燃料电池模块的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池模块，尤其涉及具备向燃料电池组供给空气的空气压缩机的燃料电池模块。


背景技术：

2.以往，作为这种燃料电池模块，例如，在日本特开2019-75282中提出了一种具有燃料电池组和作为驱动燃料电池组的多个辅机的空气压缩机的燃料电池模块。在该燃料电池模块中，从氢罐等向燃料电池组供给作为燃料气体的氢气，并且通过空气压缩机供给作为氧化剂气体的空气。


技术实现要素：

3.实用新型所要解决的课题
4.但是，在日本特开2019-75282中记载的燃料电池模块中，向燃料电池组供给的空气被空气压缩机压缩而供给到燃料电池组。空气压缩机在其内部具有用于压缩并排出空气的旋转体等，向旋转体等的轴承供给润滑油。润滑油贮存在油箱中，被向轴承等压送。油箱内的油在高温时等汽化而产生油蒸汽，因此安装有向外部排出的通气软管。
5.但是，在清洗燃料电池模块及安装有该燃料电池模块的设备时，设想从其外部喷射高压清洗水等水，清洗水等水容易从通气软管的前端部侧进入。当水浸入通气软管的内部时，由于在油箱内的润滑油中混入水分，所以有可能损害空气压缩机的功能。
6.鉴于上述问题，作为本实用新型，提供一种燃料电池模块，能够排出在空气压缩机的油箱内产生的油蒸汽，并且能够抑制水向油箱进入。
7.用于解决课题的技术方案
8.为了解决所述课题，本实用新型的燃料电池模块是具备燃料电池组和向所述燃料电池组供给空气的空气压缩机的燃料电池模块，所述空气压缩机具备向其内部供给润滑油的油箱，在所述油箱连接有将在所述油箱的内部产生的油蒸汽向外部排出的排出装置。所述排出装置具备：通气软管，与所述油箱连接并引导蒸汽；及通气盖，与所述通气软管的前端部连结。所述通气盖具备：配管部，与所述通气软管连结；及盖部，以覆盖所述配管部的前端部的方式安装于所述配管部。在所述配管部与所述盖部之间设置有使所述配管部的内部与所述通气盖的外部通气的通气通路。所述排出装置以面向所述通气盖的外部的所述通气通路的开口部朝向所述燃料电池模块的内侧的方式配置。
9.根据本实用新型，从润滑空气压缩机的润滑油的油箱产生的油蒸汽通过通气软管而流向通气盖。流到通气盖的油蒸汽通过配管部并从形成于配管部与盖部之间的通气通路排出到油箱的外部。而且，由于形成于排出装置的开口部朝向燃料电池模块的内侧，所以能够抑制水从燃料电池模块的外部通过通气软管进入油箱内。
10.作为更优选的方式，所述开口部朝向所述燃料电池组。根据该结构，构成燃料电池模块的设备中的尺寸大的燃料电池组起到除水的作用，因此能够抑制来自通气通路的开口
部的水的进入。
11.作为更优选的方式，所述燃料电池模块还具备驱动所述燃料电池组的多个辅机，所述燃料电池组、所述空气压缩机以及所述多个辅机以收容于具有形成有由梁及柱包围的内部空间的立体结构的框架的状态固定于所述框架，所述空气压缩机经由平板状的托架而以悬吊的状态固定于所述框架，所述通气盖以从上方由所述托架覆盖的方式配置于所述托架的下方。
12.根据该方式，通气盖以从上方由托架覆盖的方式配置于托架的下方，因此能够从通气盖的上方隔断朝向通气盖的水。由此，能够抑制来自通气通路的开口部的水的进入。
13.作为进一步优选的方式，在所述通气通路设置有迷宫构造。根据该方式，通过由迷宫构造构成的通气通路，能够高效地排出油蒸汽，并且能够防止来自外部的水的进入。
14.实用新型效果
15.根据本实用新型，能够排出在空气压缩机的油箱内产生的油蒸汽，并且能够抑制水向油箱的进入。
附图说明
16.下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的符号表示相同的元件，并且其中：
17.图1是本实施方式的燃料电池模块的示意性的立体图。
18.图2是构成本实施方式的燃料电池模块的燃料电池系统的概略系统图。
19.图3是表示从a方向观察图1所示的燃料电池模块时的空气压缩机周边的油蒸汽的排出装置的概略结构的立面图。
20.图4是表示从b方向观察图3所示的燃料电池模块时的油蒸汽的排出装置的主要部分结构的俯视图。
21.图5是图4所示的燃料电池模块的c部的省略了托架的状态的放大俯视图。
22.图6是图4所示的油蒸汽的排出装置的立面图。
23.图7是图6所示的油蒸汽的排出装置的通气盖的剖视图。
