燃料气体喷射装置的制作方法

燃料气体喷射装置
1.本技术基于在2021年2月1日提出申请的日本国专利申请第2021－014224号而主张优先权，并将其内容援引于此。
技术领域
2.本发明涉及燃料气体喷射装置。


背景技术：

3.作为燃料电池系统的燃料气体喷射装置，例如已知有如下结构：在供给用歧管上连通多个喷射器的导入口，且将多个喷射器的导出口与燃料电池的安装主体连通(例如参照日本国特开2012－156033号)。该燃料气体喷射装置例如在供给用歧管上经由热交换器、腔室及燃料气体供给路等来连通燃料气体罐。
4.贮存在燃料气体罐中的燃料气体经由燃料气体供给路、腔室及热交换器等向喷射器供给。供给到喷射器的燃料气体被从喷射器喷射而向安装主体引导。引导到安装主体的燃料气体被向喷出器引导，例如在喷出器中混合燃料废气。
5.即，燃料废气从燃料电池的燃料气体出口向喷出器导入，在喷出器中因负压产生的吸引而混合于燃料气体。燃料气体与燃料废气的混合气体从喷出器向燃料电池(燃料电池堆)供给。


技术实现要素：

6.这里，现有的燃料气体喷射装置中，例如在供给用歧管与安装主体之间夹设有多个喷射器，且在供给用歧管设置有热交换器、腔室。另外，例如安装主体与喷出器连接而安装于燃料电池堆的端板。
7.因此，例如在进行喷射器的维护(保养、检查)时，需要将供给用歧管、热交换器及腔室等多个(许多)部件从燃料气体喷射装置取下。这样，喷射器的保养、检查花费大量的劳力和时间，从该观点出发留有改良的余地。
8.本发明的方案的目的在于，提供能够良好地改善喷射器的保养性、检查性的燃料气体喷射装置。
9.(1)本发明的一方案的燃料气体喷射装置具备：腔室，其与贮存燃料气体的燃料气体罐连通；热交换器，其与所述腔室连通且对所述燃料气体进行热交换；供给用歧管，其与所述热交换器连通且将所述燃料气体的流路分支为多个；喷射器，其装拆自如地与所述供给用歧管的分支出的流路连通；以及安装主体，其与所述喷射器连通且将从所述喷射器喷射出的所述燃料气体向燃料电池引导，其中，所述腔室及所述热交换器安装于所述安装主体侧。
10.根据上述(1)的方案的结构，将腔室及热交换器安装于安装主体侧。由此，在喷射器的燃料气体供给侧仅安装有供给用歧管。由此，在例如对喷射器进行保养、检查(即，维护)时，能够仅将供给用歧管从燃料气体喷射装置取下，从而容易将喷射器从安装主体取
下。其结果是，能够良好地改善喷射器的保养性、检查性。
11.(2)在上述(1)的方案中，也可以是，所述燃料气体喷射装置还具备设置在所述热交换器与所述供给用歧管之间来将所述热交换器与所述供给用歧管连通的中间接头。
12.根据上述(2)的方案的结构，通过中间接头将热交换器与供给用歧管连通。由此，例如能够使热交换器从供给用歧管分离而安装于安装主体侧。
13.这里，在例如将热交换器安装于供给用歧管侧的情况下，为了确保相对于供给用歧管的密封性，需要将热交换器与供给用歧管的形状对应而精度良好地形成。然而，热交换器通常通过冲压成形而由金属板成形。因此，难以将热交换器与供给用歧管的形状对应而精度良好地形成。
14.因此，将热交换器安装于安装主体侧并通过中间接头将热交换器与供给用歧管连通。因此，能够通过中间接头来吸收热交换器的因冲压成形产生的公差。由此，无需将热交换器的成形精度必要以上地提高，能够实现热交换器的制造的容易化、成本降低。
15.(3)在上述(2)的方案中，也可以是，所述燃料气体喷射装置还具备设置于沿着所述中间接头的位置且对在所述中间接头的内部流动的所述燃料气体的压力进行检测的压力传感器。
16.根据上述(3)的方案的结构，在沿着中间接头的位置(即，中间接头的长度方向上的中途的位置)设置压力传感器。这样，通过在中间接头设置压力传感器，由此能够通过压力传感器检测在中间接头的内部流动的燃料气体的压力。由此，能够检测从中间接头向供给用歧管引导的燃料气体的压力。基于该检测压力来决定与燃料电池堆的发电状态相应的喷射器的工作时间。因此，无需例如将压力传感器设置于供给用歧管。
