燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种在与燃料电池连接的反应气体配管上具有喷射 器的燃料电池系统。
背景技术：
目前，具有接收所供给的反应气体(燃料气体及氧化气体)而进 行发电的燃料电池的燃料电池系统已经被提出并实用化。在上述燃料 电池系统中，在用于使从氢罐等燃料供给源提供的燃料气体流入到燃 料电池的反应气体配管上，设有调整气体状态的流量调整阀，在该流
量调整阀的下游侧设置开放阀(例如参照日本特开2002-134239号公 报)。

发明内容
但在上述专利文献1所述的燃料电池系统中，流量调整阀和开放 阀分开配置，相对于由上游侧的流量调整阀调整的气压变动，可能产 生幵放阀的开放延迟。这种响应延迟不限于开放阀，只要是响应于反 应气体物理量的气体要素部件，就会在各种部件中均可能发生。
本发明鉴于上述问题而研制，其目的在于提供一种燃料电池系统， 能够提高气体要素部件响应于反应气体物理量的响应性。
为了实现上述目的，本发明涉及的一种燃料电池系统包括燃料 电池；反应气体配管，用于向上述燃料电池提供反应气体；以及喷射 器，通过电磁驱动力以预定的驱动周期驱动阀体而使该阀体离开阀座， 从而调整上述反应气体配管内的上游侧的气体状态而提供到下游侧， 气体要素部件与上述喷射器一体地设置，该气体要素部件响应于在上述反应气体配管中流通的反应气体的物理量。
根据上述结构，气体要素部件与喷射器一体地设置并靠近配置， 因此能够抑制气体要素部件相对于因喷射器引起的压力变动的响应延 迟。
在上述燃料电池系统中，上述气体要素部件是在预定压力下开放 的开放阀。
在上述燃料电池系统中，上述开放阀在开放时使上述喷射器的下 游侧和上述反应气体配管外部连接。
在上述燃料电池系统中，上述开放阀在开放时使上述喷射器的上 游侧和下游侧连接。
在上述燃料电池系统中，在上述开放阀设置在对上述喷射器的下 游侧支撑的支撑块上时，连接到上述反应气体配管外部的开放口朝向 下方。
根据上述结构，即使液滴附着到开放阀，该液滴也从下方排出， 能够抑制其附着到阀体上。
在上述燃料电池系统中，在来自上述开放口的气体的排放前方设 置有扩散板。
在上述燃料电池系统中，在上述开放阀设置在对上述喷射器的下 游侧支撑的支撑块上时，在上述支撑块内设置有主流路部及从上述主 流路部向上述开放阀一侧分支的分支流路部，上述主流路部延伸到比 上述分支流路部的分支位置靠下方。在上述燃料电池系统中，在上述开放阀设置在对上述喷射器的下 游侧支撑的支撑块上时，在上述支撑块内设置有主流路部及从上述主 流路部向上述幵放阀 一 侧分支的分支流路部，上述分支流路部的流路 截面面积大于上述主流路部的流路截面面积。
根据上述结构，即使产生喷射器无法从全开恢复到全闭的异常(所 谓固定打开)，也能够通过流路截面面积大的分支流路部将较多的反 应气体从开放阀排出到反应气体配管外，其结果能够减小对燃料电池 施加的压力。
在上述燃料电池系统中，在上述开放阀设置在对上述喷射器的下 游侧支撑的支撑块上时，在上述支撑块内设置有主流路部及从上述主 流路部向上述开放阀一侧分支的分支流路部，上述分支流路部沿着与 上述主流路部大致正交的方向延伸。
在上述燃料电池系统中，上述开放阀由对上述喷射器的上游侧支 撑的支撑块及对上述喷射器的下游侧支撑的支撑块支撑。
在上述燃料电池系统中，上述幵放阀连接对上述喷射器的上游侧 支撑的支撑块和对上述喷射器的下游侧支撑的支撑块。
在上述燃料电池系统中，上述开放阀配置在覆盖上述喷射器的吸 音罩的内侧。
在上述燃料电池系统中，上述气体要素部件是用于对上述喷射器 进行开闭控制的压力传感器。
根据上述结构，压力传感器与喷射器靠近配置，因此能够降低根 据该压力传感器检测的压力进行的喷射器控制的时间延迟，能够提高 喷射器开闭控制的响应性。
6根据本发明，能够提供一种燃料电池系统，能够提高气体要素部 件响应于由上游侧的喷射器所调整的反应气体物理量的响应性。


图1是本发明的第1实施方式涉及的燃料电池系统的结构图。 图2是表示图1所示的燃料电池系统的喷射器的剖视图。 图3是用于说明图1所示的燃料电池系统的控制装置的控制方式 的控制框图。
图4是表示图1所示的燃料电池系统的燃料电池的透视图。
图5是简要地表示搭载有图I所示的燃料电池系统的汽车的侧视图。
图6是将表示图1所示的燃料电池系统的燃料电池的局部作为截
面的局部放大正视图。
图7是表示在图l所示的燃料电池系统中使用的扩散板的正视图。 图8是表示图1所示的燃料电池系统的喷射器的周边的变形例的
