JP2003346845A - 燃料電池の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、イオン交換器に収納されたイオン
交換樹脂の使用率を的確に把握することができる燃料電
池の冷却装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明は燃料電池２０とラジエータ３０
との間で冷却水を循環させる循環経路１と、この循環経
路１に設けられたポンプ２と、前記循環経路１から分岐
して前記燃料電池を迂回して前記循環経路１に合流する
バイパス経路３と、前記冷却水中のイオンを吸着するた
めに前記バイパス経路３中に設けられたイオン交換器４
とを有する冷却装置において、この冷却装置は、前記イ
オン交換器４の出口及び入口に冷却水の電気伝導度を測
定する電気伝導度センサ５ａ，５ｂを有しており、前記
入口と前記出口における冷却水の電気伝導度の比率よ
り、前記イオン交換器４中に収納されたイオン交換樹脂
の使用率を算出することを特徴とする燃料電池の冷却装
置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テムにおける冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、燃料電池を冷却水により冷却
する冷却装置においては、冷却水を介した液絡現象を防
止するために、冷却水に高度の電気的絶縁性が要求され
る。そのため、イオン交換樹脂が収納されたイオン交換
器を冷却経路内に設け、冷却経路を循環する冷却水の内
一定割合の冷却水をイオン交換器に循環させ、冷却水中
のイオンをイオン交換樹脂に吸着させることによって、
冷却水の電気的絶縁性を維持している。

【０００３】イオン交換樹脂は、冷却水中のイオンを吸
着することにより、徐々にイオン吸着能力を失ってい
く。イオン交換樹脂のイオン吸着能力が極度に低下する
と、もはや冷却水中のイオンを充分に吸着することがで
きなくなり、冷却水の電気的絶縁性が保たれなくなり、
液絡現象が発生する危険性が高まっていく。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みなされたものであり、イオン交換器に収納さ
れたイオン交換樹脂の使用率を的確に把握することがで
きる燃料電池の冷却装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために次のように構成した。請求項１に記載の発
明は、燃料電池とラジエータとの間で冷却水を循環させ
る循環経路と、この循環経路に設けられた冷却水循環手
段と、前記循環経路から分岐して前記燃料電池を迂回し
て前記循環経路に合流するバイパス経路と、前記冷却水
中のイオンを吸着するために前記バイパス経路中に設け
られたイオン交換器とを有する冷却装置において、この
冷却装置は、前記イオン交換器の出口及び入口に冷却水
の電気伝導度を測定する電気伝導度センサを有してお
り、前記入口と前記出口における冷却水の電気伝導度に
基づいて、前記イオン交換器中に収納されたイオン交換
樹脂の使用率を算出することを特徴とする燃料電池の冷
却装置である。

【０００６】請求項１に記載の発明によれば、燃料電池
を冷却するための冷却水を循環させる循環経路に、燃料
電池を迂回するバイパス経路を設け、このバイパス経路
中に、冷却水中のイオンを吸着するためのイオン交換器
が設けてある。これにより、ポンプ等の冷却水循環手段
により循環経路に冷却水を循環すると、その一部はバイ
パス経路中のイオン交換器に流通し、イオン交換器中に
収納されたイオン交換樹脂により、イオンが吸着されて
取り除かれるので、冷却水中のイオンは常に低濃度に保
たれ、冷却水の電気的絶縁性が保たれる。

【０００７】イオン交換樹脂は、冷却水中のイオンを吸
着することで使用され、その能力を徐々に失っていく。
本発明では、イオン交換器の冷却水の入口と出口に冷却
水の電気伝導度を測定するための電気伝導度センサを設
け、入口における冷却水の電気伝導度に対して、出口に
おける冷却水の電気伝導度の比率を取ることで、イオン
交換樹脂の使用率を算出する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、燃料電池とラジ
エータとの間で冷却水を循環させる循環経路と、この循
環経路から分岐して前記燃料電池を迂回して前記循環経
路に合流するバイパス経路と、前記冷却水中のイオンを
吸着するために前記バイパス経路中に設けられたイオン
交換器と、前記循環経路に設けられた冷却水循環手段と
を有する冷却装置において、この冷却装置は、循環経路
中に冷却水の電気伝導度を測定する電気伝導度センサを
有しており、前記冷却水の循環開始からの前記電気伝導
度の低下速度より前記イオン交換器中に収納されたイオ
ン交換樹脂の使用率を算出することを特徴とする燃料電
池の冷却装置である。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、燃料電池
を冷却するための冷却水を循環させる循環経路に、燃料
電池を迂回するバイバス路を設け、このバイパス経路中
に、冷却水中のイオンを吸着するためのイオン交換器が
設けてある。これにより、ポンプ等の冷却水循環手段に
より循環経路に冷却水を循環すると、その一部はバイパ
ス経路中のイオン交換器に流通し、イオン交換器中に収
納されたイオン交換樹脂により、イオンが吸着されて取
り除かれるので、冷却水中のイオンは常に低濃度に保た
れ、冷却水の電気的絶縁性が保たれる。

