JP2004335154A - Cooling device of fuel cell - Google Patents

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent drop in cooling performance of a cooling device of a fuel cell by diluting fuel gas entering a circulation passage of a cooling solution with air supplied to the fuel cell or exhausted from the fuel cell to low concentration and exhausting it to the outside of a system. <P>SOLUTION: The cooling device of the fuel cell has such a gas exhaust mechanism that a cooling solution storage tank 4 communicated with a heat exchanger 2 and the circulation passage 3 and storing a part of the cooling solution in the circulation passage 3 is communicated with air piping circulating air supplied to the fuel cell 1 or air exhausted from the fuel cell 1 through ventilation piping, and fuel gas left in the cooling solution storage tank 4 is exhausted to the outside of the system with ventilation flow circulating in the ventilation piping. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の冷却装置、さらに詳しくは燃料電池の冷却液中に混入する気体を分離して排気する燃料電池の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源などとして注目されている固体高分子型の燃料電池は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
この固体高分子型の燃料電池は、一般に、固体高分子電解質を挟んで一方側にカソード電極を区画し、他方側にアノード電極を区画して形成される燃料電池セルを多数配列して構成され、カソード電極に供給される空気中の酸素と、アノード電極に供給される燃料ガスとの化学反応（以下、「発電反応」という）によって発電するシステムである。
しかし、このような発電反応は発熱反応であるため、燃料電池内を一定の温度に保って安定した運転を維持するために、燃料電池は、発生した熱を除去する冷却装置を必要とする。
【０００４】
通常、燃料電池内においては、各燃料電池セル毎に、セパレータによって燃料ガス（燃料ガス）や酸化ガス（空気）と完全に分離された流路を設け、この流路と熱交換器の間に冷却液を循環流通させて燃料電池の冷却を行うシステムが採用されている。
【０００５】
しかし、燃料電池を長期に亘って使用していると、前記のセパレータの周辺部をシールしているシール部材が劣化して、燃料ガスや酸化ガスが冷却液中に漏出する場合がある。そして、冷却液中に漏出した燃料ガス等の気体は、冷却性能の低下等の原因となるおそれがある。
【０００６】
そこで、燃料電池に熱交換媒体を供給して熱交換を行わせる熱交換システムにおいて、熱交換手段および熱交換媒体流路の内の少なくとも１つ、例えば、ラジエタ（熱交換器）の最上部にあるラジエタキャップまたはリザーブタンクの上部等の冷却液より分離した気体が集まる箇所に燃料ガス検出手段を設け、この燃料ガス検出手段によって冷却液より分離した気体を検出し、冷却液中への燃料ガス等の気体の漏洩を検知した場合、警告を発するようにした技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２５０５７０号公報（請求項１、請求項５、請求項７および請求項８）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、冷却液中に燃料ガス等が漏洩した場合、所定の濃度に達する前に検知して警告を発し、その後更に濃度上昇があった場合、燃料電池の運転を停止する等の措置をとれるものの、人間が熱交換器や冷却液の循環流路等より溜まった気体を除去する等の人的整備に頼らざるを得ず、使い勝手の良いものではなかった。
【０００９】
そこで本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却液の循環流路に混入した燃料ガスを希釈して低濃度で排出すること、また、従来、熱交換器や冷却液の循環流路内に溜まるにまかせていた気体を、人的整備を必要とせずに随時換気して冷却液中の当該気体の濃度を低いレベルに維持させることが可能となり、燃料電池の冷却装置の冷却性能の低下を防止し、燃料電池による発電システムの使い勝手をより向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と熱交換器との間に冷却液を循環させる循環流路を設けた燃料電池の冷却装置であって、ガス抜き流路を介して前記循環流路に連絡され、かつ冷却液戻し流路を介して前記循環流路に連絡された前記循環流路の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器を備え、前記燃料電池へ供給する空気または前記燃料電池から排出される空気を流通させる空気配管を備え、前記冷却液貯蔵容器は換気用配管を介して前記空気配管に連絡され、かつ前記冷却液貯蔵容器に滞留する燃料ガスを、前記換気用配管を流通する換気流によって系外へ排出するガス排出機構を備えることを特徴とする燃料電池の冷却装置を発明の構成とする。
【００１１】
この燃料電池の冷却装置では、ガス排出機構によって、換気用配管を流通して冷却液貯蔵容器内に導入される換気流によって、冷却液貯蔵容器内に滞留する燃料ガスが換気される。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度に応じて、前記換気流の流量を制御することを特徴とする。
【００１３】
この燃料電池の冷却装置では、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度に応じて、ガス排出機構が、換気用配管を流通して冷却液貯蔵容器内に導入される換気流の流量を制御して冷却液貯蔵容器内に滞留する燃料ガスが換気される。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記冷却液貯蔵容器の換気量を増加させることを特徴とする。
【００１５】
この燃料電池の冷却装置では、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上となったとき、ガス排出機構が、換気用配管を流通して冷却液貯蔵容器内に導入される換気流による、冷却液貯蔵容器の換気量を増加させることによって、冷却液貯蔵容器内に滞留する燃料ガスが換気される。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の燃料電池の冷却装置において、前記空気配管内の圧力を増大させたことによって前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度まで低減されたときは、前記ガス排出機構によって前記冷却液貯蔵容器内のガスを排出させることを特徴とする。
【００１７】
この燃料電池の冷却装置では、空気配管内の圧力を増大させることによって換気用配管を流通して冷却液貯蔵容器内に換気流が導入されて冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度まで低減されたときに、ガス排出機構によって冷却液貯蔵容器内のガスが排出される。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項２に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記ガス排出機構によって前記冷却液貯蔵容器内の圧力を低下させることで、前記換気流の流量を増加させることを特徴とする。
【００１９】
この燃料電池の冷却装置では、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度に達したときに、ガス排出機構によって冷却液貯蔵容器内の圧力を低下させることによって、換気用配管を流通する換気流の流量が増加し、冷却液貯蔵容器内のガスが換気される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置は、図１に示すとおり、燃料電池１に供給される冷却液を冷却するための熱交換器２と、燃料電池１と熱交換器２との間に冷却液を熱交換可能に循環させる循環流路３と、循環流路３の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器４と、換気用配管５とを備える。
【００２２】
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んだ燃料電池セルをさらにセパレータで挟持し、複数積層して構成されている。アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動し、カソード電極の触媒によって酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。この発電反応は発熱反応であり、その燃料電池の温度は反応効率を確保するために、セパレータにおけるアノード電極またはカソード電極の反対側の面に冷却水を循環することで７０度前後に維持される。燃料電池の発電電力は、例えば、図示しない燃料電池自動車の走行用モータに供給され、自動車を駆動する。
【００２３】
燃料電池１は、エアクリーナ６によって清浄化されてエアポンプ７によって供給空気配管８を通じて供給される空気と、燃料ガス供給配管９を通じて供給される燃料ガスとを発電反応させて発電を行う装置である。発電反応後、反応によって消費されなかった空気は排出空気配管１０を通じて排気され、また、発電反応によって消費されなかった燃料ガスは燃料ガス排出配管１１を通じて燃料電池１より排出される。また、燃料電池１は、冷却液の流入口１２および流出口１３を備える。なお、燃料ガスとしては、水素、炭化水素、炭化水素を改質した改質ガス、メタノール等が挙げられる。
【００２４】
熱交換器２は、循環流路３によって燃料電池１より戻される冷却液が流入する流入口２ａと、図示しない２次冷却媒体と冷却液との間で熱交換を行わせ、冷却液を冷却させる熱交換器本体２ｂと、熱交換によって冷却された冷却液が流出する流出口２ｃとを備える。この熱交換器２は、２次冷却媒体として、水またはその他の液体を用いる液冷方式でもよいし、２次冷却媒体として空気を用いる空冷方式でもよい。
また、この熱交換器２は、循環流路３を通じて流入口２ａより流入する冷却液の一部を冷却液貯蔵容器４に流通させる冷却液−気体流出口２ｄを備える。
【００２５】
循環流路３は、燃料電池１と熱交換器２との間に冷却液を熱交換可能に循環させる流路であり、流出路３ａと、送液路３ｂと、戻し流路３ｃと、流入路３ｄと、調整流路３ｅとより構成される。
流出路３ａは、燃料電池１の流出口１３と冷却液ポンプ１４との間を連絡して、燃料電池１より流出する冷却液が流通する流路である。
【００２６】
送液路３ｂは、冷却液ポンプ１４と熱交換器２の流入口１２との間を連絡して、流出路３ａを流通して冷却液ポンプ１４に流入し、冷却液ポンプ１４によって加圧された冷却液が流通する流路である。
戻し流路３ｃは、熱交換器２の流出口２ｃとサーモスタット１５との間を連絡して、熱交換器２で冷却され、流出口２ｃより流出する冷却液がサーモスタット１５に流通する流路である。
【００２７】
流入路３ｄは、サーモスタット１５と燃料電池１の流入口１２との間を連絡して、サーモスタット１５より流出した冷却液が燃料電池１の流入口１２に流通する流路である。
【００２８】
調整流路３ｅは、送液路３ｂとサーモスタット１５との間を連絡し、サーモスタット１５により、流入路３ｄを通って流入口１２より燃料電池１内に供給される冷却液の温度が所定範囲となるように、送液路３ｂを流通する冷却液の一部を、戻し流路３ｃよりサーモスタット１５内に流入する冷却液と合流させるための流路である。
【００２９】
サーモスタット１５は、熱交換器２より戻し流路３ｃを通って流入する冷却液Ｃ、冷却液貯蔵容器４より冷却液戻し流路１７を通って流入する冷却液Ｂ、および調整流路３ｅを通って流入する冷却液Ｄのそれぞれの温度に応じて、各流路の流入経路を開閉して冷却液Ｂ、Ｃ、Ｄを混合し、流出口１５ａより流出して、流入路３ｄを通って流入口１２より燃料電池１内に供給される冷却液の温度を所定の温度に保つ機能を備える装置である。
【００３０】
また、冷却液貯蔵容器４は、気液分離室４１と、その気液分離室４１の上部に上方に向けて突設され、気液分離室４１と開口部４２ａを介して連通している換気室４２とを備え、さらにガス排出機構を備える。この冷却液貯蔵容器４は、循環流路３内の冷却液の一部を下部に滞留させて貯蔵するとともに、冷却液より分離する気体を上部に滞留させる気液分離器としての機能を備える。
【００３１】
この冷却液貯蔵容器４において、気液分離室４１は、熱交換器２と冷却液ガス抜き流路１６を介して連絡されている。冷却液ガス抜き流路１６の先端１６ａは、熱交換器２より流入する冷却液中に含まれる気体が気液分離して、気液分離室４１の上部空間に浮上して滞留するように、気液分離室４１に滞留している冷却液Ａの液面よりも下部になるように配置される。
【００３２】
また、気液分離室４１は、循環流路３と冷却液戻し流路１７を介して連絡されている。この冷却液戻し流路１７の先端１７ａは、循環流路３内を流通する冷却液と冷却液貯蔵容器４内の冷却液とが連絡するように、冷却液貯蔵容器４の下部に滞留する冷却液Ａの液面よりも下部になるように配置される。
【００３３】
さらに、気液分離室４１は、換気用配管５を介して排出空気配管１０と連絡されている。また、冷却液貯蔵容器４の換気室４２は、前記気液分離室４１の上部に上方に向けて突設され、気液分離室４１と開口部４２ａを介して連通し、さらに、排気口４２ｂに換気用排気路１８が連絡されている。
【００３４】
そして、本実施形態に係る冷却装置においては、前記換気室４２と、換気用配管５と、さらに換気用配管５との連絡点１０ａよりも下流側の排出空気配管１０の途中に配設された調圧弁１９と、前記排気口４２ｂと、その排気口４２ｂに連絡された換気用排気路１８とによって、冷却液貯蔵容器内に滞留する燃料ガスを、燃料電池より排出される空気によって換気するガス排出機構が構成される。
【００３５】
調圧弁１９は、燃料電池１より排出され、排出空気配管１０内を流通して排出される排出空気の排出空気圧を調整するものであり、この調圧弁１９による排出空気圧の調整により冷却液貯蔵容器４内の換気が制御される。