17.由此，在例如进行喷射器的保养、检查时，能够仅将供给用歧管从燃料气体喷射装置取下，从而容易将喷射器从安装主体取下。
18.根据本发明的方案，将腔室及热交换器安装于安装主体侧。由此，能够良好地改善喷射器的保养性、检查性。
附图说明
19.图1是具备本发明的实施方式中的燃料气体喷射装置的燃料电池系统的示意图。
20.图2是本发明的实施方式中的燃料气体喷射装置的示意图。
21.图3是说明对本发明的实施方式中的燃料气体喷射装置进行保养、检查时的顺序的示意图。
具体实施方式
22.以下，基于附图对本发明的实施方式中的燃料电池系统所具备的燃料气体喷射装置进行说明。
23.＜燃料电池系统＞
24.图1是燃料电池系统10的示意图。
25.如图1所示，燃料电池系统10例如搭载于燃料电池电动机动车等燃料电池车辆(未图示)。
26.燃料电池系统10具备燃料电池堆(燃料电池)12、燃料气体供给装置14及氧化剂气
体供给装置16。
27.燃料电池堆12沿水平方向或铅垂方向层叠有多个发电单元。发电单元通过利用第一隔板和第二隔板夹持电解质膜-电极结构体来构成。第一隔板及第二隔板由金属隔板或碳隔板构成。
28.燃料气体供给装置14具备燃料气体罐18和燃料气体喷射装置20。在燃料气体罐18中贮存有高压的燃料气体(例如高压氢)。燃料气体罐18内的燃料气体经由燃料气体供给路22及燃料气体喷射装置20而从燃料电池堆12的燃料气体入口12a向阳极电极供给。关于燃料气体喷射装置20，在后述的图2、图3中详细进行说明。
29.在燃料电池堆12的燃料废气出口12b连通有循环流路24。从燃料电池堆12向循环流路24导入由燃料电池堆12的阳极电极使用了(至少)一部分的燃料气体(以下，有时也称作燃料废气)。在循环流路24上设置有气液分离器25和循环泵26。循环泵26尤其在燃料电池堆12起动时，使从燃料电池堆12的阳极电极导入到循环流路24中的燃料废气经由循环流路24向燃料气体喷射装置20的喷出器48(后述)循环。
30.氧化剂气体供给装置16具备设置于氧化剂气体供给路31的氧化剂气体泵32。氧化剂气体供给路31与燃料电池堆12的氧化剂气体入口12c连通。氧化剂气体泵32对氧化剂气体(例如，来自大气的空气)进行压缩并将其向燃料电池堆12的阴极电极供给。
31.＜燃料气体喷射装置＞
32.图2是燃料气体喷射装置20的示意图。
33.如图1、图2所示，燃料气体喷射装置20设置于燃料气体供给路22。燃料气体喷射装置20具备腔室41、热交换器42、中间接头43、压力传感器44、供给用歧管(供应歧管)45、喷射器装置46、安装主体47、以及喷出器48。
34.安装主体47例如具备从两端部立起的一对主体腿部(未图示)。在一对主体腿部49的前端部49a安装有装拆自如的供给用歧管45。在安装主体47侧设置有腔室41及热交换器42。喷射器装置46例如装拆自如地夹设在安装主体47与供给用歧管45之间。另外，例如安装主体47与喷出器48连接而安装于燃料电池堆12的端板(未图示)。
35.腔室41例如将导入口经由燃料气体供给路22与燃料气体罐18连通。腔室41例如是将从燃料气体罐18导入的高压的燃料气体调整为合适的气体压力的膨胀室。热交换器42与腔室41的导出口连通，将从腔室41导入的燃料气体预热(热交换)为例如合适的气体温度。
36.中间接头43夹设在热交换器42与供给用歧管45之间，与热交换器42的导出口和供给用歧管45的导入口连通。即，中间接头43是通过将热交换器42与供给用歧管45连通来将热交换器42的燃料气体从热交换器42的导出口向供给用歧管45的导入口引导的流路。
37.中间接头43的接头导出口43a装拆自如地与供给用歧管45的导入口45a连通。接头导出口43a及供给用歧管45的导入口45a例如由o型密封圈等密封件来密封(seal)。
38.压力传感器44设置于沿着中间接头43的位置(即，中间接头43的长度方向上的中途的位置)43b。压力传感器44对在中间接头43的内部流动的燃料气体的压力进行检测。
