专利名称：燃料电池车辆的加热设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池车辆的加热设备，更具体来说，涉及通过使用风冷式燃料电池系统来加热车辆的车厢内部的燃料电池车辆的加热设备。
背景技术：
安装在燃料电池车辆上的燃料电池系统通过电化学反应产生电力，并且与该电化学反应相关而产生水。燃料电池系统的燃料电池(堆)通常通过堆叠许多个称为电池的最小结构单元来配置而成。在传统的固态聚合物燃料电池中，如图7中所示，每个电池201被配置为使得用于该反应的活化的催化剂层206和207设置在扩散层204和205之间，用于选择性地允许氢离子透过的电解质膜208夹在催化剂层206和207之间，并且使得扩散层204和205夹在用于分别提供氢和空气(氧)的阳极电极202和阴极电极203之间。提供给阳极电极202的氢分子在阳极电极202侧的电解质膜208的表面上设置的催化剂层206中转变为活性氢原子，并且进一步转变为氢离子以释放出电子。图7中的(I)表示的反应由如下化学方程式I来表达。H2 — 2H++2e (方程 I)在化学方程式I中产生的氢离子与包含在电解质膜208中的水汽一起穿过电解质膜208从阳极电极202侧移动到阴极电极203侧，同时电子经由外部电路209移动到阴极电极203侧。通过电子的移动，电流穿过插在外部电路209中的负载(例如，车辆的行驶用电动机)210而流动。另一方面，在催化剂层207中，提供给阴极电极203的空气中的氧分子接收从外部电路209提供的电子，从而转变为氧离子，并且该氧离子与穿过电解质膜208而移动的氢离子结合，从而形成水。图7中的(2)表示的反应由如下化学方程式2来表达。l/203+2H++2e — H20(方程 2)以这种方式形成的水的一部分通过浓度扩散而从阴极电极203移动到阳极电极202。在上述化学反应中，在电池201的内部产生各种损耗，如由电解质膜208和电极的电阻导致的电阻过电压、引起氢和氧的电化学反应所需的活化过电压、以及引起氢和氧穿过扩散层204和205的移动所需的扩散过电压，并且由于这些损耗而产生的废热需要去除。图8示出装配有电池201并且用于传统的燃料电池车辆的水冷式燃料电池系统的一般配置。在图8中所示的燃料电池系统301中，设置有通过堆叠许多个上文所述的作为最小结构单元的电池而配置的燃料电池302，并且在燃料电池302中堆叠的该许多电池以如下方式进行发电存储在高压氢罐303中的压缩氢气从阳极进气通道304经由减压阀305引入到燃料电池302的阳极进气部306，另一方面，通过过滤器307吸入到阴极进气通道308中的外部空气被压缩机309压缩，从而被引入到燃料电池302的阴极进气部310中。在从燃料电池302的阴极排气部311排放到阴极排气通道312中的阴极排气中的一部分水汽被气-液分离器313分离之后，该阴极排气经由用于对该阴极系统进行压力控制的背压阀314而排放到外部空气。类似地，从燃料电池302的阳极排气部315排放到阳极排气通道316中的阳极排气穿过气-液分离器317，并且经由清洗阀318，通过连接在阴极排气通道312中的阳极排气通道316，而混入到阴极排气中。与阴极排气的量相比，来自阳极排气部315的清洗的氢的排量(流量)足够小。因此，在阳极的清洗的氢的浓度被阴极排气减小到不高于可燃下限浓度4%之后，该阳极的清洗的氢可被排放到外部空气。注意，还有一些系统，其中，为了提高氢的利用，通过使用在将阳极排气通道316连接到阳极进气部306的阳极返回路径319中插入的氢泵320，来将阳极排气再循环到阳极进气部306。在此描述水冷式燃料电池系统301的冷却系统321。在冷却系统321的冷却回路的冷却水引入通道322中，在燃料电池302前级或后级设置有水泵323，从而将冷却水加压送入到散热器324。在冷却了燃料电池302之后，该冷却水在散热器324中经过热交换，然后通过该冷却回路的冷却水引出通道325再次返回到燃料电池302。在冷却系统321中设置有加热设备326。加热设备326包括用于将冷却水引入通道322连接到冷却水引出通道325的加热通道327，并且还包括用于加热车辆的车厢内部的加热器芯329和调节阀328，它们通过加热通道327相互串联连接，并且与散热器324并联设置。