【００３６】
次に、この第１の実施形態に係る冷却装置における燃料電池１の冷却について説明するとともに、冷却液貯蔵容器４における燃料ガスの換気について説明する。
【００３７】
この燃料電池の冷却装置において、空気は、エアクリーナ６によって清浄化された後、エアポンプ７によって供給空気配管８を通じて、燃料電池１内に供給される。この空気と、燃料ガス供給配管９を通じて供給される燃料ガスとが、発電反応して発電が行われる。発電反応後、発電反応によって消費されなかった空気は排出空気配管１０を通じて燃料電池１より排気され、また、発電反応によって消費されなかった燃料ガスは燃料ガス排出配管１１を通じて燃料電池１より排出される。
【００３８】
このとき、発電反応に伴って発生する熱は、流入口１２より燃料電池１内に供給され、燃料電池１内に設けられた流路を流通する冷却液によって吸収され、燃料電池１内の温度が所定の温度に保たれる。
【００３９】
熱を吸収した冷却液は、流出口１３より流出して、循環流路３の流出路３ａ、冷却液ポンプ１４および送液路３ｂの順で流通し、冷却液ポンプ１４によって加圧され、一部が調整流路３ｅを通ってサーモスタット１５に冷却液Ｄとして流通するとともに、大部分は流入口２ａより熱交換器２内に流入して、熱交換器本体２ｂにおいて２次冷却媒体と熱交換して冷却される。熱交換後、冷却液は、熱交換器２の流出口２ｃより流出して、戻し流路３ｃを流通してサーモスタット１５に流入する。
【００４０】
サーモスタット１５においては、熱交換器２より戻し流路３ｃを通って流入する冷却液Ｃ、冷却液貯蔵容器４より冷却液戻し流路１７を通って流入する冷却液Ｂ、および調整流路３ｅを通って流入する冷却液Ｄのそれぞれの温度に応じて、各流路の流入経路を開閉することによって、冷却液Ｂ、Ｃ、Ｄを混合して所定の温度に調整された冷却液が流出して、流入路３ｄを通って流入口１２より燃料電池１内に供給される。燃料電池１内に供給された冷却液によって、燃料電池１内が冷却される。
【００４１】
このように、本発明の冷却装置は、冷却液を燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環流通させて、燃料電池１内を所定の温度に維持し、燃料電池１の安定した運転を図ることができる。
【００４２】
また、冷却液貯蔵容器４においては、流入口２ａより熱交換器２内に流入した冷却液の一部Ｅが、冷却液−気体流出口２ｄより冷却液ガス抜き流路１６を通って、先端１６ａより冷却液貯蔵容器４の気液分離室４１内に流入する。このとき、冷却液中に混入した気体が分離して冷却液Ａの液面より浮上して、気液分離室４１の上部空間に滞留するとともに、冷却液は、気液分離室４１の下部に滞留する。気液分離室４１の下部に滞留した冷却液Ａは、冷却液戻し流路１７を介してサーモスタット１５に冷却液Ｂとして流入する。そして、冷却液貯蔵容器４は、排出空気配管１０と連絡しているため、燃料電池１より排出空気配管１０を通って排出される排出空気の圧力によって循環流路３の流入路３ｄを流通する冷却液に圧力を負荷する。冷却液貯蔵容器４の気相部内での冷却液の圧力は排出空気の圧力と実質上等しくなり、その後、循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定なため、燃料電池１へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１より排出される排出空気との圧力差は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が排出空気の圧力よりも低くなるようになっている。このように構成することによって、積層構造に構成された燃料電池１のスタック内での冷却液の流路と空気の流路との間の圧力差を所定の範囲に保っている。
【００４３】
そして、冷却液貯蔵容器４と排出空気配管１０とが換気用配管５を介して連絡されていることによって、冷却液貯蔵容器４は、冷却液より分離して冷却液貯蔵容器４の上部に滞留する気体と、排出空気配管１０内を流通する排出空気との圧力差に応じて呼吸する。すなわち、冷却液貯蔵容器４の上部に滞留する気体によって形成される気相部の圧力ＰＧと、排出空気配管１０を通って燃料電池１より排出される排出空気の圧力ＰＡ（排出空気圧）との圧力差に応じて、冷却液貯蔵容器４内の気体と排出空気配管１０内の空気とが、換気用配管５内を、冷却液貯蔵容器４または排出空気配管１０のいずれかに向けて押戻され、または移動する。気体の圧力ＰＧが排出空気の圧力ＰＡよりも高いときは、図１中、冷却液貯蔵容器４より排出空気配管１０に向けて（矢印Ｇで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が換気用配管５を通じて流通して、排出空気配管１０側より換気用配管５中に入り込む空気を排出空気配管１０に押戻して冷却液貯蔵容器４内の気体が前記排出空気配管１０内に排気され、冷却液貯蔵容器４内が換気される。また、気相部の圧力ＰＧが排出空気の圧力ＰＡよりも低いときは、排出空気配管１０より冷却液貯蔵容器４に向けて（矢印Ｈで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が押戻され、冷却液貯蔵容器４内に空気が流入し、この空気によって気相部の気体が希釈される。
【００４４】
この冷却液貯蔵容器４における気相部の圧力と排出空気配管１０における排出空気の圧力とは、呼吸することによってほぼ等しくなる（ＰＡ＝ＰＧ）。また、前記のとおり、冷却液貯蔵容器４での冷却液の圧力は、気相部の圧力と実質的に等しくなり、その後、燃料電池１へ供給される前に冷却液が循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定なため、燃料電池１へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１より排出される排出空気の圧力とは、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている（ＰＡ＞ＰＬ）。したがって、排出空気の圧力（ＰＡ）が燃料電池１の出力変動などによって上昇または低下すると、それに伴ってその圧力を冷却液貯蔵容器４の冷却液に伝えることでＰＡ＞ＰＬの関係が保たれ、燃料電池１のスタック内での冷却液と空気の圧力バランスが保たれる。
【００４５】
そして、本実施形態においては、前記冷却液貯蔵容器４の呼吸による換気に加えて、さらに前記ガス排出機構によって、冷却液貯蔵容器４内の換気を行うことができる。これは、調圧弁１９により排出空気配管１０内を流通して排気される排出空気の排出空気圧を調整してＰＡ＞ＰＧとすることによって、排出空気配管１０内の空気が換気用配管５を通って流入口４１ｃより冷却液貯蔵容器４の気液分離室４１内に流入する。気液分離室４１内に流入した空気は、冷却液貯蔵容器４（気液分離室４１）内に滞留する燃料ガスと混合して、換気室４２を通って排気口４２ｂより換気用排気路１８に排気される気体の流れ（以下、「換気流」という）を形成させることができる。例えば、調圧弁１９を絞り、排出空気配管１０側の排出空気圧を高めれば、排出空気は、排出空気配管１０より換気用配管８を通って冷却液貯蔵容器４の方向（図中、Ｇで示す方向）に流れ、換気流が形成され、これによって、冷却液貯蔵容器４内が換気される。このガス排出機構は、常時、作動させてもよいし、必要に応じて作動させるようにしてもよい。燃料電池１の運転時、このガス排出機構を常時作動させておけば、すなわち、調圧弁１９を制御して常にＰＡ＞ＰＧとなるように排出空気圧を制御すれば、冷却液貯蔵容器４内を換気して、冷却液より気液分離されて冷却液貯蔵容器４内に滞留する気体、特に燃料ガスを排気し、冷却液貯蔵容器４内の気相部における燃料ガス濃度を低く保つことができる。
【００４６】
さらに、前記第１の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度に応じて、前記ガス排出機構が冷却液貯蔵容器４よりのガス排出を制御するようにしてもよい。例えば、図１に示すとおり、冷却液貯蔵容器４の気液分離室４１に燃料ガス濃度計２１を設け、この燃料ガス濃度計２１によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、調圧弁１９を絞ってＰＧ＞ＰＡとなるようにして前記換気流が形成されるようにしてもよい。これによって、冷却液貯蔵容器４内に形成される気相部の気体が、換気用配管５より気液分離室４１に流入される空気と混合され、希釈された混合気体が、さらに換気室４２を通って排気口４２ｂより換気用排気路１８を介して排気される。このとき、燃料ガス濃度計２１は、下部に設けた遮蔽板２１ａによって、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等によって冷却液Ａと接触しないように防護されるようにしてもよい。
【００４７】
また、前記第１の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度に応じて、前記ガス排出機構が前記換気流の流量を制御して、冷却液貯蔵容器４よりのガス排出量を増加させるようにしてもよい。例えば、図１に示すとおり、換気用排気路１８に設けた開閉制御可能な弁２２の開閉を制御することによって、換気用排気路１８より排気される前記混合気体の排出量を増加させることができる。すなわち、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに弁２２を開放することによって、一時的にＰＧを低下させることでＰＡ＞ＰＧの関係を作り出し、換気用配管５より導入される空気によって換気流を増大させて、気相部の燃料ガスを希釈し、ガス排出量を増加させる。これによって、冷却液貯蔵容器４の換気量を制御することができる。前記開閉可能な弁２２としては、例えば、電磁弁、ダイヤフラム弁等を用いることができる。
【００４８】
さらに、前記第１の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記排出空気配管１０内の圧力を増大させることによって、冷却液貯蔵容器４内の圧力と排出空気配管１０内の圧力との差により換気流を増大させることができ、換気流による冷却液貯蔵容器内の燃料ガスの希釈および排気口４２ｂからの排出を増加させ、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度を低減させることができる。このとき、排出空気配管１０内の圧力は、前記調圧弁１９を絞ることによって増大させることができる。
【００４９】
さらに、前記第１の実施形態において、排出空気配管１０内の圧力を増大させたことによって冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度まで低減されたときは、ガス排出機構を開放することによって冷却液貯蔵容器４内のガスを排出させるようにしてもよい。このように構成することによって冷却液貯蔵容器の燃料ガス濃度が低減した後にガス排出機構によって冷却液貯蔵容器４内のガスを排出するので、確実に燃料ガス濃度が低減されたガスを系外へ排出することができる。冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度は、前記燃料ガス濃度計２１を設けることによって検知することができる。また、ガス排出機構の開放は、図１に示すように、排気口４２ｂに連絡された換気用排気路１８に設けた開閉制御可能な弁２２を開放して行うことができる。
【００５０】
また、前記第１の実施形態において、前記冷却液貯蔵容器による換気能力が不足するときに、前記ガス排出機構を開放することによって、前記冷却液貯蔵容器内を換気するようにしてもよい。例えば、前記燃料ガス濃度計２１によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になった後、所定時間経過しても燃料ガス濃度が依然として所定濃度以下にならないときには、前記ガス排出機構を開放することによって、冷却液貯蔵容器４内を換気するようにしてもよい。ガス排出機構の開放は、開閉可能な弁２２等を開閉することによって行うことができる。
【００５１】
具体的には、前記冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記ガス排出機構によって前記冷却液貯蔵容器４内の圧力を低下させることで、前記換気流の流量を増加させるようにしてもよい。例えば、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときに、弁２２を開放して冷却液貯蔵容器４内の圧力を低下させる。これによって、冷却液貯蔵容器４内の圧力と排出空気配管１０内の圧力との差により換気流を増大させることができ、換気流による冷却液貯蔵容器内の燃料ガスの希釈および排気口４２ｂからの排出を増加させ、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度を低減させることができる。
【００５２】
次に、図２に示す本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置を示すブロック図である。
【００５３】
図２に示す第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置は、燃料電池１と熱交換器２の間に冷却液を循環流通させるための循環流路３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）、熱交換器２より冷却液貯蔵容器４に冷却液の一部を供給する冷却液ガス抜き流路１６、循環流路３内を流通する冷却液の温度を一定に保つためのサーモスタット１５、冷却液貯蔵容器４より冷却液を循環流路３に戻すための冷却液戻し流路１７、さらに気液分離室４１、換気室４２等を備える点で、前記第１の実施形態に係る冷却装置と同一の構成を有するものである。したがって、以下の第２の実施形態に係る冷却装置についての説明においては、前記第１の実施形態に係る冷却装置と異なる構成を中心に説明し、第１の実施形態と同一の構成に係るものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
この第２の実施形態に係る冷却装置においては、前記第１の実施形態と同様に、燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環する冷却液の温度が、サーモスタット１５によって一定に保たれる。
【００５５】
さらに、本実施形態に係る冷却装置においては、前記換気室４２と、換気用配管５２と、さらに換気用配管５２との連絡点８ａよりも上流側の供給空気配管８の途中に配設されたエアポンプ７と、換気用配管５２の途中に設けられた換気制御手段２３と、前記排気口４２ｂと、その排気口４２ｂに連絡された換気用排気路１８とによって、冷却液貯蔵容器内に滞留する燃料ガスを、燃料電池に供給する供給空気によって換気するガス排出機構が構成される。
【００５６】
