JP2006216350A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2006216350A
JP2006216350A JP2005027448A JP2005027448A JP2006216350A JP 2006216350 A JP2006216350 A JP 2006216350A JP 2005027448 A JP2005027448 A JP 2005027448A JP 2005027448 A JP2005027448 A JP 2005027448A JP 2006216350 A JP2006216350 A JP 2006216350A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
fuel cell
replacement
flow path
manifold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005027448A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Isoda
博之 礒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2005027448A priority Critical patent/JP2006216350A/en
Publication of JP2006216350A publication Critical patent/JP2006216350A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a fuel cell to be efficiently operated in restarting it by rapidly completely discharging a cooling medium in the fuel cell by a method according to a condition of the fuel cell. <P>SOLUTION: Cooling medium-replacing manifolds 4a-4d independent of one another are installed in cooling medium passages 5a and 5b; cooling medium discharging cutoff valves mounted to the cooling medium-replacing manifolds 41-4d are opened in stopping the operation of the fuel cell to discharge the cooling medium; intake air introduction cutoff valves mounted to the manifolds 4a-4d are similarly opened to introduce compressed air; and the cooling medium is rapidly and completely discharged from the cooling medium passages 5a, 5b and 5c. In operation, the cooling medium discharging cutoff valves are closed so as not to discharge the cooling medium from the cooling medium-replacing manifolds 41-4d, and the intake air introduction cutoff valves are also closed so as not to introduce the compressed gas from the outside. A changeover three-way valve is installed between each manifold and each cutoff valve. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は運転停止時における燃料電池内の冷媒の排出を迅速に行い、運転再開後に効率よく起動する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that quickly discharges a refrigerant in a fuel cell when the operation is stopped and starts up efficiently after the operation is resumed.

燃料電池を自動車に用いることを想定した場合の起動運転において、特に氷点下からの燃料電池起動では燃料電池の各構成部品の熱容量を低減することが非常に重要である。低温時の反応速度低下による発電性能低下や燃料電池の冷却に必要な水が凍結することにより、発電できなくなるといった懸念がある。   In the start-up operation when the fuel cell is assumed to be used in an automobile, it is very important to reduce the heat capacity of each component of the fuel cell, particularly in starting the fuel cell from below freezing point. There is a concern that power generation cannot be generated due to a decrease in power generation performance due to a decrease in reaction speed at low temperatures or due to freezing of water necessary for cooling the fuel cell.

そこで例えば、燃料電池内の冷却水(冷媒)通路に加え、燃料電池内部を循環した冷却水が流通する冷却水循環路を燃料電池外部に構成し、この冷却水通路内の冷却水を酸化ガスの気体圧力で抜き取る燃料電池システムが開示されている。
特開平6−223855号公報
Therefore, for example, in addition to the cooling water (refrigerant) passage in the fuel cell, a cooling water circulation passage through which the cooling water circulated inside the fuel cell flows is configured outside the fuel cell, and the cooling water in the cooling water passage A fuel cell system with gas pressure extraction is disclosed.
JP-A-6-223855

しかしながら上記の発明では停止時の車両姿勢によっては燃料電池スタック内に冷媒が残る可能性があり、残留する冷媒によって設計見積もりよりも熱容量が増えることによる起動時間遅延や起動運転が不可能になるという問題があった。   However, in the above invention, there is a possibility that the refrigerant may remain in the fuel cell stack depending on the posture of the vehicle at the time of stop, and that the start-up time delay and the start-up operation become impossible because the remaining refrigerant increases the heat capacity from the design estimate. There was a problem.

そこで本発明はこのような問題を解決するために、冷媒流路内の冷媒を燃料電池の状況に応じた方法で完全にすばやく取り出すことで、再起動時に効率よく運転できるようにした燃料電池の提供を目的とする。   Therefore, in order to solve such a problem, the present invention provides a fuel cell that can be efficiently operated at the time of restart by taking out the refrigerant in the refrigerant flow path completely and quickly by a method according to the situation of the fuel cell. For the purpose of provision.

複数の単位セルを各々セパレータを介して積層し、各単位セルに対して燃料ガスと酸化剤ガスを供給することで発電をする燃料電池において、前記各セパレータに設けた冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を循環及び遮断可能な冷媒入口マニフォールド及び冷媒出口マニフォールドと、前記冷媒流路に接続する少なくとも一対の冷媒置換用マニフォールドと、前記それぞれの冷媒置換用マニフォールドを外部の圧力気体の供給部(圧力気体を導入できるものであればよい)、並びに冷媒貯留部とそれぞれ選択的に接続可能な流路切換機構と、を備え、燃料電池の運転停止時に一方の冷媒置換用マニフォールドから導入した圧力気体により前記冷媒流路の冷媒を他方の冷媒置換用マニフォールドへと送り出し、燃料電池内の冷媒を気体と置換する。 In a fuel cell that generates power by stacking a plurality of unit cells through separators and supplying fuel gas and oxidant gas to each unit cell, a refrigerant flow path provided in each separator, and the refrigerant A refrigerant inlet manifold and a refrigerant outlet manifold capable of circulating and blocking refrigerant in the flow path, at least a pair of refrigerant replacement manifolds connected to the refrigerant flow path, and an external pressure gas supply section for each of the refrigerant replacement manifolds (Any pressure gas can be introduced), and a flow path switching mechanism that can be selectively connected to the refrigerant reservoir, and the pressure introduced from one refrigerant replacement manifold when the fuel cell is stopped. The gas in the refrigerant flow path is sent to the other refrigerant replacement manifold by gas, and the refrigerant in the fuel cell is replaced with gas.

本発明によると、一方の冷媒置換用マニフォールドから冷媒流路に圧力気体を導入し、この圧力気体によって冷媒を他方の冷媒置換用マニフォールドから押し出されるように排出するので、すばやくかつ十分に、冷媒を燃料電池から排出できる。   According to the present invention, the pressure gas is introduced into the refrigerant flow path from one refrigerant replacement manifold, and the refrigerant is discharged by the pressure gas so as to be pushed out from the other refrigerant replacement manifold. It can be discharged from the fuel cell.

また冷媒置換用マニフォールドを冷媒入口マニフォールドと冷媒出口マニフォールドから独立して形成することで、冷媒排出時の冷媒の残留を考慮せずに冷媒入口マニフォールドと冷媒出口マニフォールドを通常運転時の性能優先で設計することができる。   In addition, by forming the refrigerant replacement manifold independently from the refrigerant inlet manifold and the refrigerant outlet manifold, the refrigerant inlet manifold and the refrigerant outlet manifold are designed with priority given to performance during normal operation without taking into account residual refrigerant during refrigerant discharge. can do.

本発明の燃料電池システムの第1実施形態について図1〜図9を用いて説明する。   A fuel cell system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本発明の燃料電池システムに用いる燃料電池14の単位セル6の断面図である。単位セル6は電極触媒とガス拡散の機能を併せ持つ発電膜6aと、燃料ガス流路6bを有するセパレータと、酸化剤ガス流路6cを有すセパレータから構成される。   FIG. 1 is a sectional view of a unit cell 6 of a fuel cell 14 used in the fuel cell system of the present invention. The unit cell 6 includes a power generation film 6a having both an electrode catalyst and a gas diffusion function, a separator having a fuel gas channel 6b, and a separator having an oxidant gas channel 6c.

発電膜6aの一方の側には燃料ガス流路6bを有するセパレータが備えられ、もう一方の側には酸化剤ガス流路6cを有するセパレータが備えられている。各々のセパレータの外側(発電膜6aの反対側)の凹部(酸化剤ガス流路6cと燃料ガス流路6bの間の部分)が、各々のセパレータを積層したときに冷媒流路5を形成する。
燃料ガス流路6bには外部から燃料ガスが供給され、同じく外部から、吸気ホース25を流通した空気が酸化剤ガス流路6cに供給される。冷媒流路5には、冷媒である冷却水が後述するように循環される。
A separator having a fuel gas flow path 6b is provided on one side of the power generation membrane 6a, and a separator having an oxidant gas flow path 6c is provided on the other side. A recess (a portion between the oxidant gas flow path 6c and the fuel gas flow path 6b) on the outside (opposite side of the power generation film 6a) of each separator forms the refrigerant flow path 5 when the separators are stacked. .
Fuel gas is supplied to the fuel gas channel 6b from the outside, and air that has flowed through the intake hose 25 is also supplied to the oxidant gas channel 6c from the outside. The coolant channel 5 is circulated through the coolant channel 5 as described later.

図2に示されているセパレータの外側の面には、冷媒流路5と、冷媒入口マニフォールド1と、冷媒出口マニフォールド2、と冷媒置換用マニフォールド4a〜4dが形成される。   A refrigerant flow path 5, a refrigerant inlet manifold 1, a refrigerant outlet manifold 2, and refrigerant replacement manifolds 4a to 4d are formed on the outer surface of the separator shown in FIG.

冷媒流路5内の両端に流路入口側5aと流路出口側5bが設けられ、流路入口側5aは冷媒入口マニフォールド1と接続し、流路出口側5bは冷媒出口マニフォールド2と接続している。図2に示されるように、冷媒流路5の冷却流域5cは、それぞれ流路入口側5aと流路出口側5bよりも冷却面積を大きくとっている。   A flow path inlet side 5 a and a flow path outlet side 5 b are provided at both ends in the refrigerant flow path 5, the flow path inlet side 5 a is connected to the refrigerant inlet manifold 1, and the flow path outlet side 5 b is connected to the refrigerant outlet manifold 2. ing. As shown in FIG. 2, the cooling flow area 5c of the refrigerant flow path 5 has a larger cooling area than the flow path inlet side 5a and the flow path outlet side 5b, respectively.

流路入口側5aと流路出口側5b以外の冷却領域5cは、複数の細長い流路が一定の間隔をもって並列に並べられて形成されている。この一定の間隔の冷却領域5cに、前記酸化剤ガス流路6cあるいは、燃料ガス流路6bが入り込んでいる。この構造によって図1のように、冷媒流路5が前記単位セル6の酸化剤ガス流路6cと隣接する単位セル6の燃料ガス流路6bに接しているのがわかる。   The cooling region 5c other than the flow channel inlet side 5a and the flow channel outlet side 5b is formed by arranging a plurality of elongated flow channels in parallel at a constant interval. The oxidant gas flow path 6c or the fuel gas flow path 6b enters the cooling region 5c at a constant interval. With this structure, it can be seen that the refrigerant flow path 5 is in contact with the oxidant gas flow path 6c of the unit cell 6 and the fuel gas flow path 6b of the unit cell 6 adjacent to the unit cell 6 as shown in FIG.