24.图8是油蒸汽的排出装置的通气盖的其他实施方式的剖视图。
具体实施方式
25.以下，基于附图对本实用新型的燃料电池模块的一个实施方式详细地进行说明。如图1所示，本实施方式的燃料电池模块1具备燃料电池组1a、驱动燃料电池组1a的多个辅机(后述)、固定燃料电池组1a及多个辅机的框架10。关于框架10，将在后面叙述。
26.在此，参照图1及图2对具备本实施方式的燃料电池模块1的燃料电池系统100进行说明。图2是包含本实施方式的燃料电池模块的一个实施方式的燃料电池系统的概略系统图。如图2所示，燃料电池系统100由燃料电池模块1以及氢罐等其他的装置构成。
27.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制冷剂层(阳极电极)及阴极侧制冷剂层(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对通过电化学反应产生的电进行集电的气体扩散层(gdl)。在两侧配置有gdl的膜电极接合体被称为
mega，mega被一对隔板夹持。在此，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。
28.燃料电池组1a与驱动其的多个辅机连接，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。
29.空气供给系统20向构成燃料电池组1a的各单电池的阴极电极供给空气，将在各燃料电池单元中被用来电化学反应后的废气从燃料电池组1a排出。在空气供给系统20中，从燃料电池组1a的上游侧，设置有空气滤清器21、空气压缩机22以及中间冷却器23等，在燃料电池组1a的下游侧，设置有消音器28等。
30.空气滤清器21除去从大气中吸入的空气中的尘埃。空气压缩机22压缩经由空气滤清器21导入的空气，将压缩的空气向中间冷却器23压送。中间冷却器23在使从空气压缩机22压送而导入的空气通过时，通过与例如制冷剂的热交换而冷却，并供给到燃料电池组1a(的阴极电极)。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，空气压缩机22及中间冷却器23固定于框架10。关于本实施方式的燃料电池模块1的特征点即空气压缩机22周边的油蒸汽的排出装置的详细结构，将在后面叙述。
31.氢气供给系统30向构成燃料电池组1a的各单电池的阳极电极供给氢气，将在各燃料电池单元中用来电化学反应后的废气从燃料电池组1a排出。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以及氢气供给装置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。
32.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分离废气中含有的生成水，分离生成水后的氢气被送到氢气泵38，生成水被送到消音器28。氢气泵38压送由气液分离器37分离的氢气，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，氢气泵38等搭载在框架10内。
33.冷却系统40由冷却燃料电池组1a的主冷却系统40a、集成有后述的转换器54等的高电压设备54a(参照图1)、冷却空气压缩机22的马达等的副冷却系统40b构成。
34.主冷却系统40a是循环系统，在主冷却系统40a，设置有主泵42a、热交换器43a、三通阀(旋转阀)45、离子交换器47以及主罐48a。主泵42a将由热交换器43a冷却了的制冷剂(冷却液)压送到燃料电池组1a。热交换器43a冷却从燃料电池组1a排出的制冷剂。离子交换器47具有从冷却燃料电池组1a的制冷剂除去离子的功能，设置于旁通通路。三通阀45将从燃料电池组1a排出的制冷剂分流到热交换器43a或离子交换器47。主罐48a在主冷却系统40a中收容补给用的制冷剂，在制冷剂不足时，向主冷却系统40a供给补给用的制冷剂。在本实施方式中，作为燃料电池组1a的辅机，主泵42a及三通阀45等固定于框架10。
