JP2017139084A - 燃料電池冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】フィルタによる圧力損失の増加を抑制する燃料電池冷却システムを提供する。【解決手段】開閉弁4c及び異物除去フィルタ4bから成るフィルタ部4は、燃料電池冷却システムの冷却媒体流路9における燃料電池スタック上流側に配置されている。異物除去フィルタ4bは、収容部42aの底から収容部42aの断面の中央に向って突出するように設けられている。開閉弁4cは閉じると、開閉弁4cと異物除去フィルタ4bとは、一体となって収容部42a断面を覆うよう設けられている。開閉弁4cが閉じることによって冷却媒体が異物除去フィルタ4bを通過する。開閉弁4cが開くことによって冷却媒体が流路42aの断面における開閉弁4c側を通過する。冷却媒体ポンプが起動したとき、開閉弁4cは閉じている。冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、開閉弁4cは開いた状態となる。【選択図】図2
Description
本発明は燃料電池冷却システムに関し、特にフィルタを備える燃料電池冷却システムに関する。
特許文献1に開示される燃料電池システムでは、発電時において燃料電池の温度を一定に維持するため、冷却水を冷却回路に流すことにより、燃料電池のスタックは冷却されている。冷却水は、燃料電池のスタックを通過した後に、ラジエタによって冷却され、再度燃料電池のスタックに供給されるように、ポンプによって冷却回路内を循環される。
ところで、冷却水に異物が混入することがある。これによって、異物が燃料電池のスタック内の流路に詰まり、詰まった流路の部分の冷却が不十分になり、スタックが損傷するおそれがある。そのため、スタックの流路入口に異物除去用のフィルタを設けることが考えられるが、単純にフィルタを設けた場合、フィルタによる圧力損失が増加する。
本発明に係る燃料電池冷却システムは、フィルタによる圧力損失の増加を抑制するものとする。
本発明に係る燃料電池冷却システムは、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを通過した冷却媒体を冷却するラジエタと、
前記冷却媒体を送り出すポンプと、
開閉弁と、
異物除去フィルタと、
前記燃料電池スタック、前記ラジエタ、及び前記ポンプを接続しており、前記冷却媒体を循環させるよう導く流路と、を備え、
前記開閉弁及び前記異物除去フィルタは、前記流路における前記燃料電池スタック上流側に配置されており、
前記異物除去フィルタは、前記流路に突出するように設けられており、
前記開閉弁は閉じると、前記開閉弁と前記異物除去フィルタとは、一体となって前記流路の断面を覆うよう設けられており、
前記開閉弁が閉じることによって前記冷却媒体が前記異物除去フィルタを通過し、
前記開閉弁が開くことによって前記冷却媒体が前記流路の前記断面における前記開閉弁側を通過し、
前記ポンプが起動したとき、前記開閉弁は閉じており、
前記冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、前記開閉弁は開いた状態となる。
このような構成によれば、ポンプが起動したとき、開閉弁は閉じているため、冷却媒体が異物除去フィルタを通過する。また、冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、前記開閉弁は開いた状態となるため、冷却媒体が流路における開閉弁側を通過する。これらによって、異物を除去するとともにフィルタによる圧力損失の増加を抑制することができる。
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを通過した冷却媒体を冷却するラジエタと、
前記冷却媒体を送り出すポンプと、
開閉弁と、
異物除去フィルタと、
前記燃料電池スタック、前記ラジエタ、及び前記ポンプを接続しており、前記冷却媒体を循環させるよう導く流路と、を備え、
前記開閉弁及び前記異物除去フィルタは、前記流路における前記燃料電池スタック上流側に配置されており、
前記異物除去フィルタは、前記流路に突出するように設けられており、
前記開閉弁は閉じると、前記開閉弁と前記異物除去フィルタとは、一体となって前記流路の断面を覆うよう設けられており、
前記開閉弁が閉じることによって前記冷却媒体が前記異物除去フィルタを通過し、
前記開閉弁が開くことによって前記冷却媒体が前記流路の前記断面における前記開閉弁側を通過し、
前記ポンプが起動したとき、前記開閉弁は閉じており、