当车辆的车厢内部需要被加热时，加热设备326通过打开调节阀328向加热器芯329提供高温冷却水并且通过驱动用于吹风的风扇330来进行加热。然而，与由发动机产生的热量相比，燃料电池302的废热量非常小，因此除了加热器芯329以外，通常还使用其它辅助热源，如电加热器。如上所述，水冷式燃料电池车辆系统301设置有各种辅助单元，包括用于压缩引入的空气的压缩机309，以增加燃料电池302的输出功率密度。因此，在水冷式燃料电池车辆系统301中，该系统是复杂的，并且该系统的尺寸、重量和成本增加。另一方面，存在风冷式燃料电池系统，其中该系统被简化，使得尽可能多地去除诸如压缩机等的辅助单元，并且采用空气冷却系统用于冷却燃料电池。如图9中所示，在装配有通过堆叠许多个如上所述的作为最小结构单元的电池而配置的燃料电池402的风冷式燃料电池系统401中，存储在高压氢罐403中的压缩氢气的压力通过插入在阳极进气通道404中的减压阀405减小之后，该压缩氢气被引入到燃料电池402的阳极进气部406中。另一方面，在燃料电池系统401中，通常不提供在水冷式燃料电池车辆系统中提供的用于供应阴极进入空气的高压压缩机，而是通过低压供气扇(鼓风机)409将通过过滤器407引入到阴极进气通道408中的外部空气供应给燃料电池402的阴极进气部410。提供给阴极进气部410的空气不仅在燃料电池402中堆叠的许多电池中的发电反应中用作与氢反应的反应气体，而且还起到去除燃料电池402中的废热的作用，从而冷却燃料电池402。与氢反应之后的空气和冷却燃料电池402之后的空气从燃料电池402的阴极排气部411排出到阴极排气通道412中，从而被排放到外部空气。从燃料电池402的阳极排气部413排放到阳极排气通道414的阳极排气经由清洗阀415，穿过连接在阴极排气通道412中的阳极排气通道414，混入到阴极排气中。当阳极侧的氢气被清洗时，排出的氢气被阴极侧排气稀释到可燃下限浓度或更低，从而被排放到外部。风冷式燃料电池系统401没有装配如图8中所示的水冷式燃料电池系统301中设置的冷却系统321，因此不能实现与水冷式燃料电池系统301中的加热设备326类似的加热设备。作为传统燃料电池车辆的加热设备的例子，已经提出了燃料电池的阴极排气直接排放到车辆的车厢中的加热设备(专利文献I)、燃料电池的阴极排气被直接排放到车辆的车厢中并且还被引导到用于加热车辆的车厢的加热设备的热交换器的加热设备(专利文献2)、以及燃料电池的阴极排气被引导到用于加热车辆的车厢的加热设备的热交换器的加热设备(专利文献3)。现有技术文献专利文献[专利文献I]日本特开2008-108538号公报[专利文献2]日本特开2002-5478号公报[专利文献3]日本特开2001-30742号公报
发明内容
发明要解决的问题如上所述，作为传统燃料电池车辆的燃料电池系统，通常使用水冷式燃料电池系统301，其中如图8中所示，与当车辆发动机产生的废热被冷却水冷却时类似，通过堆叠多个电池而形成的燃料电池302产生的废热被冷却水冷却。在使用水冷式燃料电池系统301的燃料电池车辆中，通过冷却燃料电池302而温度相对增加的冷却水被引导到车辆的加热设备326的加热器芯329 (热交换器)，从而燃料电池302的废热被用于加热车辆的车厢内部。另一方面，与水冷式燃料电池系统301不同，还已知如图9中所示的风冷式燃料电池系统401，其中该系统配置可以通过尽可能多地消除辅助单元而被显著简化。使用风冷式燃料电池401的燃料电池车辆具有简单的配置，并且具有许多优点，如小尺寸、轻重量和低成本。然而，在风冷式燃料电池系统401中，燃料电池402的冷却水的废热不能被用于加热车辆的车厢内部，并且目前还没有与有效的加热方法和设备有关的建议。本发明的目的是实现一种燃料电池车辆的加热设备，其中燃料电池的阳极排气中的排出的氢气可以被稀释到可燃下限浓度或更低，并且燃料电池系统的废热可以以通过原样使用具有简单系统配置的风冷式燃料电池系统加热车辆的车厢内部的方式来用于加热。用于解决问题的方案根据本发明，提供一种燃料电池车辆的加热设备，该燃料电池车辆包括燃料电池，其用于通过氧和氢的化学反应产生电力；阴极排气通道，通过该阴极排气通道将引入的外部空气提供给所述燃料电池的阴极电极用于发电反应并排出从所述燃料电池排出的空气；以及阳极排气通道，通过该阳极排气通道将氢从所述燃料电池排出，所述加热设备的特征在于包括分支通道，其从所述阴极排气通道的分支点分叉，从而将从所述燃料电池排出的空气提供给所述车辆的车厢，并且特征在于所述阳极排气通道在所述分支点的下游侧接合到所述阴极排气通道。发明效果