前記冷媒入口マニフォールド1と冷媒出口マニフォールド2は燃料電池14内の各々のセパレータをそれぞれ積層方向に貫通し、冷媒入口マニフォールド1は外部の冷媒ホース24aと連通し、冷媒出口マニフォールド2は外部の冷媒ホース24bと連通している。   The refrigerant inlet manifold 1 and the refrigerant outlet manifold 2 pass through the respective separators in the fuel cell 14 in the stacking direction, the refrigerant inlet manifold 1 communicates with an external refrigerant hose 24a, and the refrigerant outlet manifold 2 is an external refrigerant hose. It communicates with 24b.

冷媒流路5の流路入口側5aと流路出口側5bの付近それぞれには冷媒置換用マニフォールド4a、4bを備え、同じく下端部には冷媒置換用マニフォールド4c、4dを備える。冷媒置換用マニフォールド4a〜4dはそれぞれ冷媒流路5と連通する。   Refrigerant replacement manifolds 4a and 4b are provided in the vicinity of the flow path inlet side 5a and the flow path outlet side 5b of the refrigerant flow path 5, respectively, and similarly, refrigerant replacement manifolds 4c and 4d are provided at the lower end portion. The refrigerant replacement manifolds 4a to 4d communicate with the refrigerant flow path 5, respectively.

図3は本発明の燃料電池14の側面図である。燃料電池14は複数の積層された単位セル6と電流取り出し板7とエンドプレート8a、8bを配置する。   FIG. 3 is a side view of the fuel cell 14 of the present invention. The fuel cell 14 includes a plurality of stacked unit cells 6, a current extraction plate 7, and end plates 8a and 8b.

積層された単位セル6の外側を両側から一対の電流取り出し板7で挟み、それぞれの電流取り出し板7の外側にエンドプレート8a、8bを積層させる。一方のエンドプレート8aの外側には置換ポート27a〜27dが連結され、もう一方のエンドプレート8bの外側には置換ポート27e〜27hが連結される。それぞれの置換ポート27a〜27hは燃料電池14を貫通した冷媒置換用マニフォールド4a〜4dと接続する。また、置換ポート27a〜27hは外部の配管9と接続している。つまり、置換ポート27a〜27hを介して冷媒置換用マニフォールド4a〜4dは外部の配管9と接続している。   The outer side of the stacked unit cell 6 is sandwiched between a pair of current extraction plates 7 from both sides, and end plates 8 a and 8 b are stacked on the outer sides of the respective current extraction plates 7. Replacement ports 27a to 27d are connected to the outside of one end plate 8a, and replacement ports 27e to 27h are connected to the outside of the other end plate 8b. The replacement ports 27 a to 27 h are connected to the refrigerant replacement manifolds 4 a to 4 d that penetrate the fuel cell 14. Further, the replacement ports 27 a to 27 h are connected to the external pipe 9. That is, the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d are connected to the external pipe 9 via the replacement ports 27a to 27h.

図4は本発明の燃料電池14の斜透視図である。   FIG. 4 is a perspective view of the fuel cell 14 of the present invention.

一方のエンドプレート8aの外側の面において、冷媒置換用マニフォールド4aに連通する置換ポート27aを備え、同じく冷媒置換用マニフォールド4bに連通する置換ポート27b、冷媒置換用マニフォールド4cに連通する置換ポート27c、冷媒置換用マニフォールド4dに連通する置換ポート27dをそれぞれ備える。   A replacement port 27a that communicates with the refrigerant replacement manifold 4a is provided on the outer surface of one end plate 8a, and a replacement port 27b that communicates with the refrigerant replacement manifold 4b, a replacement port 27c that communicates with the refrigerant replacement manifold 4c, A replacement port 27d communicating with the refrigerant replacement manifold 4d is provided.

同様にもう一方のエンドプレート8bの外側の面において、冷媒置換用マニフォールド4aに連通する置換ポート27e、同じく冷媒置換用マニフォールド4bに連通する置換ポート27f、冷媒置換用マニフォールド4cに連通する置換ポート27gを備え、さらに冷媒置換用マニフォールド4dに連通する置換ポート27hをそれぞれ備える。   Similarly, on the outer surface of the other end plate 8b, a replacement port 27e that communicates with the refrigerant replacement manifold 4a, a replacement port 27f that communicates with the refrigerant replacement manifold 4b, and a replacement port 27g that communicates with the refrigerant replacement manifold 4c. And a replacement port 27h communicating with the refrigerant replacement manifold 4d.

図5は本発明の燃料電池14の冷却システムの構成についての概略図である。前記冷媒入口マニフォールド1と連通する冷媒ホース24aと、前記冷媒出口マニフォールド2と連通する冷媒ホース24bを燃料電池14の外部に備える。   FIG. 5 is a schematic view of the configuration of the cooling system for the fuel cell 14 of the present invention. A refrigerant hose 24 a communicating with the refrigerant inlet manifold 1 and a refrigerant hose 24 b communicating with the refrigerant outlet manifold 2 are provided outside the fuel cell 14.

冷媒ホース24aと24bはそれぞれ冷媒冷却用ラジエータ10に接続される。冷媒ホース24aは冷媒冷却用ラジエータ10の一方の側と燃料電池14の冷媒入口マニフォールド1に接続され、冷媒ホース24bは冷媒冷却用ラジエータ10のもう一方の側と燃料電池14の冷媒出口マニフォールド2に接続される。冷媒ホース24aの途中には冷媒ポンプ12が備えられている。   The refrigerant hoses 24a and 24b are connected to the refrigerant cooling radiator 10, respectively. The refrigerant hose 24 a is connected to one side of the refrigerant cooling radiator 10 and the refrigerant inlet manifold 1 of the fuel cell 14, and the refrigerant hose 24 b is connected to the other side of the refrigerant cooling radiator 10 and the refrigerant outlet manifold 2 of the fuel cell 14. Connected. A refrigerant pump 12 is provided in the middle of the refrigerant hose 24a.

また、冷媒ホース24aに備えられた冷媒ポンプ12と燃料電池14の間に冷媒遮断弁13aが備えられ、冷媒冷却用ラジエータ10と燃料電池14の間の冷媒ホース24bには冷媒遮断弁13bが備えられている。ここで、それぞれ冷媒遮断弁13a、13bは、冷媒ホース24a、24bと燃料電池14の接続付近に備えられている。   A refrigerant cutoff valve 13a is provided between the refrigerant pump 12 provided in the refrigerant hose 24a and the fuel cell 14, and a refrigerant hose 24b between the refrigerant cooling radiator 10 and the fuel cell 14 is provided with the refrigerant cutoff valve 13b. It has been. Here, the refrigerant shut-off valves 13a and 13b are provided near the connection between the refrigerant hoses 24a and 24b and the fuel cell 14, respectively.

燃料電池14内のエンドプレート8a、8bに備えられたそれぞれ置換ポート27a〜27dは配管9を介して吸気・冷媒切替三方弁23a〜23dに接続している。同様に、それぞれ置換ポート27e〜27hは配管9を介して吸気・冷媒切替三方弁23e〜23hに接続している。ここで吸気・冷媒切替三方弁23a〜23hのa〜hは置換ポート27a〜27hのa〜hに対応している。   The replacement ports 27a to 27d provided in the end plates 8a and 8b in the fuel cell 14 are connected to the intake / refrigerant switching three-way valves 23a to 23d via the pipe 9, respectively. Similarly, the replacement ports 27e to 27h are connected to the intake / refrigerant switching three-way valves 23e to 23h via the pipe 9, respectively. Here, a to h of the intake / refrigerant switching three-way valves 23a to 23h correspond to a to h of the replacement ports 27a to 27h.

吸気・冷媒切替三方弁23a〜23dは、置換ポート27a〜27dを冷媒貯留部11側又は蓄圧タンク18側に切り替え接続する。同様に吸気・冷媒切替三方弁23e〜23hは、置換ポート27e〜27hを冷媒貯留部11側又は蓄圧タンク18側に切り替え接続する。   The intake / refrigerant switching three-way valves 23a to 23d switch and connect the replacement ports 27a to 27d to the refrigerant reservoir 11 side or the pressure accumulation tank 18 side. Similarly, the intake / refrigerant switching three-way valves 23e to 23h switch and connect the replacement ports 27e to 27h to the refrigerant reservoir 11 side or the accumulator tank 18 side.

吸気・冷媒切替三方弁23a〜23dと冷媒貯留部11の間に冷媒排出遮断弁22a〜22dが備えられ、吸気・冷媒切替三方弁23a〜23dと圧力気体の供給部としての蓄圧タンク18の間に吸気導入遮断弁21a〜21dが備えられている。同様に、吸気・冷媒切替三方弁23e〜23hと冷媒貯留部11の間に冷媒排出遮断弁22e〜22hが備えられ、吸気・冷媒切替三方弁23e〜23hと蓄圧タンク18の間に吸気導入遮断21e〜21hが備えられている。   Between the intake / refrigerant switching three-way valves 23a-23d and the refrigerant reservoir 11, refrigerant discharge cutoff valves 22a-22d are provided, and between the intake / refrigerant switching three-way valves 23a-23d and the pressure accumulating tank 18 as a pressure gas supply unit. Are provided with intake intake shut-off valves 21a to 21d. Similarly, refrigerant discharge shut-off valves 22e to 22h are provided between the intake / refrigerant switching three-way valves 23e to 23h and the refrigerant reservoir 11, and an intake air intake shut-off is provided between the intake / refrigerant switching three-way valves 23e to 23h and the pressure accumulation tank 18. 21e to 21h are provided.

吸気導入遮断弁21a〜21hと冷媒排出遮断弁22a〜22hのa〜hは、それぞれ置換ポート27a〜27hのa〜hに対応している。   The intake air introduction cutoff valves 21a to 21h and the refrigerant discharge cutoff valves 22a to 22h correspond to a to h of the replacement ports 27a to 27h, respectively.

酸化剤ガスの供給源ともなる蓄圧タンク18には圧力センサ19が備えられ、吸気フィルタ16を備えた空気圧縮機17と接続している。   A pressure accumulation tank 18 that also serves as a supply source of the oxidant gas is provided with a pressure sensor 19, and is connected to an air compressor 17 provided with an intake filter 16.

吸気フィルタ16を通った空気が空気圧縮機17で圧縮され、蓄圧タンク18に送り込まれる。圧力センサ19によって、蓄圧タンク18の空気の圧力を検知することができる。   The air that has passed through the intake filter 16 is compressed by the air compressor 17 and sent to the pressure accumulation tank 18. The pressure sensor 19 can detect the pressure of the air in the pressure accumulation tank 18.

蓄圧タンクの下部には吸気ホース25が接続され、蓄圧タンク18はこの吸気ホース25を介して、燃料電池14の酸化剤ガス流路6cに連通する図示しない酸化剤ガスの導入用のマニフォールドと接続している。燃料電池14の通常運転時に蓄圧タンク18から酸化剤ガスとして空気が供給される。   An intake hose 25 is connected to the lower part of the accumulator tank, and the accumulator tank 18 is connected to a manifold for introducing an oxidant gas (not shown) communicating with the oxidant gas flow path 6c of the fuel cell 14 via the intake hose 25. is doing. Air is supplied as an oxidant gas from the pressure accumulation tank 18 during normal operation of the fuel cell 14.