剖视图。
图9是将表示本发明的第2实施方式涉及的燃料电池系统的燃料 电池的局部作为截面的局部放大正视图。
图10是将表示本发明的第3实施方式涉及的燃料电池系统的燃料 电池的局部作为截面的局部放大正视图。
具体实施例方式
以下参照图1 图8说明本发明的第1实施方式涉及的燃料电池 系统1。
图1是燃料电池系统1的系统结构图。该燃料电池系统1可适用 于燃料电池汽车的车载发电系统及船舶、飞行器、电车或步行机器人 等所有移动体用的发电系统，进而可适用于作为建筑物(住宅、大厦 等)用的发电设备使用的固定式发电系统等，具体而言用于汽车。
7如图1所示，第1实施方式涉及的燃料电池系统1具有接收反应 气体(氧化气体及燃料气体)的供给而产生电力的燃料电池10，并且 还具有向燃料电池IO提供作为氧化气体的空气的氧化气体配管系统 2、向燃料电池10提供作为燃料气体的氢气的氢气配管系统3、统一控 制系统整体的控制装置4等。
燃料电池10具有将接收所供给的反应气体并发电的单电池层叠
所需数量而构成的堆栈构造。由燃料电池10产生的电力提供到PCU (Power Control Unit:功率控制单元)H。 PCU 11具有配置在燃料电 池10和牵引电机12之间的逆变器、DC-DC转换器等。并且，在燃料 电池10上安装有检测发电中的电流的电流传感器13。
氧化气体配管系统2具有空气供给流路21,将由加湿器20加 湿的氧化气体(空气)提供到燃料电池10;空气排出流路22，用于引 导燃料电池10排出的氧化废气；以及排气流路23，用于将氧化废气从 加湿器20引导到外部。空气供给流路21中设有压縮机24，其取入大 气中的氧化气体并压送到加湿器20。
氢气配管系统3具有作为燃料供给源的氢罐30，存储了高压(例 如70MPa)的氢气；作为燃料供给流路的氢供给流路(反应气体配管) 31，用于将氢罐30的氢气提供到燃料电池10;以及循环流路32，将 从燃料电池10排出的氢废气返回到氢供给流路31。此外，也可取代氢 罐30，将由烃类燃料生成富氢的改性气体的改性器和使由该改性器生 成的改性气体以高压状态储存的高压气罐作为燃料供给源而使用。并 且，也可将具有贮氢合金的气罐作为燃料供给源而使用。
在氢供 给流路31中设有断开阀33，断开或允许来自氢罐30的 氢气供给；调节器34，调整氢气的压力；以及喷射器35。并且在喷射 器35的上游侧设有检测氢供给流路31内氢气的压力及温度的初级侧压力传感器41及温度传感器42。并且，在喷射器35的下游侧且氢供给流路31和循环流路32的汇流部的上游侧，设有检测氢供给流路31内氢气的压力的次级侧压力传感器43。
调节器34是将其上游侧压力(初级压)调压为预先设定的次级压的装置。在本实施方式涉及的燃料电池系统1中，将对初级压进行减压的机械式减压阀作为调节器34而使用。作为机械式的减压阀的构造，可采用如下公知构造具有背压室和调压室隔着隔膜而形成的框体，通过背压室内的背压，在调压室内将初级压减压为预定的压力，作为次级压。
图2是表示喷射器35的剖视图。该喷射器35具有金属制的汽缸54，该汽缸54用于调整氢供给流路31的气体状态，其构成氢供给流路31的一部分，并且形成有内部流路53，该内部流路53在轴方向一端的圆筒部45的内侧所形成的开口部51中配置在氢供给流路31的氢罐30 —侧，在与一个圆筒部45同轴的轴方向另一端的圆筒部46的内侧所形成的开口部52中配置在氢供给流路31的燃料电池IO—侧。
该汽缸54中形成有与开口部51连接的第1通路部56;第2通路部57，与该第l通路部56在开口部51的相反侧连接，直径大于第1通路部56;第3通路部58，与该第2通路部57在第1通路部56的相反侧连接，直径大于第2通路部57;以及第4通路部59，与该第3通路部58在第2通路部57的相反侧连接，直径小于第2通路部57及第3通路部58，由第1 第4通路部构成内部流路53。此外，在圆筒部45的外周部形成有环形的密封槽45a，在圆筒部46的外周部也形成有环形的密封槽46a。
并且，喷射器35具有由例如橡胶等密封性部件构成的阀座61，在配置于两个圆筒部45、 46之间且直径大于两个圆筒部45、 46的主体部47上设置成包围第4通路部59的第3通路部58 —侧的开口部；制的阀体65，其具有可移动地插入到第2通路部57的圆筒部62、及配置在第3通路部58内且直径比第2通路部57大的伞部63，在伞部63中形成有倾斜的连通孔64;弹簧67， 一端侧插入到阀体65的圆筒部62，并且另一端与形成在第1通路部56内的止动器66卡定，从而使阀体65与阀座61抵接，断开内部流路53;以及螺线管69，通过电磁驱动力使阀体65抵抗弹簧67的施力，并移动到与第3通路部58的第2通路部57 —侧的台阶部68抵接为止，从而使阀体65离开阀座61，通过连通孔64连通内部流路53。其中，阀体65沿着汽缸54的轴线方向动作。