在根据本发明的燃料电池车辆的加热设备中，所述阳极排气中的排出的氢气可以被稀释到可燃下限浓度或更低，并且所述燃料电池系统的废热可被用于加热车辆的车厢。此外，在根据本发明的燃料电池车辆的加热设备中，可以原样使用具有简单配置的风冷式燃料电池系统，因为在风冷式燃料电池系统中，阴极排气被直接引入到需要被加热的车辆的车厢中。此外，在根据本发明的燃料电池车辆的加热设备中，阴极排气通道分叉为用于加热的通道和用于稀释清洗的氢的通道，因此，可以防止阳极排气中的排出的氢气进入需要被加热的车辆的车厢内部。
图I是燃料电池车辆的加热设备的框图。(实施例I)图2是燃料电池车辆的加热设备的流程图。(实施例I)图3是燃料电池车辆的加热设备的框图。(实施例2)图4是调节燃料电池车辆的加热设备的加热空气的流量的流程图。(实施例2)图5是调节燃料电池车辆的加热设备的吹出空气温度的流程图。(实施例2)图6是燃料电池车辆的加热设备的框图。(变形例)图7是燃料电池的电池的截面图。图8是水冷式燃料电池系统的框图。(现有技术)图9是风冷式燃料电池系统的框图。(现有技术)
具体实施例方式下面参照附图描述根据本发明实施方式的实施例。实施例I图I和图2示出根据本发明的实施例I。在图I中，附图标记I表示安装在燃料电池车辆上的风冷式燃料电池系统。在包括上文所述的通过堆叠许多个被称为电池的最小结构单元而形成的燃料电池2的燃料电池系统I中，通过电化学反应产生电力，并且与该电化学反应相关地产生水。在燃料电池系统I中，存储在高压氢罐3中的压缩氢气的压力通过插入在阳极进气通道4中的减压阀5减小之后，该压缩氢气被引入到燃料电池2的阳极进气部6中。另一方面，在燃料电池系统I中，通常不设置在水冷式燃料电池系统中设置的用于提供阴极进入空气的高压压缩机，并且穿过过滤器7引入到阴极进气通道8中的外部空气通过低压供气扇(鼓风机)9提供给燃料电池2的阴极进气部10。提供给阴极进气部10的空气不仅在燃料电池2中堆叠的许多电池中的发电反应中被用作与氢反应的反应气体，而且还起到去除燃料电池2中的废热的作用，从而冷却燃料电池2。与氢反应之后的空气和冷却燃料电池2之后的空气从燃料电池2的阴极排气部11排出到阴极排气通道12中，从而被排放到外部空气。从燃料电池2的阳极排气部13排出的阳极排气被引入到阳极排气通道14中。中间插入有清洗阀15的阳极排气通道14连接到阴极排气通道12。阳极排气通道14的阳极排气经由清洗阀15混入到阴极排气通道12的阴极排气中。当阳极侧的氢气被清洗时，排出的氢气被阴极侧排气稀释到可燃下限浓度或更低，从而被排放到外部空气。
该燃料电池车辆包括使用燃料电池系统I的废热的加热设备16。在加热设备16中，设置有在阴极排气通道12的分支点17处分叉的分支通道18，并且在分支通道18中插入有调节阀19。分支通道18允许阴极排气通道12经由调节阀19与车辆的车厢内部连通。在加热设备16中，阴极排气通道12的阴极排气经由分支通道18引导到车辆的车厢，从而被用于加热车厢内部。阳极排气通道14在分支点17的下游侧连接到阴极排气通道12，并且用于稀释阳极排气中的排出的氢气。调节阀19连接到加热设备16的控制部20。加热请求输入装置21连接到控制部20，在加热请求输入装置21中通过操作者的操作来输入加热请求的存在或不存在以及所需的热量。基于加热请求输入装置21中的输入，控制部20对插入在分支通道18中的调节阀19进行无级打开和关闭控制。如图2中所示，在该燃料电池车辆的加热设备16中，当控制部20开始控制时(AOl)，控制部20确定在加热请求输入装置21中是否输入有加热请求(A02)。