燃料電池車輛的加熱設備制造技術

本發明專利技術公開一種燃料電池車輛的加熱設備，該燃料電池車輛包括：燃料電池，其用于通過氧和氫的化學反應產生電力；陰極排氣通道，通過該陰極排氣通道將引入的外部空氣提供給所述燃料電池的陰極電極用于發電反應并排出從所述燃料電池排出的空氣；以及陽極排氣通道，通過其將氫從所述燃料電池排出，所述加熱設備的特征在于：包括分支通道，其從所述陰極排氣通道的分支點分叉，并且將從所述燃料電池排出的空氣提供給車輛的車廂，并且所述陽極排氣通道在所述分支點的下游側接合到所述陰極排氣通道。因此，燃料電池的陽極排氣中的排氣氫氣稀釋到不高于可燃下限的濃度，所述燃料電池系統的廢熱被使用，風冷式燃料電池系統可以按原樣使用來加熱車輛的車廂內部。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及燃料電池車輛的加熱設備，更具體來說，涉及通過使用風冷式燃料電池系統來加熱車輛的車廂內部的燃料電池車輛的加熱設備。
技術介紹
安裝在燃料電池車輛上的燃料電池系統通過電化學反應產生電力，并且與該電化學反應相關而產生水。燃料電池系統的燃料電池(堆)通常通過堆疊許多個稱為電池的最小結構單元來配置而成。在傳統的固態聚合物燃料電池中，如圖7中所示，每個電池201被配置為使得用于該反應的活化的催化劑層206和207設置在擴散層204和205之間，用于選擇性地允許氫離子透過的電解質膜208夾在催化劑層206和207之間，并且使得擴散層204和205夾在用于分別提供氫和空氣(氧)的陽極電極202和陰極電極203之間。提供給陽極電極202的氫分子在陽極電極202側的電解質膜208的表面上設置的催化劑層206中轉變為活性氫原子，并且進一步轉變為氫離子以釋放出電子。圖7中的(I)表示的反應由如下化學方程式I來表達。H2 — 2H++2e (方程 I)在化學方程式I中產生的氫離子與包含在電解質膜208中的水汽一起穿過電解質膜208從陽極電極202側移動到陰極電極203側，同時電子經由外部電路209移動到陰極電極203側。通過電子的移動，電流穿過插在外部電路209中的負載(例如，車輛的行駛用電動機)210而流動。另一方面，在催化劑層207中，提供給陰極電極203的空氣中的氧分子接收從外部電路209提供的電子，從而轉變為氧離子，并且該氧離子與穿過電解質膜208而移動的氫離子結合，從而形成水。圖7中的(2)表示的反應由如下化學方程式2來表達。l/203+2H++2e — H20(方程 2)以這種方式形成的水的一部分通過濃度擴散而從陰極電極203移動到陽極電極202。在上述化學反應中，在電池201的內部產生各種損耗，如由電解質膜208和電極的電阻導致的電阻過電壓、引起氫和氧的電化學反應所需的活化過電壓、以及引起氫和氧穿過擴散層204和205的移動所需的擴散過電壓，并且由于這些損耗而產生的廢熱需要去除。圖8示出裝配有電池201并且用于傳統的燃料電池車輛的水冷式燃料電池系統的一般配置。在圖8中所示的燃料電池系統301中，設置有通過堆疊許多個上文所述的作為最小結構單元的電池而配置的燃料電池302，并且在燃料電池302中堆疊的該許多電池以如下方式進行發電存儲在高壓氫罐303中的壓縮氫氣從陽極進氣通道304經由減壓閥305引入到燃料電池302的陽極進氣部306，另一方面，通過過濾器307吸入到陰極進氣通道308中的外部空氣被壓縮機309壓縮，從而被引入到燃料電池302的陰極進氣部310中。在從燃料電池302的陰極排氣部311排放到陰極排氣通道312中的陰極排氣中的一部分水汽被氣-液分離器313分離之后，該陰極排氣經由用于對該陰極系統進行壓力控制的背壓閥314而排放到外部空氣。類似地，從燃料電池302的陽極排氣部315排放到陽極排氣通道316中的陽極排氣穿過氣-液分離器317，并且經由清洗閥318，通過連接在陰極排氣通道312中的陽極排氣通道316，而混入到陰極排氣中。與陰極排氣的量相比，來自陽極排氣部315的清洗的氫的排量(流量)足夠小。因此，在陽極的清洗的氫的濃度被陰極排氣減小到不高于可燃下限濃度4%之后，該陽極的清洗的氫可被排放到外部空氣。