通过对作为电磁驱动装置的螺线管69的通电控制，驱动喷射器35的阀体65，通过供给到该螺线管69的脉冲状励磁电流的接通/断开(ON/OFF)，可变更内部流路53的开口状态(在本实施方式中为全开和全闭两个阶段)。并且，根据从控制装置4输出的控制信号，控制喷射器35的气体喷射时间及气体喷射时期，从而高精度地控制氢气的流量及压力。
喷射器35为了提供其下游所要求的气体流量，变更喷射器35的内部流路53中设置的阀体65的开口状态(开度)及开放时间中的至少一个，从而调整提供到下游侧(燃料电池10—侧)的气体流量(或氢摩尔浓度)。
此外，根据喷射器35的阀体65的开闭，调整气体流量，并且提供到喷射器35下游的气体压力比喷射器35上游的气体压力减小，因此也可将喷射器35解释为调压阀(减压阀、调节器)。并且，在本实施方式中，也可解释为可变调压阀，其能够根据气体要求，改变喷射器35上游气压的调压量(减压量)，以在预定的压力范围内与所要求的压力一致。
并且，在第1实施方式中，如图1所示，在比氢供给流路31和循
10环流路32的汇流部Al靠上游一侧配置喷射器35。其中，作为燃料供给源，釆用多个氢罐30，因此在比各氢罐30所提供的氢气汇流的部分(氢气汇流部A2)靠下游一侧配置喷射器35。
在循环流路32中，经由气液分离器36及排气排水阀37连接有排出流路38。气液分离器36从氢废气回收水分。排气排水阀37根据来自控制装置4的命令进行动作，从而将气液分离器36回收的水分和含有循环流路32内的杂质的氢废气排出(净化)到外部。
并且，在循环流路32中设有氢泵39，对循环流路32内的氢废气进行加压，并送出到氢供给流路31 —侧。此外，经由排气排水阀37及排出流路38排出的氢废气被稀释器40稀释，从而与排气流路23内的氧化废气汇流。
控制装置4检测车辆上设置的加速操作装置(加速器等)的操作量，接收加速请求值(例如来自牵引电机12等负荷装置的请求发电量)等控制信息，控制系统内各种设备的动作。
此外，负荷装置是耗电装置的总称，耗电装置除了包括牵引电机12外，还包括使燃料电池IO运转所需的辅助设备(例如压縮机24、氢泵39、冷却泵的电机等)、与车辆行驶相关的各种装置(变速机、车轮控制装置、转向装置、悬挂装置等)中使用的致动器、乘员空间的空调装置(空调)、照明、音响等。
控制装置4由未图示的计算机系统构成。上述计算机系统具有CPU、 ROM、 RAM、 HDD、输入输出接口及显示器等，由CPU读入并执行ROM中记录的各种控制程序，从而实现各种控制动作。
具体而言，如图3所示，控制装置4根据燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测出的燃料电池10发电时的电流值)，计算燃料电池IO消耗的氢气的量(以下称为"耗氢量")(燃料消耗量计算 功能Bl)。在本实施方式中，使用表示燃料电池IO的电流值和耗氢 量的关系的特定运算公式，按照控制装置4的各运算周期分别计算并 更新耗氢量。并且，控制装置4根据燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测出的燃料电池IO发电时的电流值)，计算喷射器35下游位置 的氢气的目标压力值(对燃料电池10的目标气体供给压力)(目标压 力值计算功能B2)。在本实施方式中，使用表示燃料电池IO的电流 值和目标压力值的关系的特定的映射表，按照控制装置4的各运算周 期分别计算并更新配置有次级侧压力传感器43的位置(要求压力调整 的位置即压力调整位置)的目标压力值。并且，控制装置4根据计算出的目标压力值与通过次级侧压力传 感器43检测出的喷射器35下游位置(压力调整位置)的检测压力值 的偏差，计算反馈校正流量(反馈校正流量计算功能B3)。反馈校 正流量是为了降低目标压力值和检测压力值的偏差而加到耗氢量的氢 气流量(压力差降低校正流量)。在本实施方式中，使用PI控制等目 标跟踪型控制原则，按照控制装置4的各运算周期分别计算并更新反 馈校正流量。