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。
背景技术：
以往，例如在日本专利文献特开2002-367637号公报中公开了通过将燃料电池中的氢系统管道配置在车辆的最内侧来提高氢系统管道的安全性的技术。
但是，在日本专利文献特开2002-367637号公报所公开的技术中，虽然考虑了管道的安全性，但针对氢系统辅助机械的安全性只是在堆壳外采取了抑制辅助机械的振动、提高刚性等的措施。因此，例如在搭载了燃料电池的车辆发生冲撞时，有时配置于燃料电池周围的氢系统的辅助机械受冲击而活动，辅助机械会受损伤。此外，当发生冲撞时，有时各个辅助机械的连结部会发生歪曲，从而在连结部上产生龟裂、损伤。其结果是，可能会导致氢气向外部泄漏。
在燃料电池的周围配置有用于供应/排出氧化气体的氧系统部件、用于供应/排出冷却液的冷却系统部件。如果这些部件也在发生冲撞等时受损伤，就会导致氧化气体、冷却液泄漏，从而会降低燃料电池的可靠性。
本发明就是为解决上述的问题而完成的，其目的在于，可靠地保护燃料电池系统中的辅助机械、管道等，从而可靠防止流体从辅助机械、管道向外部泄漏。
发明内容
第一发明是一种燃料电池系统，其包括燃料电池堆，接受氢气和氧化气体的供应来进行发电；端板，在其上固定所述燃料电池堆；氢系统部件，用于向所述燃料电池堆供应氢气；以及堆壳，至少容纳所述燃料电池堆和所述氢系统部件；其中，将所述氢系统部件集合起来安装在所述端板上。
由于将氢系统部件容纳在堆壳内，并将氢系统部件集合起来安装到端板上，因而能够防止氢系统部件因外力而受损伤。尤其是，由于端板的刚性高，因而防止了各个氢系统部件因外力造成的冲击而相对移动，从而能够可靠地防止各个氢系统部件或它们的连结部受损伤。因此，可提高燃料电池系统的可靠性。
第二发明在上述改进的燃料电池系统中进一步限定所述氢系统部件包括用于将氢气输送给所述燃料电池堆的辅助机械、或管道。
由此，能够防止用于将氢气送入所述燃料电池堆中的辅助机械、或管道受损伤。
第三发明在上述改进的燃料电池系统中进一步限定所述氢系统部件通过被安装在支承部件上而被集合起来，所述支承部件被固定在所述端板上。
由于将氢系统部件安装到支承部件上而进行了集合，因而能够容易地将氢系统部件安装到端板上。此外，还可以在将氢系统部件安装到支承部件上的状态下进行仅对氢系统部件的功能检查。从而，可简化装配工序、检查工序。
第四发明在上述改进的燃料电池系统中进一步限定用于向所述燃料电池堆供应氧化气体的氧系统部件、或者用于向所述燃料电池堆供应冷却液的冷却系统部件被容纳在所述堆壳内。
由于将氧系统部件或冷却系统部件容纳在堆壳内，能够防止氧系统部件或冷却系统部件因外力而受损伤。从而，可提高燃料电池系统的可靠性。
第五明在上述改进的燃料电池系统中进一步限定该燃料电池系统被搭载于车辆上。
即使在搭载了燃料电池的车辆发生冲撞的情况下，也能够防止氢系统部件受损伤。
图1是示出本发明一个实施方式的燃料电池系统的平面图；图2是详细示出燃料电池系统的结构的示意图；图3是示出从图1所示的箭头A方向观看燃料电池系统的堆壳内部的状态的示意图。
具体实施例方式
为了更详细地描述本发明，结合附图对本发明的实施方式进行说明。在各图中，对相同的元件标注了相同的符号并省略重复的说明。此外，本发明并不局限于以下实施方式。
图1是示出本发明一个实施方式的燃料电池系统10的平面图。燃料电池系统10主要被搭载在燃料电池汽车等中。燃料电池系统10具有燃料电池12。燃料电池12包括两个燃料电池堆12a、12b以及配置于燃料电池堆12a、12b的端部的端板14。
