JP4283584B2 - Fuel cell cooling system - Google Patents

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    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の冷却装置、さらに詳しくは燃料電池の冷却液中に混入する気体を分離して排気するようにした燃料電池の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源などとして注目されている固体高分子型の燃料電池は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
この固体高分子型の燃料電池は、一般に、固体高分子電解質を挟んで一方側にカソード電極を区画し、他方側にアノード電極を区画して形成される燃料電池を多数配列して構成され、カソード電極に供給される空気中の酸素と、アノード電極に供給される燃料ガスとの化学反応（以下、「発電反応」という）によって発電するシステムである。
しかし、このような発電反応は発熱反応であるため、燃料電池内を一定の温度に保って安定した運転を維持するために、発生した熱を除去する冷却装置が必要となる。
【０００４】
通常、燃料電池内においては、各燃料電池セル毎に、セパレータによって燃料ガスや酸化ガス（空気）と完全に分離された流路を設け、この流路と熱交換器の間に冷却液を循環流通させて燃料電池の冷却を行うシステムが採用されている。
【０００５】
しかし、燃料電池を長期に亘って使用していると、前記のセパレータの周辺部をシールしているシール部材が劣化して、燃料ガスや酸化ガスが冷却液中に漏出する場合がある。冷却液中に漏出した燃料ガス等は、冷却性能の低下等の原因となるおそれがある。
【０００６】
そこで、燃料電池に熱交換媒体を供給して熱交換を行わせる熱交換システムにおいて、熱交換手段および熱交換媒体流路の内の少なくとも１つ、例えば、ラジエタ（熱交換器）の最上部にあるラジエタキャップまたはリザーブタンクの上部等の冷却液から分離した気体が集まる個所に燃料ガス検出手段を設け、この燃料ガス検出手段によって冷却液から分離した気体を検出することにより、冷却液中への燃料ガス等の気体の漏洩を検知した場合、警告を発するようにした技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２５０５７０号公報（請求項１、請求項５、請求項７および請求項８）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、冷却液中に燃料ガス等が漏洩した場合、所定の濃度に達する前にそれを検知して警告を発し、その後更に濃度上昇があった場合、燃料電池の運転を停止する等の措置をとれるものの、その後、人間が熱交換器や冷却液の循環流路等から溜まった気体を除去する等の人的整備に頼らざるを得ず、使い勝手の良いものではなかった。また、一旦、冷却液中の燃料ガス濃度が高まってしまったときは、その燃料ガス濃度が高いまま排出しなくてはならなかった。
【０００９】
そこで本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却液の循環流路に混入した燃料ガスを希釈して低濃度で排出すること、また、従来、熱交換器や冷却液の循環流路内に溜まるにまかせていた気体を、人的整備を必要とせずに随時排気して冷却液中の当該気体の濃度を低いレベルに維持させることが可能となり、燃料電池の冷却装置の冷却性能の低下を防止して、燃料電池による発電システムの使い勝手をより向上させることにある。
【００１４】
また、請求項１に記載の発明は、空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と熱交換器との間に冷却液を循環させる循環流路を備える燃料電池の冷却装置であって、前記循環流路の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器を備え、前記冷却液貯蔵容器は、前記循環流路と冷却液ガス抜き流路を介して連絡され、かつ前記循環流路と冷却液戻し流路を介して連絡された液相部と、前記燃料電池に空気を供給する供給空気配管または前記燃料電池から排気を排出する排気用配管に信号圧配管を介して連絡され、前記液相部で冷却液から分離される気体と、前記信号圧配管を通じて前記供給空気配管または前記排気用配管から流入する供給空気または排気とを混合させる気相部とを備え、前記気相部の圧力が前記供給空気配管内の供給空気圧または前記排気用配管内の排気圧よりも高いときに、前記信号圧配管を通じて、前記供給空気配管側または排気用配管側から前記信号圧配管中に入り込む空気を前記供給空気配管または排気用配管に押戻して、前記気体が前記供給空気配管内または排気用配管内に排気されるようにしたことを特徴とする燃料電池の冷却装置を発明の構成とする。
【００１５】
この燃料電池の冷却装置では、液相部において冷却液から分離された気体が、気相部において供給空気配管または前記排気用配管から信号圧配管を通じて流入する供給空気または排気と混合され、気相部内の圧力が供給空気配管内の供給空気圧または前記排気用配管内の排気圧よりも高くなったときに、信号圧配管を通じて、供給空気配管側または排気用配管側から信号圧配管中に入り込む空気が供給空気配管または排気用配管に押戻され、気相部内の気体が供給空気配管内または排気管内に排気され、気相部内が換気される。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の燃料電池の冷却装置において、前記供給空気配管を通じて前記燃料電池内に供給する空気の圧力または前記排気用配管を通じて排出される排気の圧力を変動させることによって前記気体を前記供給空気配管または前記排気用配管に排気することを特徴とする。
【００１７】
この燃料電池の冷却装置では、供給空気配管を通じて前記燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させ、冷却液から分離され、冷却液貯蔵容器内に蓄積される気体の圧力が供給空気配管内の供給空気圧よりも高くなったときに、信号圧配管を通じて、供給空気配管側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管内に排気される。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の燃料電池の冷却装置において、前記信号圧配管内の圧力を所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すようにしたことを特徴とする。
【００１９】
この燃料電池の冷却装置では、信号圧配管内の圧力を所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すときに、冷却液から分離され、冷却液貯蔵容器内に蓄積される気体が、信号圧配管を通じて、供給空気配管側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管内に排気される。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器内の気体の圧力と供給空気配管内の空気の圧力または排気用配管内の排気の圧力との圧力差が所定時間以上変動しないときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力または前記排気用配管を通って排気される排気の圧力を変動させるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
この燃料電池の冷却装置では、冷却液貯蔵容器内の気体の圧力と供給空気配管内の供給空気圧との圧力差が所定時間以上変動しないときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させることによって、冷却液から分離されて冷却液貯蔵容器内に蓄積される気体が、信号圧配管を通じて、供給空気配管側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管内に排気される。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
この燃料電池の冷却装置では、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに燃料電池内に空気を供給する供給空気配管内の圧力を変動させることによって、前記冷却液から分離され、前記冷却液貯蔵容器内に蓄積される気体が前記信号圧配管を通じて前記供給空気配管内に排気される冷却液貯蔵容器内の気体が信号圧配管を通じて、供給空気配管内に排気される。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が高まると想定されるときに前記燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
この燃料電池の冷却装置では、予め実験等により冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が高まると想定されるときに、燃料電池内に空気を供給する供給空気配管内の圧力を変動させることによって、前記冷却液から分離され前記冷却液貯蔵容器内に蓄積される気体が前記信号圧配管を通じて前記供給空気配管内に排気される冷却液貯蔵容器内の気体が信号圧配管を通じて、供給空気配管内に排気され、冷却液貯蔵容器内が換気される。
【００２８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池の冷却装置において、前記気相部が、内部の燃料ガス濃度を検出する燃料ガス検出手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
この燃料電池の冷却装置では、燃料ガス検出手段によって気相部内の燃料ガス濃度が検出される。
【００３０】
また、請求項８に記載の発明は、前記請求項７に記載の燃料電池の冷却装置において、前記気相部内の燃料ガス濃度が所定値以上のときに、前記信号圧配管内の圧力を制御することによって前記気相部内の気体を前記供給空気配管または燃料電池からの排気用配管内に押戻す圧力制御手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
この燃料電池の冷却装置では、気相部内に備えられた燃料ガス検出手段によって検出される燃料ガス濃度が所定値以上となったときに、信号圧配管内の圧力を制御することによって、信号圧配管を通じて、供給空気配管側から信号圧配管中に入り込む空気が供給空気配管に押戻され、気相部内の気体が供給空気配管内に排気され、気相部内が換気される。
【００３２】
さらに、請求項９に記載の発明は、前記請求項８に記載の燃料電池の冷却装置において、前記圧力制御手段は、前記信号圧配管内の圧力を所定圧力以上に高めたのちに定常圧力に戻す手段であることを特徴とする。
【００３３】
この燃料電池の冷却装置では、圧力制御手段によって、信号圧配管内の圧力を所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すときに、信号圧配管を通じて、供給空気配管側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻され、気相部内の気体が供給空気配管内に排気され、気相部内が換気される。
【００３４】
また、請求項１０に記載の発明は、空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を冷却する冷却液を前記燃料電池内と熱交換器との間に循環させる循環流路を備える燃料電池の冷却装置であって、前記循環流路の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器を備え、前記冷却液貯蔵容器は、前記循環流路と冷却液ガス抜き流路を介して連絡され、かつ前記循環流路と冷却液戻し流路を介して連絡された液相部と、燃料電池に空気を供給する供給空気配管に流入配管および流出配管を介して連絡され、前記液相部で冷却液から分離される気体を、前記流入配管を通じて前記供給空気配管から流入する供給空気によって混合し、混合された気体を前記流出配管を通じて前記供給空気配管に戻す気相部とを備え、前記供給空気配管の途中に配設され、前記燃料電池に供給される空気を加湿する加湿器を挟んで前記供給空気配管の上流側に前記流入配管を、下流側に前記流出配管を連絡したことを特徴とする燃料電池の冷却装置を発明の構成とする。
【００３５】
この燃料電池の冷却装置では、加湿器によって生じる圧力損失により、冷却液貯蔵容器からの換気量が増大される。
【００３６】
また、請求項１１に記載の発明は、前記請求項１０に記載の燃料電池の冷却装置において、前記冷却液貯蔵容器が、内部の燃料ガス濃度を検出する燃料ガス検出手段を備えることを特徴とする。
【００３７】
この燃料電池の冷却装置では、燃料ガス検出手段によって冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が検出される。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【００３９】
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置は、図示しない燃料電池自動車に搭載され、図１に示すとおり、燃料電池１に供給される冷却液を冷却するための熱交換器２と、燃料電池１と熱交換器２との間に冷却液を熱交換可能に循環させる循環流路３と、循環流路３内の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器４と、信号圧配管５とから構成される。
【００４０】
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んだ燃料電池セルをさらにセパレータで挟持し、複数積層して構成されている。アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード電極に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動し、カソード電極の触媒によって酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。この反応は発熱反応であり、その燃料電池の温度は反応効率を確保するために、セパレータにおけるアノード電極またはカソード電極の反対側の面に冷却水を循環することで７０度前後に維持される。燃料電池の発電電力は、例えば、図示しない燃料電池自動車の走行用モータに供給され、自動車を駆動する。
【００４１】
燃料電池１は、エアクリーナ６によって清浄化された、エアーポンプ７によって供給空気配管８を通じて供給される空気と、燃料ガス供給配管９を通じて供給される燃料ガスとを発電反応させて発電を行う装置である。発電反応後、発電反応によって消費されなかった空気は排気用配管１０を通じて排気され、また、発電反応によって消費されなかった燃料ガスは燃料ガス排出配管１１を通じて燃料電池１から排出される。また、燃料電池１は、冷却液の流入口１２および流出口１３を備える。なお、燃料ガスとしては、水素、炭化水素、炭化水素を改質した改質ガス、メタノール等が挙げられる。
【００４２】
熱交換器２は、循環流路３によって燃料電池１から戻される冷却液が流入する流入口２ａと、冷却液と図示しない走行風などの２次冷却媒体との間で熱交換を行わせて、冷却液を冷却させるための熱交換器本体２ｂと、熱交換によって冷却された冷却液が流出する流出口２ｃとを備える。この熱交換器２は、２次冷却媒体として、水またはその他の液体を用いる液冷方式でもよいし、２次冷却媒体として空気を用いる空冷方式でもよい。
また、この熱交換器２は、循環流路３を通じて流入口２ａから流入する冷却液の一部を冷却液貯蔵容器４に流通させる冷却液−気体流出口２ｄ、２ｅを備える。