并且，控制装置4计算与上次计算的目标压力值和此次计算出的 目标压力值的偏差所对应的前馈校正流量(前馈校正流量计算功能-B4)。前馈校正流量是因目标压力值的变动引起的氢气流量的变动部 分(压力差对应校正流量)。在本实施方式中，根据喷射器35的初级侧压力，具有多个(例如 以预定阈值为基准的高压用和低压用两个)表示目标压力差的偏差和 前馈校正流量的关系的映射表，并使用这些映射表，按照控制装置4 的各运算周期分别计算并更新前馈校正流量。此外，多个映射表根据初级侧压力传感器41的压力值替换使用。并且，控制装置4根据喷射器35上游的气体状态(由初级侧压力传感器41检测出的氢气压力及由温度传感器42检测出的氢气温度)， 计算喷射器35上游的静态流量(静态流量计算功能B5)。在本实施 方式中，使用表示喷射器35上游侧的氢气压力及温度与静态流量的关 系的特定运算公式，按照控制装置4的各运算周期分别计算并更新静 态流量。并且，控制装置4根据喷射器35上游的气体状态(氢气的压力及 温度)及施加电压，计算喷射器35的无效喷射时间(无效喷射时间计 算功能B6)。其中，无效喷射时间是指，喷射器35从控制装置4接 受到控制信号开始到实际开始喷射为止所需的时间。在本实施方式中， 使用表示喷射器35上游侧氢气的压力及温度、施加电压、无效喷射时 间的关系的特定映射表，按照控制装置4的各运算周期分别计算并更 新无效喷射时间。并且，控制装置4通过对耗氢量、反馈校正流量、前馈校正流量 进行加法运算，计算出喷射器35的喷射流量(喷射流量计算功能B7)。 并且，控制装置4使喷射器35的喷射流量除以静态流量而得到的值乘 以喷射器35的驱动周期，从而计算出喷射器35的基本喷射时间，并 且将该基本喷射时间和无效喷射时间相加，计算出喷射器35的总喷射 时间(总喷射时间计算功能B8)。其中，驱动周期是指，表示喷射 器35的喷射孔的开闭状态的台阶形(开/闭)波形的周期。在本实施方 式中，由控制装置4将驱动周期设定为固定的值。并且，控制装置4通过输出用于实现经过以上步骤计算出的喷射 器35的总喷射时间的控制信号，控制喷射器35的气体喷射时间及气 体喷射时期，调整提供到燃料电池10的氢气的流量及压力。在燃料电池系统1正常运转时，从氢罐30经由氢供给流路31将 氢气提供到燃料电池10的燃料极，并且经由空气供给流路21将加湿 调整后的空气提供到燃料电池IO的氧化极，从而进行发电。此时，由控制装置4运算应从燃料电池IO获得的电力(要求电力)，与该发电 量对应的量的氢气及空气提供到燃料电池10内。如图4所示，燃料电池10的结构是，层叠所需数量的接收所供给 的反应气体并发电的矩形的单电池71而构成的一对燃料电池堆栈 IOA、 IOB，在使单电池71的层叠方向彼此平行地并列设置的状态下， 由与一对燃料电池堆栈10A、10B共同的层叠方向两端部上配置的一对 端板72、 73夹持。此外，上述端板72、 73通过与燃料电池堆栈IOA、 IOB的并排方 向正交的方向的两侧上配置的一对张力板74、 75彼此连接。如图5所 示，这种燃料电池10在容纳于大致长方体形状的堆栈箱76中的状态 下，搭载于汽车V。在该搭载状态下，燃料电池IO在燃料电堆栈IOA、 IOB彼此在水 平方向上排列的状态下，设置于在汽车V的正面侧设置的发动机舱EC 内，此时一对端板72、 73配置在车体前后方向两端， 一对张力板74、 75为上下配置的状态。以下说明该设置中的状态。喷射器35与燃料电池10的车辆前后方向后侧的一个端板72 —体 地设置。与此相对，在容纳燃料电池10的堆栈箱76中，在除了与喷 射器35相对的后表面76a以外的面且不在喷射器35和乘员室C之间 的面上，具体而言在前表面76b上设有连通内外的换气孔78。在该换气孔78中设有过滤器79，限制氢通过，并且允许水蒸气 通过。此外，换气孔78只要是除了与喷射器35相对的面以外的面且 不在喷射器35和乘员室C之间的面，则例如也可设置在上表面76c等其他面上。如图4所示，上述一对端板72、 73与多个燃料电池堆栈IOA、 10B 同样是在汽车宽度方向上较长的大致长方形，例如在车辆前后方向后 侧的一个端板72上并列设置的多列(图4中为2歹i」)燃料电池堆栈IOA、 IOB之间的中央部， 一体地设置有上述喷射器35。其中，燃料电池堆栈IOA、 10B在端板72—侧的极性彼此相反， 因此为了分别以最短距离提供氢气，氢供给口80A、 80B在端板72的 长度方向上对称地配置。其结果，由于喷射器35如上配置，可使从氢 供给流路31中的喷射器35延伸的配管81分支而与各氢供给口 80A、 80B连接的配管部81A、 81B的长度相等。