燃料電池14の酸化剤ガス流路6cに連通する酸化剤ガス排出用のマニフォールドの出口は、外部のオフガス排気管26と接続している。   The outlet of the manifold for discharging the oxidant gas that communicates with the oxidant gas flow path 6 c of the fuel cell 14 is connected to the external off-gas exhaust pipe 26.

吸気ホース25とオフガス排気管26には、それぞれ、酸化剤ガス弁20a、20bが燃料電池14付近に備えられている。   The intake hose 25 and the off-gas exhaust pipe 26 are provided with oxidant gas valves 20a and 20b in the vicinity of the fuel cell 14, respectively.

冷媒貯留部11の下方と冷媒冷却用ラジエータ10は、ラジエータ流路10aによって接続されている。冷媒冷却用ラジエータ10と燃料電池14と冷媒ホース24a、24bの間で冷媒が減少した場合、自動的に冷媒貯留部11から冷媒を補充し、燃料電池14の温度上昇による冷媒膨張時には、冷媒を冷媒貯留部11に排出できるような構造になっている。つまり冷媒貯留部11はリザーバタンクの役割を有している。   Below the refrigerant reservoir 11 and the refrigerant cooling radiator 10 are connected by a radiator flow path 10a. When the refrigerant is reduced among the refrigerant cooling radiator 10, the fuel cell 14, and the refrigerant hoses 24a and 24b, the refrigerant is automatically replenished from the refrigerant reservoir 11, and the refrigerant is expanded when the refrigerant expands due to the temperature rise of the fuel cell 14. The structure is such that it can be discharged to the refrigerant reservoir 11. That is, the refrigerant reservoir 11 has a role of a reservoir tank.

燃料電池14には燃料電池14の傾斜角を検知するために、傾斜角センサ15が備えられている。傾斜角センサ15は燃料電池14の前後方向に対する傾きと左右方向に対する傾きが検出できるようになっている。   The fuel cell 14 is provided with an inclination angle sensor 15 in order to detect the inclination angle of the fuel cell 14. The inclination angle sensor 15 can detect the inclination of the fuel cell 14 with respect to the front-rear direction and the inclination with respect to the left-right direction.

図6は本発明の燃料電池14を車両に搭載したときに燃料電池14が前後に傾いたときの、水位28に対するそれぞれ置換ポート27a〜27hの高さを示している。図7は燃料電池14が図6の状態よりも前後に傾いているときの、水位28に対するそれぞれ置換ポート27a〜27hの高さを示している。   FIG. 6 shows the heights of the replacement ports 27a to 27h with respect to the water level 28 when the fuel cell 14 is tilted back and forth when the fuel cell 14 of the present invention is mounted on a vehicle. FIG. 7 shows the heights of the replacement ports 27a to 27h with respect to the water level 28 when the fuel cell 14 is tilted back and forth from the state of FIG.

図8は本発明の燃料電池14を車両に搭載したときに燃料電池14が左右に傾いたときの、水位28に対するそれぞれ置換ポート27a〜27hの高さを示している。図9は燃料電池14が図8の状態よりも左右に傾いているときの、水位28に対するそれぞれ置換ポート27a〜27hの高さを示している。   FIG. 8 shows the heights of the replacement ports 27a to 27h with respect to the water level 28 when the fuel cell 14 is tilted left and right when the fuel cell 14 of the present invention is mounted on a vehicle. FIG. 9 shows the heights of the replacement ports 27a to 27h with respect to the water level 28 when the fuel cell 14 is tilted to the left and right with respect to the state of FIG.

次に本発明の第1実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.

通常運転時の作用について図1〜図5を用いて説明する。まず、吸気フィルタ16を通過して空気圧縮機17に送り込まれた空気は、圧縮されたのちに蓄圧タンク18に送り込まれる。この蓄圧タンク18の空気は吸気ホース25を流通して、燃料電池14の酸化剤ガスが流通するマニフォールドにから、酸化剤ガス流路6cに送り込まれる。外部から燃料ガスが、燃料ガスが流通するマニフォールドに供給され、燃料ガス流路6bに送り込まれる。燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により、各々の単位セル6内の燃料ガス流路6bと発電膜1の間で発生した電子を、電流取り出し板7から取り出すことで、燃料電池14の発電が行われる。   The operation during normal operation will be described with reference to FIGS. First, the air that has passed through the intake filter 16 and is sent to the air compressor 17 is sent to the pressure accumulating tank 18 after being compressed. The air in the pressure accumulating tank 18 flows through the intake hose 25 and is sent to the oxidant gas flow path 6c from the manifold through which the oxidant gas of the fuel cell 14 flows. Fuel gas is supplied from the outside to the manifold through which the fuel gas flows and is sent to the fuel gas flow path 6b. The electrons generated between the fuel gas flow path 6b and the power generation film 1 in each unit cell 6 due to the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas are taken out from the current extraction plate 7, whereby the fuel cell 14 Power generation is performed.

燃料電池14の通常運転中に各々の単位セル6内の温度の上昇を抑えるために、セパレータの冷媒流路5に冷媒である冷却水を流通させる。   In order to suppress an increase in temperature in each unit cell 6 during normal operation of the fuel cell 14, cooling water as a refrigerant is circulated through the refrigerant flow path 5 of the separator.

冷媒ポンプ12の作用によって冷媒は冷媒ホース24aを流通し、燃料電池14を循環したあと冷媒ホース24bを流通して冷媒冷却用ラジエータ10に循環する。なお冷媒遮断弁13aと13bを開放されている。   The refrigerant flows through the refrigerant hose 24 a by the action of the refrigerant pump 12, circulates through the fuel cell 14, circulates through the refrigerant hose 24 b, and circulates to the refrigerant cooling radiator 10. The refrigerant shut-off valves 13a and 13b are opened.

燃料電池14に供給された冷媒は、セパレータの冷媒入口マニフォールド1に入り、流路入口側5a、冷媒流路5、流路出口側5bを流通して、冷媒出口マニフォールド2から外部に排出される。   The refrigerant supplied to the fuel cell 14 enters the refrigerant inlet manifold 1 of the separator, flows through the flow path inlet side 5a, the refrigerant flow path 5 and the flow path outlet side 5b, and is discharged from the refrigerant outlet manifold 2 to the outside. .

冷媒は、冷媒流路5に接する発電膜6a、燃料ガス流路6b、酸化剤ガス流路6cを冷却する。   The refrigerant cools the power generation film 6a, the fuel gas flow path 6b, and the oxidant gas flow path 6c that are in contact with the refrigerant flow path 5.

このとき、冷媒流路5に接続している冷媒置換用マニフォールド4a〜4dから冷媒が排出されないように、冷媒排出遮断弁22a〜22hが閉じられ、冷媒置換用マニフォールド4a〜4dに外部から気体が入り込まないように、吸気導入遮断弁21a〜21hが閉じられている。   At this time, the refrigerant discharge shut-off valves 22a to 22h are closed so that the refrigerant is not discharged from the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d connected to the refrigerant flow path 5, and gas is externally supplied to the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d. The intake intake shutoff valves 21a to 21h are closed so as not to enter.

冷媒貯留部11の下端と冷媒冷却用ラジエータ10の上端がラジエータ流路10aによって接続され、冷媒冷却用ラジエータ10と燃料電池14の間の冷却系で冷媒が減少した場合には、自動的に冷媒貯留部11から冷媒を冷媒冷却用ラジエータ10に補充し、また、温度上昇による冷媒膨張時には冷媒を冷媒貯留部11へと排出される。   When the lower end of the refrigerant reservoir 11 and the upper end of the refrigerant cooling radiator 10 are connected by the radiator flow path 10a, and the refrigerant decreases in the cooling system between the refrigerant cooling radiator 10 and the fuel cell 14, the refrigerant is automatically The refrigerant is replenished to the refrigerant cooling radiator 10 from the storage unit 11, and the refrigerant is discharged to the refrigerant storage unit 11 when the refrigerant expands due to a temperature rise.

次に燃料電池14の運転を停止するときに燃料電池14から冷媒を抜き取るシステムについて説明する。   Next, a system for extracting the refrigerant from the fuel cell 14 when the operation of the fuel cell 14 is stopped will be described.

まず、車両が平坦な場所に停止し、且つ荷物などの積載がなく、燃料電池14に備えられた傾斜角センサ15の出力から判断して、燃料電池14の姿勢がある閾値以内で傾きがないときの冷却システムについて説明する。   First, the vehicle stops at a flat place, and there is no load or the like, and the attitude of the fuel cell 14 does not tilt within a certain threshold as judged from the output of the inclination angle sensor 15 provided in the fuel cell 14. The cooling system will be described.

まず冷却ポンプ12を停止し燃料電池14の外部の冷媒遮断弁13a、13bを閉鎖する。これによって冷媒が燃料電池14内に残留する分と他の冷却系に残留する分とに分割することができる。なお、燃料電池14の運転停止時には各々の単位セル6に対する燃料ガスと酸化剤ガスの供給は停止される。   First, the cooling pump 12 is stopped and the refrigerant cutoff valves 13a and 13b outside the fuel cell 14 are closed. As a result, the refrigerant can be divided into the amount remaining in the fuel cell 14 and the amount remaining in the other cooling system. When the operation of the fuel cell 14 is stopped, the supply of fuel gas and oxidant gas to each unit cell 6 is stopped.

ここで空気圧縮機17を駆動し、吸気フィルタ16から送り込まれた空気を高圧にして蓄圧タンクに送り込む。蓄圧タンク18の圧力が所定値以上になったことを圧力センサ19で検知したとき、空気圧縮機17の運転を停止する。   Here, the air compressor 17 is driven, and the air sent from the intake filter 16 is made high pressure and sent to the pressure accumulating tank. When the pressure sensor 19 detects that the pressure in the pressure accumulating tank 18 has become a predetermined value or more, the operation of the air compressor 17 is stopped.

冷媒流路5の上端部に備えられた冷媒置換用マニフォールド4a、4bに対応する置換ポート27a、27b、27e、27fと、冷媒流路5の下端部に備えられている冷媒置換用マニフォールド4c、4dに対応する置換ポート27c、27d、27g、27hを気体導入用と冷媒排出用にわけて用いる。   Replacement ports 27a, 27b, 27e, 27f corresponding to the refrigerant replacement manifolds 4a, 4b provided at the upper end of the refrigerant flow path 5, and a refrigerant replacement manifold 4c provided at the lower end of the refrigerant flow path 5, Replacement ports 27c, 27d, 27g, and 27h corresponding to 4d are separately used for gas introduction and refrigerant discharge.

