冷却和加湿装置和具有冷却和加湿装置的燃料电池系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及冷却和加湿装置和具有冷却和加湿装置的燃料电池系统。冷却和加湿装置包括冷却部、加湿部及外壳，冷却部包括：冷却剂流路；第一阴极气体流路；及分隔壁；加湿部包括：第二阴极气体流路；阴极废气流路；及可渗水构件；外壳包括阴极气体进口，其中可渗水构件具有在可渗水构件的内侧上限定第二阴极气体流路的管状形状，且管状形状的轴向方向与水平方向交叉且朝向冷却部延伸，或者可渗水构件具有在可渗水构件的一侧上限定第二阴极气体流路的平面形状，且平面形状的平表面与水平方向交叉并且朝向冷却部延伸，外壳包括定位在冷却部的竖直下方的下壁，且阴极气体进口定位在下壁的内表面的至少一部分的竖直上方及冷却部的竖直下方。

Cooling and humidifying devices and fuel cell systems with cooling and humidifying devices

The invention relates to a cooling and humidifying device and a fuel cell system with a cooling and humidifying device. Cooling and humidifying device includes cooling part, humidifying part and shell, cooling part includes: coolant flow path; first cathode gas flow path; and partition wall; humidifying part includes second cathode gas flow path; cathode waste gas path; and permeable component; shell includes cathode gas inlet, in which the permeable component has a second cathode gas flow path defined on the inner side of the permeable component. A tubular shape, in which the axial direction of the tubular shape intersects with the horizontal direction and extends toward the cooling part, or the permeable component has a planar shape that defines the second cathode gas flow path on one side of the permeable component, and the flat surface of the planar shape intersects with the horizontal direction and extends toward the cooling part. The shell includes the lower wall positioned under the vertical direction of the cooling part, and the cathode gas. The inlet is positioned above the vertical part of at least one part of the inner surface of the lower wall and below the vertical part of the cooling part.

