JP2020089010A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックを冷却する冷却機構と、を有した燃料電池システムを開示する。 The present specification discloses a fuel cell system mounted on a vehicle, the fuel cell system including a fuel cell stack and a cooling mechanism for cooling the fuel cell stack.
従来から、燃料電池を搭載した車両が提案されている。例えば、特許文献1には、車両に、燃料電池スタックと、リザーブタンクと、制御回路と、を備えた燃料電池システムを搭載することが提案されている。この特許文献1では、リザーブタンクを燃料電池スタックより上方に配置している。かかる構成とすることで、リザーブタンクに冷却水を補充した場合でも、水頭圧により冷却水の補給口から冷却水が噴出することが防止される。 Conventionally, a vehicle equipped with a fuel cell has been proposed. For example, Patent Document 1 proposes that a vehicle be equipped with a fuel cell system including a fuel cell stack, a reserve tank, and a control circuit. In Patent Document 1, the reserve tank is arranged above the fuel cell stack. With such a configuration, even when the cooling water is replenished to the reserve tank, it is possible to prevent the cooling water from being jetted from the cooling water replenishment port due to the head pressure.
ところで、燃料電池スタックは、電気化学反応によって発電するものであり、内燃機関等と比べて、異物による悪影響を受けやすい。そのため、燃料電池スタックを冷却する冷却流路は、異物混入を極力抑えた構造とすることが望まれている。 The fuel cell stack, which generates electricity by an electrochemical reaction, is more likely to be adversely affected by foreign matter than an internal combustion engine or the like. Therefore, it is desired that the cooling flow path for cooling the fuel cell stack has a structure in which foreign matter is suppressed as much as possible.
そこで、燃料電池スタックを冷却する冷却機構は、冷却液が外気に触れることなく循環し続ける完全密閉式とすることが提案されている。かかる完全密閉式の冷却機構を採用することで、冷却流路への異物の混入、ひいては、燃料電池スタックへの異物混入を効果的に防止できる。 Therefore, it has been proposed that the cooling mechanism for cooling the fuel cell stack is of a completely sealed type in which the cooling liquid continues to circulate without touching the outside air. By adopting such a completely closed cooling mechanism, it is possible to effectively prevent the entry of foreign matter into the cooling flow passage, and consequently the entry of foreign matter into the fuel cell stack.
完全密閉式の冷却機構の場合、冷却流路の途中に、冷却液を貯留するリザーブタンクが設けられる。このリザーブタンクには、内部に連通した開口と、当該開口を塞ぐ蓋体とが設けられている。冷却液を補充する際には、この蓋体を外して、リザーブタンクに冷却液を注入すればよい。こうした冷却液の補充は、異物の混入が生じないように専門の作業者により行なわれることが望ましい。 In the case of the completely closed cooling mechanism, a reserve tank for storing the cooling liquid is provided in the middle of the cooling flow path. The reserve tank is provided with an opening communicating with the inside and a lid that closes the opening. When replenishing the cooling liquid, the lid may be removed and the cooling liquid may be injected into the reserve tank. It is desirable that such a replenishment of the cooling liquid be performed by a professional operator so that foreign matter is not mixed.
しかし、特許文献1等の従来技術では、リザーブタンクの蓋体が外部に露出していることが多かった。そのため、ユーザが安易に蓋体を開けてしまい、リザーブタンク、ひいては、冷却流路に異物が混入するリスクが高かった。 However, in the related art such as Patent Document 1, the cover of the reserve tank is often exposed to the outside. Therefore, there is a high risk that the user will easily open the lid, and foreign matter will be mixed into the reserve tank and eventually the cooling flow path.
そこで、本明細書では、冷却流路への異物混入をより効果的に防止できる燃料電池システムを開示する。 Therefore, the present specification discloses a fuel cell system that can more effectively prevent foreign matter from entering the cooling channel.
本明細書で開示する燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを制御するコントロールユニットと、を有したFCアセンブリと、前記燃料電池スタックを完全密閉式の冷却流路を用いて冷却する冷却機構と、前記冷却流路の途中、かつ、前記FCアセンブリに隣接する位置に設けられ、冷却液を貯留するリザーブタンクであって、その内部に連通する開口と当該開口を塞ぐ蓋体とを有するリザーブタンクと、前記FCアセンブリおよび前記リザーブタンクの蓋体を上方から覆う意匠カバーと、を備えることを特徴とする。 A fuel cell system disclosed in the present specification is a fuel cell system mounted on a vehicle, including an FC assembly having a fuel cell stack and a control unit for controlling the fuel cell stack, and the fuel cell stack. And a cooling mechanism for cooling using a completely closed cooling flow path, and a reserve tank provided in the middle of the cooling flow path and adjacent to the FC assembly for storing a cooling liquid, A reserve tank having an opening communicating with the opening and a lid closing the opening, and a design cover for covering the FC assembly and the lid of the reserve tank from above.
意匠カバーが、FCアセンブリだけでなく、リザーブタンクの蓋体も覆うため、蓋体へのアクセスがしづらくなり、ユーザが不必要に蓋体を開けることが防止される。そして、これにより、冷却流路への異物の混入を効果的に防止できる。 Since the design cover covers not only the FC assembly but also the lid of the reserve tank, it is difficult to access the lid, and the user is prevented from opening the lid unnecessarily. And thereby, it is possible to effectively prevent foreign matter from entering the cooling channel.
また、前記意匠カバーは、前記FCアセンブリおよび前記リザーブタンクの上方を覆う上面部と、前記上面部の周縁から下方に延びる周壁部と、を有し、前記周壁部のうち前記蓋体に隣接する部分の下端高さは、前記蓋体の下端高さより低くてもよい。 Further, the design cover has an upper surface portion that covers the FC assembly and the reserve tank from above, and a peripheral wall portion that extends downward from a peripheral edge of the upper surface portion, and is adjacent to the lid body of the peripheral wall portion. The lower end height of the portion may be lower than the lower end height of the lid.
かかる構成とすることで、蓋体に、上方からはもちろん、横方向からもアクセスしにくくなるため、蓋体の誤開放、ひいては、冷却流路への異物の混入をより効果的に防止できる。 With such a configuration, it is difficult to access the lid body not only from above but also from the lateral direction, so that it is possible to more effectively prevent erroneous opening of the lid body and, consequently, mixing of foreign matter into the cooling flow path.
また、前記リザーブタンクの周面には、冷却液の水位を示す目盛りが付されており、前記周壁部のうち前記目盛りに隣接する部分の下端高さは、前記目盛りの上端高さより高くてもよい。 Further, a scale indicating the water level of the cooling liquid is provided on the peripheral surface of the reserve tank, and the lower end height of a portion of the peripheral wall portion adjacent to the scale is higher than the upper end height of the scale. Good.
かかる構成とすることで、意匠カバーを取り付けた状態で、目盛りを視認でき、冷却液の補充の要否判断が行なえる。 With such a configuration, the scale can be visually recognized in the state where the design cover is attached, and the necessity of replenishing the cooling liquid can be determined.
本明細書で開示する燃料電池システムによれば、冷却流路への異物の混入をより効果的に防止できる。 According to the fuel cell system disclosed in this specification, it is possible to more effectively prevent foreign matter from entering the cooling channel.
以下、図面を参照して燃料電池システム10の構成について説明する。図1は、燃料電池システム10の概略平面図であり、図2は、側面図である。また、図3は、図1のA−A線での端面図であり、図4は、燃料電池システム10に組み込まれる冷却機構30のブロック図である。なお、図1、図2では、主要な部品のみを図示し、各種配管や電動バルブ48、ポンプ等の図示は省略している。また、図1では、意匠カバー60を二点鎖線で図示し、意匠カバー60の下側に見える部材を実線で図示している。また、以下の図面において、「Fr」、「W」、「Up」は、それぞれ、車両の前方、幅方向、上方を示している。
Hereinafter, the configuration of the
燃料電池システム10は、車両に搭載されて、走行用電動モータ等に電力を供給する電源として用いることができる。図1〜図3に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池スタック(以下、「FCスタック」と略す)12と、コントロールユニット14と、意匠カバー60と、FCスタック12を冷却する冷却機構30と、を備えている。
The
FCスタック12は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池のセルを複数有している。複数のセルは、車両前後方向に積層されて、一対のエンドプレートで挟持される。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池を用いることができる。燃料電池の種類はこれに限定されるものではなく、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等であってもかまわない。
The
このFCスタック12は、スタックケース16(図3参照)に収容され、ベース部材20を介して車両に固定される。このときFCスタック12は、後ろ下がりに傾斜した状態で固定される。これは、FCスタック12内に流れる液体を効率的に流すためである。すなわち、FCスタック12には、冷却液が流れる冷却流路32や、燃料ガスおよび酸化ガスが流れるガス流路が設けられている。冷却液や水が、これら冷却流路32およびガス流路を円滑に流れて、FCスタック12の外部に排出されるように、本例では、FCスタック12を後ろ下がりに傾斜させている。なお、ガス流路において存在する水とは、燃料ガスまたは酸化ガスを加湿するために投入された水や、発電によって生じた水である。
The FC
FCスタック12の上には、FCスタック12が生成する電力および電流を制御するコントロールユニット14が設置されている。本例では、図3に示すように、スタックケース16を、上下二段構成とし、下側にFCスタック12を、上側にコントロールユニット14を配置している。以下では、スタックケース16により、一体化され、ユニット化されたFCスタック12およびコントロールユニット14をまとめて、FCアセンブリ18と呼ぶ。
A
冷却機構30は、FCスタック12に冷却液を供給することでFCスタック12を冷却する。本例では、冷却機構30として、冷却液が外気に接触しない、いわゆる完全密閉型の冷却機構30を採用している。なお、冷却液としては、低温時の凍結を防止するために、例えば、エチレングリコールと水との混合溶液、いわゆる不凍液を用いることができる。
The
この冷却機構30は、図4に示すように、冷却液が流れる冷却流路32を有しており、この冷却流路32の途中には、ラジエータ38やウォータポンプ42等が設けられている。冷却流路32は、FCスタック12から流出した冷却液をラジエータ38を経て、再び、FCスタック12に戻す環状流路であるメイン流路34のほか、このメイン流路34から分岐したバイパス流路36a〜36cと、ラジエータ38とリザーブタンク50を連通する連通流路37と、を含む。
As shown in FIG. 4, this
ラジエータ38は、FCスタック12から排出された冷却液を外気との熱交換により冷却する熱交換器である。このラジエータ38の背後には、熱交換を促進するためのラジエータファン40が設けられている。ウォータポンプ42は、メイン流路34の途中に設けられ、冷却液を圧送する。一つのバイパス流路36aには、冷却液からイオンを吸着除去するイオン交換機46が設けられている。また、別のバイパス流路36bには、FCスタック12に供給される空気と冷却液とを熱交換するインタークーラ44が設けられている。電動バルブ48は、メイン流路34とバイパス流路36aとの分岐点に設けられ、ラジエータ38を通過する冷却液とバイパス通路を通過する冷却液との流量比率を調節する。
The
さらに、別のバイパス流路36cには、冷却液を貯留するリザーブタンク50も設けられている。リザーブタンク50は、連通流路37を介してラジエータ38に連通されており、ラジエータ38との間で冷却液を送受する。このリザーブタンク50は、大気開放されることなく、完全に閉鎖された、いわゆる完全密閉式のリザーブタンク50である。このリザーブタンク50内の上部に貯まった空気がダンパの役割を果たすことで、温度変動に伴う冷却液の圧力変動を吸収できる。
Further, a
また、図3に示すように、リザーブタンク50には、その内部に連通する開口52が設けられており、この開口52には、圧力調整弁の機能を有したキャップ54(蓋体)が取り付けられている。この開口52およびキャップ54は、リザーブタンク50の上部に設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the
キャップ54は、例えば、樹脂からなり、螺合等の手段により開口52に着脱自在に取り付けられている。このキャップ54は、タンク内圧力が高くなれば、タンク内の水蒸気を外部に放出し、タンク内圧力が低くなればタンク内に空気を流入させ、タンク内の圧力を正常に保つ。
The
ここで、本例では、このリザーブタンク50をFCアセンブリ18の前方に配置している。より具体的には、リザーブタンク50は、スタックケース16の前端面にボルト等の締結部材で固定されている。このとき、リザーブタンク50の上端は、FCアセンブリ18の上端よりも低くなっている。そして、本例では、このFCアセンブリ18およびリザーブタンク50の上方に、FCアセンブリ18およびリザーブタンク50を上方から覆う意匠カバー60を配置している。
Here, in this example, the
意匠カバー60は、FCアセンブリ18、ひいては、コントロールユニット14の上方を覆うことで、見た目を向上する。また、コントロールユニット14には、保守メンテナンス時に、作業者がアクセスする各種電気部品が設置されているが、意匠カバー60で覆うことで、ユーザがこれら電気部品に不必要に接触することが防止される。
The
この意匠カバー60は、FCアセンブリ18に着脱自在に取り付けられている。例えば、意匠カバー60は、クリップによりFCアセンブリ18に装着されてもよい。具体的には、例えば、FCアセンブリ18の上面からクリップを突出させておく。また、意匠カバー60の裏面(FCアセンブリ18の上面と対向する面)に、下方に突出するボスを設けるとともに、このボスにクリップ孔を設けてもよい。そして、FCアセンブリ18のクリップを、意匠カバー60のクリップ孔に嵌合することで、意匠カバー60をFCアセンブリ18に装着するようにしてもよい。また、別の形態として、意匠カバー60は、爪嵌合やボルト締結等で、FCアセンブリ18に装着されてもよい。
The
ところで、図1〜図3に示す通り、本例では、FCアセンブリ18だけでなく、リザーブタンク50も意匠カバー60で覆っている。かかる構成とするのは、ユーザが誤って、リザーブタンク50のキャップ54を開けることを防止するためである。すなわち、上述した通り、本例では、完全密閉式の冷却機構30を採用している。この完全密閉式でも、冷却液の補充交換は必要となる。冷却液の補充交換は、リザーブタンク50のキャップ54を取り外して行なわれる。ただし、冷却流路32内への異物の混入を防止するために、こうした冷却液の補充交換(キャップ54の開放)は、専門の作業者によって行なわれることが望ましい。特に、FCスタック12は、僅かな異物でも発電効率に悪影響を与えるため、燃料電池システム10に組み込まれる冷却機構30では、異物の混入が極力防止されることが望まれる。
By the way, as shown in FIGS. 1 to 3, in this example, not only the
そこで、本例では、意匠カバー60で、FCアセンブリ18だけでなく、リザーブタンク50のキャップ54も覆い隠している。かかる構成とすることで、ユーザは、意匠カバー60を取り外さない限り、キャップ54にアクセスできないため、キャップ54の誤開放を効果的に防止できる。そして、結果として、冷却流路32への異物混入を効果的に防止できる。
Therefore, in the present example, the
意匠カバー60は、FCアセンブリ18およびリザーブタンク50の上面を覆う天面部62と、当該天面部62の周縁から下方に延びる周壁部64とを有している。図3から明らかな通り、周壁部64のうち、リザーブタンク50に隣接する部分の下端高さは、キャップ54の下端高さよりも低くなっている。かかる構成とすることで、リザーブタンク50への上方からのアクセスだけでなく、横方向からのアクセスも阻害される。そして、これにより、キャップ54の誤開放をより確実に防止できる。
The
また、図5に示すように、リザーブタンク50の前面には、冷却液の最小量および最大量を示す目盛り56が付されている。周壁部64のうちリザーブタンク50と隣接する部分の下端高さは、この目盛り56の上端高さ(図示例では「FULL」の文字列の上端)よりも、高くなっている。そして、これにより、意匠カバー60をつけたままでも、目盛り56を視認でき、冷却液の補充の要否判断が可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, a
以上の説明から明らかな通り、本例では、FCアセンブリ18およびリザーブタンク50の双方を上方から覆う意匠カバー60を設けている。これにより、不必要なキャップ54へのアクセスが効果的に防止され、キャップ54の誤開放、ひいては、冷却流路32への異物侵入を効果的に防止できる。
As is clear from the above description, in this example, the
なお、ここで説明した構成は一例であり、FCアセンブリ18およびリザーブタンク50の双方を上方から覆う意匠カバー60を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、リザーブタンク50をFCアセンブリ18の前方に配置しているが、リザーブタンク50は、FCアセンブリ18に対して水平方向に隣接しているのであれば、他の箇所、例えば、FCアセンブリ18の右方向または左方向または後方向に配置されてもよい。ただし、意匠カバー60の上端高さを抑えるために、リザーブタンク50の上端高さは、FCアセンブリ18の上端高さより低いことが望ましい。
Note that the configuration described here is an example, and other configurations may be appropriately changed as long as the
また、上述の説明では、意匠カバー60に下方に延びる周壁部64を設けているが、かかる周壁部64は省略されてもよい。燃料電池システム10は、車両前方に位置するパワーユニット室(エンジン車両におけるエンジンルームに対応)等に配置されるが、この場合、燃料電池システム10は、立って作業するユーザの目線より下方に位置する。そのため、リザーブタンク50の少なくとも上方が、意匠カバー60で覆われていれば、周壁部64が無くても、キャップ54を視認しづらくなり、不必要なキャップ54へのアクセスを防止できる。
Further, in the above description, the
10 燃料電池システム、12 FCスタック、14 コントロールユニット、16 スタックケース、18 FCアセンブリ、20 ベース部材、30 冷却機構、32 冷却流路、38 ラジエータ、40 ラジエータファン、42 ウォータポンプ、44 インタークーラ、46 イオン交換機、48 電動バルブ、50 リザーブタンク、52 開口、54 キャップ、56 目盛り、60 意匠カバー、62 天面部、64 周壁部。
10 fuel cell system, 12 FC stack, 14 control unit, 16 stack case, 18 FC assembly, 20 base member, 30 cooling mechanism, 32 cooling flow path, 38 radiator, 40 radiator fan, 42 water pump, 44 intercooler, 46 Ion exchanger, 48 electric valve, 50 reserve tank, 52 opening, 54 cap, 56 scale, 60 design cover, 62 top surface part, 64 peripheral wall part.
Claims (1)
燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを制御するコントロールユニットと、を有したFCアセンブリと、
前記燃料電池スタックを完全密閉式の冷却流路を用いて冷却する冷却機構と、
前記冷却流路の途中、かつ、前記FCアセンブリに隣接する位置に設けられ、冷却液を貯留するリザーブタンクであって、その内部に連通する開口と当該開口を塞ぐ蓋体とを有するリザーブタンクと、
前記FCアセンブリおよび前記リザーブタンクの蓋体を上方から覆う意匠カバーと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system mounted on a vehicle,
An FC assembly having a fuel cell stack and a control unit for controlling the fuel cell stack;
A cooling mechanism for cooling the fuel cell stack using a completely sealed cooling flow path,
A reserve tank that is provided in the middle of the cooling flow path and adjacent to the FC assembly and that stores a cooling liquid, the reserve tank having an opening that communicates with the inside thereof and a lid that closes the opening. ,
A design cover for covering the FC assembly and the lid of the reserve tank from above;
A fuel cell system comprising:
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JP2012018761A (en) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Toyota Motor Corp | Fuel cell mounting structure |
JP2018099000A (en) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell vehicle |
-
2018
- 2018-11-21 JP JP2018218196A patent/JP2020089010A/en active Pending
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