まず、冷媒流路5の上端部から空気を送り込むために、置換ポート27a、27b、27e、27fに対応する吸気・冷媒切替三方弁23a、23b、23e、23fを蓄圧タンク18側へ切替接続し、吸気導入遮断弁21a、21b、21e、21fを開放する。   First, in order to send air from the upper end of the refrigerant flow path 5, the intake / refrigerant switching three-way valves 23a, 23b, 23e, and 23f corresponding to the replacement ports 27a, 27b, 27e, and 27f are switched and connected to the pressure accumulation tank 18 side. The intake intake shut-off valves 21a, 21b, 21e, and 21f are opened.

これによって燃料電池14内部の冷媒置換用マニフォールド4a、4bが置換ポート27a、27b、27e、27fと配管9を介して、蓄圧タンク18と接続される。   As a result, the refrigerant replacement manifolds 4 a and 4 b inside the fuel cell 14 are connected to the pressure accumulation tank 18 via the replacement ports 27 a, 27 b, 27 e and 27 f and the pipe 9.

一方、置換ポート27c、27d、27g、27hに対応する吸気・冷媒切替三方弁23c、23d、23g、23hを冷媒貯留部11へ切替接続し、冷媒排出遮断弁22c、22d、22g、22hを開放する。   On the other hand, the intake / refrigerant switching three-way valves 23c, 23d, 23g, and 23h corresponding to the replacement ports 27c, 27d, 27g, and 27h are switched and connected to the refrigerant reservoir 11, and the refrigerant discharge cutoff valves 22c, 22d, 22g, and 22h are opened. To do.

この作用によって燃料電池14内部の冷媒置換用マニフォールド4c、4dが置換ポート27c、27d、27g、27hを介して、冷媒貯留部11と接続される。   By this action, the refrigerant replacement manifolds 4c, 4d inside the fuel cell 14 are connected to the refrigerant storage unit 11 via the replacement ports 27c, 27d, 27g, 27h.

このとき、冷媒排出遮断弁22a、22b、22e、22fは閉じられ、吸気導入遮断弁21c、21d、21g、21hは閉じられている。   At this time, the refrigerant discharge cutoff valves 22a, 22b, 22e, and 22f are closed, and the intake intake cutoff valves 21c, 21d, 21g, and 21h are closed.

また酸化剤ガス弁20a、20bを閉じることで、外部からの空気の供給と外部への空気の排出を停止しておく。   Moreover, the supply of air from the outside and the discharge of air to the outside are stopped by closing the oxidant gas valves 20a and 20b.

蓄圧タンク18から置換ポート27a、27b、27e、27fに空気が送り込まれ、冷媒流路5の上端部に備えられている冷媒置換用マニフォールド4aと4bの両側から空気が供給される。この供給された空気によって、冷媒は冷媒流路5の下端部にある冷媒置換用マニフォールド4c、4dから押し出され、置換ポート27c、27d、27g、27hから冷媒貯留部11へ排出される。冷媒流路5の冷媒量が減少するにつれて、蓄圧部18内の空気圧も下がる。この蓄圧タンク18内部の空気の圧力の減少によって、冷媒流路5内の冷媒の残留量を知ることができる。   Air is sent from the pressure accumulating tank 18 to the replacement ports 27a, 27b, 27e, and 27f, and air is supplied from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b provided at the upper end of the refrigerant flow path 5. With this supplied air, the refrigerant is pushed out from the refrigerant replacement manifolds 4c, 4d at the lower end of the refrigerant flow path 5, and discharged from the replacement ports 27c, 27d, 27g, 27h to the refrigerant storage unit 11. As the amount of refrigerant in the refrigerant flow path 5 decreases, the air pressure in the pressure accumulating portion 18 also decreases. The residual amount of the refrigerant in the refrigerant flow path 5 can be known by the decrease in the air pressure inside the pressure accumulating tank 18.

ここで蓄圧タンク18に備えられた圧力センサ19が検知する圧力が所定値まで低下したとき、冷媒流路5から完全に冷媒が排出されたと判断できるので、この時点ですべての弁である、吸気導入遮断弁21a〜21hと冷媒排出遮断弁22a〜22hを閉じて燃料電池14の冷媒排出の作用を終わらせる。   Here, when the pressure detected by the pressure sensor 19 provided in the pressure accumulating tank 18 is reduced to a predetermined value, it can be determined that the refrigerant has been completely discharged from the refrigerant flow path 5. The introduction shutoff valves 21a to 21h and the refrigerant discharge shutoff valves 22a to 22h are closed to finish the refrigerant discharge operation of the fuel cell 14.

次に燃料電池14の運転再開時に冷媒を再投入するときは、吸気導入遮断弁21a〜21hを全部閉鎖し、冷媒排出遮断弁22a〜22hを全開にする。また、冷媒遮断弁13aを開放し冷媒遮断弁13bを閉鎖する。この状態では燃料電池14の冷媒流路5には冷媒と置換された空気が流通している。   Next, when the refrigerant is reintroduced when the operation of the fuel cell 14 is resumed, the intake introduction cutoff valves 21a to 21h are all closed, and the refrigerant discharge cutoff valves 22a to 22h are fully opened. Further, the refrigerant cutoff valve 13a is opened and the refrigerant cutoff valve 13b is closed. In this state, air substituted for the refrigerant flows through the refrigerant flow path 5 of the fuel cell 14.

冷媒ポンプ12を駆動すると冷媒入口マニフォールド1から冷媒が冷媒流路5に導入され、冷媒置換用マニフォールド4a〜4dから冷媒流路5に溜まった空気を押し出していく。   When the refrigerant pump 12 is driven, the refrigerant is introduced from the refrigerant inlet manifold 1 into the refrigerant flow path 5, and the air accumulated in the refrigerant flow path 5 is pushed out from the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d.

空気は冷媒置換用マニフォールド4a〜4dから、置換ポート27a〜27hを介して、冷媒貯留部11へと送り出される。この排気動作は冷媒流路5内の空気がすべて冷媒貯留部11を経由して外部に排出されるまで継続される。ただし冷媒流路5内がすっかり冷媒を置換、すなわち冷媒が再投入されたときでも冷媒中には気泡が残留する。   The air is sent from the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d to the refrigerant storage unit 11 via the replacement ports 27a to 27h. This exhausting operation is continued until all the air in the refrigerant flow path 5 is exhausted to the outside via the refrigerant reservoir 11. However, even when the refrigerant flow path 5 completely replaces the refrigerant, that is, when the refrigerant is reintroduced, bubbles remain in the refrigerant.

冷媒に存在する気泡を取り除くために、冷媒ポンプ12によって上記の冷媒の循環をしばらく継続的に行う。冷媒中の気泡は冷媒貯留部11で分離され、その下方のラジエータ流路10aから冷媒冷却用ラジエータ10に循環される冷媒内の気泡を完全に取り除くことができる。   In order to remove bubbles present in the refrigerant, the refrigerant pump 12 continuously circulates the refrigerant for a while. Bubbles in the refrigerant are separated by the refrigerant reservoir 11, and the bubbles in the refrigerant circulated from the radiator flow path 10a below the refrigerant cooling radiator 10 can be completely removed.

次に車両の停止時に、燃料電池14が前後又は左右に傾きがある場合の、本発明の冷媒排出システムの作用について図2、図5〜図9を用いて説明する。   Next, the operation of the refrigerant discharge system of the present invention when the fuel cell 14 is tilted back and forth or right and left when the vehicle is stopped will be described with reference to FIGS. 2 and 5 to 9.

燃料電池14の傾斜において、図6、図7のように前後に傾斜しているか、図8、図9のように左右に傾斜している場合に分けて説明する。ここで図6〜図9には水位28が例示的に図示されている。   The fuel cell 14 will be described separately when it is tilted back and forth as shown in FIGS. 6 and 7 or tilted left and right as shown in FIGS. Here, the water level 28 is exemplarily shown in FIGS.

燃料電池14の運転停止時において、まず燃料電池14に備えられている傾斜角センサ15によって燃料電池14の傾斜角と前後または左右の傾きであるか判断する。   When the operation of the fuel cell 14 is stopped, first, the inclination angle sensor 15 provided in the fuel cell 14 determines whether the inclination angle of the fuel cell 14 is the front-rear or left-right inclination.

傾斜角センサ15の出力によって、燃料電池14の傾きを検知し、ここでは燃料電池14が図6のように前後に傾いているときについて説明する。   The inclination of the fuel cell 14 is detected by the output of the inclination angle sensor 15, and here, the case where the fuel cell 14 is inclined forward and backward as shown in FIG. 6 will be described.

燃料電池14が図6の示されるように前後に傾いている場合、置換ポート27a〜27hと水位の関係は、冷媒の排出とともに変化する。   When the fuel cell 14 is tilted back and forth as shown in FIG. 6, the relationship between the replacement ports 27a to 27h and the water level changes as the refrigerant is discharged.

初めに置換ポート27a〜27hは、位置の高い順から置換ポート27eと27f、次に27aと27b、27gと27h、そして27cと27dとなる。傾斜角センサ15で検出される角度と、そのときの置換ポート27a〜27hの高さの順番の関係を予め検知しておく。   First, the replacement ports 27a to 27h are the replacement ports 27e and 27f in the descending order of positions, then 27a and 27b, 27g and 27h, and 27c and 27d. The relationship between the angle detected by the inclination angle sensor 15 and the height of the replacement ports 27a to 27h at that time is detected in advance.

次に燃料電池14の運転停止直後において、傾斜角センサ15に基づいて置換ポート27e、27fが水位よりも高いところにあり、それ以外の置換ポート27a、27b、27c、27d、27g、27hは水位よりも低いところにあることを確認する。   Next, immediately after the operation of the fuel cell 14 is stopped, the replacement ports 27e and 27f are higher than the water level based on the inclination angle sensor 15, and the other replacement ports 27a, 27b, 27c, 27d, 27g, and 27h are the water level. Make sure it ’s lower.

置換ポート27a〜27hうちもっとも高い位置にある置換ポート27eと27fに対応する吸気・冷媒切替三方弁23eと23fを蓄圧タンク18側へ切替接続する。他の吸気・冷媒切替三方弁23a、23b、23c、23d、23g、23hを冷媒貯留部11側へ切替接続する。   The intake / refrigerant switching three-way valves 23e and 23f corresponding to the replacement ports 27e and 27f at the highest position among the replacement ports 27a to 27h are switched and connected to the pressure accumulation tank 18 side. The other intake / refrigerant switching three-way valves 23a, 23b, 23c, 23d, 23g, and 23h are switched and connected to the refrigerant reservoir 11 side.

吸気導入遮断弁21e、21fを開放し他の吸気導入遮断弁21a、21b、21c、21d、21g、21hを閉鎖する。   The intake intake cutoff valves 21e and 21f are opened, and the other intake introduction cutoff valves 21a, 21b, 21c, 21d, 21g and 21h are closed.

