实施方式中，经由托架将水泵安装于中间梁部件，但只要水泵的姿势稳定，也可以将水泵直接安装于中间梁部件。

Claims (2)

1.一种燃料电池模块的制造方法，是具备燃料电池组、驱动所述燃料电池组的多个辅机、以及安装所述多个辅机的框架的燃料电池模块的制造方法，其特征在于，

所述燃料电池模块的制造方法至少包括：

准备以跨过所述框架的对置的一对上梁彼此的方式相对于所述一对上梁装卸自如的中间梁部件的工序；

制作在所述中间梁部件安装有所述多个辅机中的特定的辅机的分总成的工序；以及

以在安装有除了所述特定的辅机之外的所述多个辅机的所述框架悬挂所述特定的辅机的方式将所述分总成的所述中间梁部件安装于所述一对上梁的工序，

所述框架具备以跨过所述一对上梁彼此的方式相对于所述一对上梁固定的固定梁，

在制作所述分总成的工序中，经由固定于所述固定梁的托架将所述特定的辅机安装于所述中间梁部件，

所述托架在俯视时形成为三角形状，在前端的突出部形成紧固孔，底边部分在悬臂状态下通过螺栓固定于所述中间梁部件，

在安装于所述一对上梁的工序中，从对置的所述一对上梁的上方将所述分总成配置于所述框架，将所述中间梁部件的固定孔与所述上梁的紧固孔对位，并将托架的前端钻入于所述固定梁，以所述托架的紧固孔与固定梁的长孔状的固定孔对置的方式进行对位，进而紧固，以此将所述托架安装于所述固定梁，

其中，所述特定的辅机为水泵。

2.根据权利要求1所述的燃料电池模块的制造方法，其特征在于，

在安装于所述一对上梁的工序之后，将所述燃料电池组安装于所述框架的上部。