【００１０】本発明の冷却装置においては、循環経路中
に冷却水の電気伝導度を測定するための電気伝導度セン
サを有している。燃料電池の始動等により循環経路にお
いて冷却水の循環が開始されると、冷却水の一部がイオ
ン交換器を流通するので、冷却水中からイオンが除去さ
れ冷却水の電気伝導度が低下していく。

【００１１】この電気伝導度の低下速度は、イオン交換
樹脂の使用率に大きく依存しており、イオン交換樹脂の
使用率が小さい程（残能力が大きい程）低下速度が大き
く、イオン交換樹脂の使用率が大きい程（残能力が小さ
い程）低下速度が小さくなる。

【００１２】このことより、循環開始からの冷却水の電
気伝導度の低下速度よりイオン交換樹脂の使用率を正確
に把握することが可能となる。また、この場合、循環経
路中に必要とされる電気伝導度センサは１個でよいの
で、請求項１に記載の発明に比べ、電気伝導度センサの
設置コストを低減することが可能となる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記循環経路中
に、前記冷却水の水温を測定する温度センサが設けられ
ており、前記水温により補正して前記使用率を求めるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池
の冷却装置である。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、循環経路
中に冷却水の水温を測定する温度センサを設けたので、
冷却水の水温を正確に把握することが可能となる。冷却
水の電気伝導度は、水温によっても変化し、例え同濃度
のイオンを含んでいたとしても水温が低ければ電気伝導
度は小さくなり、水温が高ければ電気伝導度は大きくな
る。本発明の冷却装置においては、冷却水の水温により
補正した上でイオン交換樹脂の使用率を求めるので、よ
り正確な使用率を得ることが可能となる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記バイパス経
路中に、前記冷却水の前記イオン交換器への流量を測定
する流量センサが設けられており、前記流量により補正
して前記使用率を求めることを特徴とする請求項１から
請求項３の何れか一項に記載の燃料電池の冷却装置であ
る。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、バイパス
経路中に、イオン交換器への冷却水の流量を測定する流
量センサを設けたので、イオン交換器を流通する冷却水
の流量を正確に把握することが可能となる。

【００１７】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明のように、イオン交換器の入口及び出口に
電気伝導度センサを設ける場合であっても、請求項２に
記載の発明のように、電気伝導度の低下速度を評価する
場合であっても、冷却水の電気伝導度はイオン交換器に
対する冷却水の流量にも依存していることは明らかであ
る。

【００１８】本発明の冷却装置においては、バイパス経
路中に設けた流量センサにより、イオン交換器への冷却
水の流量を把握し、この流量により補正してイオン交換
樹脂の使用率を求めるので、より正確な使用率を得るこ
とが可能となる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、前記冷却水の前
記イオン交換器への流量を、前記冷却水循環手段の出力
から推定して、前記電気伝導度を前記流量により補正す
ることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項
に記載の燃料電池の冷却装置である。

【００２０】請求項５に記載の発明によれば、循環経路
中に設けられたポンプ等の冷却水循環手段の出力、すな
わち、循環経路における冷却水の循環流量より、前記イ
オン交換器への冷却水の流量を推定し、この流量により
冷却水の電気伝導度を補正するので、より正確にイオン
交換樹脂の使用率を求めることが可能となる。また、こ
の場合、流量センサが不要となるので、請求項４に記載
の発明に比べて、流量センサの設置コストを低減するこ
とが可能となる。

【００２１】請求項６に記載の発明は、前記バイパス経
路に前記冷却水の前記イオン交換器への流量を調節する
流量調節手段を有し、前記イオン交換樹脂の使用率によ
り、前記流量調節手段を制御して、前記イオン交換器へ
の冷却水の流量を調節することを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の燃料電池の冷却装置である。

【００２２】請求項６に記載の発明によれば、バイパス
経路に流量制御弁等の流量調節手段を設け、イオン交換
樹脂の使用率に基づき、この流量調節手段を調節するこ
とで、イオン交換器への冷却水の流量を調節する。これ
により、イオン交換樹脂の使用率が小さいときには、イ
オン交換器に対する冷却水の流量を小さくし、イオン交
換樹脂の使用率が大きいときには、イオン交換器に対す
る冷却水の流量を大きくすることで、イオン交換樹脂の
使用率によらず、冷却水中の絶縁性能を維持することが
可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を適宜図面を
参照しながら説明する。図１は、本発明の冷却装置の第
１実施形態を示すブロック図であり、図２は、第１実施
形態で用いるマップであり、図３は第１実施形態の制御
を示すフローチャートである。