同時に冷媒排出遮断弁22a、22b、22c、22d、22g、22hを開放し、22e、22fを閉鎖する。   At the same time, the refrigerant discharge cutoff valves 22a, 22b, 22c, 22d, 22g and 22h are opened, and 22e and 22f are closed.

次に酸化剤ガス弁20a、20bを閉鎖する。この作用によって、空気が蓄圧タンク18から置換ポート27e、27fに流れ、冷媒置換用マニフォールド4a、4bの傾斜上方側から空気が冷媒流路5に供給される。この冷媒流路5に送り込まれた空気の圧力によって、冷媒流路5の下端部の冷媒置換用マニフォールド4a、4bのうち傾斜下方側から、また、冷媒置換用マニフォールド4c、4dの両側から冷媒が外部へ押し出される。そして、置換ポート27a、27b、27c、27d、27g、27hから冷媒が排出され、冷媒貯留部11へ循環される。   Next, the oxidant gas valves 20a and 20b are closed. By this action, air flows from the pressure accumulation tank 18 to the replacement ports 27e and 27f, and air is supplied to the refrigerant flow path 5 from the upper side of the inclination of the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b. Due to the pressure of the air sent to the refrigerant flow path 5, the refrigerant flows from the lower side of the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b at the lower end of the refrigerant flow path 5 and from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4c and 4d. Pushed out. Then, the refrigerant is discharged from the replacement ports 27 a, 27 b, 27 c, 27 d, 27 g, and 27 h and circulated to the refrigerant storage unit 11.

前記の作用の後、圧力センサ19によって蓄圧タンク18内の空気圧力を測定し、この空気圧力の減少によって、冷媒流路5内の冷媒の水位が下がることを検知する。   After the above action, the air pressure in the pressure accumulating tank 18 is measured by the pressure sensor 19, and it is detected that the water level of the refrigerant in the refrigerant flow path 5 is lowered due to the decrease in the air pressure.

前記の圧力センサ19の検出値に基づいて、燃料電池14内部の水位が下がり、水位が置換ポート27a、27bよりもさがった状態で、且つ置換ポート27a、27bに対応する冷媒置換用マニフォールド4a、4bから完全に冷媒が排出された状態になったことを判断する。なお、この判定は予めした実験結果から、水位と、傾斜角センサ15の傾斜角と、置換ポート27a〜27hの配置と、圧力センサ19の出力の関係から正確に導くことができる。   Based on the detection value of the pressure sensor 19, the water level in the fuel cell 14 is lowered, the water level is lower than the replacement ports 27a and 27b, and the refrigerant replacement manifold 4a corresponding to the replacement ports 27a and 27b, It is determined that the refrigerant is completely discharged from 4b. This determination can be accurately derived from the relationship between the water level, the inclination angle of the inclination angle sensor 15, the arrangement of the replacement ports 27 a to 27 h, and the output of the pressure sensor 19, from the experimental results obtained in advance.

この時点で吸気・冷媒切替三方弁23a、23bを冷媒貯留部11側から蓄圧タンク18側に切替接続する。冷媒排出遮断弁22a、22bを閉鎖し吸気導入遮断弁21a、21bを開放する。この作用によって置換ポート27a、27bと蓄圧タンク18が接続され、燃料電池14に置換ポート27a、27bからも空気が供給される。   At this time, the intake / refrigerant switching three-way valves 23a and 23b are switched and connected from the refrigerant reservoir 11 side to the pressure accumulation tank 18 side. The refrigerant discharge cutoff valves 22a and 22b are closed, and the intake introduction cutoff valves 21a and 21b are opened. By this action, the replacement ports 27a and 27b are connected to the pressure accumulating tank 18, and air is supplied to the fuel cell 14 also from the replacement ports 27a and 27b.

置換ポート27a、27b、27e、27fを流通したあと、空気は冷媒置換用マニフォールド4a、4bの両側から冷媒流路5に流れ、冷媒置換用マニフォールド4c、4dの両側から、つまり、置換ポート27c、27d、27g、27hから冷媒貯留部11へ冷媒が循環される。   After flowing through the replacement ports 27a, 27b, 27e, 27f, air flows from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4a, 4b to the refrigerant flow path 5, and from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4c, 4d, that is, the replacement ports 27c, The refrigerant is circulated from 27d, 27g, and 27h to the refrigerant reservoir 11.

さらに冷媒流路5の水位が置換ポート27g、27hよりも下がることを圧力センサ19で検知すると、吸気・冷媒切替三方弁23g、23hが冷媒貯留部11から蓄圧タンク18へ切替接続される。同時に冷媒排出遮断弁22g、22hが閉じられ、吸気導入遮断弁21g、21hが開放される。   Further, when the pressure sensor 19 detects that the water level in the refrigerant flow path 5 falls below the replacement ports 27g and 27h, the intake / refrigerant switching three-way valves 23g and 23h are switched and connected from the refrigerant reservoir 11 to the pressure accumulation tank 18. At the same time, the refrigerant discharge cutoff valves 22g and 22h are closed, and the intake intake cutoff valves 21g and 21h are opened.

この作用によって置換ポート27g、27hと蓄圧タンク18が接続され、燃料電池14に置換ポート27g、27hからも空気が供給される。   By this action, the replacement ports 27g and 27h are connected to the pressure accumulating tank 18, and air is supplied to the fuel cell 14 also from the replacement ports 27g and 27h.

置換ポート27a、27b、27e、27f、27g、27hからの空気が、冷媒置換用マニフォールド4a、4bの両側からと冷媒置換用マニフォールド4c、4dの傾斜上方側から冷媒流路5に送り込まれ、冷媒置換用マニフォールド4c、4dの傾斜下方側から冷媒貯留部11へ冷媒が排出される。   Air from the replacement ports 27a, 27b, 27e, 27f, 27g, and 27h is sent to the refrigerant flow path 5 from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b and from above the inclined sides of the refrigerant replacement manifolds 4c and 4d. The refrigerant is discharged to the refrigerant storage part 11 from the inclined lower side of the replacement manifolds 4c, 4d.

圧力センサ19の検出値が所定値となったところで、上記の作用を終了する。   When the detection value of the pressure sensor 19 reaches a predetermined value, the above operation is terminated.

ところで、燃料電池14が図7のように前後に傾いているときも、図6のように前後に傾いているときと同様な手順で同様に作用する。   By the way, even when the fuel cell 14 is tilted back and forth as shown in FIG. 7, it operates in the same procedure as when it is tilted back and forth as shown in FIG.

このとき、置換ポート27a〜27hの高さにおいて、置換ポート27e、27fがもっとも高い位置にあり、置換ポート27gと27h、27aと27b、27cと27dの順番に低い位置にあることを、傾斜角センサ15と置換ポート27a〜27hの配置の関係から導き出す。   At this time, the replacement ports 27e and 27f are at the highest positions at the heights of the replacement ports 27a to 27h, and the replacement ports 27g and 27h, 27a and 27b, and 27c and 27d are in the lower positions in this order. This is derived from the relationship between the arrangement of the sensor 15 and the replacement ports 27a to 27h.

以下図6のように燃料電池14が前後に傾いているときと同様な手順で冷媒を排出していく。   Hereinafter, the refrigerant is discharged in the same procedure as when the fuel cell 14 is tilted back and forth as shown in FIG.

次に図8と図9のように車両が左右方向に傾いて停車しているとき、すなわち燃料電池14が左右に傾いているときについて説明する。まず燃料電池14が図8のように左右に傾いているときについて説明する。   Next, a description will be given of the case where the vehicle is tilted left and right as shown in FIGS. 8 and 9, that is, the fuel cell 14 is tilted left and right. First, the case where the fuel cell 14 is tilted left and right as shown in FIG. 8 will be described.

傾斜角センサ15から燃料電池14の傾斜角度を検知に基づき前回と同じように、最上端(または最下端)からの置換ポート27a〜27hの高さの順番を予め把握しておく。置換ポート27a〜27hのうち、置換ポート27bと27fがもっとも高い位置にあり、置換ポート27aと27e、27dと27h、27cと27gの順に低い位置にある。   Based on the detection of the inclination angle of the fuel cell 14 from the inclination angle sensor 15, the order of the heights of the replacement ports 27a to 27h from the uppermost end (or the lowermost end) is previously grasped in the same manner as the previous time. Among the replacement ports 27a to 27h, the replacement ports 27b and 27f are at the highest position, and the replacement ports 27a and 27e, 27d and 27h, and 27c and 27g are at the lower positions in this order.

置換ポート27a〜27hのうち、もっとも高い位置にある置換ポート27b、27fに対応する吸気・冷媒切替三方弁23bと23fを蓄圧タンク18側へと切替接続する。   Among the replacement ports 27a to 27h, the intake / refrigerant switching three-way valves 23b and 23f corresponding to the replacement ports 27b and 27f at the highest position are switched and connected to the pressure accumulation tank 18 side.

他の吸気・冷媒切替三方弁23a、23c、23d、23e、23g、23hを冷媒貯蓄部11へ切替接続する。   The other intake / refrigerant switching three-way valves 23a, 23c, 23d, 23e, 23g, and 23h are switched and connected to the refrigerant storage unit 11.

同時に吸気導入遮断弁21b、21fを開放し、他の吸気導入遮断弁21a、21c、21d、21e、21g、21hを閉鎖する。   At the same time, the intake intake cutoff valves 21b and 21f are opened, and the other intake introduction cutoff valves 21a, 21c, 21d, 21e, 21g and 21h are closed.

同時に、冷媒排出遮断弁22b、22fを閉鎖し、他の冷媒排出遮断弁22a、22c、22d、22e、22g、22hを開放する。   At the same time, the refrigerant discharge cutoff valves 22b and 22f are closed, and the other refrigerant discharge cutoff valves 22a, 22c, 22d, 22e, 22g and 22h are opened.

この送り込まれた空気の圧力によって冷媒流路5の冷媒が、冷媒置換用マニフォールド4a、4c、4dの両側から外部に押し出される。この押し出された冷媒は置換ポート27a、27e、27c、27d、27g、27hから配管9を介して貯留部11へ循環される。   The refrigerant in the refrigerant flow path 5 is pushed out from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4a, 4c, and 4d by the pressure of the supplied air. The extruded refrigerant is circulated from the replacement ports 27a, 27e, 27c, 27d, 27g, and 27h to the storage unit 11 through the pipe 9.

