专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统，更特别涉及用于循环从燃料电池排出 的阳极废气的燃料电池系统。
背景技术：
燃料电池构造成使得电解质薄膜夹在阳极与阴极之间。当氢气(燃 料气体)与阳极接触，并且氧气(氧化气体)与阴极接触时，在两个电极之间发生电化学反应，从而产生电动势。通常，燃料电池系统将高压氢气罐供给的燃料气体供给到阳极， 同时将由压縮机从外面吸入的空气供给到阴极。同时，为了降低新近 供给的燃料气体量，通过循环装置循环从阳极排出的阳极废气。循环 的阳极废气与从外面新供给的燃料气体混合，然后将混合气体供给到 阳极。但是，存在阳极废气内含有的湿气会凝结成水的问题，水会存留 在用于循环阳极废气的管道内，因而降低了流过的阳极废气量，因此 无法向燃料电池供给预定量的氢气。考虑到该问题，设计了一种具有通路截流阀的燃料电池装置，其 中通路截流阀的位置高于燃料电池阳极废气出口与循环装置阳极废气入口之间的阳极废气入口(见日本专利特开No. 2002-231294)。根据该 装置，可防止氢气的流动被循环阳极废气的管道内的水阻止。发明内容不幸的是，由于整个装置体积变大，上述装置无法满足近来对更加紧凑的装置的需求。考虑到上述问题，做出了本发明。换句话说，本发明的目的是提 供一种能够防止水存留在管道内的更紧凑的燃料电池系统。从下面的描述可清楚理解本发明的其它目的和优点。根据本发明的燃料电池系统包括燃料电池、用于向所述燃料电池的阳极供给燃料气体的燃料气体供给系统、用于将从所述燃料电池排出的阳极废气内含有的水分离的气液分离器、以及用于循环从所述气 液分离器排出的阳极废气以将该阳极废气供给到所述燃料电池的循环装置；所述燃料电池系统的特征在于，所述气液分离器与所述循环装 置连接到所述燃料电池的端板上；并且所述循环装置的位置比所述气 液分离器高。所述气液分离器布置在所述循环装置的正下方，优选在其垂直方 向的下方。所述循环装置可为循环泵，并且阳极废气与燃料气体优选在所述 循环泵的气体排出口附近结合在一起。所述循环装置可为喷射装置。在燃料电池系统还包括用于控制从所述燃料气体供给系统流出的 燃料气体量的燃料气体流控制装置的情况下，所述燃料气体流控制装 置优选布置在所述循环装置的正下方。优选地，所述燃料电池系统包括阶梯部分，该阶梯部分的位置比 管道的结合部分高，该管道从所述燃料气体流控制装置延伸至阳极废 气与燃料气体结合在一起的结合部分。在该情形下，所述阶梯部分被包括在具有弹簧特性的形状的一部分中。其中，优选地，在所述结合 部分与所述阶梯部分之间的管道内布置有向下凸曲的弯曲部分，并且 在所述弯曲部分的附近布置有发热元件。在燃料电池系统还包括用于控制从所述燃料气体供给系统流出的 燃料气体量的燃料气体流控制装置的情况下，在从所述燃料气体流控 制装置延伸至阳极废气与燃料气体结合在一起的结合部分的管道内优 选地布置有向下凸曲的弯曲部分。优选地，所述弯曲部分被包括在具 有弹簧特性的形状的一部分中。所述燃料气体流控制装置为调节器、截止阀或喷射器。根据本发明，气液分离器和循环装置连接到燃料电池的端板上， 从而能够有效利用空间，提供更紧凑的装置。另外，循环装置的位置 高于气液分离器，因此即使湿气在循环装置内凝结成水，水也会落入 气液分离器，从而防止水存留在循环装置内。
图1为根据本实施例的燃料电池系统的示意性侧视图；图2为根据本实施例的燃料电池系统的其它示意性侧视图；图3为设在燃料气体流控制装置与结合部分之间的弯曲部分的示意图；图4为根据本实施例的燃料电池系统的其它示意性侧视图。
具体实施方式
图1为根据本实施例的燃料电池系统的示意性侧视图。应当注意， 该燃料电池系统适于车辆应用，但也可应用于固定的和其它应用。如图1中所示，燃料电池系统1包括通过燃料气体和氧化气体 产生电动势的燃料电池2;燃料气体流控制装置3;将水与从燃料电池2排出的阳极废气分离的气液分离器4;以及将从气液分离器4排出的阳极废气循环至供给到燃料电池2的循环装置5。燃料气体流控制装置 3连接到燃料气体供给系统(未示出)，并控制使得从燃料气体供给系统 供给到阳极的燃料气体量最佳。例如，可将调整器、截止阀或喷射器用作燃料气体流控制装置3。 另外，根据本实施例，可将循环泵用作循环装置5。应当注意，本发明 不限于如此，而是例如可用喷射装置替代循环泵。在图1中，燃料电池2构造成使得燃料电池堆(未示出)平行布置在 中心线A-A'的左右两侧。这里，燃料电池堆构造成堆积多个电池(例如， 20个电池)。另外，电池构造成将电解质薄膜夹在由阳极和阴极构成的 一对电极之间。