【００２４】第１実施形態の冷却装置は、燃料電池２０
とラジエータ３０との間に冷却水を循環する、閉じた経
路である循環経路１と、この循環経路１の経路内に設け
られ、冷却水を所定流量で循環させるためのポンプ２を
有している。

【００２５】この循環経路１には、燃料電池２０の上流
に分岐点９が存在する。循環経路１は分岐点９において
分岐し、燃料電池２０を迂回して、燃料電池２０とポン
プ２との間に存在する合流点１０において、循環経路１
に再び合流する。この分岐点９と合流点１０との間の燃
料電池を迂回する経路をバイパス経路３と称する。

【００２６】このバイパス経路３中には、冷却水中のイ
オンを吸着するためのイオン交換器４と、イオン交換器
４の上流（入口側）と下流（出口側）とにそれぞれ設け
られた第１電気伝導度センサ５ａ及び第２電気伝導度セ
ンサ５ｂと、イオン交換器４へ流れる冷却水の流量を測
定する流量センサ６と、イオン交換器４へ流れる冷却水
の水温を測定するための温度センサ７が存在している。

【００２７】また、第１実施形態の冷却装置は、第１及
び第２電気伝導度センサ５ａ，５ｂにより測定された冷
却水の電気伝導度、冷却水の水温及び流量を元にして、
イオン交換器４に収納されたイオン交換樹脂の使用率を
評価するための制御装置８を有している。この制御装置
８は、イオン交換樹脂の使用率が所定値（例えば８０
％）を超えた場合には、イオン交換器４の交換又はイオ
ン交換樹脂の再生を促すための報知をユーザに対して行
う機能も有している。ここで、イオン交換樹脂の使用率
とは、イオンを吸着することにより吸着能力を失ったイ
オン交換樹脂の比率を示し、イオン交換樹脂が新品の時
には０％であり、イオンの吸着に伴い増加していく。例
えば、使用率が８０％とは、イオンの吸着により８０％
のイオン交換樹脂が能力を失い、イオン交換樹脂の残能
力が２０％であることを示す。

【００２８】本実施の形態においては、冷却水は、ポン
プ２により循環力を与えられ、ラジエータ３０を流通す
る過程で所定温度まで冷却され、分岐点９において、一
部はバイパス経路３に残部は燃料電池２０へと流通す
る。バイパス経路３に流通した冷却水は、温度センサ７
により水温が測定され、流量センサ６により流量が測定
され、第１電気伝導度センサ５ａにより電気伝導度が測
定された後に、イオン交換器４へと流通する。

【００２９】イオン交換器４中には、イオン交換樹脂が
収納されており、冷却水は、イオン交換樹脂と接触する
ことで、含有していたイオンが取り除かれた上でイオン
交換器４から放出される。イオン交換器４から放出され
た冷却水は、第２電気伝導度センサ５ｂにより電気伝導
度が測定され、合流点１０において、循環経路１と合流
し、再びポンプ２により循環力を与えられ循環経路１中
を循環する。

【００３０】続いて、制御装置８中で行われる、イオン
交換樹脂の使用率の評価について詳述する。本実施の形
態においては、イオン交換器４の入口と出口に設けられ
た第１及び第２電気伝導度センサ５ａ，５ｂにより、イ
オン交換器４を通過した前後における冷却水の電気伝導
度を測定する。第１電気伝導度センサ５ａ（入口）より
得られた電気伝導度に対する第２電気伝導度センサ５ｂ
（出口）より得られた電気伝導度の比率（電気伝導度
（出口）／電気伝導度（入口））は、イオン交換樹脂の
使用率に密接に関係している。尚、この比率（電気伝導
度（出口）／電気伝導度（入口））を「電気伝導度比
率」と称することとする。

【００３１】電気伝導度比率は０〜１の値を取る数値で
あり、この値が小さい程、イオン交換樹脂のイオン吸着
能力が高いこと、つまり、イオン交換樹脂の使用率が小
さいことを示す。逆に、この値が大きい程、イオン交換
樹脂のイオン吸着能力が低いこと、つまり、イオン交換
樹脂の使用率が大きいことを示す。

【００３２】この関係を利用して、制御装置８が内部に
記憶するマップ（図２）を参照することにより、電気伝
導度比率より、イオン交換樹脂の使用率を求めることが
可能となる。