圧力センサ19の出力から、燃料電池14内部の水位が下がり、水位が置換ポート27aと27eよりも下がった状態で、且つ置換ポート27aと27eに対応する冷媒置換用マニフォールド4aから完全に冷媒が排出された状態になったことを判定すると、置換ポート27aと27eに対応する吸気・冷媒切替三方弁23a、23eを蓄圧タンク18側へ切替接続する。同時に吸気導入遮断弁21a、21eを開放し、冷媒排出遮断弁22a、22eを閉鎖する。これによって置換ポート27a、27eからも空気が冷媒流路5に、冷媒置換用マニフォールド4a、4bの両側から供給される。   From the output of the pressure sensor 19, the water level in the fuel cell 14 is lowered, the water level is lower than the replacement ports 27a and 27e, and the refrigerant is completely discharged from the refrigerant replacement manifold 4a corresponding to the replacement ports 27a and 27e. When it is determined that the state has been reached, the intake / refrigerant switching three-way valves 23a and 23e corresponding to the replacement ports 27a and 27e are switched and connected to the pressure accumulation tank 18 side. At the same time, the intake intake cutoff valves 21a and 21e are opened, and the refrigerant discharge cutoff valves 22a and 22e are closed. Thus, air is also supplied from the replacement ports 27a and 27e to the refrigerant flow path 5 from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b.

この送り込まれた空気の圧力によって、水位がさらに下がり置換ポート27d、27hより低く、置換ポート27cと27gより高くなったとき、吸気・冷媒切替三方弁23dと23hを冷媒貯留部11から蓄圧タンク18側へ切替接続する。同時に冷媒排出遮断弁22dと22hを閉鎖し、吸気導入遮断弁21dと21hを開放する。   When the water level is further lowered and lower than the replacement ports 27d and 27h and higher than the replacement ports 27c and 27g by the pressure of the air sent in, the intake / refrigerant switching three-way valves 23d and 23h are moved from the refrigerant reservoir 11 to the pressure accumulation tank 18. Switch to the side. At the same time, the refrigerant discharge cutoff valves 22d and 22h are closed, and the intake introduction cutoff valves 21d and 21h are opened.

この作用によって置換ポート27dと27hからも冷媒流路5に空気が送り込まれる。この送り込まれた空気によって、冷媒流路5に残留する冷媒を冷媒貯留部11へ排出することができる。   By this action, air is also sent into the refrigerant flow path 5 from the replacement ports 27d and 27h. With the air sent in, the refrigerant remaining in the refrigerant flow path 5 can be discharged to the refrigerant reservoir 11.

図9のように燃料電池14が左右に傾いたときも、同様にして上記の作用を行うことで冷媒流路5からの冷媒を排出する。   Even when the fuel cell 14 is tilted left and right as shown in FIG. 9, the refrigerant is discharged from the refrigerant flow path 5 by performing the above-described action in the same manner.

なお、燃料電池14内の冷媒を抜き取った後に冷媒を再投入する場合は、燃料電池14の傾きがない場合と同じ作用によって冷媒を導入し、また冷媒中の気泡を取り除く。   In the case where the refrigerant is reintroduced after the refrigerant in the fuel cell 14 is extracted, the refrigerant is introduced by the same action as when the fuel cell 14 is not inclined, and bubbles in the refrigerant are removed.

なお、前記した冷媒の排出、再投入の制御は図示しないコントローラにより吸気・冷媒切替三方弁23a〜23h、吸気導入遮断弁21a〜21h、冷媒排出遮断弁22a〜22h、冷媒遮断弁13a、13bを傾斜角センサ15に基づいて自動的に行うようにする。   In addition, the control of the above-described refrigerant discharge and reinjection is performed by a controller (not shown) that controls the intake / refrigerant switching three-way valves 23a to 23h, the intake introduction cutoff valves 21a to 21h, the refrigerant discharge cutoff valves 22a to 22h, and the refrigerant cutoff valves 13a and 13b. This is automatically performed based on the tilt angle sensor 15.

なお、空気を一定の圧力で空気圧縮機17から蓄圧タンク18に送り続けながら、前記と同様にして燃料電池14の冷媒流路5から冷媒を取り除くこともできる。   Note that the refrigerant can also be removed from the refrigerant flow path 5 of the fuel cell 14 in the same manner as described above while continuously sending air from the air compressor 17 to the pressure accumulation tank 18 at a constant pressure.

ここで一例として燃料電池14が図6のように前後に傾いたときの、冷媒流路5からの冷媒の取り出しについて説明する。   Here, taking out the refrigerant from the refrigerant flow path 5 when the fuel cell 14 is tilted back and forth as shown in FIG. 6 will be described as an example.

燃料電池14の置換ポート27e、27fに蓄圧タンク18から空気を送り続けると、空気が冷媒置換用マニフォールド4a、4b上方の片側から冷媒流路5に空気が供給される。送りこまれる空気と、置換ポート27a、27b、27c、27d、27g、27hの開放によって、冷媒は冷媒置換用マニフォールド4a、4bの下方の片側と冷媒置換用マニフォールド4c、4dの両側から冷媒が排出される。   When air is continuously sent from the pressure accumulation tank 18 to the replacement ports 27e and 27f of the fuel cell 14, air is supplied to the refrigerant flow path 5 from one side above the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b. The refrigerant is discharged from one side below the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b and from both sides of the refrigerant replacement manifolds 4c and 4d by the air that is sent in and the opening of the replacement ports 27a, 27b, 27c, 27d, 27g, and 27h. The

燃料電池14内の冷媒の水位が置換ポート27a、27bより下がり、かつ、冷媒置換用マニフォールド4a、4bから冷媒が完全に抜け切る時、空気が置換ポート27a、26bを通って配管9に送り込まれる。空気が置換ポート27a、27bに送り込まれた瞬間、冷媒流路5内の圧が若干低下する。   When the coolant level in the fuel cell 14 is lowered from the replacement ports 27a and 27b and the refrigerant is completely removed from the refrigerant replacement manifolds 4a and 4b, air is sent to the pipe 9 through the replacement ports 27a and 26b. . The moment the air is sent to the replacement ports 27a and 27b, the pressure in the refrigerant flow path 5 slightly decreases.

この若干低下した圧力を判定することで、置換ポート27a、27bに対応する吸気・冷媒切替三方弁23a、23bを蓄圧タンク18へ切替接続する。そして蓄圧タンク18から置換ポート27a、27bにも空気が送り込まれる。そこで冷媒流路5から完全に冷媒が排出されると、その時点で冷媒流路5内の圧力は一定の圧力となり、変化はしなくなる。   By determining the slightly reduced pressure, the intake / refrigerant switching three-way valves 23a and 23b corresponding to the replacement ports 27a and 27b are switched and connected to the pressure accumulation tank 18. Air is also sent from the accumulator tank 18 to the replacement ports 27a and 27b. Therefore, when the refrigerant is completely discharged from the refrigerant flow path 5, the pressure in the refrigerant flow path 5 at that time becomes a constant pressure and does not change.

このような蓄圧タンク18と圧力センサ19と空気圧縮機17による水位の判定によっても、状況に応じて冷媒置換用マニフォールド4a〜4hを、正確に冷媒排出または空気導入用に用いることができ、冷媒流路5から冷媒を完全に排出できる。   Even by the determination of the water level by the pressure accumulating tank 18, the pressure sensor 19, and the air compressor 17, the refrigerant replacement manifolds 4a to 4h can be accurately used for refrigerant discharge or air introduction depending on the situation. The refrigerant can be completely discharged from the flow path 5.

次に通常運転時における冷媒流路5からの冷媒の気泡の取り除きの作用について説明する。   Next, the effect | action of the bubble removal of the refrigerant | coolant from the refrigerant | coolant flow path 5 at the time of normal operation is demonstrated.

なお、一般に気泡は高い場所に溜まるため、気泡除去操作時に傾斜センサ15から検知したもっとも高い位置にある置換ポート27a〜27hを割り出し、冷媒中の気泡を排除する。例えば、置換ポート27aがもっとも高い位置にある場合、吸気・冷媒切替三方弁23aを冷媒貯留部11側に切替接続し、冷媒排出遮断弁22aを開き、通常の冷媒流路5以外にも冷媒が流れ、置換ポート27aを流通する冷媒とともに、冷媒内の気泡を取り除くことができる。   In general, since air bubbles accumulate in a high place, the replacement ports 27a to 27h at the highest position detected from the inclination sensor 15 during the air bubble removal operation are determined to eliminate air bubbles in the refrigerant. For example, when the replacement port 27a is at the highest position, the intake / refrigerant switching three-way valve 23a is switched to the refrigerant reservoir 11 side, the refrigerant discharge shut-off valve 22a is opened, and refrigerant other than the normal refrigerant flow path 5 The air bubbles in the refrigerant can be removed together with the refrigerant flowing through the replacement port 27a.

一定時期にこの操作を実施し、終了後に通常の運転に切り替える。この作用によって、以下述べる冷媒再投入時に完全に抜ききることができなかった気泡を、冷媒から完全に取り除くことができる。   Carry out this operation at a certain time, and switch to normal operation after completion. By this action, bubbles that could not be completely removed when the refrigerant is reintroduced as described below can be completely removed from the refrigerant.

本発明の第1実施形態の効果について説明する。   The effect of 1st Embodiment of this invention is demonstrated.

本発明の燃料電池14において、冷媒流路5に冷媒を循環及び遮断可能な冷媒入口マニフォールド及び冷媒出口マニフォールドと、冷媒流路5に接続する少なくとも一対の冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを設け、それぞれの冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを外部の圧力気体の畜圧タンク18、並びに冷媒貯留部11とそれぞれ選択的に接続可能な吸気・冷媒切替三方弁23a〜23hと接続した。この構成によって、冷媒排出時に冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを冷媒排出又は気体導入用に切替て用いることができる。   In the fuel cell 14 of the present invention, the refrigerant flow path 5 is provided with a refrigerant inlet manifold and a refrigerant outlet manifold capable of circulating and blocking the refrigerant, and at least a pair of refrigerant replacement manifolds 4a to 4d connected to the refrigerant flow path 5, respectively. The refrigerant replacement manifolds 4a to 4d were connected to the external pressure gas storage pressure tank 18 and the intake / refrigerant switching three-way valves 23a to 23h, which can be selectively connected to the refrigerant reservoir 11, respectively. With this configuration, the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d can be switched and used for refrigerant discharge or gas introduction during refrigerant discharge.

燃料電池14の運転停止時に、一方の冷媒置換用マニフォールド4a〜4dから導入した空気により冷媒流路5の冷媒を他方の冷媒置換用マニフォールド4a〜4dへと送り出すことによって、燃料電池14内の冷媒を気体と置換するため、冷媒流路5の冷媒を完全に又すばやく取り除くことができる。   When the operation of the fuel cell 14 is stopped, the refrigerant in the refrigerant flow path 5 is sent to the other refrigerant replacement manifolds 4a to 4d by the air introduced from one of the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d. Therefore, the refrigerant in the refrigerant flow path 5 can be completely and quickly removed.