前記冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、前記開閉弁は開いた状態となる。
このような構成によれば、ポンプが起動したとき、開閉弁は閉じているため、冷却媒体が異物除去フィルタを通過する。また、冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、前記開閉弁は開いた状態となるため、冷却媒体が流路における開閉弁側を通過する。これらによって、異物を除去するとともにフィルタによる圧力損失の増加を抑制することができる。
本発明に係る燃料電池冷却システムは、フィルタによる圧力損失の増加を抑制する。
(実施の形態1)
図1〜図3を参照して実施の形態1に係る燃料電池冷却システムについて説明する。図1は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの回路図である。図2は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの要部の断面図である。図3は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの要部の断面図である。
図1〜図3を参照して実施の形態1に係る燃料電池冷却システムについて説明する。図1は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの回路図である。図2は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの要部の断面図である。図3は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの要部の断面図である。
図1に示すように、燃料電池冷却システム10は、FC(Fuel Cell)スタック1(燃料電池スタックとも称する。)と、ラジエタ2と、ポンプ3と、フィルタ部4と、切替バルブ5と、エアコンユニット6と、リザーブタンク7と、インタークーラ8と、メイン流路9とを含む。燃料電池冷却システム10は、例えば、燃料電池自動車等に搭載されて利用される。
メイン流路9は、FCスタック1と、切替バルブ5と、ラジエタ2と、ポンプ3と、フィルタ部4とをこの順に環状となるように接続しており、冷却媒体を循環させるように導いている。冷却媒体は、例えば、水であり、水は、適宜、エチレングリコール等の混合物を混合させたものであってもよい。メイン流路9は、冷却媒体を流すのに必要な機械的な強度や耐食性を有する管であればよく、例えば、金属管やホースである。
第1のサブ流路9aが、メイン流路9におけるFCスタック1下流側から分岐し、メイン流路9における切替バルブ5上流側へ合流する。第1のサブ流路9aの中途には、エアコンユニット6が設けられている。第2のサブ流路9bが、切替バルブ5から分岐し、メイン流路9におけるポンプ3上流側に合流する。第3のサブ流路9cが、ラジエタ2から分岐し、第2のサブ流路9bに合流する。第3のサブ流路9cの中途には、リザーブタンク7が設けられている。第4のサブ流路9dが、メイン流路9におけるポンプ3下流側の、分岐部9eから分岐し、メイン流路9におけるFCスタック1下流側へ合流する。第4のサブ流路9dの中途には、インタークーラ8が設けられている。なお、第1のサブ流路9a〜第4のサブ流路9dは、メイン流路9と同様に、冷却媒体を流すのに必要な機械的な強度や耐食性を有する管であればよい。
FCスタック1は、電気を発生して、電力を必要とする機器、例えば、モータなどの動力源(図示略)に、パワーコントロールユニット(図示略)等を介して供給する。FCスタック1は、その内部に冷却流路(図示略)を備えており、冷却媒体をメイン流路9におけるフィルタ部4側から冷却流路に流入させ、流入させた冷却媒体をメイン流路9における切替バルブ5側へ排出させる。冷却媒体が冷却流路に流入したとき、FCスタック1から発生する熱を奪うため、FCスタック1は冷却される。
ラジエタ2は、冷却媒体を受け入れて、熱を冷却媒体から奪い、冷却媒体の温度を低下させる。ポンプ3は、冷却媒体がメイン流路9を一方向に連続的に流れるように、冷却媒体を送り出す。
図2に示すように、フィルタ部4は、管体4aと、異物除去フィルタ4bと、開閉弁4cとを含む。
管体4aは、通路部41a、43aと、通路部41aと通路部43aとの間の収容部42aとを有する。通路部41a、43aは、メイン流路9と同じ断面形状を有するとよい。収容部42aは、異物除去フィルタ4bを収容し、下方(ここでは、Z軸マイナス側)に延びる断面形状を有し、収容部42aの断面形状は、メイン流路9の断面形状より大きい。通路部41aは、メイン流路9における分岐部9e側に接続されており、通路部43aは、メイン流路9におけるFCスタック1上流側に接続されている。管体4aは、メイン流路9における分岐部9e側から、冷却媒体を供給される一方で、メイン流路9におけるFCスタック1上流側へ排出する。