在本实施方式中，燃料电池堆12a、12b是具有固体高分子分离膜的固体高分子式燃料电池(PEMFC)，其层叠多个电池单元而构成，所述电池单元由电解质膜、阳极、阴极以及隔板构成。在阳极、阴极之间形成了氢气和氧气的流路。电解质膜是用氟类固体高分子材料形成的质子传导性的离子交换膜。阳极、阴极均由炭纤维织成的炭织物形成。隔板由不透气的导电性部件形成，例如，通过压缩炭来做成不透气的细密的炭等。
两个燃料电池堆12a、12b被固定在端板14上。在端部14上设置了用于向燃料电池堆12a、12b供应氢气、氧化气体的供应部以及用于从燃料电池堆12a、12b排出反应后的气体的排出部。此外，在端部14上设置了在燃料电池堆12a、12b内循环的冷却液的供应部和排出部。
支架(支承部件)16被安装在端板14上。支架16由板材等形成，通过螺栓等而被固定在端部14上。并且，如在图1中示意性示出的那样，氢系统部件被安装在支架16上。
燃料电池12的周围被堆壳18包围。燃料电池12、端板14、支架16以及氢系统部件等燃料电池12周围的结构部件被容纳在堆壳18的内部。
图2是详细示出燃料电池系统10的结构的示意图，特别是详细地示出了安装在支架16上的氢系统部件的结构。
如图2所示，氢系统部件被安装在支架16上。氢系统部件包括氢入口阀20、调节器22、氢泵24、气液分离器26、氢排出阀28等辅助机械以及与这些设备连接的管道(氢供应管30、氢排出管32、分配管34、36、连结管38、40、42)。如此，在本实施方式中，通过将氢系统部件安装在支架16上来进行了组件化，并将氢系统部件容纳在堆壳18内。
如图2所示，氢供应管30是从堆壳18的外侧引入的。氢供应管30与配置于堆壳18外侧的氢罐(在图1、图2中没有示出)相连。
氢供应管30通过氢入口阀20和调节器22而与分配管34相连。分配管34被引入燃料电池12内。氢罐内的氢气从氢供应管30被输送给氢入口阀20和调节器22，进而通过分配管34被供应到燃料电池12的内部。
送入燃料电池12内的氢气在燃料电池12内进行反应，反应后的气体从分配管36排出。分配管36与气液分离器26相连。气液分离器26从反应后的气体中分离出水分。分离出的水分通过连结管42被送入氢排出阀28中。
氢排出阀28以规定的定时(timing)打开。氢排出阀28一旦打开，氢排出阀28内的水分和反应后的氢气的一部分就被送入氢排出管32中，这些水分和气体被排出到堆壳18的外部。氢排出管32在堆壳18的外部与排出气体处理装置(在图1、图2中没有示出)相连。排出气体处理装置对从氢排出管32排出的气体和水分进行稀释等规定的处理，然后向外部排出。
在气液分离器26中分离水分后的气体从连结管38被送入氢泵24中。氢泵24将从气液分离器26送来的气体从连结管40送入分配管34。如此，本实施方式的系统具有将从燃料电池12排出的反应后的氢气再次送入燃料电池12中的阳极气体循环系统，通过将在燃料电池12中没有进行反应的未反应氢气再次送入燃料电池12中，由此使所供应的氢气可靠地进行反应。
图3是示出从图1所示的箭头A方向观看到的燃料电池系统10的堆壳18的内部状态的示意图。如图3所示，支架16由与端板14平行配置的板状部件构成，支架16在端板14的平面方向上延伸。此外，虽然在图2中示意性示出了氢系统部件的配置状态，但实际的配置却如图3所示，氢系统部件被配置在支架16的平面上。因此，如图1所示，能够将氢系统部件在端板14的厚度方向上的空间抑制到最小限度，从而能够实现堆壳18的小型化。
如图3所示，分配管34的靠近燃料电池12一侧的端部与设置于端部14的两处氢供应部44相连。送入分配管34的氢气从两处氢供应部44被供应到燃料电池12的内部。此外，分配管36的靠近燃料电池12一侧的端部与设置于端部14的两处氢排出部46相连。从燃料电池12排出的反应后的气体从氢排出部46向分配管36排出。