35.在副冷却系统40b，设置有热交换器43b、副泵42b以及副罐48b。副泵42b将由热交换器43b冷却了的制冷剂(冷却液)压送到转换器54等。热交换器43a冷却从转换器54等排出的制冷剂。副罐48b在副冷却系统40b中收容补给用的制冷剂，在制冷剂不足时，向副冷却系统40b供给补给用的制冷剂。在本实施方式中，作为燃料电池组1a的辅机，副泵42b等固定于框架10。
36.空气供给系统20、氢气供给系统30、冷却系统40的各设备(辅机等)由具有挠性的管7连接，通过阀控制流过这些部件的流体的流量、压力等。此外，在图1中，示出了多个管中
的一部分管7。
37.控制系统50控制燃料电池组1a的驱动等。在控制系统50设置有控制装置51、蓄电池52、pcu53、转换器54、接线盒(中继盒)55以及负载56。控制装置51控制上述的阀、后述的pcu(功率控制单元)53。蓄电池52对由燃料电池组1a发电产生的电力进行蓄电。pcu53根据控制装置51的控制而经由接线盒55向负载56供给电力。转换器54包含在高电压设备54a(参照图1)中，将燃料电池组1a的输出电压升压而供给到pcu53。这些辅机经由电缆6电连接。此外，在图1中，示出了多个电缆中的一部分电缆6。
38.在此，关于收容固定上述的燃料电池组1a、包括空气压缩机22在内的多个辅机的框架10，参照图1详细地进行说明。如上所述，固定于框架10的多个辅机是空气压缩机22、中间冷却器23、氢气供给装置33、氢气泵38、主泵42a、三通阀45、副泵42b、pcu53、高电压设备54a、接线盒55等。但是，不限于这些辅机，也可以进一步固定有空气滤清器21、热交换器43a、43b、其他阀等。
39.框架10基本上由金属制的槽型钢材、角材、管材等构成。而且，框架10基本上由金属制的槽型钢材、角材、管材等构成并通过焊接、连结螺栓而接合或连结。在本实施方式中，具有形成有由多个下梁12a、12b、多个柱12c、多个上梁15a、15b、15c等包围的内部空间s的立体结构。在该内部空间s内，燃料电池组1a、空气压缩机22以及上述的多个辅机以被收容的状态固定于框架10。
40.具体而言，如图3、图4等所示，空气压缩机22经由平板状的托架22b以悬吊的状态固定于框架10的上梁15a、15c、15d。更具体而言，托架22b是对具备支承空气压缩机22这样的强度的金属板材进行冲压而形成的，托架22b由螺栓等固定于框架10的上梁15a、15c，空气压缩机22以通过悬吊螺栓从托架22b悬吊的状态固定于框架10。
41.接着，参照图3至图7，对本实施方式的燃料电池模块1的特征点即空气压缩机22周边的油蒸汽的排出装置的结构进行详细说明。虽未图示，但空气压缩机22例如具备设置于旋转体的通过在气缸内往复运动的活塞来压缩空气的机构。因此，由于成为高温，空气压缩机22向旋转体的轴承、活塞等滑动部分供给润滑油。
42.具体而言，如图4、图5等所示，空气压缩机22具备用于向其内部供给润滑油的油箱22a。润滑油贮存在油箱22a中，贮存的润滑油在空气压缩机22的运转时供给到内部的滑动机构(滑动面)。油箱22a内的润滑油被强制性地供给到滑动机构后，返回油箱22a。此时，润滑油被滑动机构的热量加热，例如在高温时汽化而产生油蒸汽。此外，空气压缩机不限于具备往复运动的活塞的旋转体，也可以是其他方式，斜板式的压缩机也同样地使用润滑油。
43.例如，在油箱22a的内部产生油蒸汽时，由于油箱22a的内压提高，因此优选排出油蒸汽的一部分。在本实施方式中，在油箱22a，连接有用于将在其内部产生的油蒸汽的一部分向外部排出的排出装置60。
44.排出装置60具备与油箱22a连接并引导油蒸汽的通气软管61、与通气软管61的前端部61d连结的通气盖65。在本实施方式中，在通气软管61，在中途连接有收集罐62，收集罐62具有捕集排出的油蒸汽中的油微颗粒的功能。因此，通气软管61由空气压缩机22侧的通气软管61a、通气盖65侧的通气软管61b构成，在它们之间连接有收集罐62。
45.通气软管61a的一端侧(基端部61c侧)与油箱22a连接，在油箱22a内的上部空间开口。通气软管61的前端部61d侧的开口配置在比其基端部61c侧的开口高的位置。由此，通气
软管61内的油蒸汽容易从基端部61c侧的开口朝向前端部61d侧的开口排出。