【技术实现步骤摘要】
冷却和加湿装置和具有冷却和加湿装置的燃料电池系统
本专利技术涉及一种冷却和加湿装置和一种具有该冷却和加湿装置的燃料电池系统。
技术介绍
已知一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括用于冷却将被供给到燃料电池的阴极气体的冷却器和用于加湿阴极气体的加湿器。例如，在日本未审专利申请公报第2008-108473号中，冷却器和加湿器彼此成一体，并且在阴极废气中包含的水分通过加湿器中的可渗水构件移到阴极侧，这将阴极气体加湿。如果在冷凝水附着到这种可渗水构件的情况下燃料电池系统停止，则冷凝水可能根据外部空气温度在可渗水构件上结冰，这可能损坏可渗水构件。而且，阴极气体可能吹走这种冷凝水，这可能过度地加湿阴极气体。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供一种改进从可渗水构件的排泄并且抑制阴极气体的过度加湿的冷却和加湿装置和一种具有该冷却和加湿装置的燃料电池系统。通过一种冷却和加湿装置实现了以上目的，该冷却和加湿装置包括：冷却部，所述冷却部包括：冷却剂流路，冷却剂流过所述冷却剂流路；第一阴极气体流路，将被供给到燃料电池的阴极气体流过所述第一阴极气体流路；以及分隔壁，所述分隔壁使冷却剂流路与第一阴极气体流路分离，冷却部通过在阴极气体和冷却剂之间交换热来冷却阴极气体；加湿部，所述加湿部包括：第二阴极气体流路，阴极气体流过所述第二阴极气体流路；阴极废气流路，从燃料电池排出的阴极废气流过所述阴极废气流路；以及可渗水构件，所述可渗水构件使第二阴极气体流路与阴极废气流路分离，加湿部通过使用在阴极废气中包含的水分来加湿阴极气体；以及外壳，所述外壳包括与第一阴极气体流路连通的阴极气体进口，并且所述外壳容纳冷却部和加湿部，使得第一阴极气体流路和第二阴极气体流路彼此连通并且第二阴极气体流路被定位在第一阴极气体流路的竖直上方，其中，可渗水构件具有在所述可渗水构件的内侧上限定第二阴极气体流路的管状形状，并且所述管状形状的轴向方向与水平方向交叉并且朝向冷却部延伸，或者可渗水构件具有在所述可渗水构件的一侧上限定第二阴极气体流路的平面形状，并且所述平面形状的平表面与水平方向交叉并且朝向冷却部延伸，所述外壳包括被定位在冷却部的竖直下方的下壁，并且阴极气体进口被定位在下壁的内表面的至少一部分的竖直上方以及冷却部的竖直下方。利用以上构造，在第二阴极气体流路中产生的冷凝水通过重力从可渗水构件滴落到冷却部，由此改进从可渗水构件的排泄。而且，利用以上构造，冷凝水从可渗水构件通过第一阴极气体流路滴落在下壁的内表面上。因为阴极气体被从下壁的内表面的至少一部分处的竖直上方引入外壳中，所以防止了阴极气体吹走停留在下壁的内表面上的冷凝水。因此，抑制了阴极气体的过度加湿。下壁可以包括储水部，所述储水部具有竖直向下凹进的凹部。可以包括第一排水阀，所述第一排水阀向外壳的外部排出存储在下壁上的水。可以包括第一排水阀，所述第一排水阀向外壳的外部排泄存储在储水部中的水。可以包括传感器，所述传感器检测存储在下壁上的水量，其中，第一排水阀可以被控制成根据传感器的检测结果打开和关闭。外壳可以包括废气进口及废气出口，所述废气进口及废气出口与阴极废气流路连通，加湿部可以包括废气流路底表面，所述废气流路底表面限定所述阴极废气流路，并且所述废气流路底表面可以从废气进口向废气出口斜着向下地倾斜。外壳可以包括废气出口，所述废气出口与阴极废气流路连通，加湿部可以包括废气流路底表面，所述废气流路底表面限定阴极废气流路，并且废气出口可以被设置在等于或低于废气流路底表面的高度的高度处。可以包括第二排水阀，所述第二排水阀从阴极废气流路向外壳的外部排出水。冷却剂可以冷却燃料电池。通过一种燃料电池系统实现了以上目的，该燃料电池系统包括：燃料电池；以及冷却和加湿装置，其中，所述冷却和加湿装置包括：冷却部，所述冷却部包括：冷却剂流路，冷却剂流过所述冷却剂流路；第一阴极气体流路，将被供给到燃料电池的阴极气体流过所述第一阴极气体流路；以及分隔壁，所述分隔壁使冷却剂流路与第一阴极气体流路分离，冷却部通过在阴极气体和冷却剂之间交换热来冷却阴极气体；加湿部，所述加湿部包括：第二阴极气体流路，阴极气体流过所述第二阴极气体流路；阴极废气流路，从燃料电池排出的阴极废气流过所述阴极废气流路；以及可渗水构件，所述可渗水构件使第二阴极气体流路与阴极废气流路分离，加湿部通过使用在阴极废气中包含的水分来加湿阴极气体；以及外壳，所述外壳包括与第一阴极气体流路连通的阴极气体进口，并且所述外壳容纳冷却部和加湿部，使得第一阴极气体流路和第二阴极气体流路彼此连通并且第二阴极气体流路被定位在第一阴极气体流路的竖直上方，可渗水构件具有在所述可渗水构件的内侧上限定第二阴极气体流路的管状形状，并且所述管状形状的轴向方向与水平方向交叉并且朝向冷却部延伸，或者可渗水构件具有在所述可渗水构件的一侧上限定第二阴极气体流路的平面形状，并且所述平面形状的平表面与水平方向交叉并且朝向冷却部延伸，所述外壳包括被定位在冷却部的竖直下方的下壁，并且阴极气体进口被定位在下壁的内表面的至少一部分的竖直上方以及冷却部的竖直下方。本专利技术的效果根据本专利技术，能够提供一种改进从可渗水构件的排泄并且抑制阴极气体的过度加湿的冷却和加湿装置和一种具有该冷却和加湿装置的燃料电池系统。附图说明图1是燃料电池系统的概略视图；图2是示意冷却和加湿装置的外观的概略透视图；图3是示意外壳的内部构造的视图；图4是示意外壳的内部构造的视图；图5是当在Z方向上观察时可渗水隔膜的部分截面视图；图6是示意排泄控制的一个示例的流程图；图7是根据变型的冷却和加湿装置的解释性视图；图8是根据变型的冷却和加湿装置的解释性视图；图9是当在Z方向上观察时冷却和加湿装置的中空纤维隔膜的部分放大视图；图10是根据变型的冷却和加湿装置的解释性视图；图11是根据变型的冷却和加湿装置的解释性视图；并且图12是冷却和加湿装置的加湿部的一部分的分解透视图。具体实施方式图1是燃料电池系统1(在下文中，称作系统)的概略视图。系统1包括控制装置10、燃料电池20、空气供给系统30、冷却系统40等。系统1向马达(未示意)等供给由燃料电池20产生的电力。控制装置10是包括CPU、ROM、RAM等的计算机，该控制装置10被电连接到以后描述的装置，并且控制整个系统1。另外，系统1包括用于向燃料电池20供给氢气的氢气供给系统(未示意)以及用于控制由燃料电池20产生的电力的电力控制系统。空气供给系统30包括供给通路31、排出通路32、压缩机33、冷却和加湿装置5以及背压阀38。空气供给系统30向燃料电池20供给空气并且被如下构造。包含从大气获取的氧气的空气(阴极气体)经由供给通路31被压缩机33压缩，被以后详细地描述的冷却和加湿装置5的冷却部60冷却，并且被供给到燃料电池20。排出通路32向大气排出从燃料电池20排出的阴极废气。背压阀38调节燃料电池20的阴极侧上的背压。以后详细地描述的冷却和加湿装置5的加湿部70通过使用在通过排出通路32的阴极废气中包含的水分加湿通过供给通路31的阴极气体。压缩机33、冷却部60以及加湿部70被从上游侧按照这个次序布置在供给通路31上。加湿部70和背压阀38被从上游侧按照这个次序布置在排出通路32上。由压缩机33压缩的阴极气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷却和加湿装置，包括：冷却部，所述冷却部包括：冷却剂流路，冷却剂流过所述冷却剂流路；第一阴极气体流路，将被供给到燃料电池的阴极气体流过所述第一阴极气体流路；以及分隔壁，所述分隔壁使所述冷却剂流路与所述第一阴极气体流路分离，所述冷却部通过在所述阴极气体和所述冷却剂之间交换热来冷却所述阴极气体；加湿部，所述加湿部包括：第二阴极气体流路，所述阴极气体流过所述第二阴极气体流路；阴极废气流路，从所述燃料电池排出的阴极废气流过所述阴极废气流路；以及可渗水构件，所述可渗水构件使所述第二阴极气体流路与所述阴极废气流路分离，所述加湿部通过使用在所述阴极废气中包含的水分来加湿所述阴极气体；以及外壳，所述外壳包括与所述第一阴极气体流路连通的阴极气体进口，并且所述外壳容纳所述冷却部和所述加湿部，使得所述第一阴极气体流路和所述第二阴极气体流路彼此连通并且所述第二阴极气体流路被定位在所述第一阴极气体流路的竖直上方，其中：所述可渗水构件具有在所述可渗水构件的内侧上限定所述第二阴极气体流路的管状形状，并且所述管状形状的轴向方向与水平方向交叉并且朝向所述冷却部延伸，或者所述可渗水构件具有在所述可渗水构件的一侧上限定所述第二阴极气体流路的平面形状，并且所述平面形状的平表面与所述水平方向交叉并且朝向所述冷却部延伸，所述外壳包括被定位在所述冷却部的竖直下方的下壁，并且所述阴极气体进口被定位在所述下壁的内表面的至少一部分的竖直上方以及所述冷却部的竖直下方。...