虽在图1～图3中省略了图示，但在支架16的附近还设有用于向燃料电池12的内部供应或从其排出氧化气体的氧系统部件、以及用于供应/排出冷却液的冷却系统部件。氧系统部件、冷却系统部件包括用于供应氧化气体或冷却液的泵、调压阀等。在图1～图3中，在支架16上只安装了氢系统部件，但也可以将氧系统部件、冷却系统部件安装在支架16上。
在这样构成的本实施方式的燃料电池系统10中，由于将氢系统部件安装在支架16上再将其容纳在堆壳18内，所以，例如当车辆发生冲撞等时能够由堆壳18保护氢系统部件，从而能够提高氢系统部件的可靠性。
当燃料电池系统10被搭载在燃料电池汽车等车辆上时，通常将燃料电池系统10容纳在车辆的发动机箱(发动机罩)内。此时，如果将氢系统部件以暴露的状态配置在发动机箱内，则搭载了燃料电池系统10的车辆等在由于发生冲撞等而受损伤时，由于冲撞所造成的冲击、或者由于发动机箱内的其他部件(例如，散热器、冷却风扇、变速器等)冲撞氢系统部件，氢系统部件有时会受损伤。此时，由于氢罐内的高压氢气被供应到氢系统部件中，因此可以想象的到，如果氢系统部件受损伤就会有氢气泄漏。
根据本实施方式，氢系统部件被容纳在堆壳18内，只有氢气的入口和出口被配置在堆壳18之外，因此，即便在搭载了燃料电池系统10的车辆等由于发生冲撞而受损伤的情况下，也能够通过堆壳18来保护氢系统部件。从而，即便在堆壳18由于冲撞等而受冲击的情况下，或者在其他部件冲撞堆壳18的外测或其他部件分离的情况下，也能够可靠地保护氢系统部件。
此外，由于将氢系统部件安装在支架16上，并将支架16固定在高刚性的端板14上，所以，即便在氢系统部件受到由冲撞等造成的冲击的情况下，支架16和端板14也不会发生歪曲。从而，即便在发生冲撞等时，也不会有不平衡负荷作用于固定在支架16上的各个氢系统部件的连结部上，能够可靠地防止在氢系统部件的连结部发生龟裂、破损。而且，由于可通过支架16来进一步提高端板14的刚性，所以可获得可减轻端板14的重量的附带效果。
另外，通过将氢供应管30和氢排出管32向堆壳18插入的位置配置在车辆前进方向的后方等，使得氢供应管30、氢排出管32处于在车辆发生冲撞时不易受其他部件的破坏的位置，由此能够防止位于堆壳18外部的氢供应管30、氢排出管32发生龟裂、损伤。
从而，即便在车辆发生冲撞等时也能够防止氢系统部件受损伤，从而能够可靠防止氢气发生泄漏。由此，可提高发生冲撞时的可靠性。此外，通过将氢系统部件容纳在堆壳18内，用户的手不会直接接触到氢系统部件，因此能够避免由于错误的操作、维修等而发生故障。
此外，通过将氢系统部件安装在支架16上，能够将多个氢系统部件以一体化(装配)到支架16上的状态进行处理，因此不需要进行将多个氢系统部件单独组装到燃料电池12的周围的作业，只通过将支架16安装到端板14上，就可对燃料电池12组装氢系统部件。从而，在将燃料电池12搭载到发动机箱内之后，无需为搭载多个氢系统部件而进行复杂的管道等的组装，从而可简化装配工序。由于氢系统部件的功能检查可在将氢系统部件安装到支架16上的组件状态下进行，所以即便在将氢系统部件组装到燃料电池12上之前，也能够在支架16的组件状态下进行氢系统部件的功能检查。从而，根据本实施方式，通过将氢系统部件安装到支架16上做成组件，可简化检查工序、组装工序，能够降低制造成本。
此外，由于将氢系统部件安装到支架16上的较小的范围内，所以与向燃料电池12单独组装各个氢系统部件的情况相比，能够缩短连接氢系统部件的各个辅助机械的管道(氢供应管30、氢排出管32、分配管34、36、连结管38、40、42)的长度。从而，当发生冲撞时，能够可靠地防止管道发生龟裂或管道变形。此外，能够将燃料电池12停止工作时管道内剩余的氢气量抑制到最小限度，从而能够有效地使用氢气。