应当注意，可通过堆积多个电池形成子堆，再堆积多 个子堆来形成燃料电池堆。在电池的沿堆积方向的两端布置终端、绝 缘体和端板，并将这些部件固定以形成燃料电池2。根据本实施例，燃料电池流控制装置3、气液分离器4和循环装 置5连接到燃料电池2的端板6上。该结构允许通过有效利用其空间 来使燃料电池系统l紧凑。供给到阳极的燃料气体可为氢气或由碳氢化合物的转化反应生成 的富氢转化气。当供给氢气时，燃料气体供给系统可构造为使用含有 高压干燥氢气的氢气罐。当供给转化气时，可使用含有碳氢化合物的 容器和用于转化碳氢化合物的转化器。从燃料气体供给系统供给的燃料气体穿过管道7，在分流点x处 分流。然后，燃料气体从各供给入口 8和9供给到各燃料电池堆的供 给歧管(未示出)。然后，从各供给歧管供给到各电池阳极的燃料气体与 氧化气体(例如通过电解质薄膜供给到阴极的空气)发生电化学反应。然 后，未反应的燃料气体通过排气歧管(未示出)从排气出口 10和11作为阳极废气排出。从燃料电池2排出的阳极废气穿过管道12至气液分离器4，水在 这里被分离。然后，阳极废气穿过管道13至循环装置5。从循环装置 5排出的阳极废气穿过管道14再到管道7，阳极废气在这里与新从燃 料气体供给系统3供给的燃料气体混合。然后，阳极废气与燃料气体 混合成供给到燃料电池2的阳极的混合气体。阳极废气的该再循环使 用可降低新近供给的燃料气体量。本实施例的特征在于，循环装置5的位置高于气液分离器4。换句 话说，相对于平行于重力方向(图1中的y方向)的轴线，循环装置5在 气液分离器4的上方。在该结构中，即使湿气在循环装置5内凝结成水， 水也会落入气液分离器4中，从而防止了水存留在循环装置5内。如图1中所示，气液分离器4布置在循环装置5的正下方，优选 在其垂直方向下方。该结构允许气液分离器4置于将循环装置5移至 更高位置产生的空间内，从而能够有效地利用空间。另外，在这种情 形下，优选地，循环装置5构造成使得气体排出口 15向上。在该结构 中，即使湿气在循环装置5的气体排出口 15附近凝结成水，水也会经 过循环装置5落入气液分离器4中，从而防止了水存留在循环装置5 上游的管道(14和7)内。另外，当阳极废气与燃料气体混合而降低了阳极废气的温度时， 湿气在这些气体混合处的附近凝结成水。根据本实施例，如图1中所 示，结合部分16优选布置在循环装置5的气体排出口 15的附近。在 该结构中，结合部分16附近产生的水经过循环装置5的内部，落入气 液分离器4，从而防止了水存留在循环装置5的管道7内。根据本实施例，燃料气体流控制装置3也布置在循环装置5的正 下方，优选在其垂直方向下方。该结构也能够有效地利用通过将循环装置5移到更高位置产生的空间。另外，通过将燃料气体流控制装置3布置在循环装置5的正下方，可縮短从燃料气体流控制装置3延伸至 结合部分16的管道7的长度。应当注意，本发明不限于图1的结构，而是如图2中所示，燃料 气体流控制装置3'可布置在循环装置5'的旁边。注意在图2中，与图1 中相同的部件由相同的标记表示。另外，在图2中，循环装置5'和气 液分离器4以及燃料气体流控制装置3'可相对于中心线A-A'对称地布 置。另外，在从燃料气体流控制装置3延伸至结合部分16的管道7中， 优选布置有位置比结合部分16高的阶梯部分17(在图1中，阶梯部分 17具有朝向燃料气体流控制装置3的向上斜度)。在该结构中，即使燃 料电池系统停止运转之后，在从结合部分16延伸至燃料电池2的管道 内发生露水凝结，也会防止水流入燃料气体流控制装置3。另外，当燃料电池系统1安装在车辆上时，阶梯部分17的倾角0 优选为大于或等于可允许的车辆倾角(更具体地为20至30度)。在该结 构中，即使当车辆侧倾时，也可防止水从阶梯部分17上方流入燃料气 体流控制装置3。另外，当使用振动发生装置(例如，泵)来循环阴极废气时，阶梯部 分优选被包括在具有弹簧特性的形状的一部分中。更具体地，在从燃 料气体流控制装置3延伸至结合部分16的管道7的一部分处优选布置 有U形弯曲部分。图3为管道7中设置的弯曲部分18的局部放大视图。弯曲部分 18包括具有朝向燃料气体流控制装置3的向上斜度的阶梯部分18a。 因此，即使在从结合部分16延伸至燃料电池2的管道内发生露水凝结， 也会防止水流入燃料气体流控制装置3。另外，具有弹簧特性的弯曲部分18吸收了泵的振动，从而防止了将振动传递到燃料气体流控制装置3。另外，增加了从燃料气体流控制装置3至结合部分16的距离，从 而防止了泵产生的热量传递到燃料气体流控制装置3。另外，根据本实施例，低于结合部分16的部分优选布置在图1中 阶梯部分17与结合部分16之间。这里，低于结合部分16的部分指的 是向下凸曲的弯曲部分19，如图1中所示。