【００３３】このマップの一例を図２に示した。マップ
の縦軸は、電気伝導度比率であり、横軸は、イオン交換
樹脂の使用率（％）を表している。図２においては、３
本のグラフが描かれているが、これは、イオン交換器４
に対する冷却水の流量の大小に対応したものである。つ
まり、電気伝導度比率は、イオン交換器４に対する冷却
水の流量によっても変化し、イオン交換樹脂の使用率が
同一であっても、冷却水の流量が多いと、イオン交換樹
脂と冷却水との接触時間が短くなるので、充分にイオン
の吸着ができなくなり、電気伝導度比率は増加する。こ
のようにイオン交換器４に対する冷却水の流量が異なっ
た場合であってもイオン交換樹脂の正確な使用率を求め
るために、マップ（図２）は、流量によって異なるグラ
フを有している。

【００３４】また、冷却水の電気伝導度は、冷却水の水
温によっても変化するために、通常の場合、電気伝導度
に対して温度補正係数を乗じる温度補正が必要となる。
しかし、本実施の形態の場合には、第１及び第２電気伝
導度センサ５ａ，５ｂから得られる電気伝導度の比率を
算出するため、温度補正係数は、分母と分子とで相殺さ
れるので、電気伝導度の温度補正は必要ない。

【００３５】続いて、図３により、本実施の形態の冷却
装置の制御フローについて説明する。まず、Ｓ１１にお
いて、温度センサ７により冷却水の水温が、第１及び第
２の電気伝導度センサ５ａ，５ｂにより、冷却水の電気
伝導度（入口）及び電気伝導度（出口）が、流量センサ
６によりイオン交換器４に流通する冷却水の流量がそれ
ぞれ読み込まれる。

【００３６】続いて、Ｓ１２において、冷却水の水温に
より電気伝導度（入口）及び電気伝導度（出口）がそれ
ぞれ補正される。続いて、Ｓ１３において、電気伝導率
比率（電気伝導度（出口）／電気伝導度（入口））が算
出される。

【００３７】続いて、Ｓ１４において、マップ（図２）
が参照され、イオン交換樹脂の使用率が求められる。

【００３８】最後に、Ｓ１５において、イオン交換樹脂
の使用率が所定値以下であるかどうかが判断され、所定
値を超えている場合（Ｎ）には、制御装置８は、ユーザ
に対して「イオン交換樹脂の使用率が所定値を超えた」
旨の報知を行う（Ｓ１６）。それ以外の場合（Ｙ）に
は、処理はＳ１１に戻る。

【００３９】尚、第１実施形態の冷却装置においては、
イオン交換器４に対する冷却水の流量をバイパス経路３
に設けた流量センサ６により測定しているが、イオン交
換器４に対する冷却水の流量は、冷却水循環手段である
ポンプ２に対する出力、つまり循環経路１における冷却
水の循環流量から、マップ等を用いて推定することも可
能である。このようにすることにより、流量センサ６を
用いる必要がなくなり、冷却装置の構成がより単純なも
のとなる。

【００４０】続いて、図４〜図７を参照して、本発明の
冷却装置の第２実施形態について説明する。尚、図４に
ついて図１と同様の構成には同符号を付し、その説明を
省略する。第２実施形態の冷却装置は、電気伝導度セン
サ５が、１個である以外は第１の実施形態と同様の構成
を有する。

【００４１】つまり、図４を参照すると、第２実施形態
の冷却装置は、燃料電池２０とラジエータ３０との間に
冷却水を循環する、閉じた経路である循環経路１と、こ
の循環経路１の経路内に設けられ、冷却水を所定流量で
循環させるためのポンプ２を有している。

【００４２】この循環経路１中には、冷却水の電気伝導
度を測定するための電気伝導度センサ５と、冷却水の水
温を測定するための温度センサ７とが設けられている。

【００４３】また、循環経路１には、燃料電池２０の上
流に分岐点９が存在する。循環経路１は分岐点９におい
て分岐し、燃料電池２０を迂回して、燃料電池２０とポ
ンプ２との間に存在する合流点１０において、循環経路
１に再び合流する。この分岐点９と合流点１０との間の
燃料電池を迂回する経路をバイパス経路３と称する。

【００４４】このバイパス経路３中には、冷却水中のイ
オンを吸着するためのイオン交換器４と、イオン交換器
４へ流れる冷却水の流量を測定する流量センサ６が存在
している。