このガス排出機構によって、本実施形態においては、冷却液貯蔵容器４内の換気を行うことができる。これは、エアポンプ７により供給空気配管８内を流通して燃料電池１に供給される空気の一部が換気用配管５２および換気流制御手段２３を通って、流入口４１ｃより冷却液貯蔵容器４の気液分離室４１内に流入する。気液分離室４１内に流入した空気は、冷却液貯蔵容器４（気液分離室４１）内に滞留する燃料ガスと混合して、換気室４２を通って排気口４２ｂより換気用排気路１８に排気される気体の流れ、すなわち、換気流を形成する。例えば、供給空気の一部は、供給空気配管８より換気用配管５２を通って冷却液貯蔵容器４の方向（図中、Ｈで示す方向）に流れて、換気流が形成され、これによって、冷却液貯蔵容器４内が換気される。このガス排出機構は、常時、作動させてもよいし、必要に応じて作動させるようにしてもよい。燃料電池１の運転時、このガス排出機構を常時作動させておけば、冷却液貯蔵容器４内を換気して、冷却液より気液分離されて冷却液貯蔵容器４内に滞留する気体、特に燃料ガスを供給空気と混合することで希釈して排気することによって、冷却液貯蔵容器４内の気相部における燃料ガス濃度を低く保つことができる。
【００５７】
また、この第２の実施形態に係る冷却装置において、換気用配管５２の途中に換気流制御手段２３を設けると、換気用配管５を流通する換気流の流量を制御するとともに、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等により、冷却液貯蔵容器４内に滞留される冷却液が換気用配管５２を介して供給空気配管８内に漏出するのを防止するために有効である。例えば、燃料電池を搭載した自動車の走行時に、冷却液貯蔵容器が揺動、傾斜しても冷却液が供給空気配管内に漏出するのを防止して、安定して燃料電池による発電を継続するために有効である。換気流制御手段としては、例えば、逆止弁等を用いることができる。
【００５８】
さらに、前記第２の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度に応じて、前記ガス排出機構が冷却液貯蔵容器４よりのガス排出を制御するようにしてもよい。例えば、図２に示すとおり、冷却液貯蔵容器４の気相部に燃料ガス濃度計２１を設け、この燃料ガス濃度計２１によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、エアポンプ７による供給空気圧の増加、または換気流制御手段２３による換気流の増加等によって前記換気流の流量が増加するようにしてもよい。これによって、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、より多く換気用配管５より気液分離室４１に流入される空気と混合されて希釈され、生じる混合気体が、さらに換気室４２を通って排気口４２ｂより換気用排気路１８から排気される。このとき、燃料ガス濃度計２１は、下部に設けた遮蔽板２１ａによって、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等が生じても冷却液Ａと接触しないように防護されていることが望ましい。
【００５９】
また、前記第２の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度に応じて、前記ガス排出機構が冷却液貯蔵容器４よりのガス排出量を増加させるようにしてもよい。例えば、図２に示すとおり、換気用排気路１８に開閉制御可能な弁２２を設け、この弁２２の開閉を制御することによって、換気用排気路１８より排気される前記混合気体、すなわち、ガス排出量を増加させることができる。すなわち、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに弁２２を開放することによって、一時的にＰＧを低下させることでＰＡ＞ＰＧの関係を作り出し、換気用配管５より導入される空気によって換気流を増大させて、気相部の燃料ガスを希釈し、ガス排出量を増加させる。これによって、冷却液貯蔵容器４の換気量を制御することができる。前記開閉可能な弁としては、例えば、電磁弁、ダイヤフラム弁等を用いることができる。
【００６０】
さらに、前記第２の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記供給空気配管８内の圧力を増大させることによって、冷却液貯蔵容器４内の圧力と供給空気配管８内の圧力との差により換気流の流量を増大させることができ、換気流による冷却液貯蔵容器内の燃料ガスの希釈および排気口４２ｂからの排出を増加させ、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度を低減させることができる。このとき、供給空気配管８内の圧力は、前記エアポンプ７によって増大させることができる。
【００６１】
さらに、前記第２の実施形態において、供給空気配管８内の圧力を増大させたことによって冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度まで低減されたときは、ガス排出機構によって冷却液貯蔵容器４内のガスを排出させるようにしてもよい。このように構成することによって冷却液貯蔵容器の燃料ガス濃度が低減した後にガス排出機構によって冷却液貯蔵容器４内のガスを排出するので、確実に燃料ガス濃度が低減されたガスを系外へ排出することができる。また、ガス排出機構によるガスの排出は、図２に示すように、排気口４２ｂに連絡された換気用排気路１８に設けた開閉制御可能な弁２２を開放して行うことができる。
【００６２】
具体的には、前記冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記ガス排出機構によって前記冷却液貯蔵容器４内の圧力を低下させることで、前記換気流の流量を増加させるようにしてもよい。例えば、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときに、弁２２を開放して冷却液貯蔵容器４内の圧力を低下させる。これによって、冷却液貯蔵容器４内の圧力と排出空気配管１０内の圧力との差により換気流を増大させることができ、換気流による冷却液貯蔵容器内の燃料ガスの希釈および排気口４２ｂからの排出量を増加させ、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度を低減させることができる。
【００６３】
次に、図３に示す本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【００６４】
図３に示す第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置は、燃料電池１と熱交換器２の間に冷却液を循環流通させるための循環流路３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）、熱交換器２より冷却液貯蔵容器４に冷却液の一部を供給する冷却液ガス抜き流路１６、循環流路３内を流通する冷却液の温度を一定に保つためのサーモスタット１５、冷却液貯蔵容器４より冷却液を循環流路３に戻すための冷却液戻し流路１７、さらに気液分離室４１、換気室４２等を備える点で、前記第１の実施形態に係る冷却装置と同一の構成を有するものである。したがって、以下の第３の実施形態に係る冷却装置についての説明においては、前記第１の実施形態に係る冷却装置と異なる構成を中心に説明し、第１の実施形態と同一の構成に係るものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
この第３の実施形態に係る冷却装置においては、前記第１の実施形態と同様に、燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環される冷却液の温度が、サーモスタット１５によって一定に保たれる。
【００６６】
このとき、冷却液貯蔵容器４の気液分離室４１と供給空気配管８とを換気用配管５２を介して連絡させることによって、冷却液貯蔵容器４は、冷却液より分離して気液分離室４１の上部および換気室４２内に形成される気相部と、供給空気配管８内を流通する空気との圧力差に応じて呼吸する。すなわち、冷却液貯蔵容器４の上部（気液分離室４１および換気室４２）に滞留する気体によって形成される気相部の圧力ＰＧと、供給空気配管８を通って燃料電池１に供給される空気の圧力ＰＡ（供給空気圧）との圧力差に応じて、冷却液貯蔵容器４内の気体と供給空気配管８内の空気とが換気用配管５内を、冷却液貯蔵容器４または供給空気配管８のいずれかに向けて押戻され、または移動する。気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも高いときは、図３中、冷却液貯蔵容器４より供給空気配管８に向けて（矢印Ｇで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が換気用配管５を通じて流通して、供給空気配管８側より換気用配管５中に入り込む空気を供給空気配管８に押戻して冷却液貯蔵容器４内の気体が前記供給空気配管６内に排気される。また、気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも低いときは、供給空気配管８より冷却液貯蔵容器４に向けて（矢印Ｇと逆の方向：図３中、矢印Ｈで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が押戻され、空気が冷却液貯蔵容器４内に流入して、気相部の気体が希釈される。これにより、冷却液貯蔵容器４内の気相部が換気される。また、供給空気配管８内に排気された気体（例えば、燃料ガス）は、燃料電池１に供給される空気と混合して、前記燃料電池１のカソード電極の触媒で触媒反応する。
【００６７】
そして、本実施形態に係る冷却装置においては、前記換気室４２と、換気用配管５２と、さらに換気用配管５２との連絡点８ａよりも上流側の供給空気配管８の途中に配設されたエアポンプ７と、前記排気口４２ｂと、その排気口４２ｂに連絡された換気用排気路１８と、換気用排気路１８の途中に設けられたオリフィス２４とによって、冷却液貯蔵容器内に滞留する燃料ガスを、燃料電池に供給する供給空気によって換気するガス排出機構が構成される。オリフィス２４は、換気流制御手段として、換気用排気路１８の通気断面積を絞るものである。このオリフィス２４によって、換気用排気路１８を流通して排気される混合気体の流量を制御し、前記換気流による冷却液貯蔵容器４内の換気を安定的に維持することができる。すなわち、冷却液貯蔵容器４内の換気に充分な換気流量を維持するとともに、過剰な換気流を防止することができる。
【００６８】
このガス排出機構によって、本実施形態においては、前記冷却液貯蔵容器４の呼吸による換気に加えて、さらにガス排出機構により冷却液貯蔵容器４内の換気を行うことができる。これは、エアポンプ７により供給空気配管８内を流通して燃料電池１に供給される空気の供給空気圧を調整し、ＰＡ＞ＰＧとすることによって、供給空気配管８内の空気が換気用配管５２を通って流入口４１ｃより冷却液貯蔵容器４の気液分離室４１内に流入する。気液分離室４１内に流入した空気は、冷却液貯蔵容器４（気液分離室４１）内に滞留する燃料ガスと混合して、換気室４２を通って排気口４２ｂより換気用排気路１８に排気される気体の流れ（以下、「換気流」という）を形成することができる。例えば、エアポンプ７により、供給空気配管８側の供給空気圧を高め、ＰＡ＞ＰＧとなった場合には、供給空気は、供給空気配管８より換気用配管５２を通って冷却液貯蔵容器４の方向（図中、Ｈで示す方向）に流れて換気流が形成され、これによって、冷却液貯蔵容器４内が換気される。このガス排出機構は、常時、作動させてもよいし、必要に応じて作動させるようにしてもよい。燃料電池１の運転時、このガス排出機構を常時作動させておけば、すなわち、エアポンプ７を制御して常にＰＡ＞ＰＧとなるように供給空気圧を制御すれば、冷却液貯蔵容器４内を換気して、冷却液より気液分離されて冷却液貯蔵容器４内に滞留する気体、特に燃料ガスを排気して、冷却液貯蔵容器４内の気相部における燃料ガス濃度を低く保つことができる。
【００６９】
また、この第３の実施形態に係る冷却装置において、冷却液貯蔵容器４内の気相部の燃料ガス濃度に応じて、前記ガス排出機構が冷却液貯蔵容器４よりのガス排出を制御するようにしてもよい。例えば、図３に示すとおり、気液分離室４１に燃料ガス濃度計２１を設け、この燃料ガス濃度計２１によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、エアポンプ７による供給空気圧を増加させＰＡ＞ＰＧとなるように制御して前記換気流が形成されるようにしてもよい。これによって、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、換気用配管５より気液分離室４１に流入される空気と混合されて希釈する。そして、混合気体は、換気室４２を通って排気口４２ｂより換気用排気路１８から排気される。このとき、燃料ガス濃度計２１は、下部に設けた遮蔽板２１ａによって、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等の動作が生じても冷却液Ａと接触しないように防護されていることが望ましい。
【００７０】
さらに、前記第３の実施形態において、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記供給空気配管８内の圧力を増大させることによって、冷却液貯蔵容器４内の圧力と供給空気配管８内の圧力との差により換気流を増大させることができ、換気流による冷却液貯蔵容器内の燃料ガスの希釈および排気口４２ｂからの排出を増加させ、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度を低減させることができる。このとき、供給空気配管８内の圧力は、前記エアポンプ７によって増大させることができる。
【００７１】
【実施例】
次に、前記第３の実施形態と同じ構成を備える冷却装置を有し、燃料ガスとして水素を用いる燃料電池を自動車に搭載して、冷却液貯蔵容器４の換気について実験した結果を図４に示す。
【００７２】
図４は、自動車に搭載された燃料電池における冷却装置において、自動車の実走行時の冷却液貯蔵容器内の水素濃度の推移を示すものである。この冷却装置を備える燃料電池１を定常運転させているとき、燃料電池自動車の走行モータの要求電力に応じて燃料電池の要求出力が変動する。この燃料電池の要求出力によって燃料電池へ供給する供給空気の圧力を変動させるため、図４中、細線で示す通り、冷却液貯蔵容器内の圧力は自然と変動する。ここで、図４中、点線は第３の実施形態におけるガス排出機構を持たないときの冷却液貯蔵容器内の水素濃度を示し、太線は第３の実施形態におけるガス排出機構を設けたときの冷却液貯蔵容器内の水素濃度を示す。この実験では、一定流量の水素が冷却液に混入してくると想定している。
【００７３】
この冷却装置において、冷却液貯蔵容器４の気相部４２内の水素濃度は、冷却液貯蔵容器内の圧力変動に伴って冷却液中の気体と供給空気とが気相部４２で混合され、供給空気とともに燃料電池のカソード電極に供給されているので、冷却液に混入している水素の濃度は管理目標濃度を超えることがない。しかしながら、燃料電池の出力変動が少なく、（例えば一定速度で燃料電池自動車の運転を続けているときなど）燃料電池への供給空気の圧力変動が行われていない、または供給空気の圧力変動が行われていてもその変動幅が小さいときなどは、図４中点線で示すとおり、気相部における水素濃度が高まっている。ここで、第３の実施形態においては、供給空気の圧力変動による換気に加えて、オリフィスによって常時所定流量の換気がされているので、冷却液中に混入した水素は供給空気によって希釈排出され、冷却液貯蔵容器の水素濃度（太線）は相対的にガス排出機構を持たないときの水素濃度（点線）よりも低い濃度に推移している。