【００４３】
循環流路３は、燃料電池１と熱交換器２との間に冷却液を熱交換可能に循環させる流路であり、流出路３ａと、送液路３ｂと、戻し流路３ｃと、流入路３ｄと、調整流路３ｅとから構成される。
流出路３ａは、燃料電池１の流出口１３と冷却液ポンプ１４との間を連絡して、燃料電池１から流出する冷却液が流通する流路である。
【００４４】
送液路３ｂは、冷却液ポンプ１４と熱交換器２の流入口２ａとの間を連絡し、流出路３ａを流通して冷却液ポンプ１４に流入し冷却液ポンプ１４によって加圧された冷却液が流通する流路である。
戻し流路３ｃは、熱交換器２の流出口２ｃとサーモスタット１５との間を連絡し、熱交換器２で冷却され、流出口２ｃから流出する冷却液がサーモスタット１５に流通する流路である。
【００４５】
流入路３ｄは、サーモスタット１５と燃料電池１の流入口１２との間を連絡しサーモスタット１５から流出した冷却液が燃料電池１の流入口１２に流通する流路である。
【００４６】
調整流路３ｅは、送液路３ｂとサーモスタット１５との間を連絡し、サーモスタット１５により、流入路３ｄを通って流入口１２から燃料電池１内に供給される冷却液の温度が所定範囲となるように、送液路３ｂを流通する冷却液の一部を、戻し流路３ｃからサーモスタット１５内に流入する冷却液と合流させるための流路である。
【００４７】
サーモスタット１５は、熱交換器２から戻し流路３ｃを通って流入する冷却液Ｂ、冷却液貯蔵容器４から冷却液戻し流路１７を通って流入する冷却液Ｃ、および調整流路３ｅを通って流入する冷却液Ｄのそれぞれの温度に応じて、各流路の流入経路を開閉して、冷却液Ｂ、Ｃ、Ｄを混合し、流出口１５ａから流出し、流入路３ｄを通って流入口１２から燃料電池１内に供給される冷却液の温度を所定の温度に保つ機能を備える装置である。
【００４８】
また、冷却液貯蔵容器４は、熱交換器２から流入する循環流路３内の冷却液の一部を下部に滞留させて貯蔵するとともに、冷却液から分離する気体を上部に滞留させる気液分離器としての機能をも備えるものである。
【００４９】
この冷却液貯蔵容器４には、図１に示すとおり、冷却液ガス抜き流路１６の先端１６ａと、冷却液戻し流路１７の先端１７ａとが挿入されるとともに、上部に設けられた気体流出入口４ａに連絡された信号圧配管５を介して供給空気配管８が連絡されている。
【００５０】
この冷却液貯蔵容器４において、冷却液ガス抜き流路１６の先端１６ａは、熱交換器２から流入する冷却液中に含まれる気体が気液分離して、冷却液貯蔵容器４の上部空間に浮上して滞留されるように、冷却液貯蔵容器４の下部に滞留する冷却液Ａの液面よりも下部に配置される。
【００５１】
また、冷却液戻し流路１７の先端１７ａは、循環流路３内を流通する冷却液と冷却液貯蔵容器４内の冷却液とが連絡するように、冷却液貯蔵容器４の下部に滞留する冷却液Ａの液面よりも下部に配置される。
【００５２】
冷却液貯蔵容器４は、信号圧配管５と接続されているため、信号圧配管５によって供給された供給空気の圧力によって循環流路３の流入路３ｄを流通する冷却液に圧力を負荷する。冷却液貯蔵容器４の気相部内での冷却液の圧力は供給空気の圧力と実質等しくなり、その後循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定であるため、燃料電池へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１へ供給される供給空気との圧力差は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている。このように構成することによって、積層構造に構成された燃料電池１内での冷却液流路と供給空気流路の間の圧力差を所定の範囲に保っている。
【００５３】
信号圧配管５は、供給空気配管８と冷却液貯蔵容器４との間を連絡している。この信号圧配管５と、これに連絡された冷却液貯蔵容器４によって、冷却液貯蔵容器４が、冷却液貯蔵容器４の上部に滞留する気体の圧力ＰＧと、供給空気配管８を通って燃料電池１に供給される空気の圧力ＰＡ（供給空気圧）との圧力差に応じて、呼吸する。ここで、呼吸とは、前記圧力差に応じて、冷却液貯蔵容器４内の気体と供給空気配管８内の空気とが信号圧配管５内を、冷却液貯蔵容器４または供給空気配管８のいずれかに向けて押戻され、または移動することをいう。
【００５４】
次に、この第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置における燃料電池の冷却方法について説明するとともに、冷却液中に混入する気体の排気について説明する。
【００５５】
この燃料電池の冷却装置において、エアクリーナ６によって清浄化された後、エアーポンプ７によって供給空気配管８を通じて、燃料電池１内に供給される空気と、燃料ガス供給配管９を通じて供給される燃料ガスとを発電反応させて発電が行われる。発電反応後、発電反応によって消費されなかった空気は排気用配管１０を通じて排気され、また、発電反応によって消費されなかった燃料ガスは燃料ガス排出配管１１を通じて燃料電池１から排出される。
【００５６】
このとき、発電反応に伴って発生する熱は、流入口１２から燃料電池内に供給され、燃料電池１内に設けられた流路を流通する冷却液によって吸収され、燃料電池１内の温度が所定の温度に保たれる。
【００５７】
熱を吸収した冷却液は、流出口１３から流出し、循環流路３の流出路３ａ、冷却液ポンプ１４および送液路３ｂの順で流通し、冷却液ポンプ１４によって加圧され、流入口２ａから熱交換器２内に流入し、熱交換器本体２ｂにおいて２次冷却媒体と熱交換して冷却される。熱交換後、冷却液は、熱交換器２の流出口２ｃから流出し、戻し流路３ｃを流通してサーモスタット１５に流入する。
【００５８】
サーモスタット１５においては、熱交換器２から戻し流路３ｃを通って流入する冷却液Ｂ、冷却液貯蔵容器４から冷却液戻し流路１７を通って流入する冷却液Ｃ、および調整流路３ｅを通って流入する冷却液Ｄのそれぞれの温度に応じて、各流路の流入経路を開閉して、冷却液Ｂ、Ｃ、Ｄを混合して所定の温度に調整された冷却液が流出口１５ａから流出し、流入路３ｄを通って流入口１２から燃料電池１内に供給される。そして、燃料電池１内に供給された冷却液によって、燃料電池１内が冷却される。
【００５９】
このように、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置は、冷却液を燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環流通させることによって、燃料電池１内を所定の温度に維持し、燃料電池１の安定した運転を図ることができる。
【００６０】
また、冷却液貯蔵容器４には、流入口２ａから熱交換器２内に流入した冷却液の一部Ｅが、冷却液ガス抜き流路１６を通って、先端１６ａから冷却液貯蔵容器４内に流入される。このとき、冷却液中に混入した気体が分離して冷却液Ａの液面から浮上し、冷却液貯蔵容器４の上部空間（気相部）に滞留するとともに、冷却液は、冷却液貯蔵容器４の下部に滞留する。冷却液貯蔵容器４の下部に滞留した冷却液Ａは、冷却液戻し流路１７を介して循環流路３の流入路３ｃを流通する冷却液と連絡している。そして、冷却液貯蔵容器４は、信号圧配管５と接続されているため、信号圧配管５によって供給された供給空気の圧力によって循環流路３の流入路３ｄを流通する冷却液に圧力を負荷する。冷却液貯蔵容器４の気相部内での冷却液の圧力は供給空気の圧力と実質等しくなり、その後循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定であるため、燃料電池へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１へ供給される供給空気との圧力差は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている。このように構成することによって、積層構造に構成された燃料電池１内での冷却液流路と供給空気流路の間の圧力差を所定の範囲に保っている。
【００６１】
このとき、冷却液貯蔵容器４と供給空気配管８とが、信号圧配管５を介して連絡されていることによって、冷却液貯蔵容器４は、冷却液から分離して冷却液貯蔵容器４の上部に滞留する気体と、供給空気配管８内を流通する空気との圧力差ＰＤに応じて呼吸する。すなわち、冷却液貯蔵容器４の上部に滞留する気体によって形成される気相部の圧力ＰＧと、供給空気配管８を通って燃料電池１に供給される空気の圧力ＰＡ（供給空気圧）とが圧力差を有する場合には、その圧力差に応じて、冷却液貯蔵容器４内の気体と供給空気配管８内の空気とが、信号圧配管５内を、冷却液貯蔵容器４または供給空気配管８のいずれかに向けて押戻され、または移動する。気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも高いときは、図１中、冷却液貯蔵容器４から供給空気配管８に向けて（矢印Ｇで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が信号圧配管５を通じて流通し、供給空気配管８側から信号圧配管５中に入り込む空気を供給空気配管８に押戻して冷却液貯蔵容器４内の気体が前記供給空気配管８内に排気される。また、気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも低いときは、供給空気配管８から冷却液貯蔵容器４に向けて（矢印Ｈで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が押戻され、空気が冷却液貯蔵容器４内に流入し、気相部の気体が希釈される。これにより、冷却液貯蔵容器４内の気相部が換気される。また、供給空気配管８内に排気された気体（例えば、燃料ガス）は、燃料電池１に供給される空気と混合して、前記燃料電池のカソード電極で燃焼して排出される。
【００６２】
さらに、冷却液貯蔵容器４における気相部の圧力は、呼吸することによってほぼ等しくなる（ＰＡ＝ＰＧ）。また、冷却液貯蔵容器４での冷却液の圧力は、気相部の圧力と実質的に等しくなり、その後、燃料電池１へ供給される前に循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定であるため、燃料電池１へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１へ供給される供給空気の圧力は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている（ＰＡ＞ＰＬ）。すなわち、供給空気の圧力（ＰＡ）が燃料電池１の出力変動などによって圧力が上昇または下降すると、それに伴ってその圧力を冷却液貯蔵容器４の冷却液に伝えることでＰＡ＞ＰＬの関係が保たれ、燃料電池１内での冷却液と供給空気の圧力バランスが保たれる。
【００６３】
また、前記第１の実施形態において、前記圧力差ＰＤを制御して、冷却液貯蔵容器４を呼吸させてもよい。前記圧力差ＰＤを制御する方法としては、例えば、エアーポンプ７の回転数を変えることによって供給空気配管８内を流通する空気の圧力ＰＡを変動させたり、排気用配管１０に設けた図示しない排出制御弁の弁開度を変えることによって行ってもよい。このとき、前記信号圧配管５内の圧力、すなわち、圧力差ＰＤを所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すようにすることによって、冷却液貯蔵容器４を呼吸させてもよい。これにより、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、信号圧配管５を通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気される。
【００６４】
さらに、前記圧力差ＰＤが所定時間以上変動しないときに、冷却液貯蔵容器４を呼吸させるようにしてもよい。例えば、圧力差ＰＤを計測し、ＰＤが変動しないときに、エアーポンプ７によって供給空気配管８から燃料電池１内に供給する空気の圧力を変動させ、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、信号圧配管５を通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気されるようにしてもよい。
【００６５】
さらに、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させるようにしてもよい。例えば、冷却液貯蔵容器４に燃料ガスセンサ１９を設け、この燃料ガスセンサ１９によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、エアーポンプ７によって供給空気配管８から燃料電池１内に供給する空気の圧力を変動させ、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、信号圧配管５を通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気されるようにしてもよい。
【００６６】
また、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が高まると想定されるときに、燃料電池１内に供給する空気の圧力を変動させ、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、信号圧配管５を通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気されるようにしてもよい。このように構成することによって、より積極的に冷却液貯蔵容器４内の気相部を換気することができる。例えば、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が高まると想定されるときに、予め、エアーポンプ７を作動させるようにプログラムしておき、そのエアーポンプ７の作動によって供給空気配管８から燃料電池１内に供給する空気の圧力を変動させ、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、供給空気配管８内に排気されるようにしてもよい。
【００６７】
次に、図２に示す本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置を示すブロック図である。
【００６８】
図２に示す第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置は、燃料電池１と熱交換器２の間に冷却液を循環流通させるための循環流路３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）、熱交換器２から冷却液貯蔵容器４に冷却液の一部を供給する冷却液ガス抜き流路１６、循環流路３内を流通する冷却液の温度を一定に保つためのサーモスタット１５、冷却液貯蔵容器４から冷却液を循環流路３に戻すための冷却液戻し流路１７等を備える点で、前記第１の実施形態に係る冷却装置と同一の構成を有するものである。したがって、以下の第２の実施形態に係る冷却装置についての説明においては、前記第１の実施形態に係る冷却装置と異なる構成を中心に説明し、第１の実施形態と同一の構成に係るものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
この第２の実施形態に係る冷却装置においては、図２に示すように、冷却液貯蔵容器４が、液相部４１と、気相部４２とから構成される。この冷却液貯蔵容器４において、液相部４１は、熱交換器２と冷却液ガス抜き流路１６を介して連絡されている。冷却液ガス抜き流路１６の先端１６ａは、熱交換器２から流入する冷却液中に含まれる気体が気液分離して、液相部４１の上部空間に浮上して滞留されるように、液相部４１に滞留している冷却液Ａの液面よりも下部になるように配置される。
【００７０】