【００４５】また、第２実施形態の冷却装置は、電気伝
導度センサ５により測定された冷却水の電気伝導度、冷
却水の水温及び流量を元にして、イオン交換器４に収納
されたイオン交換樹脂の使用率を評価するための制御装
置８を有している。この制御装置８は、イオン交換樹脂
の使用率が所定値（例えば８０％）を超えた場合には、
イオン交換器４の交換又はイオン交換樹脂の再生を促す
ための報知をユーザに対して行う機能も有している。

【００４６】続いて、制御装置８で行われる、イオン交
換樹脂の使用率の評価について詳述する。本実施の形態
においては、電気伝導度センサ５が一個しか存在してい
ないため、イオン交換樹脂の使用率の評価にあたって、
第１実施形態とは異なる測定方法を採用している。

【００４７】その測定方法とは、冷却水の循環を開始し
てからの電気伝導度の低下速度の大小より、イオン交換
樹脂の使用率を評価するというものである。

【００４８】燃料電池システムが停止している間には、
循環経路１を構成する部材よりイオンが徐々に冷却水に
溶け出し、冷却水の電気伝導度は増加する。燃料電池シ
ステムが稼動すると、冷却水が循環経路１を循環し始
め、イオン交換器４によりイオンが吸着されるので、冷
却水の電気伝導度は徐々に低下していく。

【００４９】ところで、イオン交換樹脂の使用率によ
り、冷却水の電気伝導度の低下速度は、異なってくる。
つまり、イオン交換樹脂の使用率が高い場合、イオン交
換樹脂のイオン吸着能力は小さくなっているので、冷却
水の電気伝導度の低下速度は小さくなる。逆に、イオン
交換樹脂の使用率が低い場合、イオン交換樹脂のイオン
吸着能力は大きいので、冷却水の電気伝導度の低下速度
は大きくなる。

【００５０】このことを利用して、冷却水の循環開始か
らの電気伝導度の低下速度よりイオン交換樹脂の利用率
を求めることができる。冷却水の電気伝導度の低下速度
からイオン交換樹脂の使用率を求める方法には、大きく
分けて、（１）マップを用いる方法、（２）繰り返し計
算による方法、の２種類が存在する。以下、それぞれの
方法について説明する。

【００５１】（１）マップを用いる方法 この方法においては、循環開始直後の冷却水の電気伝導
度と、循環開始後所定時間経過後の冷却水の電気伝導度
とから、電気伝導度の低下速度を算出し、この電気伝導
度低下速度を図５に示すようなマップに当てはめること
で、イオン交換樹脂の使用率を求める。尚、このマップ
（図５）は、制御装置８中に予め記憶されている。

【００５２】図５は、縦軸が、冷却水の電気伝導度低下
速度を示し、横軸が、イオン交換樹脂の使用率（％）を
示している。マップには３本のグラフが描かれている
が、これは、イオン交換器４に対する冷却水の流量の違
いに対応するものである。

【００５３】また、前記したように、冷却水の電気伝導
度は、冷却水の水温によっても変化するので、イオン交
換樹脂の使用率をより正確に求めるためには、冷却水の
電気伝導度を温度補正することが望ましい。より具体的
には、冷却水の水温から一義的に決定される温度補正係
数を電気伝導度に乗ずることにより温度補正を行う。

【００５４】続いて図６を参照して、この方法の制御フ
ローについて説明する。先ず、燃料電池システムが稼動
開始直後の冷却水の電気伝導度、冷却水水温、イオン交
換器４への冷却水の流量を測定し、制御装置８中に記憶
する（Ｓ２１）。

【００５５】続いて、燃料電池システムの稼動開始から
所定時間後において、冷却水の電気伝導度、冷却水水
温、イオン交換器４への冷却水の流量を測定し、制御装
置８中に記憶する（Ｓ２２）。続いて、Ｓ２１及びＳ２
２で得られたイオン交換器４への冷却水の流量より、所
定時間中における冷却水の平均流量を求める（Ｓ２
３）。続いて、Ｓ２１及びＳ２２で得られた冷却水の水
温により、電気伝導度の補正を行う（Ｓ２４）。

【００５６】続いて、温度補正された冷却水の電気伝導
度から、所定時間中における電気伝導度の低下速度を求
める（Ｓ２５）。続いて、Ｓ２３で求められた冷却水の
平均流量及びＳ２５で求められた電気伝導度の低下速度
をマップ（図５）に当てはめることにより、イオン交換
樹脂の使用率を算出する（Ｓ２６）。

【００５７】最後に、イオン交換樹脂の使用率が所定値
以下であるかどうかが判断され（Ｓ２７）、所定値を超
えている場合（Ｎ）には、制御装置８は、ユーザに対し
て「イオン交換樹脂の使用率が所定値を超えた」旨の報
知を行い（Ｓ２８）、処理は終了する。