当确定(A02)为“是(YES)”时，控制部20根据加热请求(A03)无级调节调节阀19的开度，并且返回到“开始(START)”(AOl)。当确定(A02)为“否(NO) ”时，控制部20关闭调节阀19(A04)，并且返回到“开始(START) ”(A01)。注意，当在加热请求输入装置21中取消了加热请求时，控制部20关闭调节阀19，从而结束该控制。这样，在该燃料电池车辆的加热设备16中，设置有分支通道18，其从阴极排气通道12的分支点17分叉，并且将从燃料电池2排出的空气提供给车辆的车厢，并且阳极排气通道14在分支点17的下游侧连接到阴极排气通道12。从而，在加热设备16中，阳极排气中的排出的氢气被稀释到至多为可燃下限浓度，并且燃料电池系统I的废热可被用于加热车辆的车厢。此外，在加热设备16中，可以原样使用具有简单配置的风冷式燃料电池系统1，因为在风冷式燃料电池系统I中，阴极排气被直接引入到需要被加热的车辆的车厢中。此外，在加热设备16中，阴极排气通道分叉为用于加热的通道和用于稀释清洗的氢的通道，因此可以防止阳极排气中的排出的氢气被引入到需要被加热的车辆的车厢中。此外，在加热设备16中，在分支通道18中插入有调节阀19，并且调节阀19的开度可以根据请求的加热量而改变，从而改变阴极排气的流量。因此，可以根据需求的加热量而获得阴极排气的流量。注意，在加热设备16中，用于检测氢浓度的氢传感器22设置在车辆的车厢中，从而连接到控制部20。因此，当氢传感器22检测到氢泄漏时，控制部20进行控制以完全关闭调节阀19，以这种方式可以防止氢气泄漏到需要被加热的车辆的车厢中。实施例2图3至图5示出根据本发明的实施例2。与冷却了水冷式燃料电池系统的燃料电池之后冷却水的热量相比，冷却了上述实施例I的燃料电池系统I的燃料电池2之后排气的热量小，因此，在许多情况下，不足以作为用于加热车辆的车厢内部的热源。因此，在上述实施例I中，排气的热量可能变得不足以加热车辆的车厢内部。在实施例2中，在实施例I中加热不足的情况下的加热性能被改进。在图3中，附图标记101表示安装在燃料电池车辆上的风冷式燃料电池系统。实施例2的燃料电池系统101包括通过堆叠许多个称为电池的最小结构单元而形成的燃料电池102。在燃料电池系统101中，存储在高压氢罐103中的压缩氢气的压力被插入在阳极进气通道104中的减压阀105减小之后，该压缩氢气被引入到燃料电池102的阳极进气部106中。另一方面，在燃料电池系统101中，通常不设置在水冷式燃料电池系统中设置的用于提供阴极进入空气的高压压缩机，并且穿过过滤器107而引入到阴极进气通道108中的外部空气通过低压供气扇(鼓风机)109提供给燃料电池102的阴极进气部110。提供给阴极进气部110的空气不仅在燃料电池102中堆叠的许多电池中的发电反应中被用作与氢反应的反应气体，而且还起到去除燃料电池102中的废热的作用，从而冷却燃料电池102。与氢反应之后的空气和冷却燃料电池102之后的空气从燃料电池102的阴极排气部111排出到阴极排气通道112中，从而被排放到外部空气。从燃料电池102的阳极排气部113排出的阳极排气被引入到阳极排气通道114中。其中插入有清洗阀115的阳极排气通道114连接到阴极排气通道112。阳极排气通道114的阳极排气经由清洗阀115混入到阴极排气通道112的阴极排气中。当阳极侧的氢气被清洗时，排出的氢气被阴极侧排气稀释到可燃下限浓度或更低，从而被排放到外部空气。该燃料电池车辆包括使用燃料电池系统101的废热的加热设备116。在实施例2的加热设备116中，设置有在阴极排气通道112的分支点117处分叉的分支通道118，并且在分支通道118中插入有调节阀119。分支通道118使阴极排气通道112经由调节阀119与车辆的车厢内部连通。在加热设备116中，阴极排气通道112的阴极排气经由分支通道118被引导到车辆的车厢，从而被用于加热车厢内部。阳极排气通道114在分支点117的下游侧连接到阴极排气通道112，并且被用于稀释阳极排气中的排出的氢气。此外，在加热设备116中，向外部空气打开的外部空气通道121在调节阀119的下游侧连接到分支通道118的接合部120。在外部空气通道121上设置有用于引入外部空气的压入风扇122。