该部分可有效地防止水从 结合部分流到燃料气体流控制装置3。另外，弯曲部分19优选布置在燃料电池系统内发热部分的附近。 在该结构中，当水在弯曲部分19或弯曲部分19的附近结冰时，可防 止管道7被冰阻塞。另外，即使水结了冰，通过发热部分的热传递也 可容易地融化冰。应当注意，发热部分的实例包括用作循环装置5的 泵的电机部分。另外，根据本实施例，如图1中所示，循环装置5的气体排出口 15优选布置成尽可能地靠近中心线A-A'。该布置允许气体尽可能均匀 地通过平行布置于左右的燃料电池堆。另外，结合部分16设在气体排 出口 15的附近，这在结合部分16与燃料气体流控制装置3之间提供 了空间。因此，阶梯部分17和弯曲部分19可容易地设在其间。应当注意，本发明不限于上面的实施例，而是在不脱离本发明实 质的情况下，可进行各种修改。例如，如图4中所示，可在从燃料气体流控制装置2延伸至阳极 废气与燃料气体结合的结合部分21的管道22内布置向下凸曲的弯曲 部分23。在这种情形下，弯曲部分23优选被包括在具有弹簧特性的形 状的一部分中。注意在图4中，与图2中相同的部件由相同的标记表 示。另外，在图4中，循环装置5'和气液分离器4以及燃料气体流控 制装置20可相对于中心线A-A'对称地布置。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括燃料电池；燃料气体供给系统，用于向所述燃料电池的阳极供给燃料气体；气液分离器，用于将从所述燃料电池排出的阳极废气内含有的水分离；以及循环装置，用于循环从所述气液分离器排出的阳极废气，以将该阳极废气供给到所述燃料电池；所述燃料电池系统的特征在于，所述气液分离器与所述循环装置连接到所述燃料电池的端板上；并且所述循环装置的位置比所述气液分离器高。
2. 如权利要求l所述的燃料电池系统，其中所述气液分离器布置 在所述循环装置的正下方。
3. 如权利要求l或2所述的燃料电池系统，其中所述循环装置为 循环泵，并且阳极废气与燃料气体在所述循环泵的气体排出口附近结 合在一起。
4. 如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中所述循环装置为 喷射装置。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，还包括燃料 气体流控制装置，用于控制从所述燃料气体供给系统流出的燃料气体 量，其中所述燃料气体流控制装置布置在所述循环装置的正下方。
6. 如权利要求5所述的燃料电池系统，还包括阶梯部分，该阶梯 部分的位置比管道的结合部分高，该管道从所述燃料气体流控制装置 延伸至阳极废气与燃料气体结合在一起的结合部分。
7. 如权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述阶梯部分被包括在具有弹簧特性的形状的一部分中。
8. 如权利要求6或7所述的燃料电池系统，其中在所述结合部分 与所述阶梯部分之间的管道内布置有向下凸曲的弯曲部分，并且在所 述弯曲部分的附近布置有发热元件。
9. 如权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，还包括燃料 气体流控制装置，用于控制从所述燃料气体供给系统流出的燃料气体 量，其中在从所述燃料气体流控制装置延伸至阳极废气与燃料气体结 合在一起的结合部分的管道内布置有向下凸曲的弯曲部分。
10. 如权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述弯曲部分被包 括在具有弹簧特性的形状的一部分中。
11. 如权利要求5至IO中任一项所述的燃料电池系统，其中所述 燃料气体流控制装置为调节器、截止阀或喷射器。
全文摘要
提供一种能够防止水存留在管道中的紧凑的燃料电池系统。该燃料电池系统(1)包括燃料电池(2)；燃料气体流控制装置(3)，用于控制从燃料气体供给系统流出的燃料气体量；气液分离器(4)，用于将从所述燃料电池(2)排出的阳极废气内含有的水分离；以及循环装置(5)，它把从气液分离器(4)排出的阳极废气和新近由燃料气体供给系统供给的燃料气体混合，并将混合气体供给到燃料电池(2)。气液分离器(4)与循环装置(5)连接到燃料电池(2)的端板(6)上，并且循环装置(5)的位置比气液分离器(4)高。
文档编号H01M8/10GK101243572SQ20068003006
公开日2008年8月13日 申请日期2006年8月4日 优先权日2005年8月16日
发明者片野刚司 申请人:丰田自动车株式会社