冷媒流路5の上部に、一方の冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを、同じく冷媒流路5の下部に、他方の冷媒置換用マニフォールド4a〜4dが接続されるように構成したので、冷媒流路5の上方から空気を送り込み、冷媒流路5の下方から冷媒を排出するので、冷媒流路5内の冷媒を気体と置換し、冷媒を完全に排出する。   Since one of the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d is connected to the upper part of the refrigerant flow path 5, and the other refrigerant replacement manifold 4a to 4d is connected to the lower part of the refrigerant flow path 5, the refrigerant flow path. Since air is fed from above 5 and the refrigerant is discharged from below the refrigerant flow path 5, the refrigerant in the refrigerant flow path 5 is replaced with gas, and the refrigerant is completely discharged.

また、本発明の燃料電池14の構成では、冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを、燃料ガスが流通するマニフォールドと酸化剤ガスが流通するマニフォールド、冷媒入口マニフォールド1と冷媒出口マニフォールド2から独立させて冷媒流路5に接続させているので、燃料電池14の運転時の性能に影響を与える冷媒流路5および冷媒入口マニフォールド1と冷媒出口マニフォールド2の配置を、冷媒排出時の残留量を考慮せずに冷却性能優先で構成することができる。   Further, in the configuration of the fuel cell 14 of the present invention, the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d are made independent of the manifold through which the fuel gas flows and the manifold through which the oxidant gas flows, the refrigerant inlet manifold 1 and the refrigerant outlet manifold 2. Since it is connected to the flow path 5, the arrangement of the refrigerant flow path 5 and the refrigerant inlet manifold 1 and the refrigerant outlet manifold 2 that affect the performance during operation of the fuel cell 14 is not considered in consideration of the remaining amount when the refrigerant is discharged. The cooling performance can be prioritized.

冷媒流路5への冷媒の再充填時に、冷媒入口マニフォールド1から冷媒を導入し、冷媒出口マニフォールド2からの冷媒の排出を遮断し、冷媒置換用マニフォールド4a〜4をから冷媒流路5内に溜まった気体を排出するようにしたので、複雑な形状をもつ冷媒流路5内に残留する気泡を完全に除去することが可能となり、気泡詰りによる燃料電池14内の局所的なヒートスポットがなくなり、燃料電池14の寿命に悪影響を及ぼす因子を取り除くことができる。   When the refrigerant flow path 5 is refilled with the refrigerant, the refrigerant is introduced from the refrigerant inlet manifold 1, the discharge of the refrigerant from the refrigerant outlet manifold 2 is blocked, and the refrigerant replacement manifolds 4 a to 4 are inserted into the refrigerant flow path 5. Since the accumulated gas is discharged, it is possible to completely remove bubbles remaining in the refrigerant flow path 5 having a complicated shape, and there is no local heat spot in the fuel cell 14 due to bubble clogging. The factors that adversely affect the life of the fuel cell 14 can be removed.

燃料電池14の運転中に、冷媒流路5に冷媒入口マニフォールド1から冷媒を導入し、冷媒出口マニフォールド2から排出させる一方で、冷媒流路5の上部の冷媒置換マニフォールド4a〜4dを冷媒貯留部11と連結させることで、冷媒中に含まれる気泡を排除するようにした。このときに用いる冷媒置換用マニフォールド4a〜4dは傾斜角センサ16から判断した、もっとも高い位置にある置換ポート27a〜27hに対応するものを用いるので、燃料電池14の運転中に置換ポート27a〜27hの高さが変化しても、常にもっとも高い位置にある置換ポート27a〜27hに対応した冷媒置換用マニフォールド4a〜4dの上方の片側から冷媒を排出し、冷媒内に含まれる気泡を確実に除去することが可能になる。   During operation of the fuel cell 14, the refrigerant is introduced into the refrigerant flow path 5 from the refrigerant inlet manifold 1 and discharged from the refrigerant outlet manifold 2, while the refrigerant replacement manifolds 4 a to 4 d at the upper part of the refrigerant flow path 5 are placed in the refrigerant reservoir. By connecting with No. 11, the bubbles contained in the refrigerant were excluded. Since the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d used at this time correspond to the replacement ports 27a to 27h at the highest position determined from the inclination angle sensor 16, the replacement ports 27a to 27h are operated during the operation of the fuel cell 14. Even if the height of the refrigerant changes, the refrigerant is discharged from one side above the refrigerant replacement manifolds 4a to 4d corresponding to the replacement ports 27a to 27h which are always at the highest position, and the bubbles contained in the refrigerant are surely removed. It becomes possible to do.

冷媒流路5の上部の異なった位置に少なくとも2つの冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを備え、同様に冷媒流路5の下部の異なった位置に少なくとも2つの冷媒置換用マニフォールド4a〜4dを備える。燃料電池14の前後または左右、または前後と左右の複合の傾きを検知する傾斜角センサ15を備えることで、燃料電池14から冷媒を排出するとき、燃料電池14が傾斜していても、傾斜角センサ15の検出値から判断し、もっとも高い位置にある置換ポート27a〜27hから空気を導入し、それ以外の置換ポート27a〜27hから冷媒を排出することができ、燃料電池14が前後または左右、または前後と左右に傾いているときにも、冷媒流路5内の冷媒をすばやく、確実に排出することができる。   At least two refrigerant replacement manifolds 4 a to 4 d are provided at different positions in the upper part of the refrigerant flow path 5, and at least two refrigerant replacement manifolds 4 a to 4 d are similarly provided at different positions in the lower part of the refrigerant flow path 5. Even if the fuel cell 14 is tilted when the refrigerant is discharged from the fuel cell 14 by including the tilt angle sensor 15 that detects the tilt of the fuel cell 14 before and after, left and right, or a combined tilt of the front and rear and left and right, the tilt angle Judging from the detection value of the sensor 15, air can be introduced from the replacement ports 27a to 27h at the highest position, and the refrigerant can be discharged from the other replacement ports 27a to 27h. Alternatively, the refrigerant in the refrigerant flow path 5 can be quickly and reliably discharged even when it is tilted back and forth and left and right.

傾斜角センサ15と、冷媒の水位と、蓄圧タンク18と、置換ポート27a〜27hの高さの位置の関係を予め検知しておくことで、燃料電池14が前記のように傾いているとき、傾斜角センサ15の検出値から時間の経過とともに変化する置換ポート27a〜27hと水位の関係を適確に判断できる。これにより、吸気・冷媒切替三方弁23a〜23hを冷媒流路5内の冷媒の水位よりも高い位置にある置換ポート27a〜27hに接続させ、常に、水位よりも高い位置にある置換ポート27a〜27hから空気を導入し、水位よりも低い位置にある置換ポート27a〜27hから冷媒を排出することができ、したがって燃料電池14が前後または左右または前後左右に傾いているときも、冷媒流路5に残留する冷媒を上方から下方へ押し出すように外部へ排出するので、冷媒流路5の冷媒の残留を完全にすばやく取り除くことができる。   When the fuel cell 14 is tilted as described above by detecting in advance the relationship between the tilt angle sensor 15, the coolant level, the pressure accumulation tank 18, and the height positions of the replacement ports 27a to 27h, It is possible to accurately determine the relationship between the replacement ports 27a to 27h that change with time from the detection value of the inclination angle sensor 15 and the water level. As a result, the intake / refrigerant switching three-way valves 23a to 23h are connected to the replacement ports 27a to 27h that are higher than the coolant level in the refrigerant flow path 5, and the replacement ports 27a to 27a that are always higher than the water level are connected. Air can be introduced from 27h, and the refrigerant can be discharged from the replacement ports 27a to 27h at a position lower than the water level. Therefore, even when the fuel cell 14 is tilted back and forth or left and right or front and rear left and right, the refrigerant flow path 5 Since the refrigerant remaining in the refrigerant is discharged to the outside so as to push downward from above, the refrigerant remaining in the refrigerant flow path 5 can be completely removed quickly.

冷媒ポンプ12が冷媒ホース24aに備えられているので、冷媒を冷媒貯留部11から冷媒入口マニフォールド1と冷媒流路5と冷媒出口マニフォールド2を循環させることができる。冷媒ポンプ12の構成と作用によって、燃料電池14に任意で冷媒を循環させることができる。   Since the refrigerant pump 12 is provided in the refrigerant hose 24a, the refrigerant can be circulated from the refrigerant reservoir 11 to the refrigerant inlet manifold 1, the refrigerant flow path 5, and the refrigerant outlet manifold 2. The refrigerant can be optionally circulated in the fuel cell 14 by the configuration and action of the refrigerant pump 12.

冷媒貯留部11はリザーバタンクであるため、通常運転中に冷媒の膨張時には冷媒を冷媒貯留部11へ排出し、燃料電池14の冷媒が不足したときには冷媒を導入することが可能である。   Since the refrigerant reservoir 11 is a reservoir tank, it is possible to discharge the refrigerant to the refrigerant reservoir 11 when the refrigerant expands during normal operation, and to introduce the refrigerant when the fuel cell 14 runs out of refrigerant.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea.

燃料電池により走行する燃料電池自動車などに用いることができる。   It can be used for a fuel cell vehicle that runs on a fuel cell.

本発明の第1実施形態の燃料電池の単位セル内の概略図である。It is the schematic in the unit cell of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池のセパレータの概略図である。It is the schematic of the separator of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池の側面の概略図である。It is the schematic of the side surface of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池の斜視図の概略図である。一部のセパレータと冷却用マニフォールドが図示されている。It is the schematic of the perspective view of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. Some separators and cooling manifolds are shown. 本発明の第1実施形態の燃料電池の冷却システムの概略図である。It is the schematic of the cooling system of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池の側面の概略図である。It is the schematic of the side surface of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池の側面の概略図である。It is the schematic of the side surface of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池の正面の概略図である。It is the schematic of the front of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の燃料電池の正面の概略図である。It is the schematic of the front of the fuel cell of 1st Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 冷媒入口マニフォールド
2 冷媒出口マニフォールド
4a〜4d 冷媒置換用マニフォールド
5 冷媒流路
5a 流路入口側
5 流路出口側
5c 冷却流路
6a 発電膜
6b 燃料ガス流路
6c 酸化剤ガス流路
7 電流取り出し板
8a エンドプレート
8b エンドプレート
9 配管
10 冷媒冷却用ラジエータ
10a ラジエータ流路
11 冷媒貯留部
12 冷媒ポンプ
13a 冷媒遮断弁
13b 冷媒遮断弁
14 燃料電池
15 傾斜角センサ
16 吸気フィルタ
17 空気圧縮機
18 蓄圧タンク
19 圧力センサ
20a 酸化剤ガス弁
20b 酸化剤ガス弁
21a〜21h 吸気導入遮断弁
22a〜22h 冷媒排出遮断弁
23a〜23h 吸気・冷媒切替三方弁
24a 冷媒ホース
24b 冷媒ホース
25 吸気ホース
26 オフガス排気管
27a〜27h 置換ポート
28 水位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refrigerant inlet manifold 2 Refrigerant outlet manifold 4a-4d Manifold for refrigerant replacement 5 Refrigerant flow path 5a Flow path inlet side 5 Flow path outlet side 5c Cooling flow path 6a Power generation film 6b Fuel gas flow path 6c Oxidant gas flow path 7 Current extraction Plate 8a End plate 8b End plate 9 Piping 10 Refrigerant cooling radiator 10a Radiator flow path 11 Refrigerant reservoir 12 Refrigerant pump 13a Refrigerant shutoff valve 13b Refrigerant shutoff valve 14 Fuel cell 15 Inclination angle sensor 16 Intake filter 17 Air compressor 18 Accumulation tank 19 Pressure sensor 20a Oxidant gas valve 20b Oxidant gas valve 21a-21h Intake introduction shutoff valve 22a-22h Refrigerant discharge shutoff valve 23a-23h Intake / refrigerant switching three-way valve 24a Refrigerant hose 24b Refrigerant hose 25 Intake hose 26 Off gas exhaust pipe 27a ~ 27h Replacement port 2 Water level