【００５８】（２）繰り返し計算による方法 この方法は、イオン交換器４への冷却水の流量とイオン
交換樹脂の使用率とが予め知れていれば、循環開始直後
の冷却水の電気伝導度を初期値として、所定時間後の冷
却水の電気伝導度を計算により求めることができること
を利用するものである。

【００５９】つまり、イオン交換樹脂の使用率と冷却水
のイオン交換器４への流量が知れていれば、イオン交換
器４を通過した前後における冷却水の電気伝導度の低下
率が一義的に定まるので、所定時間内にイオン交換器４
に流通した冷却水の総流通量より、所定時間後における
冷却水の電気伝導度を求めることが可能となる。

【００６０】このことを利用して、イオン交換器４に対
する冷却水の流量として実測値を与え、循環開始直後の
冷却水の電気伝導度を初期値として与え、イオン交換樹
脂の使用率を変数として徐々に変化させながら、所定時
間後における冷却水の電気伝導度を計算する。すると、
所定時間後の電気伝導度の計算値は、変数であるイオン
交換樹脂の使用率がある値となったところで、実測され
た所定時間後の電気伝導率と一致するが、この際に変数
として計算に用いられたイオン交換樹脂の使用率を実際
のイオン交換樹脂の使用率とする。なお、この方法にお
いても、前記したように、冷却水の電気伝導度を温度補
正することが望ましい。

【００６１】続いて、図７を参照して、この方法の制御
フローについて説明する。Ｓ３１〜Ｓ３４までのフロー
は図６におけるＳ２１〜Ｓ２４までと同一であるのでそ
の説明を省略する。

【００６２】Ｓ３５において、所定時間後における冷却
水の電気伝導度を計算するために、イオン交換樹脂仮定
使用率を０（％）と設定する。続いて、Ｓ３６におい
て、Ｓ３３から求められた、所定時間内におけるイオン
交換器４に対する冷却水の平均流量、Ｓ３１で求められ
た冷却水の燃料電池システム稼動直後における電気伝導
度の初期値、及び、Ｓ３５により仮定されたイオン交換
樹脂仮定使用率に基づいて、システム稼動から所定時間
後における冷却水の電気伝導度を算出する。

【００６３】続いて、Ｓ３７において、Ｓ３６で算出さ
れた電気伝導度（計算値）とＳ３２で求められたシステ
ム稼動から所定時間後における冷却水の電気伝導度（実
測値）とを比較する。Ｓ３７において、電気伝導度（計
算値）≠電気伝導度（実測値）の場合（Ｎ）には、イオ
ン交換樹脂仮定使用率を定数Ａだけ増加して（Ｓ３
８）、処理は、Ｓ３６に戻り、再び電気伝導度（計算
値）の算出が行われる。

【００６４】それに対し、Ｓ３７において、電気伝導度
（計算値）＝電気伝導度（実測値）となった場合（Ｙ）
には、処理はＳ３９に移行し、Ｓ３９において、イオン
交換樹脂使用率が、Ｓ３６において計算に用いられたイ
オン交換樹脂仮定使用率と等しいとされる。

【００６５】続いて、Ｓ４０において、イオン交換樹脂
使用率が所定値を超えているかどうかが判断され、所定
値を超えている場合（Ｎ）には、Ｓ４１において、制御
装置８は、ユーザに対して「イオン交換樹脂の使用率が
所定値を超えた」旨の報知を行い、処理は終了する。

【００６６】以上、本発明の冷却装置の第２実施形態に
ついて説明したが、第２実施形態においては、電気伝導
度センサ５を一個しか必要としないので、第１実施形態
に比較して、電気伝導度センサの設置コストを低減する
ことが可能となる。

【００６７】また、第２実施形態の冷却装置において
は、イオン交換器４に対する冷却水の流量をバイパス経
路３に設けた流量センサ６により測定しているが、イオ
ン交換器４に対する冷却水の流量は、冷却水循環手段で
あるポンプ２に対する出力、つまり循環経路１における
冷却水の循環流量から、マップ等を用いて推定すること
も可能である。このようにすることにより、流量センサ
６を用いる必要がなくなり、冷却装置の構成がより単純
なものとなる。

【００６８】続いて、図８を用いて本発明の冷却装置の
第３実施形態について説明する。尚、図８において図４
と同様の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
第３実施形態の冷却装置は、バイパス経路３中に流量制
御弁１１が設けられている以外は、第２実施形態（図
４）と同様である。