喷射器35具体如图6所示，入口侧的圆筒部45经由配置在密封 槽45a上的弹性部件即0形环86，嵌合到金属制的支撑块84的孔部 85，出口侧的圆筒部46经由配置在密封槽46a上的弹性部件即0形环 89，嵌合到金属制的支撑块87的孔部88。并且， 一个支撑块84在配置于上侧的状态下，在一处连接部90 上通过止动螺栓固定到端板72，另一个支撑块87在配置于下侧的状态 下，在两侧的两处连接部91、 92上通过止动螺栓固定到端板72。使该 支撑块87与端板72结合的两处连接部91、 92彼此的连接线水平。如上所述，喷射器35使其轴线方向即阀体驱动方向(阀体65的 移动方向)配置成铅垂方向而设置在端板72上，并经由弹性部件即O 形环86、 89由支撑块84、 87支撑两侧。其结果是，喷射器35的上游 侧的圆筒部45及下游侧的圆筒部46经由一对支撑块84、 87与燃料电 池10结合，这些圆筒部45、 46因燃料电池IO发热而被加热。并且， 喷射器35将气体入口即开口部51与气体出口即开口部52相对地配置 在铅垂方向上侧。并且，支撑块84、 87作为整体通过三个连接部90、 91、 92而与 燃料电池10的端板72结合，使下侧的支撑块87与端板72结合的两 处连接部91、 92与张力板74、 75和端板72在图4中的结合部74a、 75a的延伸方向平行地配置。此外，也可以不是三个点，而是使支撑块84、 87作为整体通过四 个点与端板72结合，当在两个点以下时，无法稳定地支撑喷射器35， 当在五个点以上时，支撑点过多，因端板72的变形等而发生连接部松 驰的可能性升高，均是不良情况。因此，如图5所示，从设置在汽车V后部的氢罐30伸出的氢供给 流路31经过汽车V的乘员室C的底面被引导到发动机舱EC内，经由 形成在堆栈箱76的下表面76d上的孔部94而被导入到堆栈箱76内， 如图6所示，经过喷射器35的侧方而与上侧的支撑块84连接。因此， 与支撑块84连接的氢供给流路31与孔部85连通，并经由该孔部85 连通到喷射器35的开口部51。此外，氢供给流路31在支撑块84上的连接侧被分割为与支撑 块84连接的、呈U字形的金属制的配管部95;与该配管部95连接的、 由弹性体构成的绝缘配管部96;以及与该绝缘配管部96连接的金属制 的配管部(入口侧配管)97。并且，通过绝缘配管部96，使将高电位 的燃料电池10和接地的氢罐30连接的氢供给流路31电绝缘，该绝缘 配管部96配置在堆栈箱76内。并且，插通到堆栈箱76的下表面76d的孔部94中的配管部97通 过支架98固定中间部，上述支架98与将支撑块87固定到端板72上 的连接部91共同固定。这是因为，绝缘配管部96是弹性体，因此甩 于使状态不稳定的配管部97的状态稳定。并且，在第1实施方式中，响应于在氢供给流路31中流通的氢气的物理量的气体要素部件即开放阀IIO与喷射器35 —体设置。即，如图6所示，在对喷射器35下游侧的圆筒部46支撑的支撑 块87上，从沿着其内侧的垂直方向的孔部88的中途位置开始，与端 板72平行地向前下方形成连通孔111，在该连通孔111的延长线上配 置内部通路112而安装开放阀110。该开放阀110的内部通路112由从连通孔111 一侧依次配置的以 下部件构成小径孔部113;离小径孔部113越远直径越大的锥形孔部 114;以及直径大于小径孔部113的大径孔部115。在大径孔部115的 与小径孔部113相反的一侧，嵌合盖部件116。在该盖部件116上，形成有使内部通路112向氢供给流路31的外 侧开放的多个开放口 117，在盖部件116和锥形孔部114之间，在锥形 孔部114一侧配置有球状的阀体118，在阀体118和盖部件116之间配 置有弹簧119。由于孔部88和连通孔111，在支撑块87内设置有在沿着铅垂 方向的孔部88内形成的主流路部122;和从在连通孔111内形成的主 流路部122向开放阀IIO—侧分支的分支流路部123，沿着与主流路部 122大致正交的方向，分支流路部123向前下方延伸。并且，主流路部 122比分支流路部123的分支位置向下延伸。进一步，盖部件116的开放口 117沿着连通孔111朝向前下方， 相对于水平面朝下。并且，连通孔lll的直径力A比孔部88的最小直 径0B大。即，和孔部88内的主流路部122的流路截面面积相比，连 通孔111的流路截面面积大。