JP2010012960A

JP2010012960A - 車両用燃料電池の冷却装置

Info

Publication number: JP2010012960A
Application number: JP2008175255A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Furuta; 敏之古田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP5240443B2

Abstract

【課題】車両用燃料電池の冷却装置において、冷却液中から発生したガスに含有する水素の濃度を計測するために、専用の水素濃度検出器を不要とすることにある。
【解決手段】燃料電池からラジエータに流入する冷却液の一部を貯めるリザーブタンクを設け、リザーブタンクの上部のガスが滞留するガスエリアに接続してこのガスエリア内を加圧するポンプを設け、フロントルーム内の水素濃度を検出する水素検出器を設け、一端がリザーブタンクのガスエリアに接続されるとともに他端が水素検出器近傍まで延びるガス通路を設け、ガス通路はリザーブタンクのガスエリアの接続部から水素検出器へ向かうに従って車両搭載状態おいて高くなるように配設されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用燃料電池の冷却装置に係り、特に燃料電池車の冷却液に含まれる微量の水素を排出する車両用燃料電池の冷却装置に関する。

燃料電池車の冷却液（不凍液）には、燃料電池の構造上、極く微量の水素が含まれている。また、燃料電池の関連部分の故障時には、冷却液の循環ルートに高濃度の水素が入り混む可能性がある。
これらの水素を冷却液から分離する方法として、加圧式のリザーブタンクを用いるものがある。これは、常時、冷却液の一部を循環ルートから取り込み、リザーブタンク内で気液分離する方法である。
リザーブタンクで分離された微量水素含有空気をリザーブタンクの外部に出す方法は、例えば、ポンプ（気体用ポンプ：ブロア）を用いて外部に排出させる手段等がある。

従来、燃料電池の冷却装置には、燃料電池へ供給する空気又は燃料電池から排出される空気を流通させる空気配管を設け、冷却液貯蔵容器に滞留する燃料ガスを、換気用配管を流通する換気流によって系外へ排出するものがある。
また、燃料電池の冷却装置には、冷却液中に混入した気体（ガス）を分離して、燃料電池に供給される空気又は燃料電池からの排気と混合して排出させるものがある。
これら燃料電池の冷却装置は、微量水素含有空気を、車両のカソード排気管に接続し、希釈して放出している。
特許第３９９８２００号公報特開２００４−３１９２０６号公報

ところで、従来、燃料電池の冷却装置において、上記特許文献１の場合に、換気用配管、調圧弁、専用の燃料ガス濃度計（水素検出器）、開放弁が必要となり、このため、リザーブタンクから排気管まで距離が長くなり、構造が複雑になるという不都合があった。また、上記特許文献２の場合には、気体を大気開放せず、配管内を流通させているだけである。
また、排出空気の水素の濃度が異常に上昇したとき、仮に、排気管に水素検知器を設けたとしても、カソードからの排気により希釈されてしまい、水素の濃度を正確に測定できず、その異常を速やかに検知でないという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、専用の水素濃度検出器を設けることなく、冷却液から発生したガス中に含有した水素の濃度を検出できる車両用燃料電池の冷却装置を提供することにある。

この発明は、車両のフロントルーム内に燃料電他とラジエータとを設けるとともに前記燃料電池と前記ラジエータとの間を連結する冷却通路を設け、冷却液が前記燃料電池と前記冷却通路と前記ラジエータとの間を循環することにより前記燃料電池を冷却する車両用燃料電池の冷却装置において、前記燃料電池から前記ラジエータに流入する冷却液の一部を貯めるリザーブタンクを設け、このリザーブタンクの上部のガスが滞留するガスエリアに接続してこのガスエリア内を加圧するポンプを設け、前記フロントルーム内の水素濃度を検出する水素検出器を設け、一端が前記リザーブタンクのガスエリアに接続されるとともに他端が前記水素検出器近傍まで延びるガス通路を設け、このガス通路は前記リザーブタンクのガスエリアの接続部から前記水素検出器へ向かうに従って車両搭載状態おいて高くなるように配設されていることを特徴とする。

この発明の燃料電池の冷却装置は、冷却液から発生したガス中に含有する水素の濃度を検出するために、専用の水素濃度検出器を設ける必要がなく、構成を簡単にすることができ、しかも、水素の濃度を正確に検出できる。