【００７４】
以上の図４に示す結果より、本発明の冷却装置によれば、燃料電池の各部より冷却液中に混入される気体、特に燃料ガスを冷却液貯蔵容器内で気液分離して排気し、冷却液貯蔵容器内の燃料ガスを供給空気（または排出空気）によって希釈し系外へ排出できる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の請求項１に記載の燃料電池の冷却装置によれば、冷却液の循環流路に混入した燃料ガスを、燃料電池へ供給される空気または燃料電池から排出される空気によって希釈して低濃度で系外へ排出することができるので、燃料電池の冷却装置の冷却性能の低下を防止することができる。また、従来、熱交換器や冷却液の循環流路内に溜まるにまかせていた気体を、人的整備を必要とせずに、新たな装置を付加することなく簡単な構成で随時排気することができるので、燃料ガスの漏洩による警告や機関停止の必要頻度を低減できるため燃料電池発電システムの使い勝手をより向上できる。
【００７６】
また、少なくとも１本の換気用配管を配設するだけで、冷却液貯蔵容器を呼吸させながら換気することが可能となり、軽量かつ低コストな構成で冷却液中に漏出する気体を随時排気することができる。特に、極間差圧（燃料ガス、空気、冷却液間の圧力差）が生じると燃料電池のセパレータやシール構造などに過負荷がかかるため、燃料ガス、冷却液ともに供給圧力を低く保つか、燃料ガスと冷却液の供給圧力差を少なく制御する必要があるが、本発明は、その場合にも充分適用可能である。
【００７７】
また、本来、燃料電池システムの有する燃料ガス供給・排出圧力が変動する性質を利用し、冷却液貯蔵容器等を呼吸させながら冷却液中に漏出する気体を換気して排気することが可能となるため、変動ガス圧供給手段を軽量化してコストを削減できる。また、冷却液貯蔵容器等に必要充分な換気を供給しながらも過剰な換気を供給することがなく、必要最適量の換気を供給でき無駄な電力消費を回避できる。
【００７８】
また、請求項２に記載の燃料電池の冷却装置によれば、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度に応じて換気流の流量を制御できるので、必要十分な量の換気流の流量を冷却液貯蔵容器内に導入することができ、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度を低濃度に抑えることができる。
【００７９】
また、請求項３に記載の燃料電池の冷却装置によれば、冷却液貯蔵容器内のガス濃度が所定の濃度以上になったときは空気配管内の圧力を増大させるので、冷却液貯蔵容器内の圧力と空気配管内の圧力との差により換気流を増大させることができ、冷却液貯蔵容器内のガス濃度を低減させることができる。
【００８０】
また、請求項４に記載の燃料電池の冷却装置によれば、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が低減した後にガス排出機構によって冷却液貯蔵容器内のガスを排出するので、確実に燃料ガス濃度が低減されたガスを系外へ排出することができる。
【００８１】
また、請求項５に記載の燃料電池の冷却装置によれば、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上になったときは冷却液貯蔵容器内の圧力を低下させるので、冷却液貯蔵容器内の圧力と空気配管内の圧力との差により換気流を増大させることができ、冷却液貯蔵容器内のガス濃度を低減させることができるとともに、換気流によって燃料ガス濃度が低減されたガスを系外へ排出することができる。
【００８２】
また、本発明の冷却装置を備える燃料電池を搭載した自動車においては、供給空気配管における供給空気圧の変動に起因して燃料電池出力電圧、カソードガス（空気）供給用エアポンプの消費電力が変化しても、燃料電池に接続された駆動機器への出力電流を適切に制御することで常時所望の駆動出力を供給することが可能となる。そのため、自動車のドライバビリティが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置による冷却液貯蔵容器内の換気について実験した結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 熱交換器
３ 循環流路
３ａ 流出路
３ｂ 送液路
３ｃ 戻し流路
３ｄ 流入路
３ｅ 調整流路
４ 冷却液貯蔵容器
５、５２ 換気用配管
８ 供給空気配管
９ 燃料ガス供給配管
１０ 空気排出配管
１６ 冷却液ガス抜き流路
１７ 冷却液戻し流路
１９ 調圧弁
４１ 気液分離室
４２ 換気室[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for a fuel cell, and more particularly, to a cooling device for a fuel cell that separates and exhausts gas mixed in a cooling liquid for the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a polymer electrolyte fuel cell, which has attracted attention as a power source of an electric vehicle, can generate power even at room temperature, and is being put to practical use in various applications.
[0003]
This polymer electrolyte fuel cell is generally constituted by arranging a large number of fuel cells formed by partitioning a cathode electrode on one side with a solid polymer electrolyte therebetween and partitioning an anode electrode on the other side. This is a system that generates power by a chemical reaction between oxygen in air supplied to a cathode electrode and fuel gas supplied to an anode electrode (hereinafter, referred to as “power generation reaction”).
However, since such a power generation reaction is an exothermic reaction, the fuel cell needs a cooling device for removing generated heat in order to maintain a stable operation while maintaining the inside of the fuel cell at a constant temperature.
[0004]
Usually, in a fuel cell, a flow path completely separated from a fuel gas (fuel gas) or an oxidizing gas (air) by a separator is provided for each fuel cell, and between the flow path and the heat exchanger. A system for circulating a coolant to cool a fuel cell has been adopted.
[0005]
However, when the fuel cell is used for a long period of time, the sealing member sealing the peripheral portion of the separator may be deteriorated, and the fuel gas and the oxidizing gas may leak into the coolant. Then, the gas such as the fuel gas leaked into the coolant may cause a decrease in the cooling performance or the like.
[0006]
Therefore, in a heat exchange system in which a heat exchange medium is supplied to a fuel cell to perform heat exchange, at least one of a heat exchange means and a heat exchange medium flow path, for example, a top of a radiator (heat exchanger). A fuel gas detecting means is provided at a place where gas separated from the coolant such as an upper part of a certain radiator cap or a reserve tank gathers, and the gas separated from the coolant is detected by the fuel gas detecting means, and the fuel gas into the coolant is detected. A technique has been proposed in which a warning is issued when a gas leak such as that described above is detected (see Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-250570 A (Claims 1, 5, 5, 7 and 8)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, when fuel gas or the like leaks into the coolant, it is detected before a predetermined concentration is reached and a warning is issued, and when the concentration further increases, the operation of the fuel cell is stopped. Although such measures can be taken, humans have had to rely on human maintenance such as removal of accumulated gas from a heat exchanger, a coolant circulation channel, and the like, which was not convenient.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to dilute fuel gas mixed into a circulation passage of a cooling liquid and discharge it at a low concentration. It is possible to maintain the concentration of the gas in the coolant at a low level by ventilating the gas that has been left in the heat exchanger and the coolant circulation channel at any time without the need for human maintenance. Another object of the present invention is to prevent the cooling performance of a cooling device for a fuel cell from deteriorating and further improve the usability of a power generation system using a fuel cell.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is provided with a circulation flow path for circulating a coolant between a heat cell and a fuel cell that generates power by supplying air and a fuel gas. A cooling device for a fuel cell, wherein one of the cooling liquid in the circulation flow path is connected to the circulation flow path via a gas release flow path and is connected to the circulation flow path via a cooling liquid return flow path. A cooling liquid storage container for storing the fuel cell, and an air pipe for flowing air supplied to the fuel cell or air discharged from the fuel cell, wherein the cooling liquid storage container is connected to the air pipe via a ventilation pipe. The fuel cell cooling device according to the invention, further comprising a gas discharge mechanism that is connected to the cooling liquid storage container and discharges the fuel gas remaining in the cooling liquid storage container out of the system by a ventilation flow flowing through the ventilation pipe. Configuration.