【００６９】つまり、図８を参照すると、第２実施形態
の冷却装置は、燃料電池２０とラジエータ３０との間に
冷却水を循環する、閉じた経路である循環経路１と、こ
の循環経路１の経路内に設けられ、冷却水を所定流量で
循環させるためのポンプ２を有している。

【００７０】この循環経路１中には、冷却水の電気伝導
度を測定するための電気伝導度センサ５と、冷却水の水
温を測定するための温度センサ７とが設けられている。
また、循環経路１には、燃料電池２０の上流に分岐点９
が存在する。循環経路１は分岐点９において分岐し、燃
料電池２０を迂回して、燃料電池２０とポンプ２との間
に存在する合流点１０において、循環経路１に再び合流
する。この分岐点９と合流点１０との間の燃料電池を迂
回する経路をバイパス経路３と称する。

【００７１】このバイパス経路３中には、冷却水中のイ
オンを吸着するためのイオン交換器４と、イオン交換器
４へ流れる冷却水の流量を測定する流量センサ６と、イ
オン交換器４に流れる冷却水の流量を調整する流量制御
弁１１とが存在している。

【００７２】また、第３実施形態の冷却装置は、電気伝
導度センサ５により測定された冷却水の電気伝導度、冷
却水の水温及び流量を元にして、イオン交換器４に収納
されたイオン交換樹脂の使用率を評価するための制御装
置８を有している。この制御装置８は、イオン交換樹脂
の使用率が所定値（例えば８０％）を超えた場合には、
イオン交換器４の交換又はイオン交換樹脂の再生を促す
ための報知をユーザに対して行う機能、及び、イオン交
換樹脂の使用率により、流量制御弁１１の開度を調整
し、イオン交換器４に対する冷却水の流量を調整する機
能を有している。

【００７３】本実施の形態においては、イオン交換樹脂
の使用率に基づいて、制御装置８が流量制御弁１１の開
度を制御して、イオン交換器４に対する冷却水の流量を
調節することができる。これにより、イオン交換樹脂の
使用率によらず、常に適切な量の冷却水をイオン交換器
４に対して流通することができる。

【００７４】この冷却水の流量制御について詳述する。
本発明の冷却装置においては、冷却水中のイオンの濃度
が所定値を超えないように、冷却水の一部をイオン交換
器４に流通させる。

【００７５】イオン交換樹脂の使用率が低い場合には、
イオン交換樹脂のイオン吸着能力が高いので、単位体積
あたりの冷却水から多くのイオンを吸着することができ
る。よって、イオン交換器４に対する冷却水の流量が少
なくとも、イオン交換器４を通過した冷却水の電気伝導
度は充分に低下しているので、結果として循環経路１を
循環する冷却水の電気伝導度は低く保たれる。

【００７６】それに対して、イオン交換樹脂の使用率が
大きくなると、イオン交換樹脂のイオン吸着能力が低く
なり、単位体積あたりの冷却水からイオン交換樹脂に吸
着されるイオンの量は少なくなる。よって、循環経路１
中を循環する冷却水の電気伝導度を低く保つためには、
イオン交換器４に対する冷却水の流量を増加することが
必要となる。

【００７７】制御装置８は、前記した図６のＳ２６又は
図７のＳ３９のステップにおいてイオン交換樹脂の使用
率を算出したならば、その使用率に基づき、条件判断を
行い（図６：Ｓ２７、図７：Ｓ４０）、使用率が所定値
よりも低い時には（Ｙ）、バイパス経路３中に設けられ
た流量制御弁１１を制御してイオン交換器４に対する冷
却水の流量を少なくし、使用率が所定値以上のときには
（Ｎ）、流量制御弁１１を制御してイオン交換器４に対
する冷却水の流量を大きくする。これにより、イオン交
換樹脂の使用率によらず、循環経路１を循環する冷却水
の電気伝導度を低く保つことができる。

【００７８】

【発明の効果】本発明は、次のような顕著な効果を奏す
る。本発明の冷却装置は、イオン交換器の入口と出口と
に電気伝導度センサを設け、これらの電気伝導センサに
より測定される冷却水の電気伝導度の比率を基にして、
イオン交換樹脂の使用率を算出するので、イオン交換樹
脂の使用率を常に正確に把握することができる（請求項
１）。

【００７９】本発明の冷却装置は、循環経路中に設けら
れた１個の電気伝導度センサを用い、冷却水の循環開始
からの電気伝導度の低下速度よりイオン交換樹脂の使用
率を算出するので、イオン交換樹脂の使用率を常に正確
に把握することができる。また、請求項１に記載の発明
にくらべて、電気伝導度センサの個数を減少することが
できるので、電気伝導度センサの設置コストを低減でき
る（請求項２）。