この発明は、冷却液から発生したガス中に含有する水素の濃度を検出するために、専用の水素濃度検出器を不要として構成を簡単にし、また、水素の濃度を正確に検出する目的を、冷却液に含まれる微量の水素が含有したガスを、リザーブタンクのガスエリアからフロントルーム内に設置された水素検出器近傍に放出させて実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。
図３において、１は燃料電池車（以下「車両」という）、２は車体、３は左サイドメンバ、４は右サイドメンバ、５は左ストラッドタワー、６は右ストラッドタワー、７は右フェンダ内とタイヤハウスとを仕切る右フェンダライニング、８はダッシュパネル、９はダッシュパネル８の上端に接続される車体部品としてのカウルトップパネル、１０はフロントルーム、１１はロアメンバ、１２はアッパメンバ、１３はアッパメンバ１２の左端に連結し、左フェンダ内とフロントルームとを仕切る左サイドパネル、１４はアッパメンバ１２の右端に連結し、右フェンダ内とフロントルームとを仕切る右サイドパネルである。

フロントルーム１０内には、略中央部位で燃料電池１５が配設されるとともに、この燃料電池１５よりも車両前方でロアメンバ１１及びアッパメンバ１２に支持された冷却装置１６のラジエータ１７が設けられる。
このラジエータ１７は、フロントフェンダの前端に配置され、中央部位でガソリン車と同様に配置された燃料電池冷却用ラジエータ１８と、この燃料電池冷却用ラジエータ１８の左右方向に配設された左側電装品補機用ラジエータ１９及び右側電装品補機用ラジエータ２０とからなる。
図１に示すように、燃料電池１５と燃料電池冷却用ラジエータ１８との間には、燃料電池１５と燃料電池冷却用ラジエータ１８とを連結するように冷却通路２１が設けられる。この冷却通路２１は、燃料電池冷却用ラジエータ１８から燃料電池１５へと連結するインレット冷却通路２２と、燃料電池１５から燃料電池冷却用ラジエータ１８へと連結するアウトレット冷却通路２３とからなる。
インレット冷却通路２２には、燃料電池冷却用ラジエータ１８側から順次に、ラジエータバイパス制御弁２４と液体用ポンプ２５とが設けられている。
また、アウトレット冷却通路２２には、ラジエータバイパス制御弁２４に連通するバイパス通路２６が接続している。
この冷却装置１６においては、冷却液（不凍液）が燃料電池１５と冷却通路２１と燃料電池冷却用ラジエータ１８との間の循環ルートを循環することにより燃料電池１５を冷却する。

また、フロントルーム１０内には、燃料電池１５から燃料電池冷却用ラジエータ１８に流入する冷却液の一部を貯める加圧式のリザーブタンク２７が設けられる。
このリザーブタンク２７は、気液分離により、冷却液に含まれる微量溶解水素を空気中に放出するものである。
このリザーブタンク２７には、第１連絡通路２８で燃料電池１５の上部が連通するとともに、第２連絡通路２９で燃料電池冷却用ラジエータ１８の上部に連通し、しかも、第３連絡通路３０でラジエータバイパス制御弁２４と液体用ポンプ２５間のインレット冷却通路２２に接続している。
また、このリザーブタンク２７は、図１、図２に示すように、加圧キャップ３１を備え、フロントルーム１０内の右側フェンダ７のエプロン部で、燃料電池１５の上部と略同一高さに配設される。

図１に示すように、リザーブタンク２７の上部のガスが滞留するガスエリア３２には、このガスエリア３２内を加圧するポンプ（気体用ポンプ：ブロア）３３がポンプ用通路３４で接続している。
このポンプ３３は、図３に示すように、リザーブタンク２７のガスエリア３２内の微量水素含有空気を放出するように常時稼働され、遮音性向上の観点から、図示しない右フェンダパネルと右フェンダライニング７と右サイドパネル１４とで作る閉空間（右フェンダ内）に配設されている。
ポンプ用通路３４は、図３に示すように、ポンプ３３の前端部から始まり、フロントルーム１０内へ入り込み、リザーブタンク２７の前端部からこのリザーブタンク２７の側面の接続部３５に連結されている。

さらに、フロントルーム１０内には、このフロントルーム１０内の水素濃度を検出する水素検出器３６が設けられる。この水素検出器３６は、図３に示すように、カウルトップパネル９の左端部に取り付けられる。
図２、図３に示すように、リザーブタンク２７と水素検出器３６との間には、一端がリザーブタンク２７のガスエリア３２の接続部３７に接続されるとともに、他端が水素検出器３６近傍まで延びる排出ホース３８で形成されたガス通路３９が設けられる。
このガス通路３９は、リザーブタンク２７のガスエリア３２から水素検出器３６付近に微量水素含有空気を導くものであり、リザーブタンク２７のガスエリア３２の接続部３７から水素検出器３６へ向かうに従って車両搭載状態おいて、排出端部４０が高さＨだけ高くなるように配設される。
リザーブタンク２７のガス通路３９の接続部３７は、水素検出器３６の検知部分よりも低い位置に開放されている。これは、水素検出器３６は、各部屋（フロントルーム、キャビン、荷室）の最上部に設置される必要があるためである。