[0011]
In this cooling device for a fuel cell, the gas exhaust mechanism ventilates the fuel gas remaining in the coolant storage container by the ventilation flow that flows through the ventilation pipe and is introduced into the coolant storage container.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the cooling device for a fuel cell according to the first aspect, the flow rate of the ventilation flow is controlled according to a fuel gas concentration in the coolant storage container. And
[0013]
In this fuel cell cooling device, the gas discharge mechanism controls the flow rate of the ventilation flow introduced into the coolant storage container through the ventilation pipe according to the fuel gas concentration in the coolant storage container. Fuel gas remaining in the coolant storage container is ventilated.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the cooling device for a fuel cell according to the second aspect, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container reaches a predetermined concentration or more, the cooling liquid storage is performed. It is characterized by increasing the ventilation volume of the container.
[0015]
In this cooling device for a fuel cell, when the concentration of the fuel gas in the coolant storage container becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the gas exhaust mechanism is provided with a ventilation flow introduced into the coolant storage container through the ventilation pipe. As a result, the fuel gas staying in the coolant storage container is ventilated by increasing the ventilation amount of the coolant storage container.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the cooling device for a fuel cell according to the third aspect, the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container is reduced to a predetermined value by increasing the pressure in the air pipe. When the concentration is reduced, the gas in the coolant storage container is discharged by the gas discharge mechanism.
[0017]
In this cooling device for a fuel cell, the pressure in the cooling fluid storage container is increased by increasing the pressure in the air piping, thereby introducing a ventilation flow into the cooling fluid storage container to reduce the fuel gas concentration in the cooling fluid storage container to a predetermined concentration. When the pressure is reduced to below, the gas in the coolant storage container is discharged by the gas discharge mechanism.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the cooling device for a fuel cell according to the second aspect, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container reaches a predetermined concentration or more, the gas discharging mechanism may be used. Reducing the pressure in the cooling liquid storage container to increase the flow rate of the ventilation flow.
[0019]
In this cooling device for a fuel cell, when the fuel gas concentration in the coolant storage container reaches a predetermined concentration, the pressure in the coolant storage container is reduced by the gas discharge mechanism to flow through the ventilation pipe. The flow rate of the ventilation flow is increased, and the gas in the coolant storage container is ventilated.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell cooling device according to a first embodiment of the present invention.
[0021]
As shown in FIG. 1, a cooling device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention includes a heat exchanger 2 for cooling a coolant supplied to a fuel cell 1, and a fuel cell 1 and a heat exchanger. A cooling fluid storage container for storing a part of the cooling fluid in the circulation flow channel; and a ventilation pipe.
[0022]
The fuel cell 1 is configured by stacking a plurality of fuel cells in which a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane or the like is sandwiched between both sides of an anode electrode and a cathode electrode, and further sandwiched by separators. When hydrogen gas is supplied as a fuel gas to the anode electrode and air containing oxygen is supplied as an oxidant gas to the cathode electrode, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and pass through the cathode electrode. To generate electricity by generating an electrochemical reaction with oxygen by the catalyst of the cathode electrode to generate water. This power generation reaction is an exothermic reaction, and the temperature of the fuel cell is maintained at about 70 ° C. by circulating cooling water on the surface of the separator opposite to the anode or cathode electrode in order to ensure reaction efficiency. . The power generated by the fuel cell is supplied to, for example, a running motor of a fuel cell vehicle (not shown) to drive the vehicle.
[0023]
The fuel cell 1 is a device that performs power generation reaction between air purified by an air cleaner 6 and supplied through a supply air pipe 8 by an air pump 7 and fuel gas supplied through a fuel gas supply pipe 9. After the power generation reaction, air not consumed by the reaction is exhausted through a discharge air pipe 10, and fuel gas not consumed by the power generation reaction is discharged from the fuel cell 1 through a fuel gas discharge pipe 11. Further, the fuel cell 1 includes an inlet 12 and an outlet 13 for the coolant. Examples of the fuel gas include hydrogen, hydrocarbons, reformed gas obtained by reforming hydrocarbons, and methanol.
[0024]
The heat exchanger 2 cools the coolant by causing heat exchange between an inlet 2a into which the coolant returned from the fuel cell 1 flows through the circulation flow path 3 and a secondary coolant (not shown) and the coolant. A heat exchanger body 2b to be cooled and an outlet 2c through which a coolant cooled by heat exchange flows out. The heat exchanger 2 may be a liquid cooling system using water or other liquid as a secondary cooling medium, or an air cooling system using air as a secondary cooling medium.
Further, the heat exchanger 2 includes a coolant-gas outlet 2 d through which a part of the coolant flowing from the inlet 2 a through the circulation channel 3 flows through the coolant storage container 4.
[0025]
The circulation channel 3 is a channel for circulating the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 so that the coolant can exchange heat. The circulation channel 3 includes an outflow channel 3a, a liquid supply channel 3b, a return channel 3c, and an inflow channel. It is composed of a path 3d and an adjustment flow path 3e.
The outflow passage 3a is a flow passage that communicates between the outlet 13 of the fuel cell 1 and the coolant pump 14 and through which the coolant flowing out of the fuel cell 1 flows.
[0026]
The liquid feed passage 3b communicates between the coolant pump 14 and the inlet 12 of the heat exchanger 2, flows through the outlet passage 3a, flows into the coolant pump 14, and is pressurized by the coolant pump 14. The flow path through which the cooling liquid flows.
The return flow path 3c is a flow path that communicates between the outlet 2c of the heat exchanger 2 and the thermostat 15 and is cooled by the heat exchanger 2 and the coolant that flows out of the outlet 2c flows through the thermostat 15. is there.
[0027]
The inflow path 3 d is a flow path that communicates between the thermostat 15 and the inlet 12 of the fuel cell 1 so that the coolant flowing out of the thermostat 15 flows to the inlet 12 of the fuel cell 1.
[0028]
The adjustment flow path 3e communicates between the liquid supply path 3b and the thermostat 15, and the temperature of the cooling liquid supplied into the fuel cell 1 from the inflow port 12 through the inflow path 3d by the thermostat 15 falls within a predetermined range. This is a flow path for joining a part of the cooling liquid flowing through the liquid feeding path 3b with the cooling liquid flowing into the thermostat 15 from the return flow path 3c.
[0029]
The thermostat 15 passes through the cooling liquid C flowing from the heat exchanger 2 through the return flow path 3c, the cooling liquid B flowing from the cooling liquid storage container 4 through the cooling liquid return flow path 17, and passes through the regulating flow path 3e. In accordance with the respective temperatures of the cooling liquid D flowing in, the inflow paths of the respective flow paths are opened and closed to mix the cooling liquids B, C, and D, flow out from the outlet 15a, and flow through the inflow path 3d. This is a device having a function of maintaining the temperature of the coolant supplied from the inlet 12 into the fuel cell 1 at a predetermined temperature.
[0030]
Further, the cooling liquid storage container 4 is provided with a gas-liquid separation chamber 41 and a ventilating protruding upward from an upper part of the gas-liquid separation chamber 41 and communicating with the gas-liquid separation chamber 41 through the opening 42a. And a gas exhaust mechanism. The cooling liquid storage container 4 has a function as a gas-liquid separator for storing a part of the cooling liquid in the circulation flow path 3 at the lower part and storing the gas separated from the cooling liquid at the upper part.
[0031]
In the coolant storage container 4, the gas-liquid separation chamber 41 is connected to the heat exchanger 2 via the coolant gas vent channel 16. The tip 16 a of the coolant gas vent channel 16 is configured to separate the gas contained in the coolant flowing from the heat exchanger 2 into gas and liquid, and float and stay in the upper space of the gas and liquid separation chamber 41. The cooling liquid A staying in the gas-liquid separation chamber 41 is disposed below the liquid level.
[0032]
The gas-liquid separation chamber 41 is connected to the circulation channel 3 via the coolant return channel 17. The tip 17a of the coolant return passage 17 is provided with a cooling fluid that stays in the lower portion of the coolant storage container 4 so that the coolant flowing in the circulation passage 3 and the coolant in the coolant storage container 4 communicate with each other. The liquid A is disposed below the liquid level.
[0033]
Further, the gas-liquid separation chamber 41 is connected to the exhaust air pipe 10 via the ventilation pipe 5. Further, the ventilation chamber 42 of the cooling liquid storage container 4 protrudes upward above the gas-liquid separation chamber 41, communicates with the gas-liquid separation chamber 41 through an opening 42a, and further has an exhaust port 42b. Is connected to a ventilation exhaust passage 18.
[0034]
In the cooling device according to the present embodiment, the ventilating chamber 42, the ventilation pipe 5, and further disposed in the exhaust air pipe 10 on the downstream side of the connection point 10 a with the ventilation pipe 5. The pressure regulating valve 19, the exhaust port 42b, and the ventilation exhaust path 18 connected to the exhaust port 42b allow the fuel gas remaining in the coolant storage container to be ventilated by air discharged from the fuel cell. An ejection mechanism is configured.
[0035]
The pressure control valve 19 adjusts the discharge air pressure of the discharge air discharged from the fuel cell 1 and discharged through the discharge air pipe 10. The cooling air storage pressure is adjusted by the pressure control valve 19. The ventilation in 4 is controlled.
[0036]
Next, cooling of the fuel cell 1 in the cooling device according to the first embodiment will be described, and ventilation of fuel gas in the coolant storage container 4 will be described.
[0037]
In this cooling device for a fuel cell, air is purified by an air cleaner 6 and then supplied into the fuel cell 1 through a supply air pipe 8 by an air pump 7. This air and the fuel gas supplied through the fuel gas supply pipe 9 generate a power generation reaction to generate power. After the power generation reaction, the air not consumed by the power generation reaction is exhausted from the fuel cell 1 through the exhaust air pipe 10, and the fuel gas not consumed by the power generation reaction is discharged from the fuel cell 1 through the fuel gas discharge pipe 11. .
[0038]
At this time, the heat generated due to the power generation reaction is supplied into the fuel cell 1 from the inlet 12 and is absorbed by the cooling liquid flowing through the flow path provided in the fuel cell 1. Is maintained at a predetermined temperature.
[0039]
The coolant that has absorbed the heat flows out of the outlet 13 and flows in the order of the outflow path 3a of the circulation flow path 3, the coolant pump 14, and the liquid feed path 3b. Portion flows through the regulating flow passage 3e as the coolant D to the thermostat 15, and most of the heat flows into the heat exchanger 2 from the inlet 2a and exchanges heat with the secondary cooling medium in the heat exchanger body 2b. And cooled. After the heat exchange, the coolant flows out of the outlet 2c of the heat exchanger 2, flows through the return passage 3c, and flows into the thermostat 15.