上述开放阀110在氢供给流路31的压力是小于弹簧119的施力的预定压力以下时，阀体118因弹簧119的施力而与锥形孔部114抵接，不开放氢供给流路31，当氢供给流路31的压力大于上述预定压力时， 阀体118抵抗弹簧119的施力，离开锥形孔部114，使氢供给流路31 与外部气体连通。在开放阀UO的开放口 117的气体排出方向前方，设有使开放口 117排出的气体减速并扩散的扩散板125。该扩散板125固定在端板72 上，是中央高度较高的山型，并且如图7所示，形成有从中央以放射 状地向同一方向弯曲的多个叶片部126。根据以上说明的第1实施方式涉及的燃料电池系统1，响应于在 氢供给流路31中流通的反应气体的物理量的、作为气体要素部件的开 放阀110与喷射器35 —体地设置并靠近配置，因此可抑制开放阀110 相对于因喷射器35产生的压力变动的响应延迟。因此，通过氢供给流 路31中开放阀110的上游侧的喷射器35，当调整后的氢气压力达到预 定压力时，使开放阀110立即响应即立即开放，可使氢供给流路31的 压力逃逸到外部，能够抑制该压力超过预定压力时产生的问题。并且，开放阀110在对喷射器35的下游侧支撑的支撑块87上使 开放口 117相对于水平方向朝向下方，因此即使液滴附着到开放阀110 的开放口 117 —侧，液滴也会因自重而流下，可抑制其附着到阀体118。并且，开放阀110在对喷射器35下游侧支撑的支撑块87内设置 主流路部122及从主流路部122向开放阔110—侧分支的分支流路部 123，主流路部122比分支流路部123的分支位置向下延伸，因此在主 流路部122的下游侧设置的循环流路32中，即使导入了来自燃料电池 10的湿度高的氢废气，也可抑制因水蒸气产生的露水影响到开放阀 110。因此，可抑制在开放阀110中产生的冷却固定。进一步，在开放阀110的开放口 117的气体排出前方设置有扩散板125，因此在幵放阀IIO开放时，氢气因扩散板125而减速地扩散。
因此，可抑制因氢气排出速度过快造成其他部件破损等。
并且，和支撑块87内设置的主流路部122的流路截面面积相比， 从主流路部122向开放阀110 —侧分支的分支流路部123的流路截面 面积较大，因此在由于喷射器35在打开状态下固定等，使得氢气以大 流量从喷射器35流入时，能较多地流入到幵放阀HO—侧而排出到氢 供给流路31外，可减小对燃料电池IO施加的压力。
并且，沿着和主流路部122大致正交相交的方向延伸分支流路部 123，因此与分支流路部123连通的开放阀110难以受到喷射器35开 闭时的氢气的动压，其结果可进一步降低开放阀110的开阀压力。因 此，可抑制燃料电池IO等耐压力低的部件劣化。或者可通过降低燃料 电池10的耐压而实现轻量化。
此外，在上述第1实施方式涉及的燃料电池系统1中，也可以如 图8所示，在配置有上述喷射器35的端板72上，形成有喷射器35的 主体部47部分嵌入的凹部100，并且配置硬质的弯曲板状的隔音材料 101，覆盖喷射器35，并且在凹部IOO及隔音材料101与喷射器35的 间隙填充软质的弹性体(软质层)102。
这样一来，在喷射器35和燃料电池10之间设置弹性体102，喷 射器35的一部分埋入到燃料电池10中。此外，隔音材料101及弹性 体102构成覆盖喷射器35的吸音罩103。
并且，也可以使在喷射器35上设置的控制信号通信用的信号线连 接器104与喷射器35在端板72上的配置面72a平行配置，从而使该 信号线连接线连接器104与信号线的连接部分即开口部105与配置面 72a平行。与之对应地，在隔音材料101上，在端板72—侧也可以形 成用于使该信号线连接器104露出到外部的开口部106。
19进一步，也可按将喷射器35和开放阀110—起覆盖的方式，设置
由隔音材料101及弹性体102构成的吸音罩103，这种构造可抑制开放 阀110开放时的气体排出声。
接着，以和第1实施方式不同的部分为中心，对本发明的第2实 施方式涉及的燃料电池系统1进行说明。
在第2实施方式涉及的燃料电池系统1中，如图9所示，未设置 第1实施方式的开放阀，氢供给流路31具有相对喷射器35形成旁路 的旁路流路130，在该旁路流路130上设有作为氢气要素部件的开放阀 131，其响应于在氢供给流路31中流通的反应气体的物理量，该开放 阀131与喷射器35 —体地设置。
该开放阀35以预定压力开放，是在开放时使喷射器35的上游侧 和下游侧不经由喷射器35而连接的安全阀。并且，在第2实施方式中， 该开放阀131由对喷射器35上游侧的圆筒部45支撑的支撑块84及对 下游侧的圆筒部46支撑的支撑块87支撑，并且接合上述支撑块84、 87之间。