外部空气通道121允许风扇122引入的外部空气经由接合部120而引入到分支通道118中，使得引入的外部空气与已经穿过调节阀119的阴极排气混合，从而被引入到车辆的车厢内。此外，在加热设备116中，在接合部120的下游侧的分支通道118设置有电加热器123，如PTC加热器，其被用作辅助热源。调节阀119、风扇122和电加热器123连接到加热设备116的控制部124。控制部124连接到用于检测从分支通道118吹出到车辆的车厢内部的空气流量的空气流量检测装置125、用于检测从分支通道118吹出到车辆的车厢内部的空气温度的空气温度检测装置126和用于根据操作者的操作而输入加热请求的存在或不存在以及所需热量的加热请求输入装置127。空气流量检测装置125和空气温度检测装置126设置在车辆的车厢中的分支通道118的加热吹出部128。控制部124比较由空气流量检测装置125检测到的实际空气流量与基于加热请求输入装置127设定的所需加热量的目标空气流量。控制部124根据比较结果改变调节阀119的开度和风扇122的转数。此外，控制部124比较由空气温度检测装置126检测到的实际空气温度与基于加热请求输入装置127设定的所需加热量的目标空气温度。控制部124根据比较结果改变提供给电加热器123的电流。该燃料电池车辆的加热设备116如图4中所示调节用于加热的空气流量，并且如图5中所示调节加热的吹出空气温度。这些类型的控制由控制部124并行处理如下。如图4中所示，在调节用于加热的空气流量时，当控制部124开始控制以调节用于加热的空气流量时(BOl)，控制部124确定是否通过加热请求输入装置127输入加热请求(B02)。当确定(B02)为“是(YES)”时，控制部124确定实际空气流量是否小于目标空气流量(B03)。当确定(B03)为“是(YES) ”时，控制部124确定调节阀119是否完全打开(B04)。当确定(B04)为“否(NO)”时，控制部124逐渐打开调节阀119(B05)，并且返回到“开始(START) ” (BOl) (B06)。当确定(B04)为“是(YES) ”时，控制部124逐渐增加风扇122的转数(B07)，并且返回至IJ “开始(START) ” (BOl) (B08)。另一方面，当确定(B03)为“否(NO)”时，控制部124确定风扇122是否停止(B09)。当确定(B09)为“是(YES)”时，控制部124逐渐关闭调节阀119 (BlO)，并且返回到“开始(START) ” (BOl) (Bll)。当确定(B09)为“否(NO) ”时，控制部124逐渐减小风扇122的转数(B12)，并且返回至IJ “开始(START) ” (BOl) (B13)。另一方面，当确定(B02)为“否(NO)”时，控制部124停止电加热器123 (B14)，停止风扇122(B15)，关闭调节阀119 (B16)，并且返回到“开始(START)” (BOl) (B17)。这样，当检测到加热请求时，加热设备116的控制部124比较由设置在车辆的车厢中的分支通道118的加热吹出部128处的空气流量检测装置125测得的实际空气流量与基于操作者的请求由加热请求输入装置127输入的目标空气流量。在测得的空气流量小于目标空气流量的情况下，当调节阀119没有完全打开时，控制部124通过逐渐打开调节阀119增加供应空气的流量。即使在调节阀119被完全打开的情况下，当空气流量仍不足时，控制部124通过逐渐增加风扇122的转数来增加空气流量。与之相比，在实际空气流量大于目标空气流量的情况下，当风扇122旋转时，控制部124进行控制以逐渐减小风扇122的转数，并且当风扇122停止时，控制部124进行控制以通过逐渐关闭调节阀119来使实际空气流量符合目标空气流量。当加热请求输入装置127没有输入加热请求时，控制部124进行控制以停止电加热器123和风扇122，并且关闭调节阀119。因此，该燃料电池车辆的加热设备116可以根据提供到需要被加热的车辆的车厢内的目标空气流量而改变提供到该车辆的车厢内的空气流量。注意，空气流量检测装置125设置在加热吹出部128处，但是当可以从风扇122的转数或者从燃料电池系统101的操作状态估计出提供到车辆的车厢内的空气流量时，可以省略空气流量检测装置125。