39.供给用歧管45经由中间接头43与热交换器42连通。另外，供给用歧管45具有与构成喷射器装置46的多个喷射器51(后述)对应的多个分支流路。多个分支流路与多个喷射器51连通。
40.供给用歧管45将从中间接头43导入的燃料气体经由多个分支流路向喷射器装置
46(即，多个喷射器51)引导。
41.喷射器装置46具备多个(在实施方式中为两个)喷射器51。在实施方式中，作为多个喷射器51，例示了两个，但喷射器51的个数可以任意选择。多个喷射器51彼此并列设置，各自的导入口51a装拆自如地与供给用歧管45的分支出的分支流路的导出口连通。多个喷射器51的导入口51a及供给用歧管45的分支流路例如由o型密封圈等密封件来密封(seal)。
42.供给用歧管45装拆自如地安装于喷射器装置46(即，多个喷射器51)及中间接头43。
43.多个喷射器51例如通过向线圈(螺线管)通电而打开阀来开放流路，并通过切断向线圈的通电而关闭阀来闭塞流路。燃料气体经由供给用歧管45的分支流路及导入口51a等向多个喷射器51导入。在该状态下，例如开放多个喷射器51的流路。由此，导入到多个喷射器51的导入口51a的燃料气体经由开放了的流路而向喷射器51的导出口51b喷射。
44.多个喷射器51各自的导出口51b与安装主体47的导入口连通。安装主体47具有与多个喷射器51的导出口51b连通的多个汇合流路。多个汇合流路具有多个导入口，且导出口汇集成一个。
45.多个喷射器51各自的导出口51b装拆自如地与安装主体47的汇合流路的多个导入口(未图示)连通。多个喷射器51的导出口51b及安装主体47的汇合流路的多个导入口例如由o型密封圈等密封件来密封(seal)。
46.由此，多个喷射器51配置在供给用歧管45与安装主体47之间，以被供给用歧管45和安装主体47夹入的状态保持为装拆自如。
47.安装主体47中的多个汇合流路的一个导出口经由燃料气体供给路22与喷出器48的导入口连通。
48.喷出器48例如通过吸引从循环流路24导入的燃料废气而使其与从燃料气体供给路22导入的燃料气体混合。在喷出器48中将燃料废气混合于燃料气体而成的混合气体从喷出器48的导出口51b向燃料电池堆12供给。即，安装主体47将从多个喷射器51喷射(喷出)的燃料气体(具体而言为混合气体)经由喷出器48向燃料电池堆12引导。
49.这样，在燃料气体喷射装置20中，安装主体47与多个喷射器51的导出口51b连通，供给用歧管45与多个喷射器51的导入口51a连通。因此，安装主体47设置在从供给用歧管45分离的位置上。另外，燃料气体喷射装置20构成为具备中间接头43，且经由中间接头43将热交换器42与供给用歧管45连通。由此，能够使腔室41及热交换器42从供给用歧管45分离而安装于安装主体47侧。
50.然而，也考虑有例如将热交换器42安装于供给用歧管45侧的方案。这种情况下，为了确保相对于供给用歧管45的密封性，需要将热交换器42与供给用歧管45的形状对应而精度良好地形成。
51.然而，热交换器42通常利用冲压成形而由金属板成形。因此，难以通过冲压成形将热交换器42与供给用歧管45的形状对应而精度良好地形成。
52.因此，在燃料气体喷射装置20中，将热交换器42安装于安装主体47侧，且通过中间接头43将热交换器42与供给用歧管45连通。因此，能够通过中间接头43来吸收通过冲压成形将热交换器42成形时的成形公差。由此，无需将热交换器42的成形精度必要以上地提高，能够实现热交换器42的制造的容易化、成本降低。
53.另外，通过在燃料气体喷射装置20中具备中间接头43，由此能够使压力传感器44从供给用歧管45分离而设置于沿着中间接头43的位置43b。通过压力传感器44检测在中间接头43的内部流动的燃料气体的压力，由此能够检测从中间接头43向供给用歧管45引导的燃料气体的压力。基于该检测压力来决定与燃料电池堆12的发电状态相应的喷射器51的工作时间。
54.＜燃料电池系统的动作＞
55.接着，对燃料电池系统10的动作进行说明。