異物除去フィルタ4bは、フィルタ本体41bと、フィルタ支持部42b、43bとを含む。異物除去フィルタ4bは、収容部42aに収容されており、収容部42aの底から収容部42a断面の中央に向かって突き出すように配置されている。フィルタ支持部42bは、収容部42aの底部に位置し、フィルタ支持部43bは、収容部42aの内側に位置する。フィルタ本体41bは、冷却媒体中の異物を通過させない一方で、冷却媒体を通過させるような大きさの網目を有するとよい。
開閉弁4cは、弁軸40cと、弁体41cと、デイテント係受部4dと、デイテント4eとを含む。弁軸40cは、管体4a上側の内壁面に設けられている。弁体41cの一端は、弁軸40cにおいて回転可能に支持されており、弁体41cの他端は、弁軸40cを中心として、フィルタ支持部42bから管体4aまでの間を回転移動することができる。弁体41cは所定の重量を有し、その自重によって、下側に突き出るように位置する。弁体41cは、所定の力F1よりも大きな力で押されると弁軸40cを中心として回転移動するものの、所定の力F1以下の力で押されても弁軸40cを中心として回転移動しない。弁体41cの他端がフィルタ支持部43bと接触していると、弁体41cと異物除去フィルタ4bとが、一体となり、収容部42aの断面を覆う。弁体41cと異物除去フィルタ4bとが、収容部42aの断面全域を覆うとよい。これによって、開閉弁4cが閉まった状態となる。所定の力F1は、予め定められており、開閉弁4c近傍における冷却媒体の流量の基準値に応じて、決定される値である。
(開閉弁4cの一例の詳細)
次に、開閉弁4cの一例の詳細について説明する。図2及び図3に示すように、弁体41cは、メイン流路9の上流側に向かって延びるデイテント係受部4dを含む。デイテント係受部4dは、弁軸40cを中心とする円に沿って湾曲する板状部である。デイテント係受部4dは、球又は円柱体を保持することができるように凹む玉受部4f、4gとを有する。玉受部4f、4gは、デイテント係受部4dにおける弁軸40c側の主面において、弁体41cからデイテント係受部4dの先端に向かってこの順に形成されている。なお、必要に応じて、デイテント係受部4dは、玉受部4fだけを有していてもよい。
次に、開閉弁4cの一例の詳細について説明する。図2及び図3に示すように、弁体41cは、メイン流路9の上流側に向かって延びるデイテント係受部4dを含む。デイテント係受部4dは、弁軸40cを中心とする円に沿って湾曲する板状部である。デイテント係受部4dは、球又は円柱体を保持することができるように凹む玉受部4f、4gとを有する。玉受部4f、4gは、デイテント係受部4dにおける弁軸40c側の主面において、弁体41cからデイテント係受部4dの先端に向かってこの順に形成されている。なお、必要に応じて、デイテント係受部4dは、玉受部4fだけを有していてもよい。
デイテント4eは、デイテント本体4hと、玉4iと、コイルバネ4jとを含む。デイテント本体4hは、コイルバネ4jを収容する筒体であり、コイルバネ4jの一端は、デイテント本体4hの底に接続されており、コイルバネ4jの他端は、玉4iを支持する。玉4iは、デイテント本体4hの軸方向に移動可能に保持されている。デイテント4eは、玉4iが玉受部4fに押し当てるように、弁体41cに沿って設けられている。
ここで、弁体41cが所定の力F1以下の力で押されても、弁体41cがその自重によって下方に突き出すような姿勢となりつつ玉4iが玉受部4fに押し当てて引っかかるため、弁体41cは弁軸40cを中心として回転移動しない。弁体41cの他端がフィルタ支持部43bと接触していると、弁体41cと異物除去フィルタ4bとが収容部42aの断面を覆い、収容部42aの断面全域を覆うとよい。これによって、開閉弁4cが閉まった状態となる。
一方、弁体41cが所定の力F1よりも大きな力で押されると、玉受部4fが玉4iをデイテント本体4hの内側に押し出すため、弁体41cは弁軸40cを中心として冷却媒体下流側に回転移動する。その結果、弁体41cが収容部42aの断面の一部、収容部42aの断面の開閉弁4c側を覆わなくなり、冷却媒体が収容部42aの断面の一部、開閉弁4c側を通過することができる。これによって、開閉弁4cが開いた状態となる。さらに、弁体41cは弁軸40cを中心として冷却媒体下流側に回転移動していくと、玉4iが玉受部4gに押し当たる。弁体41cの収容部42a内壁面との相対的な角度が所定の大きさとなるように固定される。