此外，在调节用于加热的吹出空气温度时，如图5中所示，当控制部124开始控制以调节加热的吹出空气温度时(COl)，控制部124确定加热请求输入装置127是否输入加热请求(C02)。当确定(C02)为“是(YES)”时，控制部124确定实际空气温度是否低于目标空气温度(C03)。当确定(C03)为“是(YES) ”时，控制部124逐渐增加提供给电加热器123的电流(C04)，并且返回到“开始(START) ” (COl) (C05)。当确定(C03)为“否(NO) ”时，控制部124逐渐减小提供给电加热器123的电流(C06)，并且返回到“开始(START) ” (COl) (C07)。另一方面，当确定(C02)为“否(NO)”时，控制部124停止电加热器123(C08)，停止风扇122(C09)，关闭调节阀119 (ClO)，并且返回到“开始(START)” (COl) (Cll)0这样，当检测到加热请求时，加热设备116的控制部124比较由设置在加热吹出部128处的空气温度检测装置126测得的实际空气温度与基于操作者的请求由加热请求输入装置127输入的目标空气温度。当实际空气温度低于目标空气温度时，控制部124通过逐渐增加提供给电加热器123的电流来增加吹出空气的温度。与之相比，当实际空气温度高于目标空气温度时，控制部124通过逐渐减小提供给电加热器123的电流来减小吹出空气的温度。当加热请求输入装置127没有输入加热请求时，控制部124进行控制以停止电加热器123和风扇122，并且关闭调节阀119。从而，燃料电池车辆的加热设备116可以根据提供到需要被加热的车辆的车厢中的空气的目标温度来改变吹出空气的温度。在此描述燃料电池系统101的阴极排气。如上文所述，燃料电池系统101的阴极排气包含与氢和氧的电化学反应相关联而产生的水汽，并因此具有比进入的空气的湿度相对高的湿度。因此，当在冬天或者在阴雨天气期间进行加热时，有可能在车辆的车厢中发生车窗诸如前车窗起雾。为了解决该问题，在实施例2的燃料电池车辆的加热设备116中，控制部124进行如下控制。即，在加热设备116中，设置有用于检测车辆的车厢的前车窗的起雾的车窗起雾检测装置129，并且该车窗起雾检测装置129连接到控制部124。当车窗起雾检测装置129检测到前车窗起雾时，控制部124通过使调节阀119的开度小于预先设定的开度来减小阴极排气的量，从而增加由风扇122引入的外部空气的量。这样，在加热设备116中，当车窗起雾检测装置129检测到前车窗起雾时，并且当起雾检测信号被发送到控制部124时，控制部124将调节阀119的最大开度限制到某特定阈值。当调节阀119的最大开度被设定为基于加热设备116的管径、燃料电池102中排气的流量与由风扇122提供的进入空气的流量之间的关系等而定义的阈值时，燃料电池102中阴极排气流量的最大值被减小。因此，作为具有低温度并且由风扇122提供的外部空气的进入空气的流量相对增加，从而可以消除前车窗的起雾。注意，还可以配置为使得当乘员视觉上确认了前车窗的起雾时，根据乘员对开关等进行的操作，要被输入到控制部124的起雾检测信号被发送到控制部124。此外，在实施例2的加热设备116中，用于检测氢浓度的氢传感器130设置在车辆的车厢中，从而连接到控制部124，并且当氢传感器130检测到氢泄漏时，控制部124进行控制以完全关闭调节阀119，以这种方式可以防止氢气泄漏到需要被加热的车辆的车厢中。注意，在实施例2的燃料电池车辆的加热设备116中，用于引入外部空气的压入风扇122设置在电加热器123的前级的外部空气通道121处，但是如图6中所示，还可以设置进气风扇131在电加热器123的后级的分支通道118处。此外，在实施例2的燃料电池车辆的加热设备116中，与上文所述的实施例I类似，设置有分支通道118，分支通道118从阴极排气通道112的分支点117分叉，并且将从燃料电池102排出的空气提供给车辆的车厢，并且阳极排气通道114在分支点117的下游侧接合到阴极排气通道112。