艮P，第2实施方式中上侧的支撑块84和第l实施方式相比，沿着 端板72形成得较宽，并且与支撑圆筒部45的孔部85平行地形成有嵌 合孔133,该嵌合孔133和孔部85通过与它们正交的连通孔134而连 通。
并且，下侧的支撑块87和第1实施方式相比，也沿着端板72形 成得较宽，并且与支撑圆筒部46的孔部88平行地形成有嵌合孔136， 该嵌合孔136和孔部88通过与它们交叉的连通孔137而连通。该连通 孔137越靠近孔部88越向下侧倾斜。并且，开放阀131在其壳体140的两端侧形成有凸缘部141、 142， 在使比一个凸缘部141靠近端部的一侧嵌合到支撑块84的嵌合孔133 的状态下，在该凸缘部141上通过螺栓固定到支撑块84上，在使比另 一个凸缘部142靠近端部的一侧嵌合到支撑块87的嵌合孔136的状态 下，在该凸缘部142上通过螺栓固定到支撑块87上。此外，各支撑块 84、 87与凸缘部141、 142的抵接面上安装有密封间隙的0形环143。
进一步，在上述支撑块84、 87之间，设有隔音材料101，以覆盖 喷射器35及开放阀131这两者。该隔音材料101安装在端板72上， 在该隔音材料101和端板之间填充有弹性体102。即，喷射器35及开 放阀131由隔音材料101和弹性体102构成的吸音罩103覆盖。
根据以上说明的第2实施方式涉及的燃料电池系统1，响应于在 氢供给流路31中流通的反应气体的物理量的、作为气体要素部件的开 放阀131与喷射器35 —体地设置并靠近配置，因此可抑制开放阀131 相对于因喷射器35产生的压力变动的响应延迟。
因此，在因喷射器35使比喷射器35靠近上游侧的氢气压力达到 预定压力时，能够使开放阀131立即响应即立即开放，使氢气逃逸到 氢供给流路31上的喷射器35的下游侧，能够抑制该压力超过预定压 力时产生的问题。
并且，开放阀131由对喷射器35的上游侧支撑的支撑块84及对 下游侧支撑的支撑块87支撑，因此可统一开放阀131的支撑机构，简 化构成部件。
进一步，开放阀131使对喷射器35的上游侧支撑的支撑块84和 对下游侧支撑的支撑块87结合，因此开放阀131可兼用作两侧的支撑 块84、 87的连接机构，可简化构成部件。并且，开放阀131配置在由覆盖喷射器35的隔音材料101及弹性
体102构成的吸音罩103的内侧，因此难以产生与喷射器35的温度差， 难以生成露水，并且可抑制污损。
此外，在开放阀131上也可以不设置凸缘部141、 142，而在开放 阀131的外周面上形成外螺纹，在支撑块84、 87上形成内螺纹，并使 之螺合，这种情况下，也可以在支撑块84、 87之间设置将开放阀131 插入到内侧的套管，使该套管在支撑块84、 87之间直立，从而产生开 放阀131的连接力。
接着，以和第1实施方式不同的部分为中心，对本发明的第3实 施方式涉及的燃料电池系统1进行说明。
在第3实施方式中，未设置第1实施方式的开放阀，如图IO所示， 响应于在氢供给流路31中流通的反应气体的物理量的气体要素部件且 用于喷射器35的上述开闭控制的、决定开闭控制的前馈项的初级侧压 力传感器41及决定反馈项的次级侧压力传感器43与喷射器35 —体地 设置。当然，在第3实施方式中，也可设置第1实施方式的开放阀或 第2实施方式的开放阀。
在对喷射器35的上游侧的圆筒部45支撑的支撑块84上，在与沿 着其内侧的铅垂方向的孔部85交叉的方向(正交方向)上，与端板72 平行地形成有螺纹孔145,压力传感器41从外侧与该螺纹孔145螺合。
其中，该螺纹孔145与构成由孔部85的0形环86及喷射器35 形成的氢供给流路31的一部分的空间连通，初级侧压力传感器41前 端的检测部41a经由螺纹孔145检测氢供给流路31内喷射器35的上 游侧的压力。
并且，在对喷射器35的下游侧的圆筒部46支撑的支撑块87上，
22在与沿着其内侧的铅垂方向的孔部88交叉的方向(正交方向)上，与
端板72平行地形成有螺纹孔146，压力传感器43从外侧与该螺纹孔 146螺合。
其中，该螺纹孔146与构成由孔部88的O形环89及喷射器35 形成的氢供给流路31的一部分的空间连通，压力传感器43前端的检 测部43a经由螺纹孔146检测氢供给流路31内喷射器35的下游侧的 压力。