また、液相部４１は循環流路３と冷却液戻し流路１７を介して連絡されている。この冷却液戻し流路１７の先端１７ａは、循環流路３内を流通する冷却液と冷却液貯蔵容器４内の冷却液とが連絡するように、冷却液貯蔵容器４の下部に滞留する冷却液Ａの液面よりも下部に配置される。
【００７１】
また、冷却液貯蔵容器４の気相部４２は、前記液相部４１の上部に上方に向けて突設され、液相部４１と連通している。この気相部４２は、燃料電池１に空気を供給する供給空気配管８に信号圧配管５を介して連絡されている。この気相部４２においては、液相部４１において冷却液から気液分離され、液相部４１の上部空間に浮上して滞留する気体の状態に応じて、信号圧配管５を介して供給空気配管８から空気を流入させて前記気体と空気とを混合し、あるいは信号圧配管５を通じて空気を押戻し、気体を供給空気配管８内に排気させる役割を有するものである。そして、この第２の実施形態に係る冷却装置においては、冷却液貯蔵容器４が気相部４２を備えることにより、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等により、冷却液貯蔵容器４内に滞留される冷却液が信号圧配管を介して供給空気配管内に漏出するのを防止するために有効である。例えば、燃料電池を搭載した自動車の走行時に、冷却液貯蔵容器が揺動、傾斜しても冷却液が供給空気配管内に漏出するのを防止して、安定して燃料電池による発電を継続するために有効である。
【００７２】
この第２の実施形態に係る冷却装置においては、前記第１の実施形態と同様に、燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環される冷却液の温度が、サーモスタット１５によって一定に保たれる。
【００７３】
このとき、冷却液貯蔵容器４の気相部４２と供給空気配管８とを信号圧配管５を介して連絡させることによって、冷却液貯蔵容器４は、冷却液から分離して液相部４１の上部および気相部４２内に滞留する気体と、供給空気配管８内を流通する空気との圧力差ＰＤに応じて呼吸する。すなわち、冷却液貯蔵容器４の上部（液相部４１の上部および気相部４２）に滞留する気体によって形成される気相部の圧力ＰＧと、供給空気配管８を通って燃料電池１に供給される空気の圧力ＰＡ（供給空気圧）との圧力差に応じて、冷却液貯蔵容器４内の気体と供給空気配管８内の空気とが、信号圧配管５内を、冷却液貯蔵容器４または供給空気配管８のいずれかに向けて移動する。気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも高いときは、図２中、冷却液貯蔵容器４から供給空気配管８に向けて（矢印Ｇで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が信号圧配管５を通じて流通し、冷却液貯蔵容器４内の気体が前記供給空気配管８内に排気される。また、気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも低いときは、供給空気配管８から冷却液貯蔵容器４に向けて（矢印Ｇと逆の方向：図２中、矢印Ｈで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が押戻され、空気が冷却液貯蔵容器４内に流入し、気相部４２の気体と混合される。これにより、冷却液貯蔵容器４内の気相部４２が換気される。また、供給空気配管８内に排気された気体（例えば、燃料ガス）は、燃料電池１に供給される空気と混合して、前記燃料電池のカソード電極の触媒で触媒燃焼反応する。
【００７４】
さらに、冷却液貯蔵容器４における気相部４２の圧力は、呼吸することによってほぼ等しくなる（ＰＡ＝ＰＧ）。また、冷却液貯蔵容器４での冷却液の圧力は、気相部４２の圧力と実質的に等しくなり、その後、燃料電池１へ供給される前に循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定であるため、燃料電池１へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１へ供給される供給空気の圧力は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている（ＰＡ＞ＰＬ）。すなわち、供給空気の圧力（ＰＡ）が燃料電池１の出力変動などによって圧力が上昇または下降すると、それに伴ってその圧力を冷却液貯蔵容器４の冷却液に伝えることでＰＡ＞ＰＬの関係が保たれ、燃料電池１内での冷却液と供給空気の圧力バランスが保たれる。
【００７５】
また、この第２の実施形態に係る冷却装置において、気相部４２は、内部の燃料ガス濃度を検出する燃料ガス検出手段を備える構成としてもよい。これにより、気相部４２内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させるようにしてもよい。例えば、気相部４２に燃料ガスセンサ１９を設け、この燃料ガスセンサ１９によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、エアーポンプ７によって供給空気配管８から燃料電池１内に供給する空気の圧力を変動させ、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器内に形成される気相部の気体が、信号圧配管５を通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気されるようにしてもよい。
【００７６】
また、前記気相部４２内の燃料ガス濃度が所定値以上のときに、前記信号圧配管５内の圧力を制御することによって前記気相部４２内の気体を前記供給空気配管８または燃料電池からの排気用配管１０内に押戻す圧力制御手段を備える構成としてもよい。例えば、前記圧力制御手段は、前記信号圧配管内の圧力を所定圧力以上に高めたのちに定常圧力に戻す手段としてもよい。これにより、前記信号圧配管５内の圧力、すなわち、圧力差ＰＤを所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すようにすることによって、冷却液貯蔵容器４を呼吸させ、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器４内に形成される気相部の気体が、信号圧配管５を通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管８に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気される。
【００７７】
次に、図３に示す本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【００７８】
図３に示す第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置は、燃料電池１と熱交換器２の間に冷却液を循環流通させるための循環流路３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）、熱交換器２から冷却液貯蔵容器４に冷却液の一部を供給する冷却液ガス抜き流路１６、循環流路３内を流通する冷却液の温度を一定に保つためのサーモスタット１５、冷却液貯蔵容器４から冷却液を循環流路３に戻すための冷却液戻し流路１７等を備える点で、前記第１の実施形態に係る冷却装置と同一の構成を有するものである。したがって、以下の第３の実施形態に係る冷却装置についての説明においては、前記第１の実施形態に係る冷却装置と異なる構成を中心に説明し、第１の実施形態と同一の構成に係るものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
この第３の実施形態に係る冷却装置は、図３に示すように、冷却液貯蔵容器４が、液相部４１と、ガス抜き室４３とから構成される。この冷却液貯蔵容器４において、液相部４１は、熱交換器２と冷却液ガス抜き流路１６を介して連絡されている。冷却液ガス抜き流路１６の先端１６ａは、熱交換器２から流入する冷却液中に含まれる気体が気液分離して、液相部４１の上部空間に浮上して滞留されるように、液相部４１に滞留している冷却液Ａの液面よりも下部になるように配置される。
【００８０】
また、液相部４１は循環流路３と冷却液戻し流路１７を介して連絡されている。この冷却液戻し流路１７の先端１７ａは、循環流路３内を流通する冷却液と冷却液貯蔵容器４内の冷却液とが連絡するように、冷却液貯蔵容器４の下部に滞留する冷却液Ａの液面よりも下部に配置される。
【００８１】
冷却液貯蔵容器４のガス抜き室４３は、前記液相部４１の上部に上方に向けて突設され、流入室４３ａと、流出室４３ｂとに区画されている。流入室４３ａと、流出室４３ｂとは、それぞれ開口部４４ａ、４４ｂを介して液相部４１と連通している。また、流入室４３ａは、空気流入配管４５ａを介して供給空気配管８と連絡され、流出室４３ｂは、気体流出配管４５ｂを介して供給空気配管８と連絡されている。そして、供給空気配管の途中に配設された加湿器４６を挟んで、上流側に空気流入配管４５ａが接続され、下流側に気体流出配管４５ｂが接続されている。また、加湿器４６は、燃料電池に供給される空気を加湿するものである。
【００８２】
このガス抜き室４３は、液相部４１において冷却液から気液分離され、液相部４１の上部空間に浮上して滞留する気体の状態に応じて、空気流入配管４５ａを通じて流入室４３ａに空気を流入させて前記気体と空気を混合し、あるいは流出室４３ｂから気体流出配管４５ｂを通じて気相部の気体を供給空気配管８内に排気させるものである。
【００８３】
この第３の実施形態に係る冷却装置においては、前記第１の実施形態と同様に、燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環される冷却液の温度が、サーモスタット１５によって一定に保たれる。
【００８４】
このとき、冷却液貯蔵容器４は、冷却液から分離して液相部４１の上部およびガス抜き室４３内の気体と、供給空気配管８内を流通する空気との圧力差に応じて呼吸する。すなわち、冷却液貯蔵容器４の上部（液相部４１の上部およびガス抜き室４３）に滞留する気体の圧力ＰＧと、供給空気配管８を通って燃料電池１に供給される空気の圧力ＰＡ（供給空気圧）との圧力差、冷却液貯蔵容器４内の気体と供給空気配管８内の空気とが空気流入配管４５ａまたは気体流出配管４５ｂ内を、冷却液貯蔵容器４または供給空気配管８のいずれかに向けて押戻され、または移動する。このとき、加湿器４６を挟んで供給空気配管８の上流側に空気流入配管４５ａを介して流入室４３ａが連絡され、下流側に気体流出配管４５ｂを介して流出室４３ｂが連絡されているため、加湿器４６によって生じる圧力損失によって、冷却液貯蔵容器４内の換気量が増加される。例えば、ガス抜き室４３内の気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも高いときは、図３中、冷却液貯蔵容器４の流出室４３ｂから供給空気配管８に向けて（矢印Ｇで示す方向に）気体が気体流出配管４５ｂを通じて流出し、供給空気配管８側から気体流出配管４５ｂ中に入り込む空気を供給空気配管８に押戻して冷却液貯蔵容器４内の気体が供給空気配管８内に排気される。また、気体の圧力ＰＧが空気の圧力ＰＡよりも低いときは、供給空気配管８から冷却液貯蔵容器４に向けて（矢印Ｇと逆の方向：図３中、矢印Ｈで示す方向に）冷却液貯蔵容器４の流入室４３ａ内の気体が押戻され、空気が流入する。このとき、前記圧力損失によって、流出室４３ｂから供給空気配管８に向けて（矢印Ｇで示す方向に）冷却液貯蔵容器４内の気体が気体流出配管４５ｂを通じて流出する場合、および供給空気配管８から冷却液貯蔵容器４に向けて（図３中、矢印Ｈで示す方向に）冷却液貯蔵容器４の流入室４３ａ内の気体が押戻され、空気が流入する場合のいずれにおいても、気体の流出および空気の流入が増加される。そのため、冷却液貯蔵容器４内の気相部の換気がより促進される。
【００８５】
さらに、冷却液貯蔵容器４における気相部の圧力は、呼吸することによってほぼ等しくなる（ＰＡ＝ＰＧ）。また、冷却液貯蔵容器４での冷却液の圧力は、気相部の圧力と実質的に等しくなり、その後、燃料電池１へ供給される前に循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定であるため、燃料電池１へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１へ供給される供給空気の圧力は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている（ＰＡ＞ＰＬ）。すなわち、供給空気の圧力（ＰＡ）が燃料電池１の出力変動などによって圧力が上昇または下降すると、それに伴ってその圧力を冷却液貯蔵容器４の冷却液に伝えることでＰＡ＞ＰＬの関係が保たれ、燃料電池１内での冷却液と供給空気の圧力バランスが保たれる。
【００８６】
また、この第３の実施形態に係る冷却装置において、冷却液貯蔵容器４は、内部の燃料ガス濃度を検出する燃料ガス検出手段を備える構成としてもよい。これにより、冷却液貯蔵容器４内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、前記供給空気配管８から燃料電池１内に供給する空気の圧力を変動させる等の方法により、積極的に冷却液貯蔵容器４内の換気が行われるようにしてもよい。例えば、図３に示すように、冷却液貯蔵容器４の液相部４１の上部に燃料ガスセンサ１９を設けた構成としてもよい。このとき、燃料ガスセンサ１９は、下部に設けた遮蔽板２１によって、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等によって冷却液Ａと接触しないように防護されていてもよい。そして、燃料ガスセンサ１９によって測定される燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、エアーポンプ７によって供給空気配管８から燃料電池１内に供給する空気の圧力を積極的に変動させ、ＰＧ＞ＰＡとなったときに、冷却液貯蔵容器内の気体が、気体流出配管４５ｂを通じて、供給空気配管８側から信号圧配管中に入り込む空気を供給空気配管に押戻して、気体が供給空気配管８内に排気されるようにしてもよい。
【００８７】
なお、前記の第１の実施形態および第２の実施形態は、冷却液貯蔵容器４（気相部４１）が、信号圧配管５を介して供給空気配管８に連絡された構成を有するものであるが、本発明の燃料電池の冷却装置は、冷却液貯蔵容器４（気相部４１）が排気用配管１０に連絡された構成を有するものでもよい。
【００８８】
この構成では、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、燃料電池１と熱交換器２の間を循環流路３を介して循環される冷却液の温度が、サーモスタット１５によって一定に保たれるとともに、燃料電池１よりも上部に配置されている冷却液貯蔵容器４（液相部４１）によって、循環流路３を流通する冷却液に圧力が負荷され、循環流路３を循環流通する冷却液の圧力が一定に保たれる。
【００８９】
このとき、冷却液貯蔵容器４（気相部４２）が、燃料電池１から排出される排出空気が流通する排気用配管１０（図１参照）に信号圧配管を介して連絡されているため、冷却液貯蔵容器４は、冷却液から分離して冷却液貯蔵容器４の上部（液相部４１の上部および気相部４２）の気体の圧力と、排気用配管１０内を流通する空気との圧力差ＰＥに応じて呼吸する。すなわち、冷却液貯蔵容器４の上部（液相部４１の上部および気相部４２）に滞留する気体によって形成される気相部の圧力ＰＧと、排気用配管１０を通って燃料電池１から排出される空気の圧力ＰＦ（または供給空気圧）との圧力差に応じて、冷却液貯蔵容器４内の気体と排気用配管１０内の空気とが信号圧配管５内を、冷却液貯蔵容器４または排気用配管１０のいずれかに向けて押戻され、または移動する。気体の圧力ＰＧが排出空気の圧力ＰＦよりも高いときは、冷却液貯蔵容器４から排気用配管１０に向けて冷却液貯蔵容器４内の気体が信号圧配管５を通じて流通し、排気用配管１０側から信号圧配管５中に入り込む空気を排気用配管１０に押戻して冷却液貯蔵容器４内の気体が前記排気用配管１０内に排気される。また、気体の圧力ＰＧが排出空気の圧力ＰＦよりも低いときは、排気用配管１０から冷却液貯蔵容器４に向けて冷却液貯蔵容器４内の気体が押戻され、空気が冷却液貯蔵容器４内に流入し、気相部の気体が希釈される。これにより、冷却液貯蔵容器４内の気相部が換気される。また、排出空気配管１０内に排気された気体（例えば、燃料ガス）は、燃料電池１から排出される空気と混合して排気される。
【００９０】
さらに、冷却液貯蔵容器４における気相部の圧力は、呼吸することによってほぼ等しくなる（ＰＡ＝ＰＧ）。また、冷却液貯蔵容器４での冷却液の圧力は、気相部の圧力と実質的に等しくなり、その後、燃料電池１へ供給される前に循環流路３を流通することによって圧力損失が生じるが、その圧力損失は循環流路３内の冷却液の圧力によらずほぼ一定であるため、燃料電池１へ供給される冷却液の圧力と燃料電池１へ供給される供給空気の圧力は、その圧力損失の分だけ冷却液の圧力が供給空気の圧力よりも低くなるようになっている（ＰＡ＞ＰＬ）。すなわち、供給空気の圧力（ＰＡ）が燃料電池１の出力変動などによって圧力が上昇または下降すると、それに伴ってその圧力を冷却液貯蔵容器４の冷却液に伝えることでＰＡ＞ＰＬの関係が保たれ、燃料電池１内での冷却液と供給空気の圧力バランスが保たれる。
【００９１】
また、冷却液貯蔵容器がガス抜き室４３を有する構成の場合には、冷却液貯蔵容器４の揺動、傾斜等により、冷却液貯蔵容器４内に滞留される冷却液が信号圧配管を介して供給空気配管内に漏出するのを防止するために有効である。
【００９２】
【実施例】
次に、前記第２の実施形態と同じ構成を備える冷却装置を有し、燃料ガスとして水素を用いる燃料電池を自動車に搭載して、冷却液貯蔵容器４の呼吸について実験した結果を図４および図５に示す。
【００９３】
図４は、前記第２の実施形態に係る冷却装置における冷却液貯蔵容器４の呼吸について、冷却液貯蔵容器４内の気体の圧力（容器内圧）と水素濃度の変化を示す。この実験では、一定流量の水素が冷却液に混入してくるものとして想定している。図４中、点線は容器内圧を、実線は冷却液貯蔵容器４の気相部４２内の水素濃度を示す。この冷却装置を備える燃料電池１を定常運転させているとき、燃料電池自動車の走行モータの要求電力に応じて燃料電池１の要求出力が変動する。この燃料電池１の要求出力によって燃料電池１へ供給する供給空気の圧力を変動させるため、図４中、点線で示す通り、冷却液貯蔵容器内の圧力は自然に変動する。図４中、実線で示すように、冷却液貯蔵容器４の気相部４２内の水素は冷却液貯蔵容器４内の圧力変動（点線）に伴って冷却液中の気体と供給空気とが気相部で混合され、供給空気とともに燃料電池１のカソード電極に供給されているので、冷却液に混入している水素の濃度は管理目標濃度を超えることはない。しかし、燃料電池１の出力変動が少なく、（例えば、一定速度で燃料電池自動車の運転を続けているときなど）燃料電池１への供給空気の圧力変動が生じない、または供給空気の圧力変動が生じていてもその変動幅が小さいときなど（図４における１５分から３０分の区間など）は気相部の水素濃度が高まってしまうことがある。このとき冷却液貯蔵容器４の気相部に設けた水素ガス検出手段によって気相部の水素濃度が管理目標濃度に達した場合（図４における１７分、２４分、２６分の位置）はエアーポンプ７の回転数を増大させた後に、定常の回転数に戻すことで供給空気圧を変動させる（圧力を高めてから定常に戻す）。これによって、図４中、容器内圧が、太線で示すように変動し、容器内圧（ＰＧ）＞供給空気圧（ＰＡ）となったとき、水素が信号圧配管５を通って供給空気配管８内に排気され、供給空気と混合して燃料電池１のカソード極で燃焼される。そして、気相部４２における水素濃度が減少する。
【００９４】
図５は、前記第２の実施形態に係る冷却装置における冷却液貯蔵容器４の呼吸について、冷却液貯蔵容器内の気体の圧力（容器内圧）と水素濃度の変化を示す。図５中、点線は容器内圧を、実線は冷却液貯蔵容器４の気相部４２内の水素濃度を示す。この冷却装置を備える燃料電池１の運転において、容器内圧が変動せず、実線で示すように冷却液貯蔵容器４の気相部４２内の水素濃度が変動し、水素センサ１９によって測定される水素濃度が所定の管理目標濃度に達した場合、エアーポンプ７を操作して、供給空気圧を変動させる（圧力を高めてから戻す）。これによって、図５中、容器内圧が、太線で示すように変動し、容器内圧（ＰＧ）＞供給空気圧（ＰＡ）となったとき、水素が信号圧配管５を通って供給空気配管８内に排気され、供給空気と混合して燃料電池１のカソード極で燃焼される。そして、気相部４２における水素濃度が減少する。
【００９５】
また、本実施例では、気相部の水素濃度が管理目標濃度に達したときに圧力変動を行うようにしたが、圧力変動（供給空気圧を高めてから定常に戻す）は定期的に行ってもよく、また、図５に示すように定常運転における圧力変動が行われていないときは、その圧力変動が行われていない時間を検知し、その時間に応じて圧力変動を行ってもよい。
【００９６】
以上の図４および図５に示す測定結果から、本発明の冷却装置を備える燃料電池によれば、燃料電池の各部から冷却液中に混入される気体、特に燃料ガスを冷却液貯蔵容器内で気液分離して排気して、冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度を所望のレベルに制御できることが分る。
【００９９】
また、請求項１に記載の発明によれば、少なくとも１本の信号圧配管を配設するだけで、冷却液貯蔵容器を呼吸させながら換気することが可能となり、軽量かつ低コストな構成で冷却液中に漏出する気体を随時排気することができる。すなわち、液相部において冷却液から分離された気体が、気相部において供給空気配管または前記排気用配管から信号圧配管を通じて流入する供給空気または排気と混合され、気相部内の圧力が供給空気配管内の供給空気圧または前記排気用配管内の排気圧よりも高くなったときに、信号圧配管を通じて、供給空気配管側または排気用配管側から信号圧配管中に入り込む空気が供給空気配管または排気用配管に押戻され、気相部内の気体が供給空気配管内または排気管内に排気され、気相部内が換気される。これによって、冷却液の循環流路に混入した燃料ガスを供給空気または排気と混合して排出することができるため、燃料電池の排気中の燃料ガスを希釈して低濃度で排出することができる。また、熱交換器や冷却液の循環流路内に溜まる気体を、人的整備を必要とせずに随時排気して冷却液中の当該気体の濃度を低いレベルに維持させることが可能となり、燃料電池の冷却装置における冷却性能の低下を防止することができる。そのため、気体の漏洩による警告や機関停止の必要頻度を低減して燃料電池発電システムの使い勝手をより向上できる。
特に、極間差圧（燃料ガス、空気、冷却液間の圧力差）の少ない設計の燃料電池においては、燃料ガスと冷却液の供給圧力差が生じると燃料電池のセパレータやシール構造などに過負荷がかかるため、燃料ガス、冷却液ともに供給圧力を低く保つか、燃料ガスと冷却液の供給圧力差を少なく制御する必要があるが、本発明は、その場合にも充分適用可能である。
【０１００】
また、請求項２に記載の発明によれば、本来、燃料電池システムの有する燃料ガス供給・排出圧力が変動する性質を利用し、冷却液貯蔵容器等を呼吸させながら冷却液中に漏出する気体を換気して排気することが可能となるため、燃料ガス供給手段の軽量化・低コスト化ができる。また、冷却液貯蔵容器等に必要充分な換気を供給しながらも過剰な換気を供給することがなく、必要最適量の換気を供給でき無駄な電力消費を回避できる。
【０１０１】
また、請求項３に記載の発明によれば、信号圧配管内の圧力を所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すことによって、冷却液貯蔵容器等を呼吸させながら冷却液中に漏出する気体を換気して排気することが可能となるため、燃料ガス供給手段の軽量化・低コスト化ができる。また、冷却液貯蔵容器等に必要充分な換気を供給しながらも過剰な換気を供給することがなく、必要最適量の換気を供給でき無駄な電力消費を回避できる。
【０１０２】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、冷却液貯蔵容器等が燃料ガス（燃料ガス）検知手段を持たなくとも冷却液貯蔵容器等の内部の燃料ガス濃度最高値を推測して、冷却液貯蔵容器内の換気を行うことができ、燃料ガスセンサ等の必要センサー数やそのコストを低減できる。
【０１０３】
また、請求項５に記載の発明によれば、冷却液貯蔵容器等の内部の燃料ガス濃度に応じ換気量を制御できるため冷却液貯蔵容器内の換気に、必要最小の換気で充分であり過剰な換気を行う必要がなく、無駄な電力消費を回避でき、燃料ガス濃度上昇によるトラブルを未然に回避できる。
【０１０４】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、冷却液貯蔵容器等が燃料ガス（燃料ガス）検知手段を持たなくとも冷却液貯蔵容器等の内部の燃料ガス濃度最高値を推測して、冷却液貯蔵容器内の換気を行うことができ、燃料ガスセンサ等の必要センサー数やそのコストを低減できる。
【０１０６】
また、請求項７に記載の発明によれば、燃料ガス検出手段によって検出される気相部内の燃料ガス濃度に応じて、適宜、冷却液貯蔵容器の呼吸による換気量を制御すれば、必要最小の換気で充分であり過剰な換気を行う必要がなく、無駄な電力消費を回避でき、燃料ガス濃度上昇によるトラブルを未然に回避できる。
【０１０７】
また、請求項８に記載の発明によれば、冷却液貯蔵容器等の内部の燃料ガス濃度に応じ換気量を制御できるため冷却液貯蔵容器内の換気に、必要最小の換気で充分であり過剰な換気を行う必要がなく、無駄な電力消費を回避でき、燃料ガス濃度上昇によるトラブルを未然に回避できる。
【０１０８】
また、請求項９に記載の発明によれば、信号圧配管内の圧力を所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すことによって、冷却液貯蔵容器等を呼吸させながら冷却液中に漏出する気体を換気して排気することが可能となるため、燃料ガス供給手段の軽量化・低コスト化ができる。また、冷却液貯蔵容器等に必要充分な換気を供給しながらも過剰な換気を供給することがなく、必要最適量の換気を供給でき無駄な電力消費を回避できる。
【０１０９】
また、請求項１０に記載の発明によれば、加湿器によって生じる圧力損失により、冷却液貯蔵容器からの換気量が増大される。
【０１１０】
また、請求項１１に記載の発明によれば、燃料ガス検出手段によって検出される気相部内の燃料ガス濃度に応じて、適宜、冷却液貯蔵容器の呼吸による換気量を制御すれば、必要最小の換気で充分であり過剰な換気を行う必要がなく、無駄な電力消費を回避でき、燃料ガス濃度上昇によるトラブルを未然に回避できる。
【０１１１】
また、本発明の冷却装置を備える燃料電池を搭載した自動車においては、供給空気配管における供給空気圧の変動に起因して燃料電池出力電圧、カソードガス（空気）供給用エアーポンプの消費電力が変化しても、燃料電池に接続された駆動機器への出力電流を適切に制御することで常時所望の駆動出力を供給することが可能となる。そのため、自動車のドライバビリティが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置による冷却液貯蔵容器内の呼吸について実験した結果を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の冷却装置による冷却液貯蔵容器内の呼吸について実験した結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 熱交換器
３ 循環流路
３ａ 流出路
３ｂ 送液路
３ｃ 戻し流路
３ｄ 流入路
３ｅ 調整流路
４ 冷却液貯蔵容器
５ 信号圧配管
８ 供給空気配管
９ 燃料ガス供給配管
１０ 排気用配管
１６ 冷却液ガス抜き流路
１７ 冷却液戻し流路
１９ 燃料ガスセンサ（燃料ガス検出手段）
４１ 液相部
４２ 気相部
４３ ガス抜き室
４３ａ 流入室
４３ｂ 流出室
４６ 加湿器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell cooling device, and more particularly to a fuel cell cooling device in which a gas mixed in a fuel cell coolant is separated and exhausted.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, solid polymer fuel cells, which are attracting attention as power sources for electric vehicles, can generate power even at room temperature, and are being put into practical use for various applications.
[0003]
This solid polymer type fuel cell is generally configured by arranging a number of fuel cells formed by partitioning a cathode electrode on one side with a solid polymer electrolyte in between and an anode electrode on the other side, This is a system for generating electricity by a chemical reaction (hereinafter referred to as “power generation reaction”) between oxygen in the air supplied to the cathode electrode and fuel gas supplied to the anode electrode.
However, since such a power generation reaction is an exothermic reaction, a cooling device that removes the generated heat is required in order to maintain a stable temperature while keeping the inside of the fuel cell at a constant temperature.
[0004]
Normally, in a fuel cell, a flow path that is completely separated from fuel gas and oxidizing gas (air) by a separator is provided for each fuel cell, and a coolant is circulated between the flow path and the heat exchanger. A system for circulating and cooling the fuel cell is employed.
[0005]
However, when the fuel cell is used for a long period of time, the sealing member that seals the peripheral portion of the separator may deteriorate, and fuel gas and oxidizing gas may leak into the coolant. The fuel gas leaked into the coolant may cause a decrease in cooling performance.
[0006]
Therefore, in a heat exchange system for supplying a heat exchange medium to a fuel cell to perform heat exchange, at least one of the heat exchange means and the heat exchange medium flow path, for example, at the top of a radiator (heat exchanger) A fuel gas detection means is provided at a location where gas separated from the coolant such as an upper part of a radiator cap or a reserve tank gathers, and the gas separated from the coolant is detected by the fuel gas detection means, so that the gas is introduced into the coolant. A technique has been proposed in which a warning is issued when leakage of a gas such as fuel gas is detected (see Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-250570 A (Claim 1, Claim 5, Claim 7 and Claim 8)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technology, when fuel gas or the like leaks into the coolant, it is detected before a predetermined concentration is reached and a warning is issued. Although measures such as stopping can be taken, humans have to rely on human maintenance such as removing gas accumulated from heat exchangers and coolant circulation channels, etc., and it was not easy to use . Further, once the fuel gas concentration in the coolant has increased, the fuel gas concentration had to be discharged while being high.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to dilute and discharge the fuel gas mixed in the circulation path of the coolant at a low concentration. It is possible to maintain the concentration of the gas in the coolant at a low level by exhausting the gas that has accumulated in the heat exchanger and the coolant circulation path as needed without requiring human maintenance. An object of the present invention is to prevent the cooling performance of the fuel cell cooling device from being lowered and to further improve the usability of the power generation system using the fuel cell.
[0014]
  Claims1The invention described in 1 is a cooling device for a fuel cell comprising a circulation flow path for circulating a coolant between a fuel cell that generates electric power by receiving supply of air and fuel gas and a heat exchanger, the circulation flow path A cooling liquid storage container for storing a part of the cooling liquid, the cooling liquid storage container,A liquid phase part communicated via the circulation flow path and the cooling liquid degassing flow path, and communicated via the circulation flow path and the cooling liquid return flow path;The signal line is connected to a supply air pipe for supplying air to the fuel cell or an exhaust pipe for discharging exhaust from the fuel cell,A gas separated from the cooling liquid in the liquid phase part;Signal pressure pipingA gas phase part that mixes supply air or exhaust flowing in from the supply air pipe or the exhaust pipe through,SaidGas phaseWhen the pressure is higher than the supply air pressure in the supply air pipe or the exhaust pressure in the exhaust pipe, the signal pressure pipe enters the signal pressure pipe from the supply air pipe side or the exhaust pipe side. A fuel cell cooling apparatus characterized in that air is pushed back into the supply air pipe or exhaust pipe so that the gas is exhausted into the supply air pipe or exhaust pipe. To do.
[0015]
  In this fuel cell cooling system, the liquid phase partThe separated gas is mixed with supply air or exhaust gas flowing from the supply air pipe or the exhaust pipe through the signal pressure pipe in the gas phase section, and the pressure in the gas phase section is increased.Supply air pipingSupply air pressure or exhaust pressure in the exhaust pipeWhen higher than the supply air piping side through the signal pressure pipingOr from the exhaust piping sideAir that enters the signal pressure piping is supplied air pipingOr exhaust pipeThe gas in the gas phase is pushed back into the supply air pipingOr in the exhaust pipeThe gas phase is ventilated.
[0016]
  Claims2The invention described in claim 11The fuel cell cooling device according to claim 1, wherein the gas is supplied to the supply air pipe or the supply air pipe by changing the pressure of the air supplied into the fuel cell through the supply air pipe or the pressure of the exhaust discharged through the exhaust pipe. The exhaust pipe is exhausted.
[0017]
In this fuel cell cooling device, the pressure of the air supplied into the fuel cell through the supply air pipe is changed, and the pressure of the gas separated from the coolant and accumulated in the coolant storage container is changed in the supply air pipe. When the air pressure becomes higher than the supply air pressure, the air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe side is pushed back to the supply air pipe through the signal pressure pipe, and the gas is exhausted into the supply air pipe.
[0018]
  Claims3The invention described in claim 12In the fuel cell cooling device described in 1), the pressure in the signal pressure pipe is increased to a predetermined pressure or more and then returned to a steady pressure.
[0019]
In this fuel cell cooling apparatus, when the pressure in the signal pressure pipe is increased to a predetermined pressure or more and then returned to the steady pressure, the gas separated from the coolant and accumulated in the coolant storage container is passed through the signal pressure pipe. The air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe side is pushed back to the supply air pipe, and the gas is exhausted into the supply air pipe.
[0020]
  Claims4The invention described in claim 11In the fuel cell cooling device according to claim 1, when the pressure difference between the gas pressure in the coolant storage container and the air pressure in the supply air pipe or the exhaust pressure in the exhaust pipe does not fluctuate for a predetermined time or more. The pressure of the air supplied into the fuel cell from the supply air pipe or the pressure of the exhaust exhausted through the exhaust pipe is varied.
[0021]
In this fuel cell cooling apparatus, when the pressure difference between the gas pressure in the coolant storage container and the supply air pressure in the supply air pipe does not fluctuate for a predetermined time or more, the air supplied from the supply air pipe into the fuel cell is supplied. By changing the pressure of the gas, the gas that is separated from the coolant and accumulated in the coolant storage container pushes back the air that enters the signal pressure piping from the supply air piping side to the supply air piping through the signal pressure piping. Thus, the gas is exhausted into the supply air piping.
[0022]
  Claims5The invention described in claim 11In the fuel cell cooling device according to claim 1, when the fuel gas concentration in the coolant storage container becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the pressure of the air supplied from the supply air pipe into the fuel cell is changed. It is characterized by that.
[0023]
In this fuel cell cooling device, when the fuel gas concentration in the coolant storage container becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the pressure in the supply air piping for supplying air into the fuel cell is changed to thereby remove the coolant from the coolant. Separated gas accumulated in the coolant storage container is exhausted into the supply air pipe through the signal pressure pipe. Gas in the coolant storage container is exhausted into the supply air pipe through the signal pressure pipe. .
[0024]
  Claims6The invention described in claim 11In the fuel cell cooling device according to the item 1, the pressure of the air supplied into the fuel cell is changed when the fuel gas concentration in the coolant storage container is assumed to increase.
[0025]
In this fuel cell cooling device, when the fuel gas concentration in the coolant storage container is assumed to increase in advance by experiments or the like, by changing the pressure in the supply air piping for supplying air into the fuel cell, Gas separated from the cooling liquid and accumulated in the cooling liquid storage container is exhausted into the supply air pipe through the signal pressure pipe. Gas in the cooling liquid storage container is supplied into the supply air pipe through the signal pressure pipe. The air is exhausted and the inside of the coolant storage container is ventilated.
[0028]
  Claims7The invention described in claim1The fuel cell cooling device according to claim 1, wherein the gas phase section includes a fuel gas detection means for detecting an internal fuel gas concentration.
[0029]
In this fuel cell cooling apparatus, the fuel gas concentration in the gas phase is detected by the fuel gas detection means.
[0030]
  Claims8The invention described in claim 17In the fuel cell cooling device according to claim 2, when the fuel gas concentration in the gas phase part is equal to or higher than a predetermined value, the gas in the gas phase part is controlled by controlling the pressure in the signal pressure pipe or the supply air pipe or A pressure control means for pushing back into the exhaust pipe from the fuel cell is provided.
[0031]
In this fuel cell cooling device, the signal pressure is controlled by controlling the pressure in the signal pressure pipe when the fuel gas concentration detected by the fuel gas detection means provided in the gas phase section exceeds a predetermined value. Through the pipe, the air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe side is pushed back to the supply air pipe, the gas in the gas phase part is exhausted into the supply air pipe, and the gas phase part is ventilated.
[0032]
  And claims9The invention described in claim 18In the fuel cell cooling device according to claim 1, the pressure control means is means for raising the pressure in the signal pressure pipe to a predetermined pressure or higher and then returning it to a steady pressure.
[0033]
In this fuel cell cooling device, when the pressure in the signal pressure pipe is increased by a predetermined pressure or more by the pressure control means and then returned to the steady pressure, the air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe side through the signal pressure pipe. Is pushed back to the supply air pipe, the gas in the gas phase section is exhausted into the supply air pipe, and the gas phase section is ventilated.
[0034]
  Claims10The invention described in 1 is a fuel cell cooling device including a circulation channel that circulates a coolant that cools a fuel cell that generates power by receiving supply of air and fuel gas, between the inside of the fuel cell and the heat exchanger. A cooling liquid storage container for storing a part of the cooling liquid in the circulation flow path, the cooling liquid storage container being connected to the circulation flow path via the cooling liquid degassing flow path, and the circulation The liquid phase part communicated via the flow path and the coolant return flow path and the supply air pipe for supplying air to the fuel cell are communicated via the inflow pipe and the outflow pipe and separated from the coolant at the liquid phase part. A gas phase part that mixes the gas to be supplied with the supply air flowing in from the supply air pipe through the inflow pipe and returns the mixed gas to the supply air pipe through the outflow pipe, Disposed in the fuel cell A fuel cell cooling device characterized in that the inflow pipe is connected to the upstream side of the supply air pipe and the outflow pipe is connected to the downstream side with a humidifier for humidifying supplied air interposed therebetween. .
[0035]
In this fuel cell cooling apparatus, the amount of ventilation from the coolant storage container is increased by the pressure loss caused by the humidifier.
[0036]
  Claims11The invention described in claim 110The fuel cell cooling device according to claim 1, wherein the coolant storage container includes a fuel gas detection means for detecting an internal fuel gas concentration.
[0037]
In this fuel cell cooling apparatus, the fuel gas concentration in the coolant storage container is detected by the fuel gas detection means.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a cooling device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
[0039]
The fuel cell cooling device according to the first embodiment of the present invention is mounted on a fuel cell vehicle (not shown) and, as shown in FIG. 1, a heat exchanger 2 for cooling the coolant supplied to the fuel cell 1. A circulation channel 3 that circulates the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 so that heat can be exchanged; a coolant storage container 4 that stores a part of the coolant in the circulation channel 3; Signal pressure pipe 5.
[0040]
The fuel cell 1 is configured by stacking a plurality of fuel cell cells, in which a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode and further sandwiched by separators. When hydrogen gas is supplied as fuel gas to the anode electrode and air containing oxygen is supplied as oxidant gas to the cathode electrode, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and become the cathode electrode. To generate electricity by generating an electrochemical reaction with oxygen by the catalyst of the cathode electrode. This reaction is an exothermic reaction, and the temperature of the fuel cell is maintained at around 70 degrees by circulating cooling water on the surface of the separator opposite to the anode electrode or cathode electrode in order to ensure reaction efficiency. The power generated by the fuel cell is supplied to, for example, a travel motor of a fuel cell vehicle (not shown) to drive the vehicle.
[0041]
The fuel cell 1 is a device that generates electricity by causing a power generation reaction between the air that has been purified by the air cleaner 6 and supplied through the supply air pipe 8 by the air pump 7 and the fuel gas supplied through the fuel gas supply pipe 9. is there. After the power generation reaction, the air that has not been consumed by the power generation reaction is exhausted through the exhaust pipe 10, and the fuel gas that has not been consumed by the power generation reaction is discharged from the fuel cell 1 through the fuel gas discharge pipe 11. The fuel cell 1 also includes an inlet 12 and an outlet 13 for coolant. Examples of the fuel gas include hydrogen, hydrocarbons, reformed gas obtained by reforming hydrocarbons, methanol, and the like.
[0042]
The heat exchanger 2 exchanges heat between the inlet 2a into which the cooling liquid returned from the fuel cell 1 flows in through the circulation channel 3 and a secondary cooling medium such as running air (not shown). The heat exchanger main body 2b for cooling the coolant and the outlet 2c through which the coolant cooled by heat exchange flows out are provided. The heat exchanger 2 may be a liquid cooling system using water or other liquid as a secondary cooling medium, or an air cooling system using air as a secondary cooling medium.
The heat exchanger 2 also includes coolant-gas outlets 2 d and 2 e that allow a part of the coolant flowing from the inlet 2 a through the circulation channel 3 to flow to the coolant storage container 4.
[0043]
The circulation channel 3 is a channel that circulates the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 so that heat can be exchanged. The outflow channel 3a, the liquid feeding channel 3b, the return channel 3c, and the inflow It is comprised from the path 3d and the adjustment flow path 3e.
The outflow passage 3 a is a passage through which the coolant flowing out from the fuel cell 1 circulates between the outlet 13 of the fuel cell 1 and the coolant pump 14.
[0044]
The liquid supply path 3b communicates between the coolant pump 14 and the inlet 2a of the heat exchanger 2, flows through the outflow path 3a, flows into the coolant pump 14, and is pressurized by the coolant pump 14. A flow path through which the liquid flows.
The return flow path 3 c is a flow path that connects between the outlet 2 c of the heat exchanger 2 and the thermostat 15, and is cooled by the heat exchanger 2, and the coolant that flows out of the outlet 2 c flows to the thermostat 15. .
[0045]
The inflow passage 3 d is a passage through which the coolant that has been communicated between the thermostat 15 and the inlet 12 of the fuel cell 1 and has flowed out of the thermostat 15 flows to the inlet 12 of the fuel cell 1.
[0046]
The adjustment flow path 3e communicates between the liquid supply path 3b and the thermostat 15, and the temperature of the coolant supplied from the inlet 12 to the fuel cell 1 through the inflow path 3d by the thermostat 15 is within a predetermined range. In this way, it is a flow path for joining a part of the cooling liquid flowing through the liquid feeding path 3b with the cooling liquid flowing into the thermostat 15 from the return flow path 3c.
[0047]
The thermostat 15 passes through the coolant B flowing from the heat exchanger 2 through the return channel 3c, the coolant C flowing from the coolant storage container 4 through the coolant return channel 17, and the adjustment channel 3e. Depending on the respective temperatures of the cooling liquid D flowing in, the flow paths of the respective flow paths are opened and closed to mix the cooling liquids B, C and D, flow out from the outlet 15a, and flow through the inlet path 3d. This is a device having a function of keeping the temperature of the coolant supplied from the inlet 12 into the fuel cell 1 at a predetermined temperature.
[0048]
In addition, the coolant storage container 4 stores a part of the coolant in the circulation flow path 3 flowing from the heat exchanger 2 in the lower part and stores the gas in the upper part, and stores the gas separated from the coolant in the upper part. It also has a function as a separator.
[0049]
As shown in FIG. 1, the coolant storage container 4 is inserted with a tip 16a of the coolant gas vent channel 16 and a tip 17a of the coolant return channel 17, and a gas outlet provided in the upper portion. A supply air pipe 8 is connected via a signal pressure pipe 5 connected to the inlet 4a.
[0050]
In the cooling liquid storage container 4, the tip 16 a of the cooling liquid degassing flow path 16 is separated from the gas contained in the cooling liquid flowing in from the heat exchanger 2 into the upper space of the cooling liquid storage container 4. It arrange | positions below the liquid level of the cooling fluid A which retains in the lower part of the cooling fluid storage container 4 so that it may float and stay.
[0051]
Further, the tip 17a of the coolant return channel 17 stays in the lower part of the coolant storage container 4 so that the coolant flowing in the circulation channel 3 and the coolant in the coolant storage container 4 communicate with each other. It is disposed below the liquid level of the coolant A.
[0052]
Since the coolant storage container 4 is connected to the signal pressure pipe 5, pressure is applied to the coolant flowing through the inflow path 3 d of the circulation path 3 by the pressure of the supply air supplied by the signal pressure pipe 5. The pressure of the cooling liquid in the gas phase portion of the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure of the supply air, and then a pressure loss is caused by flowing through the circulation flow path 3. Therefore, the pressure difference between the pressure of the coolant supplied to the fuel cell and the supply air supplied to the fuel cell 1 is equal to the pressure loss of the coolant. Is lower than the pressure of the supply air. By configuring in this way, the pressure difference between the coolant flow path and the supply air flow path in the fuel cell 1 configured in a stacked structure is maintained within a predetermined range.
[0053]
The signal pressure pipe 5 communicates between the supply air pipe 8 and the coolant storage container 4. By means of the signal pressure pipe 5 and the coolant storage container 4 communicated with the signal pressure pipe 5, the coolant storage container 4 passes through the pressure PG of the gas staying in the upper part of the coolant storage container 4 and the supply air pipe 8 to supply fuel. It breathes according to the pressure difference from the pressure PA (supply air pressure) of the air supplied to the battery 1. Here, the breathing means that the gas in the coolant storage container 4 and the air in the supply air pipe 8 pass through the signal pressure pipe 5 in the coolant storage container 4 or the supply air pipe 8 according to the pressure difference. It means being pushed back or moving toward either.
[0054]
Next, a method for cooling the fuel cell in the fuel cell cooling apparatus according to the first embodiment will be described, and the exhaust of gas mixed in the coolant will be described.
[0055]
In this fuel cell cooling device, after being cleaned by the air cleaner 6, air supplied into the fuel cell 1 through the supply air pipe 8 by the air pump 7, and fuel gas supplied through the fuel gas supply pipe 9 To generate electricity. After the power generation reaction, the air that has not been consumed by the power generation reaction is exhausted through the exhaust pipe 10, and the fuel gas that has not been consumed by the power generation reaction is discharged from the fuel cell 1 through the fuel gas discharge pipe 11.
[0056]
At this time, the heat generated by the power generation reaction is supplied from the inlet 12 into the fuel cell and absorbed by the coolant flowing through the flow path provided in the fuel cell 1, and the temperature inside the fuel cell 1 is increased. Maintained at a predetermined temperature.
[0057]
The coolant that has absorbed heat flows out from the outlet 13 and flows in the order of the outlet 3 a of the circulation passage 3, the coolant pump 14, and the liquid supply passage 3 b, and is pressurized by the coolant pump 14. It flows into the heat exchanger 2 from 2a and is cooled by exchanging heat with the secondary cooling medium in the heat exchanger body 2b. After heat exchange, the coolant flows out from the outlet 2c of the heat exchanger 2, flows through the return channel 3c, and flows into the thermostat 15.
[0058]
In the thermostat 15, the coolant B flowing from the heat exchanger 2 through the return channel 3c, the coolant C flowing from the coolant storage container 4 through the coolant return channel 17, and the adjustment channel 3e are provided. Depending on the respective temperatures of the cooling liquid D flowing in, the inflow paths of the respective flow paths are opened and closed, and the cooling liquid B, C, D is mixed and the cooling liquid adjusted to a predetermined temperature is supplied to the outlet 15a. From the inlet 12 through the inlet 3d and supplied into the fuel cell 1. Then, the inside of the fuel cell 1 is cooled by the coolant supplied into the fuel cell 1.
[0059]
Thus, the cooling device according to the first embodiment of the present invention circulates the coolant in the fuel cell 1 by circulating the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 via the circulation channel 3. The fuel cell 1 can be stably operated while maintaining the predetermined temperature.
[0060]
Further, in the cooling liquid storage container 4, a part E of the cooling liquid that has flowed into the heat exchanger 2 from the inlet 2 a passes through the cooling gas degassing flow path 16 and enters the cooling liquid storage container 4 from the tip 16 a. Is flowed into. At this time, the gas mixed in the cooling liquid is separated and floats from the liquid surface of the cooling liquid A and stays in the upper space (gas phase portion) of the cooling liquid storage container 4, and the cooling liquid is stored in the cooling liquid storage container. 4 stays at the bottom. The coolant A staying in the lower part of the coolant storage container 4 is in communication with the coolant flowing through the inflow passage 3 c of the circulation passage 3 through the coolant return passage 17. Since the coolant storage container 4 is connected to the signal pressure pipe 5, pressure is applied to the coolant flowing through the inflow path 3 d of the circulation path 3 by the pressure of the supply air supplied by the signal pressure pipe 5. To do. The pressure of the cooling liquid in the gas phase portion of the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure of the supply air, and then a pressure loss is caused by flowing through the circulation flow path 3. Therefore, the pressure difference between the pressure of the coolant supplied to the fuel cell and the supply air supplied to the fuel cell 1 is equal to the pressure loss of the coolant. Is lower than the pressure of the supply air. By configuring in this way, the pressure difference between the coolant flow path and the supply air flow path in the fuel cell 1 configured in a stacked structure is maintained within a predetermined range.
[0061]
At this time, the coolant storage container 4 and the supply air pipe 8 are connected via the signal pressure pipe 5, so that the coolant storage container 4 is separated from the coolant and the upper part of the coolant storage container 4. Breathing according to the pressure difference PD between the gas staying in the air and the air flowing through the supply air pipe 8. That is, the pressure PG in the gas phase formed by the gas staying in the upper part of the coolant storage container 4 and the pressure PA (supply air pressure) of the air supplied to the fuel cell 1 through the supply air pipe 8 are the pressure. If there is a difference, the gas in the cooling liquid storage container 4 and the air in the supply air pipe 8 are changed in the signal pressure pipe 5 or the cooling liquid storage container 4 or the supply air pipe 8 according to the pressure difference. Pushed back or moved to either. When the gas pressure PG is higher than the air pressure PA, the gas in the coolant storage container 4 is a signal from the coolant storage container 4 toward the supply air pipe 8 (in the direction indicated by arrow G) in FIG. The air flowing through the pressure pipe 5 and entering the signal pressure pipe 5 from the supply air pipe 8 side is pushed back to the supply air pipe 8, and the gas in the coolant storage container 4 is exhausted into the supply air pipe 8. When the gas pressure PG is lower than the air pressure PA, the gas in the coolant storage container 4 is pushed back from the supply air pipe 8 toward the coolant storage container 4 (in the direction indicated by the arrow H). The air flows into the coolant storage container 4 and the gas in the gas phase is diluted. Thereby, the gaseous-phase part in the cooling fluid storage container 4 is ventilated. Further, the gas (for example, fuel gas) exhausted into the supply air pipe 8 is mixed with the air supplied to the fuel cell 1, burned at the cathode electrode of the fuel cell, and discharged.
[0062]
Further, the pressure in the gas phase portion in the coolant storage container 4 becomes substantially equal by breathing (PA = PG). In addition, the pressure of the cooling liquid in the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure in the gas phase portion, and then the pressure loss is caused by flowing through the circulation flow path 3 before being supplied to the fuel cell 1. However, since the pressure loss is almost constant regardless of the pressure of the coolant in the circulation channel 3, the pressure of the coolant supplied to the fuel cell 1 and the pressure of the supply air supplied to the fuel cell 1 are as follows. The pressure of the coolant is lower than the pressure of the supply air by the amount of the pressure loss (PA> PL). That is, when the pressure (PA) of the supply air rises or falls due to output fluctuation of the fuel cell 1 or the like, the relationship of PA> PL is maintained by transmitting the pressure to the coolant of the coolant storage container 4 accordingly. As a result, the pressure balance between the coolant and the supply air in the fuel cell 1 is maintained.
[0063]
Moreover, in the said 1st Embodiment, you may breathe the cooling fluid storage container 4 by controlling the said pressure difference PD. As a method for controlling the pressure difference PD, for example, the pressure PA of the air flowing through the supply air pipe 8 is changed by changing the number of revolutions of the air pump 7, or a discharge (not shown) provided in the exhaust pipe 10 is performed. You may carry out by changing the valve opening degree of a control valve. At this time, the coolant storage container 4 may be respired by raising the pressure in the signal pressure pipe 5, that is, the pressure difference PD by a predetermined pressure or more and then returning it to a steady pressure. As a result, when PG> PA, the gas in the gas phase formed in the coolant storage container passes through the signal pressure pipe 5 and enters the signal pressure pipe from the supply air pipe 8 side. The gas is pushed back into the pipe and the gas is exhausted into the supply air pipe 8.
[0064]
Further, when the pressure difference PD does not change for a predetermined time or more, the coolant storage container 4 may be respired. For example, when the pressure difference PD is measured and the PD does not fluctuate, the pressure of the air supplied into the fuel cell 1 from the supply air pipe 8 is fluctuated by the air pump 7, and when PG> PA, the coolant The gas in the gas phase formed in the storage container pushes the air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe 8 side through the signal pressure pipe 5 back to the supply air pipe, and the gas enters the supply air pipe 8. You may make it exhaust.
[0065]
Furthermore, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 becomes a predetermined concentration or more, the pressure of air supplied from the supply air pipe into the fuel cell may be changed. For example, a fuel gas sensor 19 is provided in the coolant storage container 4, and when the fuel gas concentration measured by the fuel gas sensor 19 exceeds a predetermined concentration, the air pump 7 supplies the fuel cell 1 from the supply air pipe 8. When the pressure of the air to be changed is changed to PG> PA, the gas in the gas phase portion formed in the coolant storage container passes from the supply air pipe 8 side to the signal pressure pipe through the signal pressure pipe 5. The air that enters may be pushed back into the supply air piping so that the gas is exhausted into the supply air piping 8.
[0066]
Further, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 is assumed to increase, the pressure of the air supplied into the fuel cell 1 is changed, and when PG> PA, the coolant storage container 4 The gas in the gas phase formed is pushed through the signal pressure piping 5 from the supply air piping 8 side into the signal pressure piping, and the gas is exhausted into the supply air piping 8. It may be. By comprising in this way, the gaseous-phase part in the cooling fluid storage container 4 can be ventilated more positively. For example, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 is assumed to increase, the air pump 7 is programmed in advance and the fuel cell is supplied from the supply air pipe 8 by the operation of the air pump 7. The gas in the gas phase formed in the coolant storage container may be exhausted into the supply air pipe 8 by varying the pressure of the air supplied into the cooling liquid storage container.
[0067]
Next, a fuel cell cooling apparatus according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing a fuel cell cooling device according to the second embodiment of the present invention.
[0068]
The fuel cell cooling device according to the second embodiment shown in FIG. 2 has a circulation passage 3 (3a, 3b, 3c, 3d, 3d) for circulating the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2. 3e), a coolant degassing channel 16 for supplying a part of the coolant from the heat exchanger 2 to the coolant storage container 4, and a thermostat 15 for keeping the temperature of the coolant circulating in the circulation channel 3 constant. The cooling device has the same configuration as that of the cooling device according to the first embodiment in that it includes a cooling liquid return channel 17 for returning the cooling fluid from the cooling fluid storage container 4 to the circulation channel 3. Therefore, in the description of the cooling device according to the second embodiment below, the description will focus on the configuration different from the cooling device according to the first embodiment, and the configuration related to the same configuration as the first embodiment. Are given the same reference numerals and explanations thereof are omitted.
[0069]
In the cooling device according to the second embodiment, as shown in FIG. 2, the coolant storage container 4 includes a liquid phase part 41 and a gas phase part 42. In the cooling liquid storage container 4, the liquid phase part 41 is in communication with the heat exchanger 2 via the cooling liquid degassing flow path 16. The tip 16a of the coolant gas vent channel 16 is separated so that the gas contained in the coolant flowing from the heat exchanger 2 is gas-liquid separated and floats and stays in the upper space of the liquid phase part 41. It arrange | positions so that it may become lower than the liquid level of the cooling fluid A which is staying in the liquid phase part 41. FIG.
[0070]
The liquid phase portion 41 is in communication with the circulation flow path 3 and the coolant return flow path 17. The cooling liquid return channel 17 has a distal end 17a that retains in the lower portion of the cooling liquid storage container 4 so that the cooling liquid flowing through the circulation flow path 3 and the cooling liquid in the cooling liquid storage container 4 communicate with each other. It is arranged below the liquid level of the liquid A.
[0071]
The gas phase part 42 of the cooling liquid storage container 4 protrudes upward from the upper part of the liquid phase part 41 and communicates with the liquid phase part 41. The gas phase section 42 is connected to a supply air pipe 8 that supplies air to the fuel cell 1 via a signal pressure pipe 5. In the gas phase part 42, the supply air is supplied via the signal pressure pipe 5 in accordance with the state of gas separated from the cooling liquid in the liquid phase part 41 and floats and stays in the upper space of the liquid phase part 41. It has the role of flowing air from the pipe 8 to mix the gas and air, or pushing the air back through the signal pressure pipe 5 to exhaust the gas into the supply air pipe 8. In the cooling device according to the second embodiment, the cooling liquid storage container 4 includes the gas phase portion 42, so that the cooling liquid storage container 4 is moved into the cooling liquid storage container 4 due to swinging, tilting, or the like. This is effective for preventing the retained coolant from leaking into the supply air piping through the signal pressure piping. For example, when a vehicle equipped with a fuel cell is running, the coolant storage container is prevented from leaking into the supply air piping even if the coolant storage container swings or tilts, and power generation by the fuel cell is continued stably. It is effective for.