[0040]
In the thermostat 15, the cooling liquid C flowing from the heat exchanger 2 through the return flow path 3c, the cooling liquid B flowing from the cooling liquid storage container 4 through the cooling liquid return flow path 17, and the adjustment flow path 3e are formed. By opening and closing the inflow paths of the respective flow paths according to the respective temperatures of the cooling liquid D flowing through, the cooling liquids B, C, and D are mixed, and the cooling liquid adjusted to a predetermined temperature flows out. Then, the fuel is supplied from the inflow port 12 into the fuel cell 1 through the inflow path 3d. The inside of the fuel cell 1 is cooled by the cooling liquid supplied into the fuel cell 1.
[0041]
As described above, the cooling device of the present invention circulates the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 through the circulation channel 3 to maintain the inside of the fuel cell 1 at a predetermined temperature, The stable operation of the battery 1 can be achieved.
[0042]
Further, in the coolant storage container 4, a part E of the coolant flowing into the heat exchanger 2 from the inlet 2a passes through the coolant gas vent channel 16 from the coolant-gas outlet 2d, and the leading end of the coolant E flows from the coolant-gas outlet 2d. From 16a, it flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the cooling liquid storage container 4. At this time, the gas mixed in the cooling liquid separates and floats above the liquid surface of the cooling liquid A, stays in the upper space of the gas-liquid separation chamber 41, and the cooling liquid flows into the lower part of the gas-liquid separation chamber 41. Stay. The coolant A staying in the lower portion of the gas-liquid separation chamber 41 flows into the thermostat 15 as the coolant B via the coolant return flow path 17. Since the coolant storage container 4 is in communication with the discharge air pipe 10, the coolant storage container 4 flows through the inflow path 3 d of the circulation flow path 3 by the pressure of the discharge air discharged from the fuel cell 1 through the discharge air pipe 10. Apply pressure to the coolant. The pressure of the cooling liquid in the gas phase portion of the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure of the exhaust air. Thereafter, a pressure loss is caused by flowing through the circulation flow path 3. 3, the pressure difference between the pressure of the coolant supplied to the fuel cell 1 and the pressure of the exhaust air discharged from the fuel cell 1 is equal to the pressure loss of the coolant. Is lower than the pressure of the exhaust air. With this configuration, the pressure difference between the flow path of the coolant and the flow path of the air in the stack of the fuel cells 1 having the stacked structure is maintained within a predetermined range.
[0043]
Since the coolant storage container 4 and the discharge air pipe 10 are connected to each other via the ventilation pipe 5, the coolant storage container 4 is separated from the coolant and stays in the upper portion of the coolant storage container 4. It breathes according to the pressure difference between the gas to be discharged and the exhaust air flowing through the exhaust air pipe 10. That is, the pressure PG of the gas phase formed by the gas stagnating in the upper portion of the coolant storage container 4 and the pressure PA (discharge air pressure) of the discharge air discharged from the fuel cell 1 through the discharge air pipe 10. Depending on the pressure difference, the gas in the cooling liquid storage container 4 and the air in the discharge air pipe 10 push back the ventilation pipe 5 toward either the cooling liquid storage container 4 or the discharge air pipe 10. Be or move. When the pressure PG of the gas is higher than the pressure PA of the exhaust air, the gas in the coolant storage container 4 is discharged from the coolant storage container 4 toward the exhaust air pipe 10 (in the direction indicated by the arrow G) in FIG. Air flowing through the ventilation pipe 5 and entering the ventilation pipe 5 from the discharge air pipe 10 side is pushed back to the discharge air pipe 10, and the gas in the coolant storage container 4 is exhausted into the discharge air pipe 10. The inside of the coolant storage container 4 is ventilated. Further, when the pressure PG of the gas phase is lower than the pressure PA of the exhaust air, the gas in the coolant storage container 4 is directed from the exhaust air pipe 10 toward the coolant storage container 4 (in the direction indicated by the arrow H). It is pushed back, and air flows into the cooling liquid storage container 4, and the gas in the gas phase is diluted by the air.
[0044]
The pressure of the gas phase in the coolant storage container 4 and the pressure of the exhaust air in the exhaust air pipe 10 become substantially equal by breathing (PA = PG). Further, as described above, the pressure of the coolant in the coolant storage container 4 is substantially equal to the pressure of the gas phase, and thereafter, the coolant flows through the circulation flow path 3 before being supplied to the fuel cell 1. Although the pressure loss occurs due to the circulation, the pressure loss is substantially constant irrespective of the pressure of the coolant in the circulation flow path 3. Therefore, the pressure loss of the coolant supplied to the fuel cell 1 and the pressure loss of the fuel cell 1 The pressure of the discharged air is such that the pressure of the cooling liquid is lower than the pressure of the supplied air by the pressure loss (PA> PL). Therefore, when the pressure (PA) of the exhaust air rises or falls due to fluctuations in the output of the fuel cell 1 or the like, the pressure is transmitted to the coolant in the coolant storage container 4 accordingly, thereby maintaining the relationship of PA> PL, The pressure balance between the coolant and the air in the stack of the fuel cell 1 is maintained.
[0045]
In the present embodiment, in addition to the ventilation of the coolant storage container 4 by breathing, the interior of the coolant storage container 4 can be further ventilated by the gas discharge mechanism. This is because the air in the discharge air pipe 10 passes through the ventilation pipe 5 by adjusting the discharge air pressure of the discharge air discharged through the discharge air pipe 10 by the pressure regulating valve 19 so that PA> PG. Then, it flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the cooling liquid storage container 4 from the inflow port 41c. The air that has flowed into the gas-liquid separation chamber 41 mixes with the fuel gas remaining in the cooling liquid storage container 4 (the gas-liquid separation chamber 41), passes through the ventilation chamber 42, and is discharged from the exhaust port 42b through the ventilation exhaust path 18 Of the exhaust gas (hereinafter referred to as “ventilation flow”). For example, if the pressure regulating valve 19 is throttled to increase the discharge air pressure on the discharge air pipe 10 side, the discharge air passes through the ventilation pipe 8 from the discharge air pipe 10 to the direction of the coolant storage container 4 (indicated by G in the figure). Direction), and a ventilation flow is formed, whereby the inside of the coolant storage container 4 is ventilated. This gas discharge mechanism may be operated at all times, or may be operated as needed. If the gas discharge mechanism is always operated during the operation of the fuel cell 1, that is, if the discharge air pressure is controlled so that PA> PG by controlling the pressure regulating valve 19, the inside of the coolant storage container 4 will be maintained. Ventilation is performed to exhaust gas, particularly fuel gas, which is separated from the coolant by gas-liquid separation and stays in the coolant storage container 4, so that the fuel gas concentration in the gas phase portion of the coolant storage container 4 can be kept low. .
[0046]
Further, in the first embodiment, the gas discharge mechanism may control the gas discharge from the coolant storage container 4 according to the fuel gas concentration in the gas phase in the coolant storage container 4. . For example, as shown in FIG. 1, a fuel gas concentration meter 21 is provided in the gas-liquid separation chamber 41 of the cooling liquid storage container 4, and when the fuel gas concentration measured by the fuel gas concentration meter 21 becomes equal to or higher than a predetermined concentration. Alternatively, the ventilation flow may be formed by restricting the pressure regulating valve 19 so that PG> PA. As a result, the gas in the gas phase formed in the coolant storage container 4 is mixed with the air flowing into the gas-liquid separation chamber 41 from the ventilation pipe 5, and the diluted mixed gas is further mixed with the ventilation chamber 42. Then, the air is exhausted from the exhaust port 42b through the ventilation exhaust path 18. At this time, the fuel gas concentration meter 21 may be protected from being in contact with the coolant A by the swinging or tilting of the coolant storage container 4 by the shielding plate 21a provided at the lower portion.
[0047]
Further, in the first embodiment, the gas discharge mechanism controls the flow rate of the ventilation flow according to the fuel gas concentration in the gas phase portion in the coolant storage container 4, so that The gas emission may be increased. For example, as shown in FIG. 1, by controlling the opening and closing of a valve 22 that can be controlled to open and close provided in the ventilation exhaust passage 18, it is possible to increase the discharge amount of the mixed gas exhausted from the ventilation exhaust passage 18. it can. That is, by opening the valve 22 when the fuel gas concentration in the gas phase portion in the coolant storage container 4 becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the relationship of PA> PG is created by temporarily lowering PG, The ventilation flow is increased by the air introduced from the ventilation pipe 5, thereby diluting the fuel gas in the gas phase and increasing the gas discharge. Thereby, the ventilation amount of the cooling liquid storage container 4 can be controlled. As the openable / closable valve 22, for example, an electromagnetic valve, a diaphragm valve or the like can be used.
[0048]
Further, in the first embodiment, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the pressure in the discharge air pipe 10 is increased to thereby increase the coolant storage container 4. The ventilation flow can be increased by the difference between the internal pressure and the pressure in the discharge air pipe 10, and the dilution of the fuel gas in the coolant storage container and the discharge from the exhaust port 42 b due to the ventilation flow are increased, and the cooling fluid is increased. The fuel gas concentration in the storage container 4 can be reduced. At this time, the pressure in the discharge air pipe 10 can be increased by restricting the pressure regulating valve 19.
[0049]
Further, in the first embodiment, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 is reduced to a predetermined concentration by increasing the pressure in the discharge air pipe 10, the gas discharge mechanism is opened. Thus, the gas in the cooling liquid storage container 4 may be discharged. With this configuration, the gas in the cooling liquid storage container 4 is discharged by the gas discharge mechanism after the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container is reduced, so that the gas with the reduced fuel gas concentration is reliably sent out of the system. Can be discharged. The fuel gas concentration in the coolant storage container 4 can be detected by providing the fuel gas concentration meter 21. In addition, as shown in FIG. 1, the opening of the gas discharge mechanism can be performed by opening the valve 22 that can be controlled to open and close provided in the ventilation exhaust passage 18 connected to the exhaust port 42b.
[0050]
Further, in the first embodiment, when the ventilation capacity of the coolant storage container is insufficient, the inside of the coolant storage container may be ventilated by opening the gas discharge mechanism. For example, when the fuel gas concentration measured by the fuel gas concentration meter 21 becomes equal to or higher than a predetermined concentration and the fuel gas concentration still does not become equal to or lower than the predetermined concentration after a lapse of a predetermined time, the gas discharge mechanism may be opened. Thereby, the inside of the coolant storage container 4 may be ventilated. The opening of the gas discharge mechanism can be performed by opening and closing the openable valve 22 and the like.
[0051]
Specifically, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the pressure in the cooling liquid storage container 4 is reduced by the gas discharge mechanism, so that the ventilation flow is reduced. May be increased. For example, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the valve 22 is opened to reduce the pressure in the coolant storage container 4. Thereby, the ventilation flow can be increased by the difference between the pressure in the cooling liquid storage container 4 and the pressure in the discharge air pipe 10, and the ventilation gas dilutes the fuel gas in the cooling liquid storage container and the exhaust air 42b. And the concentration of fuel gas in the coolant storage container 4 can be reduced.
[0052]
Next, a cooling device for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing a cooling device for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
[0053]
The cooling device for a fuel cell according to the second embodiment shown in FIG. 2 has a circulation flow path 3 (3a, 3b, 3c, 3d, 3c, 3d) for circulating a coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2. 3e) a coolant gas vent channel 16 for supplying a portion of the coolant from the heat exchanger 2 to the coolant storage container 4, and a thermostat 15 for keeping the temperature of the coolant flowing in the circulation channel 3 constant. The cooling according to the first embodiment in that a cooling liquid return flow path 17 for returning the cooling liquid from the cooling liquid storage container 4 to the circulation flow path 3, a gas-liquid separation chamber 41, a ventilation chamber 42 and the like are provided. It has the same configuration as the device. Therefore, in the following description of the cooling device according to the second embodiment, the description will focus on the configuration different from that of the cooling device according to the first embodiment, and the same configuration as that of the first embodiment will be described. Are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0054]
In the cooling device according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the temperature of the coolant circulating between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 via the circulation flow path 3 is a thermostat. 15 keeps it constant.
