[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，更具体地，涉及一种提高发电效率并且减小重量和尺寸的燃料电池系统。

背景技术

作为环境友好的电动汽车，已经研发了具有聚合物电解质燃料电池系统的汽车。燃料电池系统采用通过层叠发电电池形成的燃料电池。各发电电池包括氢离子传导性固体聚合物电解质膜。在固体聚合物电解质膜的一侧上层叠支撑铂催化剂的碳阳极，在固体聚合物电解质膜的另一侧上层叠支撑铂催化剂的碳阴极。在各碳电极的表面上层叠气体通道形成构件。气体通道形成构件形成用于向碳电极供给反应气体的气体通道。气体通道形成构件由金属板条(lath)形成。在各气体通道形成构件的表面上层叠平坦板状分离器。

向阳极供给作为燃料气体的氢气。向阴极供给作为氧化气体(oxidation gas)的空气(氧气)。在阳极处，氢气被离子化。氢离子穿过固体聚合物电解质膜而向阴极移动。在阴极处，氢离子与氧反应而生成水。所生成的水的一部分从阴极移动，穿过固体聚合物电解质膜，然后流到阳极。经由外部负荷(external load)使阳极处的电子向阴极移动。这一系列电化学反应提取电能。

日本特开2005-332674号公报公开了一种上述类型的燃料电池。该燃料电池具有容纳在堆壳体中的燃料电池堆。该燃料电池堆具有两端被端板支撑的电池模块。其中的一个端板具有端子，高电压从该端子被供给到电动马达。其中的另一个端板由电绝缘材料形成。用于供给和排出氢气、空气和冷却剂的管被独立地连接到由电绝缘材料制成的该端板。这些管需要大的安装空间，这妨碍了尺寸和重量的减小。

为了解决上述问题，日本特开2008-177100号公报提出了一种燃料电池系统。根据该公报，燃料电池堆整合有多个歧管(manifold)。歧管的入口和出口被形成在燃料电池堆的一侧。树脂配管构件被安装到燃料电池堆。配管构件在与电池堆接触的部分具有多个流体通道。流体通道延伸到与歧管的入口和出口对应的位置。流体通道包括氢入口通道、氢出口通道、空气入口通道、空气出口通道、冷却剂入口通道和冷却剂出口通道。在配管构件被安装到燃料电池堆的一侧的情况下，各流体通道均被连接到歧管的入口和出口中的对应的一个。

如上所述，日本特开2008-177100号公报所公开的燃料电池系统的配管构件是单一用途构件，这简化了系统的结构。然而，该配管构件仍然具有形成流体通道的多个独立的管。从而，不能利用流过冷却剂入口通道的冷却剂来冷却流过空气入口通道的空气。因此，不能降低由压缩机供给到空气入口通道的空气的温度，这妨碍了氢和氧之间的电化学反应。这防止了发电效率的提高。此外，由于以预定间隔来配置管，因此，各管均需要较大的空间，不能减小管的重量和尺寸。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种提高发电效率并且减小氧化气体供给管和冷却剂供给管的安装空间从而减小重量和尺寸的燃料电池系统。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种燃料电池系统，其包括：燃料电池，其包括燃料电极和氧化剂电极，所述燃料电极和所述氧化剂电极均包括入口和出口；燃料气体供给管，其连接到所述燃料电池的所述燃料电极的入口；燃料废气管，其连接到所述燃料电极的出口；氧化气体供给管，其能连接到所述氧化剂电极的入口；氧化废气管，其能连接到所述氧化剂电极的出口；冷却套，其位于所述燃料电池中，所述冷却套包括入口和出口；冷却剂供给管；和冷却剂排出管。冷却剂供给管连接到所述燃料电池中的所述冷却套的入口。冷却剂排出管连接到所述冷却套的出口。所述氧化气体供给管中具有氧化气体通道，所述冷却剂供给管中具有冷却剂供给通道。所述氧化气体供给管与所述冷却剂供给管成一体，由单一分隔壁使所述氧化气体通道和所述冷却剂供给通道彼此分开。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的放大立体图；

图2是燃料电池堆和端板的立体图；

图3是从背面侧观察的第一配管单元和第二配管单元的立体图；

图4是第一配管单元和第二配管单元的主视图；

图5是第一配管单元、第二配管单元和泵的主视图；

图6是沿图4中的线1-1截取的剖视图；

图7是沿图4中的线2-2截取的剖视图；

图8是沿图4中的线3-3截取的剖视图；

图9是沿图4中的线4-4截取的剖视图；

图10是沿图4中的线5-5截取的剖视图；

图11是沿图4中的线6-6截取的剖视图；

图12是沿图4中的线7-7截取的剖视图；

图13是沿图4中的线8-8截取的剖视图；以及