【００８０】本発明の冷却装置は、循環経路中に、冷却
水の水温を測定する温度センサを有しているので、冷却
水の電気伝導度を温度補正することができ、温度補正し
た上でイオン交換樹脂の使用率を求めることで、より正
確にイオン交換樹脂の使用率を把握することが可能とな
る（請求項３）。

【００８１】本発明の冷却装置は、バイパス経路中に、
イオン交換器に対する冷却水の流量を測定する流量セン
サを設けたので、冷却水の電気伝導度を流量により補正
することができ、さらに正確にイオン交換樹脂の使用率
を把握することが可能となる（請求項４）。

【００８２】本発明の冷却装置は、イオン交換器に対す
る冷却水の流量を循環経路に存在し、冷却水を循環させ
るためのポンプの出力より推定するので、バイパス経路
に流量計を設置する必要がなくなり、コストを低減する
ことが可能となる（請求項５）。

【００８３】本発明の冷却装置は、イオン交換樹脂の使
用率に基づき、イオン交換器に対する冷却水の流量を制
御するので、イオン交換樹脂の使用率によらず、常に適
切な量の冷却水をイオン交換器に流通することが可能と
なる（請求項６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を示すブロック図である。

【図２】第１実施形態で用いるマップである。

【図３】第１実施形態の制御を示すフローチャートであ
る。

【図４】第２実施形態を示すブロック図である。

【図５】第２実施形態で用いるマップである。

【図６】第２実施形態の制御を示すフローチャートであ
る。

【図７】第２実施形態の制御を示すフローチャートであ
る。

【図８】第３実施形態のブロック図である。

【符号の説明】

１ 循環経路 ２ ポンプ ３ バイパス経路 ４ イオン交換器 ５，５ａ，５ｂ 電気伝導度センサ ６ 流量センサ ７ 温度センサ ８ 制御装置 ９ 分岐点 １０ 合流点 １１ 流量制御弁 ２０ 燃料電池 ３０ ラジエータ

フロントページの続き (72)発明者 下山 義郎 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 KK31 MM16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池とラジエータとの間で冷却水を
   循環させる循環経路と、この循環経路に設けられた冷却
   水循環手段と、前記循環経路から分岐して前記燃料電池
   を迂回して前記循環経路に合流するバイパス経路と、前
   記冷却水中のイオンを吸着するために前記バイパス経路
   中に設けられたイオン交換器とを有する冷却装置におい
   て、 この冷却装置は、前記イオン交換器の出口及び入口に冷
   却水の電気伝導度を測定する電気伝導度センサを有して
   おり、前記入口と前記出口における冷却水の電気伝導度
   に基づいて、前記イオン交換器中に収納されたイオン交
   換樹脂の使用率を算出することを特徴とする燃料電池の
   冷却装置。
2. 【請求項２】 燃料電池とラジエータとの間で冷却水を
   循環させる循環経路と、この循環経路から分岐して前記
   燃料電池を迂回して前記循環経路に合流するバイパス経
   路と、前記冷却水中のイオンを吸着するために前記バイ
   パス経路中に設けられたイオン交換器と、前記循環経路
   に設けられた冷却水循環手段とを有する冷却装置におい
   て、 この冷却装置は、循環経路中に冷却水の電気伝導度を測
   定する電気伝導度センサを有しており、前記冷却水の循
   環開始からの前記電気伝導度の低下速度より前記イオン
   交換器中に収納されたイオン交換樹脂の使用率を算出す
   ることを特徴とする燃料電池の冷却装置。
3. 【請求項３】 前記循環経路中に、前記冷却水の水温を
   測定する温度センサが設けられており、前記水温により
   補正して前記使用率を求めることを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載の燃料電池の冷却装置。
4. 【請求項４】 前記バイパス経路中に、前記冷却水の前
   記イオン交換器への流量を測定する流量センサが設けら
   れており、前記流量により補正して前記使用率を求める
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に
   記載の燃料電池の冷却装置。
5. 【請求項５】 前記冷却水の前記イオン交換器への流量
   を、前記冷却水循環手段の出力から推定して、前記電気
   伝導度を前記流量により補正することを特徴とする請求
   項１から請求項３の何れか一項に記載の燃料電池の冷却
   装置。
6. 【請求項６】 前記バイパス経路に前記冷却水の前記イ
   オン交換器への流量を調節する流量調節手段を有し、 前記イオン交換樹脂の使用率により、前記流量調節手段
   を制御して、前記イオン交換器への冷却水の流量を調節
   することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃
   料電池の冷却装置。