因此，阳极排气中的排出的氢气可被稀释到可燃下限浓度或更低，并且燃料电池系统I的废热可被用于加热车辆的车厢。此外，在实施例2的加热设备116中，与上文所述的实施例I类似，可以原样使用具有简单配置的风冷式燃料电池系统101，因为在风冷式燃料电池系统101中，阴极排气被直接引入到需要被加热的车辆的车厢中。此外，在实施例2的加热设备116中，阴极排气通道被分叉为用于加热的通道和用于稀释清洗的氢的通道，因此可以防止阳极排气中的排出的氢气进入到需要被加热的车辆的车厢内部。此外，在实施例2的加热设备116中，在分支通道118中插入有调节阀119，并且调节阀119的开度可以根据所需的加热量而改变，从而改变阴极排气的流量。因此，可以根据所需的加热量获得阴极排气的流量。工业h的可利用件本发明涉及安装在燃料电池车辆上的燃料电池系统的加热设备，但是本发明还可以应用于使用固定类型的风冷式燃料电池系统，诸如住宅用的风冷式燃料电池系统的室内加热。附图标记说明I燃料电池系统2燃料电池3高压氢罐4阳极进气通道5减压阀6阳极进气部7过滤器8阴极进气通道9供气扇10阴极进气部11阴极排气部12阴极排气通道13阳极排气部14阳极排气通道15清洗阀16加热设备17分支点18分支通道19调节阀20控制部21加热请求输入装置
权利要求
1.一种燃料电池车辆的加热设备，该燃料电池车辆包括燃料电池，其用于通过氧和氢的化学反应产生电力；阴极排气通道，通过该阴极排气通道将引入的外部空气提供给所述燃料电池的阴极电极用于发电反应并排出从所述燃料电池排出的空气；以及阳极排气通道，通过该阳极排气通道将所述氢从所述燃料电池排出， 所述加热设备包括 分支通道，其从所述阴极排气通道的分支点分叉，并且将从所述燃料电池排出的空气提供给车辆的车厢， 其中所述阳极排气通道在所述分支点的下游侧接合到所述阴极排气通道。
2.根据权利要求I所述的燃料电池车辆的加热设备，进一步包括 调节阀，其插入在所述分支通道中， 其中所述调节阀的开度根据需要的加热量改变，以改变阴极排气的流量。
3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆的加热设备，进一步包括 氢传感器，其用于测量所述车辆的车厢中提供的氢浓度， 其中当所述氢传感器检测到氢泄漏时，所述调节阀被完全关闭。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池车辆的加热设备，进一步包括 风扇，其用于引入外部空气； 通道，其用于将所述风扇引入的外部空气与已经穿过所述调节阀的阴极排气混合，并且将所混合的气体引入到所述车辆的车厢中；以及 空气流量检测装置，其用于检测引入到所述车辆的车厢中的空气的流量， 其中将所述空气流量检测装置检测到的实际空气流量与基于所需加热量的目标空气流量进行比较，并且根据该比较结果改变所述调节阀的开度和所述风扇的转数。
5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆的加热设备，进一步包括 车窗起雾检测装置，其用于检测前车窗的起雾， 其中当所述车窗起雾检测装置检测到所述前车窗的起雾时，所述调节阀的开度被设定为小于预先设定的开度，从而增加所述风扇引入的外部空气量。
全文摘要
本发明公开一种燃料电池车辆的加热设备，该燃料电池车辆包括燃料电池，其用于通过氧和氢的化学反应产生电力；阴极排气通道，通过该阴极排气通道将引入的外部空气提供给所述燃料电池的阴极电极用于发电反应并排出从所述燃料电池排出的空气；以及阳极排气通道，通过其将氢从所述燃料电池排出，所述加热设备的特征在于包括分支通道，其从所述阴极排气通道的分支点分叉，并且将从所述燃料电池排出的空气提供给车辆的车厢，并且所述阳极排气通道在所述分支点的下游侧接合到所述阴极排气通道。因此，燃料电池的阳极排气中的排气氢气稀释到不高于可燃下限的浓度，所述燃料电池系统的废热被使用，风冷式燃料电池系统可以按原样使用来加热车辆的车厢内部。
文档编号H01M8/06GK102985270SQ201180031018
公开日2013年3月20日 申请日期2011年6月6日 优先权日2010年7月2日
发明者池谷谦吾 申请人:铃木株式会社