56.燃料气体如箭头a所示那样从燃料气体罐18向燃料气体喷射装置20的腔室41供给。供给到腔室41的燃料气体经由热交换器42如箭头b所示那样被向中间接头43引导。引导到中间接头43的燃料气体的压力由压力传感器44检测。引导到中间接头43的燃料气体经由中间接头43如箭头c所示那样被向供给用歧管45引导。
57.引导到供给用歧管45的燃料气体经由供给用歧管45的分支流路如箭头d所示那样被向多个喷射器51引导。在该状态下，打开设置于多个喷射器51的阀，从多个喷射器51的导出路喷射燃料气体。喷射出的燃料气体经由安装主体47的汇合流路如箭头e所示那样向喷出器48喷出。喷出到喷出器48中的燃料气体经由喷出器48如箭头f所示那样向燃料电池堆12的阳极电极供给。
58.另一方面，向氧化剂气体供给装置16的氧化剂气体泵32输送氧化剂气体。氧化剂气体由氧化剂气体泵32压缩而如箭头g所示那样向燃料电池堆12的阴极电极供给。
59.因此，供给到燃料电池堆12的阳极电极的燃料气体与供给到燃料电池堆12的阴极电极的氧化剂气体中的氧在电极催化剂层内通过电化学反应被消耗而进行发电。
60.这里，例如在燃料气体与氧的电化学反应时消耗燃料气体的一部分。被消耗了一部分的燃料气体作为燃料废气而如箭头h所示那样从燃料废气出口12b向循环流路24导入。燃料废气经由循环流路24如箭头i所示那样向喷出器48导入。
61.导入到喷出器48中的燃料废气在因燃料气体的喷出而产生的负压的作用下被吸引，与喷出器48内的燃料气体混合。燃料气体与燃料废气的混合气体如箭头f所示那样从喷出器48向燃料电池堆12的阳极电极供给。
62.＜燃料气体喷射装置的保养、检查＞
63.图3是说明对燃料气体喷射装置20进行保养、检查时的顺序的示意图。
64.如图2、图3所示，腔室41及热交换器42从供给用歧管45分离而安装于安装主体47侧。因此，在多个喷射器51的导入口51a侧(即，一对主体腿部49的前端部49a)仅安装有供给用歧管45。
65.另外，喷射器装置46(即，多个喷射器51)例如以被供给用歧管45和安装主体47夹入的状态相对于供给用歧管45及安装主体47这两个构件保持为装拆自如。而且，例如在中间接头43安装有装拆自如的供给用歧管45。
66.因此，例如在对多个喷射器51进行保养、检查(即，维护)时，仅将供给用歧管45从一对主体腿部49的前端部49a如箭头j所示那样取下。由此，能够使多个喷射器51在一对主体腿部49的前端部49a之间露出。
67.其结果是，能够将在一对主体腿部49的前端部49a之间露出的多个喷射器51从安装主体47如箭头k所示那样容易地取下。由此，能够良好地改善多个喷射器51的保养性、检
查性。
68.另外，压力传感器44从供给用歧管45分离而设置于沿着中间接头43的位置43b。通过将压力传感器44设置于中间接头43，由此能够通过压力传感器44检测在中间接头43的内部流动的燃料气体的压力。即，能够通过压力传感器44检测从中间接头43向供给用歧管45引导的燃料气体的压力。
69.因此，无需将压力传感器44设置于供给用歧管45。由此，在例如进行多个喷射器51的保养、检查时，能够仅将供给用歧管45从一对主体腿部49的前端部49a如箭头j所示那样取下。因而，能够将多个喷射器51从安装主体47如箭头k所示那样容易地取下，从而良好地改善多个喷射器51的保养性、检查性。
70.需要说明的是，本发明的技术范围没有限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
71.例如，在上述实施方式中，说明了将压力传感器44设置于中间接头43的例子，但并不局限于此。作为其他例子，例如也可以在供给用歧管45的上游侧设置于腔室41等其他的部位。
72.此外，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当将上述实施方式中的构成要素置换为周知的构成要素，另外，也可以适当组合上述的变形例。