[0055]
Furthermore, in the cooling device according to the present embodiment, the ventilation chamber 42, the ventilation pipe 52, and the supply air pipe 8 further upstream of the connection point 8a with the ventilation pipe 52 are disposed. The air pump 7, the ventilation control means 23 provided in the middle of the ventilation pipe 52, the exhaust port 42b, and the ventilation exhaust path 18 connected to the exhaust port 42b stay in the coolant storage container. A gas exhaust mechanism is configured to ventilate the fuel gas with supply air supplied to the fuel cell.
[0056]
In the present embodiment, the ventilation inside the coolant storage container 4 can be performed by the gas discharge mechanism. This is because part of the air that is supplied to the fuel cell 1 through the supply air pipe 8 by the air pump 7 passes through the ventilation pipe 52 and the ventilation flow control means 23, and flows from the inlet 41 c to the coolant storage container 4. Flows into the gas-liquid separation chamber 41. The air that has flowed into the gas-liquid separation chamber 41 mixes with the fuel gas remaining in the cooling liquid storage container 4 (the gas-liquid separation chamber 41), passes through the ventilation chamber 42, and is discharged from the exhaust port 42b through the ventilation exhaust path 18 To form a flow of gas, ie, a ventilation flow. For example, a part of the supply air flows from the supply air pipe 8 through the ventilation pipe 52 in the direction of the coolant storage container 4 (the direction indicated by H in the drawing), and a ventilation flow is formed. The inside of the coolant storage container 4 is ventilated. This gas discharge mechanism may be operated at all times, or may be operated as needed. If the gas discharge mechanism is constantly operated during the operation of the fuel cell 1, the inside of the coolant storage container 4 is ventilated, and the gas separated from the coolant by gas and liquid and staying in the coolant storage container 4, particularly, By diluting and exhausting the fuel gas by mixing it with the supply air, the fuel gas concentration in the gas phase in the coolant storage container 4 can be kept low.
[0057]
In the cooling device according to the second embodiment, when the ventilation flow control means 23 is provided in the middle of the ventilation pipe 52, the flow rate of the ventilation flow flowing through the ventilation pipe 5 is controlled, and the cooling liquid storage container is provided. It is effective to prevent the cooling liquid retained in the cooling liquid storage container 4 from leaking into the supply air pipe 8 through the ventilation pipe 52 due to the swinging, inclination, etc. of the 4. For example, when a vehicle equipped with a fuel cell is running, the coolant is prevented from leaking into the supply air pipe even if the coolant storage container swings and tilts, and power generation by the fuel cell is stably continued. It is effective for. As the ventilation flow control means, for example, a check valve or the like can be used.
[0058]
Further, in the second embodiment, the gas discharge mechanism may control the gas discharge from the coolant storage container 4 in accordance with the fuel gas concentration in the gas phase in the coolant storage container 4. . For example, as shown in FIG. 2, a fuel gas concentration meter 21 is provided in a gas phase portion of the coolant storage container 4, and when the fuel gas concentration measured by the fuel gas concentration meter 21 becomes equal to or higher than a predetermined concentration, an air pump is provided. 7, the flow rate of the ventilation flow may be increased by the increase in the supply air pressure by the ventilation flow control means 7, or the increase in the ventilation flow by the ventilation flow control means 23. As a result, more gas in the gas phase formed in the coolant storage container is mixed and diluted with more air flowing into the gas-liquid separation chamber 41 from the ventilation pipe 5, and the resulting mixed gas is further ventilated. The air is exhausted from the ventilation exhaust passage 18 through the exhaust port 42 b through the chamber 42. At this time, it is desirable that the fuel gas concentration meter 21 is protected by the shielding plate 21a provided at the lower portion so as not to come into contact with the coolant A even if the coolant storage container 4 swings or tilts.
[0059]
In the second embodiment, the gas discharge mechanism may increase the amount of gas discharged from the coolant storage container 4 according to the fuel gas concentration in the gas phase in the coolant storage container 4. Good. For example, as shown in FIG. 2, a valve 22 that can be controlled to open and close is provided in the ventilation exhaust passage 18, and by controlling the opening and closing of the valve 22, the mixed gas exhausted from the ventilation exhaust passage 18, that is, the gas Emissions can be increased. That is, by opening the valve 22 when the fuel gas concentration in the gas phase portion in the coolant storage container 4 becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the relationship of PA> PG is created by temporarily lowering PG, The ventilation flow is increased by the air introduced from the ventilation pipe 5, thereby diluting the fuel gas in the gas phase and increasing the gas discharge. Thereby, the ventilation amount of the cooling liquid storage container 4 can be controlled. As the openable / closable valve, for example, an electromagnetic valve, a diaphragm valve, or the like can be used.
[0060]
Further, in the second embodiment, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the pressure in the supply air pipe 8 is increased to thereby increase the coolant storage container 4. The flow rate of the ventilation flow can be increased by the difference between the internal pressure and the pressure in the supply air pipe 8, and the dilution of the fuel gas in the coolant storage container by the ventilation flow and the discharge from the exhaust port 42 b are increased, The fuel gas concentration in the coolant storage container 4 can be reduced. At this time, the pressure in the supply air pipe 8 can be increased by the air pump 7.
[0061]
Further, in the second embodiment, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container 4 is reduced to a predetermined concentration by increasing the pressure in the supply air pipe 8, the cooling liquid is discharged by the gas discharging mechanism. The gas in the storage container 4 may be discharged. With this configuration, the gas in the cooling liquid storage container 4 is discharged by the gas discharge mechanism after the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container is reduced, so that the gas with the reduced fuel gas concentration is reliably sent out of the system. Can be discharged. Further, as shown in FIG. 2, gas can be discharged by the gas discharge mechanism by opening and closing the controllable valve 22 provided in the ventilation exhaust path 18 connected to the exhaust port 42b.
[0062]
Specifically, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the pressure in the cooling liquid storage container 4 is reduced by the gas discharge mechanism, so that the ventilation flow is reduced. May be increased. For example, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the valve 22 is opened to reduce the pressure in the coolant storage container 4. Thereby, the ventilation flow can be increased by the difference between the pressure in the cooling liquid storage container 4 and the pressure in the discharge air pipe 10, and the ventilation gas dilutes the fuel gas in the cooling liquid storage container and the exhaust air 42b. And the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 can be reduced.
[0063]
Next, a cooling device for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell cooling device according to a third embodiment of the present invention.
[0064]
The cooling device for a fuel cell according to the third embodiment shown in FIG. 3 has a circulation flow path 3 (3a, 3b, 3c, 3d, 3b, 3c, 3d) for circulating the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2. 3e) a coolant gas vent channel 16 for supplying a portion of the coolant from the heat exchanger 2 to the coolant storage container 4, and a thermostat 15 for keeping the temperature of the coolant flowing in the circulation channel 3 constant. The cooling according to the first embodiment in that a cooling liquid return flow path 17 for returning the cooling liquid from the cooling liquid storage container 4 to the circulation flow path 3, a gas-liquid separation chamber 41, a ventilation chamber 42 and the like are provided. It has the same configuration as the device. Therefore, in the following description of the cooling device according to the third embodiment, the description will focus on the configuration different from that of the cooling device according to the first embodiment, and the configuration according to the same configuration as the first embodiment will be described. Are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0065]
In the cooling device according to the third embodiment, similarly to the first embodiment, the temperature of the coolant circulated between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 via the circulation channel 3 is: It is kept constant by the thermostat 15.
[0066]
At this time, by connecting the gas-liquid separation chamber 41 of the coolant storage container 4 and the supply air pipe 8 via the ventilation pipe 52, the coolant storage vessel 4 is separated from the coolant and separated from the gas-liquid separation chamber. Breathing is performed according to the pressure difference between the gas phase formed in the upper part of 41 and the ventilation chamber 42 and the air flowing through the supply air pipe 8. That is, the gas is supplied to the fuel cell 1 through the pressure PG of the gas phase formed by the gas staying in the upper part of the coolant storage container 4 (the gas-liquid separation chamber 41 and the ventilation chamber 42) and the supply air pipe 8. Depending on the pressure difference from the air pressure PA (supply air pressure), the gas in the coolant storage container 4 and the air in the supply air pipe 8 pass through the ventilation pipe 5 through the coolant storage container 4 or the supply air pipe. 8 is pushed back or moved. When the pressure PG of the gas is higher than the pressure PA of the air, the gas in the coolant storage container 4 is ventilated from the coolant storage container 4 toward the supply air pipe 8 (in the direction indicated by the arrow G) in FIG. The air that flows through the supply pipe 5 and enters the ventilation pipe 5 from the supply air pipe 8 side is pushed back to the supply air pipe 8, and the gas in the coolant storage container 4 is exhausted into the supply air pipe 6. . When the pressure PG of the gas is lower than the pressure PA of the air, the cooling is performed from the supply air pipe 8 toward the cooling liquid storage container 4 (the direction opposite to the arrow G: the direction indicated by the arrow H in FIG. 3). The gas in the liquid storage container 4 is pushed back, and the air flows into the cooling liquid storage container 4 to dilute the gas in the gas phase. As a result, the gas phase in the coolant storage container 4 is ventilated. The gas (for example, fuel gas) exhausted into the supply air pipe 8 is mixed with the air supplied to the fuel cell 1 and catalytically reacts with the catalyst of the cathode electrode of the fuel cell 1.
[0067]
And in the cooling device concerning this embodiment, it was arranged in the middle of the above-mentioned ventilation room 42, the ventilation piping 52, and the supply air piping 8 more upstream than the connection point 8a with the ventilation piping 52. Fuel retained in the coolant storage container by the air pump 7, the exhaust port 42 b, the ventilation exhaust path 18 connected to the exhaust port 42 b, and the orifice 24 provided in the middle of the ventilation exhaust path 18. A gas exhaust mechanism is configured to ventilate the gas with supply air supplied to the fuel cell. The orifice 24 serves as a ventilation flow control means for reducing the cross-sectional area of the ventilation exhaust passage 18. The orifice 24 controls the flow rate of the mixed gas exhausted through the ventilation exhaust passage 18 and stably maintains the ventilation in the coolant storage container 4 by the ventilation flow. That is, while maintaining a sufficient ventilation flow rate for ventilation in the cooling liquid storage container 4, an excessive ventilation flow can be prevented.