また、弁体41cを押す力が、所定の力F1よりも小さい所定の力F2よりも小さくなると、弁体41cがその自重によって、弁軸40cを中心として冷却媒体上流側に回転移動し、下方に突き出すような姿勢となって、再び玉4iが玉受部4fに押し当てて引っかかる。
図1に示すように、切替バルブ5は、適宜、冷却媒体をラジエタ2及びサブ流路9bの少なくとも一方に流すように、ラジエタ2及びサブ流路9bの流れを切り替えることができる。
エアコンユニット6は、車室内の温度が適度な範囲に収まるように、暖房及び冷房の機能を有する。エアコンユニット6は、FCスタック1から熱を奪った冷却媒体を受け取り、暖房のために用いてもよい。
リザーブタンク7は、注入口7aを有し、適宜、冷却媒体を注入口7aから注入されることによって、貯蔵することができる。また、リザーブタンク7は、燃料電池冷却システム10を流れる冷却媒体の総量を調節することができる。
インタークーラ8は、冷却媒体が適度な温度でメイン流路9を流れるように、必要に応じて、冷却媒体を冷却する。
(燃料電池冷却システムの動作)
次に、図1〜図4を参照して、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの動作について説明する。図4は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの要部の動作を示す図である。
次に、図1〜図4を参照して、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの動作について説明する。図4は、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムの要部の動作を示す図である。
燃料電池冷却システム10の動作を開始する。具体的には、図1及び図2に示すように、ポンプ3を起動させる。すると、ポンプ3が冷却媒体を分岐部9e側へ送り出す。送り出された冷却媒体は、フィルタ部4を通過した後で、FCスタック1に流入する。
図2及び図3に示すように、燃料電池冷却システム10の動作を開始した直後、フィルタ部4に到達した冷却媒体の温度は低く、その流量は少なく、基準値よりも小さい。冷却媒体の流れによって弁体41cを押す力は、所定の力F1を下回るため、開閉弁4cは閉まった状態のままである。具体的には、弁体41cの他端がフィルタ支持部43bと接触したままであるため、弁体41cと異物除去フィルタ4bとが管体4aの収容部42aの断面を覆ったままである。冷却媒体は、弁体41cを通過することなく、弁体41cを回避してフィルタ本体41bを通過することによって、フィルタ部4を通過する。ここで、冷却媒体が異物とともにフィルタ部4に到達する。冷却媒体と異物がともにフィルタ部4を通過しようとすると、上記したように冷却媒体はフィルタ部4を通過する一方で、異物は、弁体41cを回避してもフィルタ本体41bを通過できず、収容部42aに残留する。
なお、冷却媒体をリザーブタンク7に注入したり、燃料電池冷却システム10の各構成要素に付着した後で脱離したりする等して、異物は冷却媒体に混入する。
なお、冷却媒体をリザーブタンク7に注入したり、燃料電池冷却システム10の各構成要素に付着した後で脱離したりする等して、異物は冷却媒体に混入する。
送り出された冷却媒体は、フィルタ部4を通過した後、FCスタック1に流入し、FCスタック1から熱を奪って、排出される。この排出された冷却媒体は、分岐して、一部はエアコンユニット6に流入し、この冷却媒体の一部の熱がエアコンユニット6の暖房等に利用される。さらに、冷却媒体の一部は、エアコンユニット6を通過した後、冷却媒体の残部と合流し、ラジエタ2に流入する。ラジエタ2が、必要に応じて、冷却媒体から熱を奪って、燃料電池冷却システム10の動作上、好ましい温度となるように冷却媒体を冷却する。冷却媒体はラジエタ2を通過した後に、再びポンプ3に供給される。従って、燃料電池冷却システム10は、上記したように冷却媒体をメイン流路9等に連続的に循環させることで、FCスタック1を冷却することができる。