根据以上说明的第3实施方式涉及的燃料电池系统1，响应于在 氢供给流路31中流通的反应气体的物理量的、作为气体要素部件的压 力传感器41、 43与喷射器35 —体地设置并靠近配置，因此可抑制压 力传感器41、 43相对于因喷射器35产生的压力变动的响应延迟，即 可抑制初级侧压力传感器41的压力检测及次级侧压力传感器43的压 力检测的时间延迟。
因此，如上所述，可抑制根据初级侧压力传感器41的检测压力值 及次级侧压力传感器43的检测压力值等而被控制的喷射器35的控制 延迟。
权利要求
1. 一种燃料电池系统，包括燃料电池；反应气体配管，用于向上述燃料电池提供反应气体；以及喷射器，通过电磁驱动力以预定的驱动周期驱动阀体而使该阀体离开阀座，从而调整上述反应气体配管内的上游侧的气体状态并提供到下游侧，上述燃料电池系统的特征在于，气体要素部件与上述喷射器一体地设置，该气体要素部件响应于在上述反应气体配管中流通的反应气体的物理量。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述气体要素部件是在预定压力下开放的开放阀。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀在开放时使上述喷射器的下游侧和上述反应气体配管外部连接。
4. 根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀在开放时使上述喷射器的上游侧和下游侧连接。
5. 根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀设置在对上述喷射器的下游侧支撑的支撑块上， 通向上述反应气体配管外部的开放口朝向下方。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于， 在来自上述开放口的气体的排放的前方设置有扩散板。
7. 根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀设置在对上述喷射器的下游侧支撑的支撑块上， 在上述支撑块内设置有主流路部及从上述主流路部向上述开放阀一侧分支的分支流路部，上述主流路部比上述分支流路部的分支位置 向下方延伸。
8. 根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀设置在对上述喷射器的下游侧支撑的支撑块上， 在上述支撑块内设置有主流路部及从上述主流路部向上述开放阔一侧分支的分支流路部，上述分支流路部的流路截面面积大于上述主 流路部的流路截面面积。
9. 根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀设置在对上述喷射器的下游侧支撑的支撑块上， 在上述支撑块内设置有主流路部及从上述主流路部向上述开放阀一侧分支的分支流路部，上述分支流路部沿着与上述主流路部大致正 交的方向延伸。
10. 根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，上述开放阀由对上述喷射器的上游侧支撑的支撑块及对上述喷射 器的下游侧支撑的支撑块支撑。
11. 根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，上述开放阀连接对上述喷射器的上游侧支撑的支撑块和对上述喷 射器的下游侧支撑的支撑块。
12. 根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述开放阀配置在覆盖上述喷射器的吸音罩的内侧。
13. 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述气体要素部件是用于对上述喷射器进行开闭控制的压力传感器。
全文摘要
本发明的燃料电池系统，包括燃料电池(10)；反应气体配管(31)，用于向燃料电池(10)提供反应气体；以及喷射器(35)，通过电磁驱动力以预定的驱动周期驱动阀体而使该阀体离开阀座，从而调整反应气体配管(31)内的上游侧的气体状态而提供到下游侧，气体要素部件(110)与喷射器(35)一体地设置并靠近配置，该气体要素部件(110)响应于在反应气体配管(31)中流通的反应气体的物理量。
文档编号H01M8/04GK101536232SQ200780042478
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年11月22日
发明者堀田明寿, 山岸典生, 片野刚司 申请人:丰田自动车株式会社