46.而且，在本实施方式中，在通气软管61的前端部61d连接有抑制来自外部的水等的进入的通气盖65。在本实施方式中，通气盖65以从上方由空气压缩机22的平板状的托架22b覆盖的方式配置在托架22b的下方。而且，通气盖65在侧视时配置在与上梁15a重叠的位置。通气盖65具备与通气软管61连结的配管部66、以覆盖配管部66的前端部66e的方式安装于配管部66的盖部67，这些部件例如由树脂材料构成。
47.配管部66与通气软管61的前端部61d连结。在配管部66形成有与通气软管61b的内部连通的第一通气通路66b。在配管部66的基端部66c沿着周向形成有带台阶形状的连接部66a。通过将连接部66a拧入通气软管61的前端部61d的开口，能够将配管部66与通气软管61的前端部61d连结。由此，能够将配管部66的第一通气通路66b与通气软管61b的内部连通。
48.在本实施方式中，在配管部66的前端部66e形成有圆柱状的头部66j，在头部66j，以通过头部66j的轴心的方式，形成有狭缝66g。狭缝66g以通过头部66j的轴心的方式与第一通气通路66b连通。在本实施方式中，作为其一例，狭缝66g在头部66j的轴心的周围以90度间隔放射状地形成。此外，图7是沿着形成于头部66j的狭缝66g切断的剖面。
49.盖部67是杯状的有底筒体，盖部67具备底部67a、侧壁部67b、收容部67k。底部67a配置在与配管部66的前端部66e(具体而言，头部66j)相对的位置。侧壁部67b是从底部67a的外周缘以与配管部66的外周面66f相对的方式延伸的筒状的部分。收容部67k是在侧壁部67b的内侧从底部67a以收容头部66j的方式延伸的筒状部分。在收容部67k形成有配管部66的头部66j向内侧伸出的卡止爪部67m。通过设置卡止爪部67m，能够防止头部66j要从收容部67k拔出的情况。此外，在本实施方式中，底部67a为圆板状，侧壁部67b及收容部67k为圆筒状。
50.在本实施方式中，在配管部66的外周面66f与盖部67的内周面67f之间，形成有第二通气通路67e，第二通气通路67e与形成于配管部66的狭缝66g连通。这样，第二通气通路67e将配管部66的内部的空间作为第一通气通路66b，能够经由狭缝66g使配管部66的内部与通气盖65的外部通气。第二通气通路67e由形成于配管部66与盖部67的收容部67k之间的部分和形成于配管部66与盖部67的侧壁部67b之间的部分构成。
51.本实用新型中所说的“配管部的内部”相当于“第一通气通路66b”，本实用新型中所说的“通气通路”相当于第二通气通路67e和狭缝66g。但是，狭缝66g形成通气通路的一部分，但不限于该方式，例如，也可以通过在配管部66的前端部66e与盖部67之间形成间隙或在配管部66的前端部66e形成贯通孔，从而形成通气通路的一部分。
52.在第二通气通路67e，在侧壁部67b的端面侧形成有环状的开口部67c。开口部67c面向通气盖65的外部，排出装置60以开口部67c朝向燃料电池模块1的内侧的方式配置。
53.在本实施方式中，“燃料电池模块1的内侧”是指在相对于燃料电池模块1整体将通气盖65配置在靠外侧(具体而言靠近框架10的上梁15a)的状态下使开口部67c朝向内侧的状态。更具体而言，开口部67c朝向燃料电池组1a。在配管部66，在与开口部67c相对的位置形成有凸缘部66h。在本实施方式中，侧壁部67b以内径随着从底部67a向侧壁部67b的端部前进而变大的方式带有锥度。
54.在将配管部66安装在盖部67时，将形成于配管部66的前端部66e的头部66j压入收容部67k的开口。由此，配管部66的头部66j与卡止爪部67m抵接，以狭缝66g的宽度变窄的方
式，头部66j弹性地缩径。然后，当头部66j收容于收容部67k时，头部66j恢复为原来的形状。由此，能够在配管部66安装盖部67。
55.根据本实施方式的燃料电池模块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向燃料电池组1a供给氢气，通过燃料电池组1a内的mega或mea的发电部上的电化学反应进行发电。发电产生的电力由控制系统50供给到负载56。另外，燃料电池组1a由主冷却系统40a冷却，被控制在规定的温度范围，由副冷却系统40b冷却集成有转换器54等的高电压设备54a(参照图1)、空气压缩机22的马达等。