Claims (12)

複数の単位セルを各々セパレータを介して積層し、各単位セルに対して燃料ガスと酸化剤ガスを供給することで発電を行うようにした燃料電池において、
前記各セパレータに設けた冷媒流路と、
前記冷媒流路に冷媒を循環及び遮断可能な冷媒入口マニフォールド及び冷媒出口マニフォールドと、
前記冷媒流路に接続する少なくとも一対の冷媒置換用マニフォールドと、
前記それぞれの冷媒置換用マニフォールドを外部の圧力気体の供給部、並びに冷媒貯留部とそれぞれ選択的に接続可能な流路切換機構と、を備え、
燃料電池の運転停止時に一方の冷媒置換用マニフォールドから導入した圧力気体により前記冷媒流路の冷媒を他方の冷媒置換用マニフォールドへと送り出し、燃料電池内の冷媒を気体と置換するようにした燃料電池システム。
In a fuel cell in which a plurality of unit cells are stacked via separators, and power is generated by supplying fuel gas and oxidant gas to each unit cell.
A refrigerant flow path provided in each separator;
A refrigerant inlet manifold and a refrigerant outlet manifold capable of circulating and blocking the refrigerant in the refrigerant flow path;
At least a pair of refrigerant replacement manifolds connected to the refrigerant flow path;
A flow path switching mechanism capable of selectively connecting each of the refrigerant replacement manifolds to an external pressure gas supply unit and a refrigerant storage unit,
A fuel cell in which the refrigerant in the refrigerant channel is sent to the other refrigerant replacement manifold by the pressure gas introduced from one refrigerant replacement manifold when the fuel cell is stopped, and the refrigerant in the fuel cell is replaced with the gas. system.
前記冷媒流路の上部に、前記一方の冷媒置換用マニフォールドを、同じく下部に前記他方の冷媒置換用マニフォールドが接続される請求項1に記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the one refrigerant replacement manifold is connected to an upper part of the refrigerant flow path, and the other refrigerant replacement manifold is connected to a lower part thereof. 前記冷媒流路からの冷媒の排出時に、前記上部の冷媒置換用マニフォールドから圧力気体が導入され、下部の冷媒置換用マニフォールドから冷媒が排出されるようにする請求項2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein when the refrigerant is discharged from the refrigerant flow path, a pressure gas is introduced from the upper refrigerant replacement manifold and the refrigerant is discharged from the lower refrigerant replacement manifold. 前記冷媒流路への冷媒の再充填時に、前記冷媒入口マニフォールドから冷媒を導入し、前記冷媒出口マニフォールドからの冷媒の排出を遮断し、冷媒置換用マニフォールドをから冷媒流路内に溜まった気体を排出することを特徴とした請求項2に記載の燃料電池システム。   When the refrigerant is refilled into the refrigerant flow path, the refrigerant is introduced from the refrigerant inlet manifold, the refrigerant discharge from the refrigerant outlet manifold is shut off, and the gas accumulated in the refrigerant flow path from the refrigerant replacement manifold is removed. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel cell system is discharged. 前記燃料電池の運転中に、前記冷媒流路に冷媒入口マニフォールドから冷媒を導入し、冷媒出口マニフォールドから排出させる一方で、前記上部の冷媒置換マニフォールドを前記冷媒貯留部と連通させることで、冷媒中に含まれる気泡を排除するようにする請求項2または3に記載の燃料電池システム。   During operation of the fuel cell, the refrigerant is introduced into the refrigerant flow path from the refrigerant inlet manifold and discharged from the refrigerant outlet manifold, while the upper refrigerant replacement manifold is communicated with the refrigerant reservoir so that The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein bubbles contained in the fuel cell are excluded. 前記一方の冷媒置換用マニフォールドとして、冷媒流路の上部で異なった位置に少なくとも2つの冷媒置換用マニフォールドが接続され、また前記他方の冷媒置換用マニフォールドとして、同じく冷媒流路の下部で異なった位置に少なくもと2つの冷媒置換用マニフォールドが接続され、
前記燃料電池の傾斜を検出する手段を備え、
前記冷媒流路からの冷媒の排出時に、前記傾斜検出手段の検出した傾斜角により、前記最も上部に位置する冷媒置換用マニフォールドから圧力気体が導入され、最も下部の冷媒置換用マニフォールドから冷媒が排出されるようにする請求項1に記載の燃料電池システム。
As the one refrigerant replacement manifold, at least two refrigerant replacement manifolds are connected at different positions in the upper part of the refrigerant flow path, and also as the other refrigerant replacement manifold, in different positions at the lower part of the refrigerant flow path. At least two refrigerant replacement manifolds are connected,
Means for detecting the inclination of the fuel cell;
When the refrigerant is discharged from the refrigerant flow path, the pressure gas is introduced from the uppermost refrigerant replacement manifold and the refrigerant is discharged from the lowermost refrigerant replacement manifold according to the inclination angle detected by the inclination detecting means. The fuel cell system according to claim 1, wherein
前記冷媒流路からの冷媒の排出時に、前記傾斜検出手段の検出した傾斜角により、前記最も上部に位置する冷媒置換用マニフォールドから圧力気体が導入され、以後、時間の経過に伴い、順次位置の低い冷媒置換用マニフォールドからも圧力気体が導入されるようにする請求項5に記載の燃料電池システム。   When the refrigerant is discharged from the refrigerant flow path, the pressure gas is introduced from the refrigerant replacement manifold located at the uppermost position by the inclination angle detected by the inclination detecting means. 6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the pressurized gas is also introduced from a low refrigerant replacement manifold. 前記冷媒置換用マニフォールドは前記燃料電池を積層方向に貫通して設けられ、
前記冷媒置換用マニフォールドは、その両端において、前記外部の圧力気体の供給部、並びに前記冷媒貯留部に対してそれぞれ前記流路切換機構を介して選択的に接続可能に構成される請求項1〜7のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
The refrigerant replacement manifold is provided through the fuel cell in the stacking direction,
The refrigerant replacement manifold is configured to be selectively connectable to the external pressure gas supply unit and the refrigerant storage unit via the flow path switching mechanism at both ends thereof, respectively. 8. The fuel cell system according to any one of 7 above.
前記圧力気体の供給部は、前記燃料電池に供給する酸化剤ガスとしての圧縮空気を蓄える畜圧タンクである請求項1〜8のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein the pressure gas supply unit is a livestock pressure tank that stores compressed air as an oxidant gas supplied to the fuel cell. 前記畜圧タンクの気体圧力を検出する手段を備え、
前記冷媒流路からの冷媒の排出時に前記検出圧力に基づいて冷媒の排出状態を推定するようにした請求項9に記載の燃料電池システム。
Means for detecting the gas pressure in the animal pressure tank;
The fuel cell system according to claim 9, wherein a discharge state of the refrigerant is estimated based on the detected pressure when the refrigerant is discharged from the refrigerant flow path.
前記冷媒入口マニフォールドと冷媒出口マニフォールドは、冷媒を冷却するラジエータと循環通路を介して接続し、前記循環通路には冷媒を前記冷媒入口マニフォールドに圧送するポンプを備える請求項1〜10のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The refrigerant inlet manifold and the refrigerant outlet manifold are connected to a radiator that cools the refrigerant through a circulation passage, and the circulation passage includes a pump that pumps the refrigerant to the refrigerant inlet manifold. The fuel cell system described in 1. 前記冷媒貯留部は、前記循環通路に循環させる冷媒のリザーバタンクである請求項11に記載の燃料電池システム。



The fuel cell system according to claim 11, wherein the refrigerant storage unit is a reservoir tank for refrigerant to be circulated in the circulation passage.



JP2005027448A 2005-02-03 2005-02-03 Fuel cell system Pending JP2006216350A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005027448A JP2006216350A (en) 2005-02-03 2005-02-03 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005027448A JP2006216350A (en) 2005-02-03 2005-02-03 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006216350A true JP2006216350A (en) 2006-08-17

Family

ID=36979391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005027448A Pending JP2006216350A (en) 2005-02-03 2005-02-03 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006216350A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009054428A1 (en) * 2007-10-25 2009-04-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US8192880B2 (en) 2007-10-25 2012-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2015072755A (en) * 2013-10-02 2015-04-16 トヨタ自動車株式会社 Separator for fuel cell and fuel cell

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009054428A1 (en) * 2007-10-25 2009-04-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US8192880B2 (en) 2007-10-25 2012-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2015072755A (en) * 2013-10-02 2015-04-16 トヨタ自動車株式会社 Separator for fuel cell and fuel cell
KR20160050055A (en) * 2013-10-02 2016-05-10 도요타지도샤가부시키가이샤 Separator for fuel cell and fuel cell
KR101885972B1 (en) 2013-10-02 2018-08-06 도요타지도샤가부시키가이샤 Separator for fuel cell and fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5877492B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
KR101838358B1 (en) Method of discharging water from fuel cell and fuel cell system
JP4882198B2 (en) Fuel cell system
JP5170257B2 (en) Fuel cell system
JP5044881B2 (en) Fuel cell system
US10892501B2 (en) Fuel cell system and method of operating the same
JP5817911B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP6847029B2 (en) Fuel cell system and its control method
JP2009522723A (en) Response to gas uptake into the fuel cell refrigerant
JP6555169B2 (en) Control method of fuel cell system
JP2006032134A (en) Water storage equipment for storing water in fuel cell system and fuel cell system
JP2006216350A (en) Fuel cell system
JP2008311160A (en) Fuel cell system
JP2020077569A (en) Fuel cell system
JP4940573B2 (en) Fuel gas supply device
JP2013182690A (en) Fuel cell system
JP2005259422A (en) Fuel cell system
JP2009076261A (en) Fuel cell system and its starting method
JP5262169B2 (en) Fuel cell system
JP2005071751A (en) Fuel cell system
JP2005079006A (en) Fuel cell system
JP7006158B2 (en) Fuel cell system
JP5737158B2 (en) Fuel cell system
JP5673846B2 (en) Fuel cell system
JP5721451B2 (en) Fuel cell system and control method thereof