さらに、燃料電池冷却システム10の動作を継続すると、フィルタ部4に到達した冷却媒体の温度が高くなり、その流量も多くなり、基準値よりも大きくなる。流量が所定の基準値よりも大きくなると、冷却媒体の流れによって弁体41cを押す力が所定の力F1を上回り、開閉弁4cが開く。具体的には、図4に示すように、弁体41cの他端がフィルタ支持部43bから離れ、管体4aの通路部43aの内壁面側に回転移動するため、管体4aの収容部42aの内側の一部、収容部42aの断面の開閉弁4c側が開通する。冷却媒体は、フィルタ本体41bを回避して収容部42aの断面の開閉弁4c側、具体的には、収容部42aの内壁及びフィルタ本体41bの間を通過することによって、開閉弁4cを通過する。その後、冷却媒体は、メイン流路9におけるFCスタック1上流側に到達する。これによって、異物除去フィルタ4bによる圧力損失の増加が抑制される。
なお、適宜、燃料電池冷却システム10における冷却媒体の総量は、リザーブタンク7から注入されたり、取り出されたりする等して、調節してもよい。必要に応じて、インタークーラ8が起動し、冷却媒体から熱を奪って、燃料電池冷却システム10の動作上、好ましい温度となるように冷却媒体を冷却してもよい。
以上、実施の形態1に係る燃料電池冷却システムによれば、ポンプ3が起動したとき、開閉弁4cは閉じているため、冷却媒体が異物除去フィルタ4bを通過する。また、冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、開閉弁4cは開いた状態となるため、冷却媒体が流路断面における開閉弁4c側を通過する。これらによって、異物を除去するとともに異物除去フィルタ4bによる圧力損失の増加を抑制することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、燃料電池冷却システム10の開閉弁4cは、コイルバネ4jを備えたが、他の弾性力を与える技術的な手段、例えば、板バネを備えてもよい。
10 燃料電池冷却システム
1 FCスタック 2 ラジエタ
3 ポンプ
4 フィルタ部
4b 異物除去フィルタ 4c 開閉弁
42a 収容部
9 メイン流路
1 FCスタック 2 ラジエタ
3 ポンプ
4 フィルタ部
4b 異物除去フィルタ 4c 開閉弁
42a 収容部
9 メイン流路
Claims (1)
- 燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを通過した冷却媒体を冷却するラジエタと、
前記冷却媒体を送り出すポンプと、
開閉弁と、
異物除去フィルタと、
前記燃料電池スタック、前記ラジエタ、及び前記ポンプを接続しており、前記冷却媒体を循環させるよう導く流路と、を備え、
前記開閉弁及び前記異物除去フィルタは、前記流路における前記燃料電池スタック上流側に配置されており、
前記異物除去フィルタは、前記流路に突出するように設けられており、
前記開閉弁は閉じると、前記開閉弁と前記異物除去フィルタとは、一体となって前記流路の断面を覆うよう設けられており、
前記開閉弁が閉じることによって前記冷却媒体が前記異物除去フィルタを通過し、
前記開閉弁が開くことによって前記冷却媒体が前記流路の前記断面における前記開閉弁側を通過し、
前記ポンプが起動したとき、前記開閉弁は閉じており、
前記冷却媒体の流量が予め定められた基準値を超えるとき、前記開閉弁は開いた状態となる、
燃料電池冷却システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016017866A JP2017139084A (ja) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 燃料電池冷却システム |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016017866A JP2017139084A (ja) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 燃料電池冷却システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111865246A (zh) * | 2019-04-25 | 2020-10-30 | 波音公司 | 用于电磁干扰滤波器的自含式冷却装置 |
CN114665118A (zh) * | 2021-04-14 | 2022-06-24 | 长城汽车股份有限公司 | 燃料电池的冷却系统和车辆 |
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2016
- 2016-02-02 JP JP2016017866A patent/JP2017139084A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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