注意，還有一些系統，其中，為了提高氫的利用，通過使用在將陽極排氣通道316連接到陽極進氣部306的陽極返回路徑319中插入的氫泵320，來將陽極排氣再循環到陽極進氣部306。在此描述水冷式燃料電池系統301的冷卻系統321。在冷卻系統321的冷卻回路的冷卻水引入通道322中，在燃料電池302前級或后級設置有水泵323，從而將冷卻水加壓送入到散熱器324。在冷卻了燃料電池302之后，該冷卻水在散熱器324中經過熱交換，然后通過該冷卻回路的冷卻水引出通道325再次返回到燃料電池302。在冷卻系統321中設置有加熱設備326。加熱設備326包括用于將冷卻水引入通道322連接到冷卻水引出通道325的加熱通道327，并且還包括用于加熱車輛的車廂內部的加熱器芯329和調節閥328，它們通過加熱通道327相互串聯連接，并且與散熱器324并聯設置。當車輛的車廂內部需要被加熱時，加熱設備326通過打開調節閥328向加熱器芯329提供高溫冷卻水并且通過驅動用于吹風的風扇330來進行加熱。然而，與由發動機產生的熱量相比，燃料電池302的廢熱量非常小，因此除了加熱器芯329以外，通常還使用其它輔助熱源，如電加熱器。如上所述，水冷式燃料電池車輛系統301設置有各種輔助單元，包括用于壓縮引入的空氣的壓縮機309，以增加燃料電池302的輸出功率密度。因此，在水冷式燃料電池車輛系統301中，該系統是復雜的，并且該系統的尺寸、重量和成本增加。另一方面，存在風冷式燃料電池系統，其中該系統被簡化，使得盡可能多地去除諸如壓縮機等的輔助單元，并且采用空氣冷卻系統用于冷卻燃料電池。如圖9中所示，在裝配有通過堆疊許多個如上所述的作為最小結構單元的電池而配置的燃料電池402的風冷式燃料電池系統401中，存儲在高壓氫罐403中的壓縮氫氣的壓力通過插入在陽極進氣通道404中的減壓閥405減小之后，該壓縮氫氣被引入到燃料電池402的陽極進氣部406中。另一方面，在燃料電池系統401中，通常不提供在水冷式燃料電池車輛系統中提供的用于供應陰極進入空氣的高壓壓縮機，而是通過低壓供氣扇(鼓風機)409將通過過濾器407引入到陰極進氣通道408中的外部空氣供應給燃料電池402的陰極進氣部410。提供給陰極進氣部410的空氣不僅在燃料電池402中堆疊的許多電池中的發電反應中用作與氫反應的反應氣體，而且還起到去除燃料電池402中的廢熱的作用，從而冷卻燃料電池402。與氫反應之后的空氣和冷卻燃料電池402之后的空氣從燃料電池402的陰極排氣部411排出到陰極排氣通道412中，從而被排放到外部空氣。從燃料電池402的陽極排氣部413排放到陽極排氣通道414的陽極排氣經由清洗閥415，穿過連接在陰極排氣通道412中的陽極排氣通道414，混入到陰極排氣中。當陽極側的氫氣被清洗時，排出的氫氣被陰極側排氣稀釋到可燃下限濃度或更低，從而被排放到外部。風冷式燃料電池系統401沒有裝配如圖8中所示的水冷式燃料電池系統301中設置的冷卻系統321，因此不能實現與水冷式燃料電池系統301中的加熱設備326類似的加熱設備。作為傳統燃料電池車輛的加熱設備的例子，已經提出了燃料電池的陰極排氣直接排放到車輛的車廂中的加熱設備(專利文獻I)、燃料電池的陰極排氣被直接排放到車輛的車廂中并且還被引導到用于加熱車輛的車廂的加熱設備的熱交換器的加熱設備(專利文獻2)、以及燃料電池的陰極排氣被引導到用于加熱車輛的車廂的加熱設備的熱交換器的加熱設備(專利文獻3)?，F有技術文獻專利文獻日本特開2008-108538號公報日本特開2002-5478號公報日本特開2001-30742號公報
技術實現思路
專利技術要解決的問題如上所述，作為傳統燃料電池車輛的燃料電池系統，通常使用水冷式燃料電池系統301，其中如圖8中所示，與當車輛發動機產生的廢熱被冷卻水冷卻時類似，通過堆疊多個電池而形成的燃料電池302產本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：池谷謙吾，
申請(專利權)人：鈴木株式會社，
類型：
國別省市：