[0068]
In this embodiment, in addition to the ventilation by the breathing of the coolant storage container 4 in the present embodiment, the gas discharge mechanism can further perform ventilation in the coolant storage container 4 by the gas discharge mechanism. This is because the air in the supply air pipe 8 is adjusted by adjusting the supply air pressure of the air supplied to the fuel cell 1 through the supply air pipe 8 by the air pump 7 so that PA> PG. Flows into the gas-liquid separation chamber 41 of the cooling liquid storage container 4 from the inflow port 41c. The air that has flowed into the gas-liquid separation chamber 41 mixes with the fuel gas remaining in the cooling liquid storage container 4 (the gas-liquid separation chamber 41), passes through the ventilation chamber 42, and passes through the exhaust port 42 b through the ventilation exhaust passage 18. (Hereinafter referred to as “ventilation flow”). For example, when the supply air pressure on the supply air pipe 8 side is increased by the air pump 7 and PA> PG, the supply air passes from the supply air pipe 8 through the ventilation pipe 52 to the direction of the coolant storage container 4. (In the direction indicated by H in the figure) to form a ventilation flow, whereby the inside of the coolant storage container 4 is ventilated. This gas discharge mechanism may be operated at all times, or may be operated as needed. If the gas discharge mechanism is constantly operated during operation of the fuel cell 1, that is, if the supply air pressure is controlled so that PA> PG by controlling the air pump 7, the inside of the coolant storage container 4 is ventilated. Then, the gas, particularly the fuel gas, which is separated from the coolant by the gas-liquid separation and stays in the coolant storage container 4, is exhausted, so that the fuel gas concentration in the gas phase portion in the coolant storage container 4 can be kept low. .
[0069]
Further, in the cooling device according to the third embodiment, the gas discharge mechanism controls the gas discharge from the coolant storage container 4 according to the fuel gas concentration in the gas phase in the coolant storage container 4. It may be. For example, as shown in FIG. 3, a fuel gas concentration meter 21 is provided in the gas-liquid separation chamber 41, and when the fuel gas concentration measured by the fuel gas concentration meter 21 exceeds a predetermined concentration, the air pressure supplied by the air pump 7 is increased. May be increased so that PA> PG so that the ventilation flow is formed. Thereby, the gas in the gas phase formed in the cooling liquid storage container is mixed with the air flowing into the gas-liquid separation chamber 41 from the ventilation pipe 5 to be diluted. Then, the mixed gas passes through the ventilation chamber 42 and is exhausted from the ventilation exhaust passage 18 through the exhaust port 42b. At this time, the fuel gas concentration meter 21 is protected by the shield plate 21a provided at the lower portion so that the fuel gas concentration meter 21 does not come into contact with the coolant A even when the coolant storage container 4 swings or tilts. desirable.
[0070]
Further, in the third embodiment, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container 4 reaches a predetermined concentration or more, the pressure in the supply air pipe 8 is increased to thereby increase the cooling liquid storage container 4. The ventilation flow can be increased by the difference between the internal pressure and the pressure in the supply air piping 8, and the dilution of the fuel gas in the coolant storage container by the ventilation flow and the discharge from the exhaust port 42b are increased, and the cooling fluid is increased. The fuel gas concentration in the storage container 4 can be reduced. At this time, the pressure in the supply air pipe 8 can be increased by the air pump 7.
[0071]
【Example】
Next, FIG. 4 shows a result of an experiment on ventilation of the cooling liquid storage container 4 having a cooling device having the same configuration as that of the third embodiment and mounting a fuel cell using hydrogen as a fuel gas on an automobile. Show.
[0072]
FIG. 4 shows the transition of the hydrogen concentration in the coolant storage container during the actual running of the vehicle in the cooling device for the fuel cell mounted on the vehicle. When the fuel cell 1 including the cooling device is operated in a steady state, the required output of the fuel cell fluctuates according to the required power of the traveling motor of the fuel cell vehicle. Since the pressure of the supply air supplied to the fuel cell varies according to the required output of the fuel cell, the pressure in the coolant storage container naturally fluctuates as shown by the thin line in FIG. Here, in FIG. 4, the dotted line indicates the hydrogen concentration in the coolant storage container when the gas discharge mechanism is not provided in the third embodiment, and the thick line indicates when the gas discharge mechanism is provided in the third embodiment. 3 shows the hydrogen concentration in the coolant storage container. In this experiment, it is assumed that a constant flow of hydrogen is mixed into the coolant.
[0073]
In this cooling device, the hydrogen concentration in the gas phase portion 42 of the coolant storage container 4 is such that the gas in the coolant and the supply air are mixed in the gas phase portion 42 with the pressure fluctuation in the coolant storage container, Since the hydrogen is supplied to the cathode electrode of the fuel cell together with the supply air, the concentration of hydrogen mixed in the coolant does not exceed the target concentration. However, the output fluctuation of the fuel cell is small and the pressure of the air supplied to the fuel cell does not fluctuate (for example, when the fuel cell vehicle is continuously operated at a constant speed) or the pressure of the supplied air fluctuates. Even when the fluctuation range is small, the hydrogen concentration in the gas phase is high as shown by the dotted line in FIG. Here, in the third embodiment, in addition to the ventilation by the pressure fluctuation of the supply air, the ventilation at a predetermined flow rate is always performed by the orifice, so that the hydrogen mixed in the coolant is diluted and discharged by the supply air, The hydrogen concentration (thick line) of the cooling liquid storage container is relatively lower than the hydrogen concentration (dotted line) when there is no gas discharge mechanism.
[0074]
From the results shown in FIG. 4 described above, according to the cooling device of the present invention, the gas mixed in the cooling liquid from each part of the fuel cell, in particular, the fuel gas is gas-liquid separated and discharged in the cooling liquid storage container, The fuel gas in the coolant storage container can be diluted with supply air (or discharge air) and discharged out of the system.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the cooling device for a fuel cell according to the first aspect of the present invention, the fuel gas mixed into the circulation path of the cooling liquid is supplied to the air supplied to the fuel cell or the air discharged from the fuel cell. And can be discharged out of the system at a low concentration, so that the cooling performance of the cooling device of the fuel cell can be prevented from lowering. In addition, gas that had previously been allowed to accumulate in the heat exchanger and coolant circulation channels can be exhausted as needed with a simple configuration without the need for human maintenance and without adding new equipment. Since it is possible to reduce the frequency of warnings due to fuel gas leakage and the need to stop the engine, the usability of the fuel cell power generation system can be further improved.
[0076]
In addition, by arranging at least one ventilation pipe, ventilation can be performed while breathing the coolant storage container, and the gas leaking into the coolant can be exhausted as needed with a lightweight and low-cost configuration. Can be. In particular, if an interelectrode pressure difference (pressure difference between fuel gas, air, and coolant) occurs, overload is applied to the separator and seal structure of the fuel cell, so that the supply pressure of both fuel gas and coolant should be kept low. Although it is necessary to control the difference between the supply pressures of the fuel gas and the cooling liquid to be small, the present invention is sufficiently applicable to such a case.
[0077]
Also, it is possible to ventilate and leak the gas leaking into the coolant while breathing the coolant storage container or the like by utilizing the characteristic that the fuel gas supply / discharge pressure of the fuel cell system originally fluctuates. Therefore, it is possible to reduce the weight of the variable gas pressure supply means and reduce the cost. Also, while supplying necessary and sufficient ventilation to the coolant storage container and the like, it does not supply excessive ventilation, and supplies a necessary optimal amount of ventilation, thereby avoiding wasteful power consumption.
[0078]
According to the fuel cell cooling device of the second aspect, the flow rate of the ventilation flow can be controlled according to the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container. The fuel gas can be introduced into the storage container, and the fuel gas concentration in the coolant storage container can be suppressed to a low concentration.
[0079]
Further, according to the cooling device for a fuel cell according to the third aspect, when the gas concentration in the coolant storage container becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the pressure in the air pipe is increased. The ventilation flow can be increased by the difference between the pressure in the air pipe and the pressure in the air pipe, and the gas concentration in the coolant storage container can be reduced.
[0080]
According to the fuel cell cooling device of the fourth aspect, the gas in the coolant storage container is discharged by the gas discharge mechanism after the concentration of the fuel gas in the coolant storage container is reduced. The gas whose concentration has been reduced can be discharged out of the system.
[0081]
According to the cooling device for a fuel cell according to the fifth aspect, when the fuel gas concentration in the cooling liquid storage container becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the pressure in the cooling liquid storage container is reduced. The ventilation flow can be increased by the difference between the pressure in the storage container and the pressure in the air piping, the gas concentration in the coolant storage container can be reduced, and the fuel gas concentration has been reduced by the ventilation flow. Gas can be discharged out of the system.
[0082]
Also, in an automobile equipped with a fuel cell equipped with the cooling device of the present invention, the output voltage of the fuel cell and the power consumption of the air pump for supplying cathode gas (air) change due to fluctuations in the supply air pressure in the supply air piping. Also, by appropriately controlling the output current to the driving device connected to the fuel cell, it is possible to always supply a desired driving output. Therefore, the drivability of the vehicle is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a fuel cell cooling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell cooling device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a result of an experiment on ventilation in a coolant storage container by a fuel cell cooling device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 fuel cell
2 heat exchanger
3 circulation channel
3a Outflow channel
3b Liquid supply path
3c Return channel
3d inflow channel
3e Adjustment channel
4 Coolant storage container
5, 52 Ventilation piping
8 Supply air piping
9 Fuel gas supply piping
10 Air discharge piping
16 Coolant gas vent channel
17 Coolant return channel
19 Pressure regulating valve
41 Gas-liquid separation chamber
42 Ventilation room

Claims (5)

空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と熱交換器との間に冷却液を循環させる循環流路を設けた燃料電池の冷却装置であって、
ガス抜き流路を介して前記循環流路に連絡され、かつ冷却液戻し流路を介して前記循環流路に連絡された前記循環流路の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器を備え、
前記燃料電池へ供給する空気または前記燃料電池から排出される空気を流通させる空気配管を備え、
前記冷却液貯蔵容器は換気用配管を介して前記空気配管に連絡され、かつ前記冷却液貯蔵容器に滞留する燃料ガスを、前記換気用配管を流通する換気流によって系外へ排出するガス排出機構を備えることを特徴とする燃料電池の冷却装置。A fuel cell cooling device provided with a circulation flow path for circulating a coolant between a fuel cell that receives power of air and a fuel gas to generate power and a heat exchanger,
A cooling liquid storage container that stores a part of the cooling liquid of the circulation flow path that is connected to the circulation flow path through a gas release flow path and that is connected to the circulation flow path through a cooling liquid return flow path; Prepare,
An air pipe for flowing air supplied to the fuel cell or air discharged from the fuel cell is provided,
A gas discharge mechanism that connects the coolant storage container to the air pipe via a ventilation pipe and discharges fuel gas remaining in the coolant storage vessel to the outside of the system by a ventilation flow flowing through the ventilation pipe; A cooling device for a fuel cell, comprising: 前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度に応じて、前記換気流の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却装置。The cooling device for a fuel cell according to claim 1, wherein a flow rate of the ventilation flow is controlled according to a fuel gas concentration in the coolant storage container. 前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記冷却液貯蔵容器の換気量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の冷却装置。The cooling device for a fuel cell according to claim 2, wherein when the fuel gas concentration in the coolant storage container reaches a predetermined concentration or more, the ventilation amount of the coolant storage container is increased. 前記空気配管内の圧力を増大させたことによって前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度まで低減されたときは、前記ガス排出機構によって前記冷却液貯蔵容器内のガスを排出させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池の冷却装置。When the fuel gas concentration in the coolant storage container is reduced to a predetermined concentration by increasing the pressure in the air piping, the gas in the coolant storage container is discharged by the gas discharge mechanism. The fuel cell cooling device according to claim 3, wherein: 前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定の濃度以上に達したときは、前記ガス排出機構によって前記冷却液貯蔵容器内の圧力を低下させることで、前記換気流の流量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の冷却装置。When the fuel gas concentration in the coolant storage container reaches or exceeds a predetermined concentration, the gas discharge mechanism reduces the pressure in the coolant storage container to increase the flow rate of the ventilation flow. 3. The cooling device for a fuel cell according to claim 2, wherein:
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