另外，由于由燃料电池12所产生的热对堆壳18进行保温，因此，通过将氢系统部件、氧系统部件、冷却系统部件容纳在堆壳18内，即便车辆在低温下行驶时，也能够防止从燃料电池12内排出的生成水冻结。在上述的结构中，是先将氢系统部件安装到支架16，然后再将支架16固定到端板14上的，但也可以将氢系统部件直接安装到端板14上来构成将端板14和氢系统部件一体化的结构。
如上所述，根据本实施方式，由于将氢系统部件安装到支架16并将支架16固定在燃料电池12的端板14上，所以可将氢系统部件容纳在堆壳18内。由此，氢系统部件不会以暴露的状态配置于燃料电池12的附近，从而能够在车辆发生冲撞等时防止氢系统部件受损伤。因此可提高燃料电池系统10的可靠性。
此外，由于将氢系统部件安装到支架16上做成一体化结构，因而可容易地将氢系统部件组装到燃料电池12上。此外，由于各个氢系统部件在支架16上连接并完成了管道等的连结，所以能够在与支架16一体化的状态下容易地进行仅对氢系统部件的功能检查。由此，能够简化组装工序、检查工序，还可降低制造成本。
在本实施方式中，举例说明了主要搭载到燃料电池汽车上的燃料电池系统10，但不用说本发明也适用于固定式燃料电池系统等其他的燃料电池系统。在此情况下，当燃料电池系统受外力作用时，也能够防止氢系统部件受损伤。
工业实用性如上所述，本发明中的燃料电池系统能够防止氢系统部件因外力而受损伤，对多种燃料电池系统都有用。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池堆，接受氢气和氧化气体的供应来进行发电；端板，在其上固定所述燃料电池堆；氢系统部件，用于向所述燃料电池堆供应氢气；以及堆壳，至少容纳所述燃料电池堆和所述氢系统部件；其中，将所述氢系统部件集合起来安装在所述端板上。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢系统部件包括用于将氢气输送给所述燃料电池堆的辅助机械、或管道。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢系统部件通过安装在支承部件上而被集合起来，所述支承部件被固定在所述端板上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，用于向所述燃料电池堆供应氧化气体的氧系统部件、或者用于向所述燃料电池堆供应冷却液的冷却系统部件被容纳在所述堆壳内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃料电池系统被搭载于车辆上。
全文摘要
燃料电池系统(10)包括接受氢气和氧化气体的供应来进行发电的燃料电池堆(12a、12b)；固定所述燃料电池堆(12a、12b)的端板(14)；用于向所述燃料电池堆(12a、12b)供应氢气的氢系统部件(氢入口阀(20)、调节器(22)、氢泵(24)、气液分离器(26)、氢排出阀(28)、氢供应管(30)、氢排出管(32)、分配管(34、36)、连结管(38、40、42))；至少容纳所述燃料电池堆(12a、12b)和所述氢系统部件的堆壳(18)；其中，将所述氢系统部件集合起来安装在所述端板(14)上。本发明可靠地保护了燃料电池系统中的辅助机械、管道等，可靠防止了流体从辅助机械、管道向外部泄漏。
文档编号H01M8/04GK101053103SQ200680001140
公开日2007年10月10日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月9日
发明者寿福康信, 水野三能夫 申请人:丰田自动车株式会社