56.在空气压缩机22中，从油箱22a向空气压缩机22的滑动部分供给润滑油，进行滑动部分的润滑及冷却。油箱22a内的润滑油伴随于运转而升温，特别是在高温时产生大量的油蒸汽。在油箱22a内产生的油蒸汽首先流入配管部66的第一通气通路66b，在第一通气通路66b的末端附近通过狭缝66g。通过了狭缝66g的油蒸汽通过形成于配管部66与盖部67之间的第二通气通路67e，从开口部67c排出到油箱的外部。
57.此外，来自油箱22a的油蒸汽通过通气软管61a而被送到收集罐62，油蒸汽的一部分的微颗粒被捕集。当捕集的微颗粒聚集时，由于其重力而滴下，通过向上设置的通气软管61b，返回油箱22a。另外，通过了收集罐62的油蒸汽通过直管的通气软管61b到达通气盖65。
58.另一方面，从开口部67c流入的空气在第二通气通路67e中流动，并在通过了狭缝66g后，与第一通气通路66b的流动成为相反方向，因此来自开口部67c的异物难以进入第一通气通路66b。另外，由于在与开口部67c相对的位置配置有配管部66的凸缘部66h，因此能够防止水等异物朝向开口部67c的进入。
59.而且，由于形成于排出装置60的开口部67c以朝向燃料电池模块1的内侧的方式配置，所以能够抑制水从燃料电池模块1的外部通过通气软管61而进入油箱22a内。特别是，在本实施方式中，开口部67c朝向燃料电池组1a，因此构成燃料电池模块1的设备中的尺寸大的燃料电池组1a能够起到相对于通气盖65的除水的作用。
60.此外，通气盖65以从上方被空气压缩机22的托架22b覆盖的方式配置在托架22b的下方，因此能够隔断从通气盖65的上方朝向通气盖65的水。由此，能够抑制水从第二通气通路67e的开口部67c的进入。
61.此外，在本实施方式中，通气盖65配置在框架10的内部，但例如通气软管61a的长度也可以设定为通气盖65能够向框架10的上方移动的长度。由此，在框架10被水淹没的情况下，使通气盖65向框架10的上方移动，能够防止水的进入。
62.接着，参照图8对上述的排出装置的其他实施方式进行说明。图8是排出装置的通气盖的其他实施方式的剖视图。在图8中，排出装置60是将在油箱22a的内部产生的油蒸汽向外部排出的排出装置，具备与油箱22a连接并引导油蒸汽的通气软管61、与通气软管61的前端的开口部连结的通气盖65。在本实施方式中，通气盖65以外的结构是与上述的结构相同的结构，省略说明。另外，通气盖65的各结构中的与图7所示的通气盖相同的结构标注相同的符号而省略其详细说明。
63.本实施方式的通气盖65具备配管部66、盖部67，半分割结构的盖部67固定于配管部66。在配管部66形成有第一通气通路66b，在配管部66与盖部67之间形成有第二通气通路67e。第一通气通路66b和第二通气通路67e通过形成于配管部66的前端部66e的狭缝73而连通。
64.而且，在本实施方式中，在第二通气通路67e设置有迷宫构造72。具体而言，在配管部66的外周面66f，沿着配管部66的轴向(长度方向)以等间隔形成有朝向侧壁部67b突出的环状的多个第一突起部72a。在盖部67(的侧壁部67b)的内周面67f，以在将盖部67安装于配管部66的状态下进入第一突起部72a、72a之间的方式，形成有朝向配管部66突出的第二突起部72b。而且，在将盖部67安装于配管部66的状态下，在第一突起部72a与侧壁部67b的内周面67f之间，形成有间隙，在第二突起部72b与配管部66的外周面66f之间，形成有间隙。
65.通过设置这样的迷宫构造72，在迷宫构造72内，能够高效地排出油蒸汽，并且能够防止来自外部的水的进入。
66.而且，在本实施方式中，在第二通气通路67e的开口部67c的附近，在盖部67的内周面67f形成有与配管部66卡合的环状的卡合突起76。在卡合突起76，形成有贯通孔76a，由此，能够使第二通气通路67e与外部(外气)连通。
67.以上，对本实用新型的实施方式进行了详述，但本实用新型并不限于上述的实施方式，在不脱离请求保护的范围所记载的本实用新型的精神的范围内，能够进行各种设计变更。例如，对于在油蒸汽的排出装置设置的通气通路，示出了圆形的通气通路、长圆形的通气通路的示例，但也可以是具备狭缝等贯通部的通气通路。
68.在图7所示的实施方式中，采用了迷宫构造，但不限于该例，也可以采用排列多个细小孔，抑制水、异物的通过并且排出油蒸汽的网眼构造、过滤器构造。