水素検出器３６は、フロントルーム１０の水素濃度を検出し、車両１の制御アルゴリズムに従い、車両１の制御や、警告、緊急停止等を指令する制御因子となる信号を出力する。
この水素検出器３６は、燃料電池１５の水素供給側配管が通るフロントルーム１０の左側のカウルトップパネル９の上端付近や、車両フード側に設けられる。
また、このガス通路３９の排出ホース３８は、図３に示すように、カウルトップパネル９に沿って固定されている。つまり、ガス通路３９は、リザーブタンク２７の後端の接続部３７から、カウルトップパネル９の上端に沿って、水素検出器３６近傍まで延長されている。
排水ホース３８は、微量の水素を含んだ空気を通過させるため、ＥＶＯＨ（エチレンービニルアルコール共重合樹脂）等の材質がより適している。

即ち、この実施例においては、リザーブタンク２７から排出される微量水素含有空気の排出先の出口を、水素検知器３６の直近に設けるというものである。車両１には、コンパートメント毎に水素濃度を検知する水素検知器３６が設けられ、リザーブタンク２７は通常フロントルーム１０に設置されることから、微量水素含有空気の出口をフロントルーム１０の水素検知器３６の直近とする。これにより、冷却液から発生したガスに含有する水素の濃度を計測するための専用の水素濃度検出器を、不要とする。

以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に記載の発明は、燃料電池１５からラジエータ１７に流入する冷却液の一部を貯めるリザーブタンク２７を設け、このリザーブタンク２７の上部のガスが滞留するガスエリア３２に接続してこのガスエリア３２内を加圧するポンプ３３を設け、フロントルーム１０内の水素濃度を検出する水素検出器３６を設け、一端がリザーブタンク２７のガスエリア３２に接続されるとともに他端が水素検出器２７近傍まで延びるガス通路３９を設け、このガス通路３９はリザーブタンク２７のガスエリア３２の接続部３７から水素検出器３６へ向かうに従って車両搭載状態おいて高くなるように配設されている。
これにより、冷却液に含まれる微量の水素が含有した空気が、リザーブタンク２７のガスエリア３２を経てフロントルーム１０内に設置された水素検出器３６近傍に放出されるので、冷却液から発生したガスに含有する水素の濃度を計測するために、専用の水素濃度検出器を設ける必要がなく、構造を簡単にすることができ、しかも、排出空気の水素濃度を正確に検出できる。
また、請求項２に記載の発明は、ポンプ３３を車両１の右フェンダ７内に設けている。
これにより、ポンプ３３が車室内から遠ざかった位置に配置され、ポンプ３３によって加圧する時に出る駆動音を車室から離れた箇所で発生させ、車室内の快適性を向上させることができる。
さらに、請求項３に記載の発明は、ガス通路３９を車両１のカウルトップパネル９に沿って固定している。
これにより、ガス通路３９の途中が、垂れ下がるような形状になったり、水平度を保つために専用に精度を高める工夫をする必要がなくなり、よって、良好な水素濃度検出状態を維持することが可能となる。

なお、この発明においては、水素検知器とリザーブタンクのガス排出口を直近にレイアウトできれば、排出ホースを省略することも可能である。

この発明に係る冷却装置を、各種車両に適用することができる。

冷却装置のシステム構成図である。ポンプ、リザーブタンク、ガス通路、水素検出器の配置状態を示す正面図である。車両前部の斜視図である。

符号の説明

１車両
２車体
７右フェンダライニング
９カウルトップパネル
１０フロントルーム
１５燃料電池
１６冷却装置
１７ラジエータ
１８燃料電池冷却用ラジエータ
２１冷却通路
２７リザーブタンク
３２ガスエリア
３３ポンプ
３４ポンプ用通路
３６水素検出器
３７接続部
３８排出ホース
３９ガス通路

Claims

車両のフロントルーム内に燃料電他とラジエータとを設けるとともに前記燃料電池と前記ラジエータとの間を連結する冷却通路を設け、冷却液が前記燃料電池と前記冷却通路と前記ラジエータとの間を循環することにより前記燃料電池を冷却する車両用燃料電池の冷却装置において、前記燃料電池から前記ラジエータに流入する冷却液の一部を貯めるリザーブタンクを設け、このリザーブタンクの上部のガスが滞留するガスエリアに接続してこのガスエリア内を加圧するポンプを設け、前記フロントルーム内の水素濃度を検出する水素検出器を設け、一端が前記リザーブタンクのガスエリアに接続されるとともに他端が前記水素検出器近傍まで延びるガス通路を設け、このガス通路は前記リザーブタンクのガスエリアの接続部から前記水素検出器へ向かうに従って車両搭載状態おいて高くなるように配設されていることを特徴とする車両用燃料電池の冷却装置。
前記ポンプは、前記車両のフェンダ内に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池の冷却装置。
前記ガス通路は、前記車両のカウルトップパネルに沿って固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用燃料電池の冷却装置。