【技术特征摘要】
2017.09.12 JP 2017-1751971.一种冷却和加湿装置，包括：冷却部，所述冷却部包括：冷却剂流路，冷却剂流过所述冷却剂流路；第一阴极气体流路，将被供给到燃料电池的阴极气体流过所述第一阴极气体流路；以及分隔壁，所述分隔壁使所述冷却剂流路与所述第一阴极气体流路分离，所述冷却部通过在所述阴极气体和所述冷却剂之间交换热来冷却所述阴极气体；加湿部，所述加湿部包括：第二阴极气体流路，所述阴极气体流过所述第二阴极气体流路；阴极废气流路，从所述燃料电池排出的阴极废气流过所述阴极废气流路；以及可渗水构件，所述可渗水构件使所述第二阴极气体流路与所述阴极废气流路分离，所述加湿部通过使用在所述阴极废气中包含的水分来加湿所述阴极气体；以及外壳，所述外壳包括与所述第一阴极气体流路连通的阴极气体进口，并且所述外壳容纳所述冷却部和所述加湿部，使得所述第一阴极气体流路和所述第二阴极气体流路彼此连通并且所述第二阴极气体流路被定位在所述第一阴极气体流路的竖直上方，其中：所述可渗水构件具有在所述可渗水构件的内侧上限定所述第二阴极气体流路的管状形状，并且所述管状形状的轴向方向与水平方向交叉并且朝向所述冷却部延伸，或者所述可渗水构件具有在所述可渗水构件的一侧上限定所述第二阴极气体流路的平面形状，并且所述平面形状的平表面与所述水平方向交叉并且朝向所述冷却部延伸，所述外壳包括被定位在所述冷却部的竖直下方的下壁，并且所述阴极气体进口被定位在所述下壁的内表面的至少一部分的竖直上方以及所述冷却部的竖直下方。2.根据权利要求1所述的冷却和加湿装置，其中，所述下壁包括储水部，所述储水部具有竖直向下凹进的凹部。3.根据权利要求1所述的冷却和加湿装置，还包括第一排水阀，所述第一排水阀向所述外壳的外部排出存储在所述下壁上的水。4.根据权利要求2所述的冷却和加湿装置，还包括第一排水阀，所述第一排水阀向所述外壳的外部排泄存储在所述储水部中的水。5.根据权利要求3或4所述的冷却和加湿装置，还包括传感器，所述传感器检测存储在所述下壁上的水量，其中，所述第一排水阀被控制成根据所述传感器的检测结果打开和关闭。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的冷却和加湿装置，其中：所述外壳包括废气进口及废气出口，所述废气进口及所...

【专利技术属性】
技术研发人员：筱崎祯宏，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP