JP2006228472A - Cooling system of fuel cell - Google Patents

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Shinichiro Takemoto
真一郎 竹本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling system for a fuel cell with insulation resistance from a fuel cell stack secured and degradation of power generating efficiency prevented, even in case conductivity of the cooling liquid has risen. <P>SOLUTION: The system is provided with a fuel cell stack 2, a cooling liquid circulating piping 3 circulating cooling liquid (a) connected to the fuel cell stack 2, a heat exchanging means (a radiator 4) installed at the cooling liquid circulating piping 3, a first cooling liquid bypass piping 6 branched from the cooling liquid circulating piping 3 at downstream of the fuel cell stack 2 and connected to downstream of the heat exchanging means (the radiator 4) of a radius smaller than that of the cooling liquid circulating piping 3, an insulating valve 7 installed at the cooling liquid circulating piping 3 at downstream of the fuel cell stack 2, a charge releasing means (a ground 8) connected to the first cooling liquid bypass piping 6, and an ion removal means (an ion filter 9) installed at the first cooling liquid bypass piping 6. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池の冷却を行う燃料電池の冷却システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell cooling system for cooling a fuel cell.

燃料電池は、水素ガスを燃料として用いて水素ガスと酸素ガスとを反応させて発電する装置である。燃料電池は発電に伴い熱が発生するため、燃料電池を冷却する冷却システムが設置されている。   A fuel cell is a device that generates electricity by reacting hydrogen gas and oxygen gas using hydrogen gas as fuel. Since a fuel cell generates heat with power generation, a cooling system for cooling the fuel cell is installed.

冷却システムは、基本的に、燃料電池スタックに接続された冷却液循環配管と、冷却液循環配管に設置された熱交換手段(例えば、ラジエータ)と、を備えている。冷却システムでは、燃料電池スタックから排水された冷却液(例えば、冷却水)が冷却液循環配管を循環し、熱交換手段により冷却液中の熱を放熱した後、冷却された冷却液を再度燃料電池スタック内に導入し、燃料電池スタックの温度を規定の作動温度に維持している。   The cooling system basically includes a coolant circulation pipe connected to the fuel cell stack and heat exchange means (for example, a radiator) installed in the coolant circulation pipe. In the cooling system, the coolant (for example, coolant) drained from the fuel cell stack circulates in the coolant circulation pipe, dissipates the heat in the coolant by the heat exchange means, and then recools the cooled coolant. It is introduced into the battery stack, and the temperature of the fuel cell stack is maintained at a specified operating temperature.

冷却液(冷却水)は冷却液循環配管を循環するに伴い、燃料電池スタック、熱交換手段の金属部位から溶け出す金属イオンを含有するため、冷却液の導電率は上昇する傾向にある。冷却液の導電率が上昇すると、燃料電池の正極から冷却液循環配管を介して燃料電池の負極まで電位が下降し、その結果、燃料電池の発電効率は低下してしまう。   As the coolant (cooling water) circulates in the coolant circulation pipe, it contains metal ions that dissolve from the metal parts of the fuel cell stack and the heat exchange means, so the conductivity of the coolant tends to increase. When the conductivity of the coolant increases, the potential decreases from the positive electrode of the fuel cell to the negative electrode of the fuel cell via the coolant circulation pipe, and as a result, the power generation efficiency of the fuel cell decreases.

そこで、従来の冷却システムは、燃料電池と、この燃料電池を保温又は絶縁収納する燃料電池収納ケースとを設け、燃料電池収納ケースの壁面を貫通して燃料電池と熱交換手段とを接続する冷却液循環配管を形成している。そして、この冷却液循環配管に熱交換手段を設置し、冷却液循環配管が燃料電池収納ケースを貫通する一対の貫通部を、燃料電池の制御装置のグランドに接続している(特許文献1参照)。本技術によれば、燃料電池スタックから冷却液循環配管を介して規定の距離を確保した上でアースに落とし、絶縁抵抗を確保している。   Therefore, a conventional cooling system is provided with a fuel cell and a fuel cell storage case that retains or insulates the fuel cell, and connects the fuel cell and the heat exchanging means through the wall of the fuel cell storage case. A liquid circulation pipe is formed. And a heat exchange means is installed in this coolant circulation pipe, and a pair of penetration parts which a coolant circulation pipe penetrates a fuel cell storage case are connected to the ground of a control device of a fuel cell (refer to patent documents 1). ). According to the present technology, a predetermined distance is secured from the fuel cell stack via the coolant circulation pipe, and then dropped to the ground to ensure insulation resistance.

また、従来の別の冷却システムでは、燃料電池スタックの上流と下流のそれぞれの冷却液循環配管に樹脂製の絶縁バルブを設置し、さらに熱交換手段をバイパスするバイパス配管を冷却液循環配管に分岐させて接続している(特許文献2参照)。本技術によれば、絶縁バルブの設置により、冷却水がバイパス配管を循環するため、燃料電池スタックから流れる電気を遮断し、絶縁抵抗を確保している。
特開2002−280039号公報 特開2003−168462号公報
In another conventional cooling system, resin insulation valves are installed in the coolant circulation pipes upstream and downstream of the fuel cell stack, and a bypass pipe that bypasses the heat exchange means is branched into the coolant circulation pipe. And connected (see Patent Document 2). According to the present technology, since the cooling water circulates in the bypass pipe by installing the insulation valve, the electricity flowing from the fuel cell stack is cut off to ensure the insulation resistance.
JP 2002-280039 A JP 2003-168462 A

しかし、燃料電池の運転を長期間停止した後に運転を再開すると、燃料電池スタックから多量の金属イオンが冷却液中に溶け出してしまい、燃料電池の始動時のみ冷却液の導電率が一時的に高くなるという現象が生じていた。   However, when the operation is resumed after the fuel cell operation has been stopped for a long period of time, a large amount of metal ions are dissolved in the coolant from the fuel cell stack, and the conductivity of the coolant is temporarily changed only when the fuel cell is started. The phenomenon of becoming higher was occurring.

冷却液循環配管の径が広く、燃料電池スタックからアースまでの冷却液循環配管距離が短い場合、冷却液循環配管を循環する冷却水の流量が多くなることから、
冷却水の導電率が高くなると、絶縁抵抗を確保することが難しかった。しかし、特許文献1記載の冷却システムでは、冷却液循環配管が燃料電池収納ケースを貫通する一対の貫通部をアースの位置としており、冷却液循環配管の長さは、実質上、燃料電池スタック内部の長さしかなく、燃料電池スタックからアースまでの冷却液循環配管の距離は短くなっていた。このため、燃料電池スタックとアースの電位が低くなり、絶縁抵抗を確保できず、燃料電池の発電効率が低下するという問題を有していた。
If the coolant circulation pipe has a large diameter and the coolant circulation pipe distance from the fuel cell stack to the ground is short, the flow rate of the coolant circulating through the coolant circulation pipe increases.
When the conductivity of the cooling water increases, it is difficult to ensure insulation resistance. However, in the cooling system described in Patent Document 1, a pair of penetrations through which the coolant circulation pipe penetrates the fuel cell storage case is set as the ground position, and the length of the coolant circulation pipe is substantially the same as the inside of the fuel cell stack. The distance of the coolant circulation pipe from the fuel cell stack to the ground was short. For this reason, the potential of the fuel cell stack and the ground is lowered, insulation resistance cannot be ensured, and the power generation efficiency of the fuel cell is reduced.

また、特許文献2記載の冷却システムでは、燃料電池の停止中にのみ絶縁バルブを閉じて、熱交換手段をバイパスするバイパス配管を介して燃料電池スタック内に冷却液を循環させて電気を遮断していた。このため、燃料電池の始動中は、冷却液循環配管内に電気が流れるため、別途、絶縁カバーを設置するなどの対策が必要となっていた。さらに、絶縁バルブを閉じて電気を遮断しても、停車中でアイドリング状態の場合には、感電する危険性を有しており、車の点検作業を行うことが難しいという問題を有していた。   Further, in the cooling system described in Patent Document 2, the insulation valve is closed only when the fuel cell is stopped, and the coolant is circulated in the fuel cell stack through a bypass pipe that bypasses the heat exchange means to cut off electricity. It was. For this reason, during the start of the fuel cell, since electricity flows in the coolant circulation pipe, it is necessary to take measures such as installing an insulating cover separately. In addition, even if the insulation valve is closed and the electricity is cut off, there is a risk of electric shock when the vehicle is stopped and in an idling state, and there is a problem that it is difficult to inspect the car. .

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、本発明の燃料電池の冷却システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに接続された冷却液を循環させる冷却液循環配管と、冷却液循環配管に設置された熱交換手段と、燃料電池スタック下流の冷却液循環配管から分岐して接続され、熱交換手段の下流に接続された、冷却液循環配管の径よりも小径とした第1の冷却液バイパス配管と、燃料電池スタック下流の冷却液循環配管に設置された絶縁バルブと、第1の冷却液バイパス配管に接続された電荷放出手段と、第1の冷却液バイパス配管に設置されたイオン除去手段と、を有することを要旨とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. That is, the fuel cell cooling system of the present invention has a fuel cell stack and a coolant circulation pipe that circulates a coolant connected to the fuel cell stack. And a diameter smaller than the diameter of the coolant circulation pipe connected to and branched from the coolant circulation pipe downstream of the fuel cell stack and connected to the downstream of the heat exchange means. The first coolant bypass pipe, the insulation valve installed in the coolant circulation pipe downstream of the fuel cell stack, the charge discharge means connected to the first coolant bypass pipe, and the first coolant bypass And an ion removing means installed in the pipe.

本発明によれば、冷却液の導電率が上昇した場合においても、燃料電池スタックからの絶縁抵抗を確保でき、発電効率の低下を防止した燃料電池の冷却システムを提供する。   According to the present invention, there is provided a fuel cell cooling system that can secure an insulation resistance from a fuel cell stack and prevent a decrease in power generation efficiency even when the conductivity of the coolant increases.

以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却システムを説明する。   Hereinafter, a fuel cell cooling system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1実施形態
本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却システム1の基本的な構成を図1に示す。燃料電池の冷却システム1は、燃料電池スタック2に冷却液として冷却水aを循環させる冷却液循環配管3が接続され、この冷却液循環配管3に熱交換手段であるラジエータ4と、ポンプ5と、が順次設置される。冷却液循環配管3には、燃料電池スタック2下流の冷却液循環配管3から第1の冷却液バイパス配管6が分岐して接続され、この冷却液バイパス配管6はラジエータ4下流の冷却液循環配管3に接続される。冷却液バイパス配管6は、冷却液循環配管3よりも小径な配管から形成される。冷却液循環配管3と冷却液バイパス配管6との合流点下流の冷却水循環配管3には絶縁バルブ7が設置され、冷却液バイパス配管6には、電荷放出手段であるアース8と、イオン除去手段であるイオンフィルタ9と、が順次設置される。さらに、燃料電池スタック2上流の冷却液循環配管3にも、電荷放出手段であるアース10が設置される。
First Embodiment FIG. 1 shows a basic configuration of a fuel cell cooling system 1 according to an embodiment of the present invention. In the fuel cell cooling system 1, a coolant circulation pipe 3 that circulates a coolant a as a coolant is connected to a fuel cell stack 2, and a radiator 4 that is a heat exchange means, a pump 5, and the like are connected to the coolant circulation pipe 3. Are sequentially installed. A first coolant bypass pipe 6 is branched and connected to the coolant circulation pipe 3 from the coolant circulation pipe 3 downstream of the fuel cell stack 2, and the coolant bypass pipe 6 is connected to the coolant circulation pipe downstream of the radiator 4. 3 is connected. The coolant bypass pipe 6 is formed from a pipe having a smaller diameter than the coolant circulation pipe 3. An insulating valve 7 is installed in the cooling water circulation pipe 3 downstream of the junction of the cooling liquid circulation pipe 3 and the cooling liquid bypass pipe 6. Are sequentially installed. Further, a ground 10 which is a charge discharging means is also installed in the coolant circulation pipe 3 upstream of the fuel cell stack 2.

上記燃料電池の冷却システム1では、燃料電池を長期放置した後に起動する場合、絶縁バルブ7を閉じておき、冷却液バイパス配管6を経由して冷却水aを燃料電池スタック2に循環させる。なお、燃料電池の始動時は、燃料電池スタックの発熱量が少ないため、ラジエータ4により冷却水aを冷却する必要が無い。この冷却液バイパス配管6は冷却液循環配管3よりも小径であるため、冷却液バイパス配管3を循環する冷却水aの流量は少ない。このため、燃料電池スタック2からアース8までの距離が短くても、絶縁抵抗値を高い値に維持できる。アース8により電荷が放出され、イオンフィルタ9により冷却水a中のイオンが除去されるため、燃料電池スタック2の温度が上昇し、通常運転となるまでに冷却水aの導電率を下げることができる。   In the fuel cell cooling system 1, when the fuel cell is started after being left for a long period of time, the insulating valve 7 is closed and the cooling water a is circulated to the fuel cell stack 2 via the coolant bypass pipe 6. Note that when the fuel cell is started, it is not necessary to cool the cooling water a by the radiator 4 because the amount of heat generated by the fuel cell stack is small. Since the coolant bypass pipe 6 has a smaller diameter than the coolant circulation pipe 3, the flow rate of the coolant water a circulating through the coolant bypass pipe 3 is small. For this reason, even if the distance from the fuel cell stack 2 to the ground 8 is short, the insulation resistance value can be maintained at a high value. Electric charges are released by the ground 8 and ions in the cooling water a are removed by the ion filter 9, so that the temperature of the fuel cell stack 2 rises and the conductivity of the cooling water a can be lowered before normal operation is performed. it can.

燃料電池の通常運転時には、絶縁バルブ7を開き、冷却液循環配管3を介して冷却水aをラジエータ4とポンプ5とに循環させて、アース10により電荷を放出した上で燃料電池スタック2内に冷却水aを導入し、燃料電池スタック2を冷却する。そして、冷却液循環配管3から分岐して接続された冷却液バイパス配管6には、流量の少ない冷却水aが流通しており、イオンフィルタ9により冷却水a中のイオンが除去され、冷却水aの導電率を低い値としている。   During normal operation of the fuel cell, the insulating valve 7 is opened, the coolant a is circulated through the coolant circulation pipe 3 to the radiator 4 and the pump 5, the electric charge is discharged by the ground 10, and the inside of the fuel cell stack 2. The cooling water a is introduced into the fuel cell stack 2 to cool the fuel cell stack 2. Then, the coolant bypass pipe 6 branched from the coolant circulation pipe 3 is connected with coolant water a having a small flow rate. The ions in the coolant water a are removed by the ion filter 9, and the coolant The conductivity of a is a low value.

本発明の実施の形態によれば、燃料電池の始動時に、冷却液バイパス配管6に冷却水aを循環させて、冷却水aの導電率を下げた上で、冷却液循環配管3に冷却水aを循環させているため、燃料電池の運転中に冷却液循環配管3に冷却水aを通水させた場合でも、絶縁カバーを設けること無く、燃料電池スタック2からアース10までの絶縁抵抗を確保することができる。   According to the embodiment of the present invention, when the fuel cell is started, the coolant a is circulated through the coolant bypass pipe 6 to reduce the conductivity of the coolant a, and then the coolant is supplied to the coolant circulation pipe 3. Since a is circulated, the insulation resistance from the fuel cell stack 2 to the earth 10 can be provided without providing an insulating cover even when the coolant a is passed through the coolant circulation pipe 3 during operation of the fuel cell. Can be secured.

また、本発明の実施の形態によれば、冷却水aがイオンフィルタ9を通過すると冷却水aの導電率が低下するため、燃料電池スタック2上流側における冷却液循環配管3を太い径の配管とした場合であっても、絶縁抵抗値を下げることができる。   Further, according to the embodiment of the present invention, when the cooling water a passes through the ion filter 9, the conductivity of the cooling water a decreases. Therefore, the coolant circulation pipe 3 on the upstream side of the fuel cell stack 2 is provided with a large diameter pipe. Even in this case, the insulation resistance value can be lowered.

第2実施形態
本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を図2に示す。なお、図1に示す燃料電池の冷却システム1と同一の構成には同一符号を使用し、その説明を省略する。燃料電池の冷却システム11は、冷却液循環配管3と冷却液バイパス配管6との合流点上流の冷却水循環配管3に設置された導電率センサ12と、制御装置13と、を備える。そして、ポンプ5下流の冷却液循環配管3から第2の冷却液バイパス配管14が接続され、冷却液バイパス配管14に電荷放出手段であるアース15が設置される。冷却液バイパス配管14と冷却液循環配管3との合流点上流の冷却液循環配管3には、絶縁バルブ16が設置される。
Second Embodiment FIG. 2 shows the configuration of a fuel cell cooling system according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is used for the structure same as the cooling system 1 of the fuel cell shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted. The fuel cell cooling system 11 includes a conductivity sensor 12 installed in the coolant circulation pipe 3 upstream of the junction of the coolant circulation pipe 3 and the coolant bypass pipe 6, and a control device 13. Then, the second coolant bypass pipe 14 is connected from the coolant circulation pipe 3 downstream of the pump 5, and the ground 15 that is a charge discharging means is installed in the coolant bypass pipe 14. An insulating valve 16 is installed in the coolant circulation pipe 3 upstream of the junction of the coolant bypass pipe 14 and the coolant circulation pipe 3.

制御装置13は、導電率センサ12から計測される冷却水aの導電率が規定値よりも低いときに、絶縁バルブ7,16を開く制御信号を送信し、導電率センサ12から計測される冷却水aの導電率が規定値よりも高いときに、絶縁バルブ7,16を閉じる制御信号を送信し、冷却水aの流れを制御する。なお、ここでの規定値とは、絶縁抵抗を確保できる冷却水aの導電率を意味する。また、イオンフィルタ9の交換効率を予測できる場合には、冷却水aの導電率の浄化時間も予め予測できる。このため、制御装置13に浄化に要する規定時間を予め設定しておき、規定時間に到達した時点で絶縁バルブ7の開閉を制御する制御信号を送信しても良い。   The control device 13 transmits a control signal for opening the insulation valves 7 and 16 when the conductivity of the cooling water a measured from the conductivity sensor 12 is lower than a specified value, and the cooling measured from the conductivity sensor 12. When the conductivity of the water a is higher than the specified value, a control signal for closing the insulating valves 7 and 16 is transmitted to control the flow of the cooling water a. Here, the specified value means the conductivity of the cooling water a that can ensure insulation resistance. Moreover, when the exchange efficiency of the ion filter 9 can be predicted, the purification time of the conductivity of the cooling water a can also be predicted in advance. For this reason, a predetermined time required for purification may be set in advance in the control device 13, and a control signal for controlling opening and closing of the insulating valve 7 may be transmitted when the predetermined time is reached.

上記燃料電池の冷却システム11では、燃料電池の起動時、導電率センサ12により燃料電池スタック2から排水される冷却水aの導電率が測定される。起動時の冷却水a中には、各種の金属イオンが含有されており、冷却水aの導電率は規定値よりも高い値であると判定され、制御装置13から絶縁バルブ7,16に制御信号が送信される。絶縁バルブ7,16は閉じられ、冷却水aは、冷却液バイパス配管6を介して循環し、アース8により電荷が放出され、イオンフィルタ9によりイオンが除去される。その後、冷却液バイパス配管14を介して、アース15により電荷が放出された後、冷却液aは燃料電池スタック2内に導入される。さらに、燃料電池スタック2から排水される冷却液aの導電率が導電率センサ12により計測され、冷却水aの導電率が規定値よりも高い値であると判定されると、絶縁バルブ7,16は閉じられたままであり、冷却水aがイオンフィルタ9を通過し、燃料電池スタック2内に導入される。   In the fuel cell cooling system 11, the conductivity of the cooling water a drained from the fuel cell stack 2 is measured by the conductivity sensor 12 when the fuel cell is started. The cooling water a at the start contains various metal ions, and it is determined that the conductivity of the cooling water a is higher than a specified value, and the control device 13 controls the insulating valves 7 and 16. A signal is transmitted. The insulating valves 7 and 16 are closed, and the cooling water a circulates through the coolant bypass pipe 6, charges are released by the ground 8, and ions are removed by the ion filter 9. Thereafter, the electric charge is released by the ground 15 via the coolant bypass pipe 14, and then the coolant a is introduced into the fuel cell stack 2. Further, when the conductivity of the coolant a drained from the fuel cell stack 2 is measured by the conductivity sensor 12, and it is determined that the conductivity of the coolant a is higher than a specified value, the insulation valves 7, 16 remains closed, and the cooling water a passes through the ion filter 9 and is introduced into the fuel cell stack 2.

その後、燃料電池スタック2の温度が上昇し、燃料電池スタック2から排出される冷却液aの導電率が規定値よりも低い値になった場合に、制御装置13から絶縁バルブ7,16に制御信号が送信されて、絶縁バルブ7,16が2つとも開かれ、冷却水aは冷却水循環配管3内を循環し、冷却水aは、燃料電池スタック2を冷却する。   Thereafter, when the temperature of the fuel cell stack 2 rises and the conductivity of the coolant a discharged from the fuel cell stack 2 becomes lower than a specified value, the control device 13 controls the insulation valves 7 and 16. A signal is transmitted, both the insulation valves 7 and 16 are opened, the cooling water a circulates in the cooling water circulation pipe 3, and the cooling water a cools the fuel cell stack 2.

燃料電池の冷却システム11において、冷却水a中のイオンの溶出量が多く、また、イオンフィルタ9の容量が小さくイオンの交換効率が低い場合には、イオンフィルタ9に冷却水aを1回だけ通水しただけでは、冷却水a中のイオンを除去しきれず、冷却水aの導電率を下げることができない。このため、本実施形態では、イオンフィルタ9に冷却水aを複数回通水させて冷却水aの導電率を下げることができ、さらに燃料電池スタック2からアース16までの絶縁抵抗をも確保することができる。   In the fuel cell cooling system 11, when the elution amount of ions in the cooling water a is large and the ion filter 9 has a small capacity and low ion exchange efficiency, the cooling water a is supplied to the ion filter 9 only once. Only by passing water, ions in the cooling water a cannot be removed, and the conductivity of the cooling water a cannot be lowered. For this reason, in this embodiment, the cooling water a can be passed through the ion filter 9 a plurality of times to reduce the conductivity of the cooling water a, and further, the insulation resistance from the fuel cell stack 2 to the ground 16 is ensured. be able to.

また、本実施の形態では、導電率センサ12を設置して冷却水aの導電率を計測しているため、冷却水aの導電率を確実に低下させた上で、冷却液循環配管3に冷却水aを通水したため、確実に絶縁抵抗を確保することができる。   Further, in the present embodiment, since the conductivity sensor 12 is installed and the conductivity of the cooling water a is measured, the conductivity of the cooling water a is surely lowered, and then the coolant circulation pipe 3 is provided. Since the cooling water a is passed, the insulation resistance can be surely ensured.

第3実施形態
本発明における他の実施の形態に係る燃料電池の冷却システム17の構成を図3に示す。なお、図1及び図2に示した燃料電池の冷却システム1,11と同一の構成には同一符号を使用し、その説明を省略する。本実施の形態に係る燃料電池の冷却システム17は、冷却水バイパス配管6にイオンフィルタ9を設置していない。そして、冷却液循環配管3の絶縁バルブ7上流側から絶縁バルブ16下流側までの領域、及び冷却液バイパス配管のアース8下流側から冷却液バイパス配管14のアース15上流側までの領域に絶縁カバー18を被覆している。
3rd Embodiment The structure of the cooling system 17 of the fuel cell which concerns on other embodiment in this invention is shown in FIG. The same components as those of the fuel cell cooling systems 1 and 11 shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the fuel cell cooling system 17 according to the present embodiment, the ion filter 9 is not installed in the cooling water bypass pipe 6. Insulating covers are provided in a region from the upstream side of the insulating valve 7 to the downstream side of the insulating valve 16 in the coolant circulation pipe 3 and a region from the downstream side of the ground 8 of the coolant bypass pipe to the upstream side of the ground 15 of the coolant bypass pipe 14. 18 is covered.

この燃料電池の冷却システム17では、イオンフィルタ9を設置していないため、冷却水aの導電率は常に高い状態となる。   In this fuel cell cooling system 17, the ion filter 9 is not installed, so the conductivity of the cooling water a is always high.

燃料電池スタック2の発熱量が少ない燃料電池の始動時に、絶縁バルブ7を閉じて、冷却水バイパス配管6に冷却水aを循環させる。この時、絶縁バルブ7は閉じられており、ラジエータ4側に電気が流れることがない。また、電気はアースされた状態であるため、万が一、冷却液バイパス配管6内の冷却水aに接触しても安全性を確保することができる。   When starting the fuel cell with a small amount of heat generated in the fuel cell stack 2, the insulating valve 7 is closed and the cooling water a is circulated through the cooling water bypass pipe 6. At this time, the insulating valve 7 is closed, and electricity does not flow to the radiator 4 side. In addition, since electricity is in a grounded state, safety can be ensured even if it contacts the cooling water a in the coolant bypass pipe 6 by any chance.

その後、燃料電池スタック2の発熱量が増加したときに、絶縁バルブ7を開き、冷却液循環配管3に冷却水aを循環させる。この時、導電率の高い冷却水aが冷却液循環配管3を流通することになるが、絶縁カバー18を設置しているため、絶縁性を確保することができる。   Thereafter, when the heat generation amount of the fuel cell stack 2 increases, the insulating valve 7 is opened, and the cooling water a is circulated through the coolant circulation pipe 3. At this time, the coolant a having a high conductivity flows through the coolant circulation pipe 3, but since the insulating cover 18 is provided, the insulation can be ensured.

本実施の形態によれば、燃料電池が起動し、アイドルにより停止中においても絶縁抵抗を確保できるため、燃料電池を起動しながら車両点検をすることができる。また、本実施の形態によれば、絶縁カバーを被覆しているため、車両の走行中においても安全性を確保することができる。   According to the present embodiment, since the insulation resistance can be secured even when the fuel cell is activated and stopped due to idling, vehicle inspection can be performed while the fuel cell is activated. Moreover, according to this Embodiment, since the insulation cover is coat | covered, safety | security can be ensured also during driving | running | working of a vehicle.

なお、第1実施形態から第3実施形態まで、冷却液として純水を例に挙げて説明したが、純水に代えて、エチレングリコール、オイル等の冷却液を使用することももちろん可能である。   In the first to third embodiments, pure water has been described as an example of the cooling liquid. However, it is of course possible to use a cooling liquid such as ethylene glycol or oil instead of pure water. .

第4実施形態
本実施の形態では、第1実施形態乃至第3実施形態に示した燃料電池の冷却システムに設置された冷却液バイパス配管の配管径、燃料電池スタックからアースまでの配管の長さ(以下、「配管長さ」と言う。)、冷却水の導電率及び絶縁抵抗値についての関係を調べた。
Fourth Embodiment In the present embodiment, the pipe diameter of the coolant bypass pipe installed in the fuel cell cooling system shown in the first to third embodiments, and the length of the pipe from the fuel cell stack to the ground. (Hereinafter referred to as “pipe length”), the relationship between the conductivity and the insulation resistance value of the cooling water was examined.

まず、配管長さを200mmとした場合における、冷却液バイパス配管の配管径と冷却水の導電率及び絶縁抵抗値の関係を比較したグラフを図4に示す。図4に示すように、配管長さを200 mmと同じ長さにすると、冷却液バイパス配管の径が小さくなる程、絶縁抵抗値が大きくなる。絶縁抵抗値は、少なくとも約50kΩ以上の値を確保することが好ましい。このため、図4に示すように、冷却水として導電率が約100μS/cmである水道水を使用した場合には、冷却液バイパス配管の径を少なくとも25mmとすることが好ましく、さらに15mm以下とすることが好ましい。なお、水道水の導電率は約100μS/cmであり、水道水をイオンフィルタ9に通水して水道水を浄化すると、導電率を約1μS/cmにまで下げることができる。   First, FIG. 4 shows a graph comparing the relationship between the pipe diameter of the coolant bypass pipe, the conductivity of the cooling water, and the insulation resistance value when the pipe length is 200 mm. As shown in FIG. 4, when the pipe length is the same as 200 mm, the insulation resistance value increases as the diameter of the coolant bypass pipe decreases. It is preferable to secure an insulation resistance value of at least about 50 kΩ or more. For this reason, as shown in FIG. 4, when tap water having a conductivity of about 100 μS / cm is used as the cooling water, the diameter of the coolant bypass pipe is preferably at least 25 mm, more preferably 15 mm or less. It is preferable to do. The electric conductivity of tap water is about 100 μS / cm, and when the tap water is purified by passing the tap water through the ion filter 9, the electric conductivity can be lowered to about 1 μS / cm.

次に、冷却液バイパス配管の配管径を15mmとした場合における、配管長さ、冷却水の導電率及び絶縁抵抗値の関係を比較したグラフを図5に示す。図5に示すように、冷却液バイパス配管の配管径を15mm以下にすると、配管長さを100mmと短くし、水道水程度(約100μS/cm)にまで冷却水aの導電率が上昇した場合であっても、約50kΩの絶縁抵抗値を確保することができる。   Next, FIG. 5 shows a graph comparing the relationship between the pipe length, the conductivity of the cooling water, and the insulation resistance value when the pipe diameter of the coolant bypass pipe is 15 mm. As shown in Fig. 5, when the pipe diameter of the coolant bypass pipe is reduced to 15 mm or less, the pipe length is shortened to 100 mm and the conductivity of the cooling water a rises to the level of tap water (approximately 100 μS / cm). Even so, an insulation resistance value of about 50 kΩ can be secured.

従って、レイアウトの都合上または燃料電池スタック内で構成する場合などのように、燃料電池スタックからアースまでの距離が短い場合であっても、冷却液バイパス配管の配管径を15mm以下とすることで、規定の絶縁抵抗値を確保することができる。この結果、燃料電池の冷却システムを小型化でき、小スペース化を図ることが可能となる。   Therefore, even if the distance from the fuel cell stack to the ground is short, such as when configuring within the fuel cell stack for convenience of layout, the pipe diameter of the coolant bypass pipe should be 15 mm or less. The specified insulation resistance value can be ensured. As a result, the fuel cell cooling system can be reduced in size and space can be reduced.

本発明における第1の実施の形態に係る燃料電池の冷却システムの基本的な構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the cooling system of the fuel cell which concerns on 1st Embodiment in this invention. 本発明における第2の実施の形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system of the fuel cell which concerns on 2nd Embodiment in this invention. 本発明における第3の実施の形態に係る燃料電池の冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system of the fuel cell which concerns on 3rd Embodiment in this invention. 配管長さを200mmとした場合における、冷却液バイパス配管の配管径と冷却水の導電率及び絶縁抵抗値の関係を比較したグラフである。5 is a graph comparing the relationship between the pipe diameter of the coolant bypass pipe, the conductivity of the cooling water, and the insulation resistance value when the pipe length is 200 mm. 冷却液バイパス配管の配管径を15mmとした場合における、配管長さ、冷却水の導電率及び絶縁抵抗値の関係を比較したグラフである。6 is a graph comparing the relationship between the pipe length, the conductivity of the cooling water, and the insulation resistance value when the pipe diameter of the coolant bypass pipe is 15 mm.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池の冷却システム,
2…燃料電池スタック,
3…冷却液循環配管,
4…ラジエータ(熱交換手段),
5…ポンプ,
6…第1の冷却液バイパス配管,
7…絶縁バルブ,
8,10…アース(電荷放出手段),
9…イオンフィルタ(イオン除去手段),
a…冷却水,
1 ... Fuel cell cooling system,
2 ... Fuel cell stack,
3 ... Cooling liquid circulation piping,
4. Radiator (heat exchange means),
5 ... pump,
6 ... 1st coolant bypass piping,
7… Insulation valve,
8, 10 ... Earth (charge discharging means),
9 ... Ion filter (ion removing means),
a… cooling water,

Claims (6)

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続された冷却液を循環させる冷却液循環配管と、
前記冷却液循環配管に設置された熱交換手段と、
前記燃料電池スタック下流の冷却液循環配管から分岐して接続され、前記熱交換手段の下流に接続された、前記冷却液循環配管の径よりも小径とした第1の冷却液バイパス配管と、
前記燃料電池スタック下流の前記冷却液循環配管に設置された絶縁バルブと、
前記第1の冷却液バイパス配管に接続された電荷放出手段と、
前記第1の冷却液バイパス配管に設置されたイオン除去手段と、を有することを特徴とする燃料電池の冷却システム。
A fuel cell stack;
A coolant circulation pipe for circulating the coolant connected to the fuel cell stack;
Heat exchange means installed in the coolant circulation pipe;
A first coolant bypass pipe branched from the coolant circulation pipe downstream of the fuel cell stack and connected downstream of the heat exchanging means and having a diameter smaller than the diameter of the coolant circulation pipe;
An insulation valve installed in the coolant circulation pipe downstream of the fuel cell stack;
Charge discharge means connected to the first coolant bypass pipe;
And a means for removing ions installed in the first coolant bypass pipe.
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続された冷却液を循環させる冷却液循環配管と、
前記冷却液循環配管に設置された熱交換手段と、
前記燃料電池スタック下流の冷却液循環配管から分岐して接続され、前記熱交換手段の下流に接続された、前記冷却液循環配管の径よりも小径とした第1の冷却液バイパス配管と、
前記燃料電池スタック下流の前記冷却液循環配管に設置された絶縁バルブと、
前記第1の冷却液バイパス配管に接続された電荷放出手段と、
前記燃料電池スタックから冷却液循環配管と冷却液バイパス配管との合流点を除く領域に被覆された絶縁カバーと、を有することを特徴とする燃料電池の冷却システム。
A fuel cell stack;
A coolant circulation pipe for circulating the coolant connected to the fuel cell stack;
Heat exchange means installed in the coolant circulation pipe;
A first coolant bypass pipe branched from the coolant circulation pipe downstream of the fuel cell stack and connected downstream of the heat exchanging means and having a diameter smaller than the diameter of the coolant circulation pipe;
An insulation valve installed in the coolant circulation pipe downstream of the fuel cell stack;
Charge discharge means connected to the first coolant bypass pipe;
A fuel cell cooling system comprising: an insulating cover that covers an area excluding a junction of the coolant circulation pipe and the coolant bypass pipe from the fuel cell stack.
さらに、前記ラジエータ下流側における前記冷却液循環配管と前記第1の冷却液バイパス配管との合流点下流に前記冷却液循環配管から分岐して接続され、前記燃料電池スタック上流の冷却液循環配管に接続された第2の冷却液バイパス配管と、
前記冷却液循環配管と前記第2の冷却液バイパス配管との合流点上流の前記冷却液循環配管上に設置された絶縁バルブと、
前記第2の冷却液バイパス配管に接続された電荷放出手段と、
を有することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池の冷却システム。
Further, the coolant circulation pipe is branched and connected downstream from the junction of the coolant circulation pipe and the first coolant bypass pipe on the downstream side of the radiator, and is connected to the coolant circulation pipe upstream of the fuel cell stack. A connected second coolant bypass pipe;
An insulation valve installed on the coolant circulation pipe upstream of the confluence of the coolant circulation pipe and the second coolant bypass pipe;
Charge discharging means connected to the second coolant bypass pipe;
The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein:
さらに、前記冷却液循環配管と前記冷却液バイパス配管との合流点上流に設置された導電率センサと、
前記導電率センサから計測される冷却液の導電率が規定値よりも低いときに、前記絶縁バルブを開く制御信号を送信し、前記導電率センサから計測される冷却液の導電率が規定値よりも高いときに、前記絶縁バルブを閉じる制御信号を送信する制御装置と、
を有することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池の冷却システム。
Furthermore, a conductivity sensor installed upstream of the junction of the coolant circulation pipe and the coolant bypass pipe;
When the conductivity of the coolant measured from the conductivity sensor is lower than a specified value, a control signal for opening the insulating valve is transmitted, and the conductivity of the coolant measured from the conductivity sensor is lower than the specified value. A control device for transmitting a control signal for closing the insulation valve when
The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein:
前記第1の冷却液バイパス配管及び前記第2の冷却液バイパス配管の径が、15mm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池の冷却システム。   5. The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein a diameter of each of the first coolant bypass pipe and the second coolant bypass pipe is 15 mm or less. 前記冷却液は、冷却水であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の燃料電池の冷却システム。   6. The fuel cell cooling system according to claim 1, wherein the coolant is coolant.
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