[0072]
In the cooling device according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the temperature of the coolant circulated between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 via the circulation passage 3 is It is kept constant by the thermostat 15.
[0073]
At this time, the coolant storage container 4 is separated from the coolant by connecting the gas phase part 42 of the coolant storage container 4 and the supply air pipe 8 via the signal pressure pipe 5. It breathes according to the pressure difference PD between the gas staying in the upper part and the gas phase part 42 and the air flowing through the supply air pipe 8. That is, the gas is supplied to the fuel cell 1 through the gas phase pressure PG formed by the gas staying in the upper part of the coolant storage container 4 (the upper part of the liquid phase part 41 and the gas phase part 42) and the supply air pipe 8. Depending on the pressure difference between the air pressure PA (supply air pressure) and the air in the coolant storage container 4 and the air in the supply air pipe 8, the signal pressure pipe 5 or the coolant storage container 4 or It moves toward one of the supply air pipes 8. When the gas pressure PG is higher than the air pressure PA, the gas in the coolant storage container 4 is a signal from the coolant storage container 4 toward the supply air piping 8 (in the direction indicated by arrow G) in FIG. The gas in the coolant storage container 4 is exhausted into the supply air pipe 8 through the pressure pipe 5. When the gas pressure PG is lower than the air pressure PA, cooling is performed from the supply air pipe 8 toward the coolant storage container 4 (in the direction opposite to the arrow G: the direction indicated by the arrow H in FIG. 2). The gas in the liquid storage container 4 is pushed back, and the air flows into the cooling liquid storage container 4 and is mixed with the gas in the gas phase portion 42. Thereby, the gas phase part 42 in the coolant storage container 4 is ventilated. The gas (for example, fuel gas) exhausted into the supply air pipe 8 is mixed with the air supplied to the fuel cell 1 and undergoes catalytic combustion reaction with the catalyst of the cathode electrode of the fuel cell.
[0074]
Furthermore, the pressure of the gas phase part 42 in the coolant storage container 4 becomes substantially equal by breathing (PA = PG). Further, the pressure of the cooling liquid in the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure of the gas phase portion 42, and then the pressure loss is caused by flowing through the circulation channel 3 before being supplied to the fuel cell 1. However, since the pressure loss is substantially constant regardless of the pressure of the coolant in the circulation flow path 3, the pressure of the coolant supplied to the fuel cell 1 and the pressure of the supply air supplied to the fuel cell 1 are The pressure of the coolant is lower than the pressure of the supply air by the pressure loss (PA> PL). That is, when the pressure (PA) of the supply air rises or falls due to output fluctuation of the fuel cell 1 or the like, the relationship of PA> PL is maintained by transmitting the pressure to the coolant of the coolant storage container 4 accordingly. As a result, the pressure balance between the coolant and the supply air in the fuel cell 1 is maintained.
[0075]
In the cooling device according to the second embodiment, the gas phase unit 42 may include a fuel gas detection unit that detects the internal fuel gas concentration. Thereby, when the fuel gas concentration in the gas phase portion 42 becomes a predetermined concentration or more, the pressure of the air supplied from the supply air pipe into the fuel cell may be changed. For example, the fuel gas sensor 19 is provided in the gas phase portion 42, and when the fuel gas concentration measured by the fuel gas sensor 19 becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the gas is supplied from the supply air pipe 8 into the fuel cell 1 by the air pump 7. When the air pressure is changed and PG> PA, the gas in the gas phase formed in the coolant storage container enters the signal pressure pipe from the supply air pipe 8 side through the signal pressure pipe 5. The air may be pushed back into the supply air piping so that the gas is exhausted into the supply air piping 8.
[0076]
Further, when the fuel gas concentration in the gas phase part 42 is equal to or higher than a predetermined value, the gas in the gas phase part 42 is controlled by controlling the pressure in the signal pressure pipe 5 to supply the supply air pipe 8 or the fuel cell. It is good also as a structure provided with the pressure control means to push back in the piping 10 for exhaust gas from. For example, the pressure control means may be means for returning the pressure in the signal pressure pipe to a steady pressure after increasing the pressure to a predetermined pressure or higher. As a result, when the pressure in the signal pressure pipe 5, that is, the pressure difference PD is increased by a predetermined pressure or more and then returned to the steady pressure, the coolant storage container 4 is respired and PG> PA is satisfied. In addition, the gas in the gas phase formed in the coolant storage container 4 pushes back the air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe 8 side through the signal pressure pipe 5 to the supply air pipe 8, and the gas is The air is exhausted into the supply air pipe 8.
[0077]
Next, a fuel cell cooling device according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a cooling device for a fuel cell according to the third embodiment of the present invention.
[0078]
The fuel cell cooling device according to the third embodiment shown in FIG. 3 has a circulation passage 3 (3a, 3b, 3c, 3d, 3d) for circulating the coolant between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2. 3e), a coolant degassing channel 16 for supplying a part of the coolant from the heat exchanger 2 to the coolant storage container 4, and a thermostat 15 for keeping the temperature of the coolant circulating in the circulation channel 3 constant. The cooling device has the same configuration as that of the cooling device according to the first embodiment in that it includes a cooling liquid return channel 17 for returning the cooling fluid from the cooling fluid storage container 4 to the circulation channel 3. Therefore, in the description of the cooling device according to the third embodiment below, the configuration different from the cooling device according to the first embodiment will be mainly described, and the same configuration as that of the first embodiment will be described. Are given the same reference numerals and explanations thereof are omitted.
[0079]
In the cooling device according to the third embodiment, as shown in FIG. 3, the coolant storage container 4 includes a liquid phase portion 41 and a gas vent chamber 43. In the cooling liquid storage container 4, the liquid phase part 41 is in communication with the heat exchanger 2 via the cooling liquid degassing flow path 16. The tip 16a of the coolant gas vent channel 16 is separated so that the gas contained in the coolant flowing from the heat exchanger 2 is gas-liquid separated and floats and stays in the upper space of the liquid phase part 41. It arrange | positions so that it may become lower than the liquid level of the cooling fluid A which is staying in the liquid phase part 41. FIG.
[0080]
The liquid phase portion 41 is in communication with the circulation flow path 3 and the coolant return flow path 17. The cooling liquid return channel 17 has a distal end 17a that retains in the lower portion of the cooling liquid storage container 4 so that the cooling liquid flowing through the circulation flow path 3 and the cooling liquid in the cooling liquid storage container 4 communicate with each other. It is arranged below the liquid level of the liquid A.
[0081]
The degassing chamber 43 of the cooling liquid storage container 4 protrudes upward from the upper part of the liquid phase portion 41 and is partitioned into an inflow chamber 43a and an outflow chamber 43b. The inflow chamber 43a and the outflow chamber 43b communicate with the liquid phase portion 41 through the openings 44a and 44b, respectively. The inflow chamber 43a is connected to the supply air pipe 8 through an air inflow pipe 45a, and the outflow chamber 43b is connected to the supply air pipe 8 through a gas outflow pipe 45b. The air inflow pipe 45a is connected to the upstream side and the gas outflow pipe 45b is connected to the downstream side with the humidifier 46 disposed in the middle of the supply air pipe interposed therebetween. The humidifier 46 humidifies the air supplied to the fuel cell.
[0082]
The degassing chamber 43 is separated from the cooling liquid in the liquid phase portion 41, and air flows into the inflow chamber 43a through the air inflow piping 45a in accordance with the state of the gas that floats and stays in the upper space of the liquid phase portion 41. The gas and air are mixed together, or the gas in the gas phase is discharged from the outflow chamber 43b through the gas outflow pipe 45b into the supply air pipe 8.
[0083]
In the cooling device according to the third embodiment, similarly to the first embodiment, the temperature of the coolant circulated between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 via the circulation flow path 3 is It is kept constant by the thermostat 15.
[0084]
At this time, the cooling liquid storage container 4 separates from the cooling liquid and breathes according to the pressure difference between the gas in the upper part of the liquid phase part 41 and the gas venting chamber 43 and the air flowing in the supply air pipe 8. . That is, the pressure PG of the gas staying in the upper part of the coolant storage container 4 (the upper part of the liquid phase part 41 and the degassing chamber 43) and the pressure PA of the air supplied to the fuel cell 1 through the supply air pipe 8 ( The pressure difference from the supply air pressure), the gas in the cooling liquid storage container 4 and the air in the supply air pipe 8 pass through the air inflow pipe 45a or the gas outflow pipe 45b. Pushed back or moved toward At this time, the inflow chamber 43a is connected to the upstream side of the supply air pipe 8 via the air inflow pipe 45a with the humidifier 46 interposed therebetween, and the outflow chamber 43b is connected to the downstream side via the gas outflow pipe 45b. Due to the pressure loss caused by the humidifier 46, the amount of ventilation in the coolant storage container 4 is increased. For example, when the pressure PG of the gas in the venting chamber 43 is higher than the pressure PA of the air, the flow direction from the outflow chamber 43b of the coolant storage container 4 toward the supply air pipe 8 in FIG. A) The gas flows out through the gas outflow pipe 45b and the air that enters the gas outflow pipe 45b from the supply air pipe 8 side is pushed back to the supply air pipe 8 so that the gas in the coolant storage container 4 enters the supply air pipe 8 Exhausted. When the gas pressure PG is lower than the air pressure PA, cooling is performed from the supply air pipe 8 toward the coolant storage container 4 (in the direction opposite to the arrow G: the direction indicated by the arrow H in FIG. 3). The gas in the inflow chamber 43a of the liquid storage container 4 is pushed back, and air flows in. At this time, due to the pressure loss, when the gas in the coolant storage container 4 flows out from the outflow chamber 43b toward the supply air pipe 8 (in the direction indicated by the arrow G) through the gas outflow pipe 45b, and the supply air pipe 8 The gas in the inflow chamber 43a of the cooling liquid storage container 4 is pushed back toward the cooling liquid storage container 4 (in the direction indicated by the arrow H in FIG. 3), and in any case where the air flows in, Outflow and air inflow are increased. Therefore, ventilation of the gas phase part in the coolant storage container 4 is further promoted.
[0085]
Further, the pressure in the gas phase portion in the coolant storage container 4 becomes substantially equal by breathing (PA = PG). In addition, the pressure of the cooling liquid in the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure in the gas phase portion, and then the pressure loss is caused by flowing through the circulation flow path 3 before being supplied to the fuel cell 1. However, since the pressure loss is almost constant regardless of the pressure of the coolant in the circulation channel 3, the pressure of the coolant supplied to the fuel cell 1 and the pressure of the supply air supplied to the fuel cell 1 are as follows. The pressure of the coolant is lower than the pressure of the supply air by the amount of the pressure loss (PA> PL). That is, when the pressure (PA) of the supply air rises or falls due to output fluctuation of the fuel cell 1 or the like, the relationship of PA> PL is maintained by transmitting the pressure to the coolant of the coolant storage container 4 accordingly. As a result, the pressure balance between the coolant and the supply air in the fuel cell 1 is maintained.
[0086]
Moreover, in the cooling device according to the third embodiment, the coolant storage container 4 may be configured to include a fuel gas detection means for detecting the internal fuel gas concentration. Thereby, when the fuel gas concentration in the coolant storage container 4 becomes equal to or higher than a predetermined concentration, the pressure of the air supplied from the supply air pipe 8 into the fuel cell 1 is actively changed. Ventilation in the coolant storage container 4 may be performed. For example, as shown in FIG. 3, the fuel gas sensor 19 may be provided above the liquid phase portion 41 of the coolant storage container 4. At this time, the fuel gas sensor 19 may be protected from contact with the coolant A by the swinging, tilting, or the like of the coolant storage container 4 by the shielding plate 21 provided in the lower part. When the fuel gas concentration measured by the fuel gas sensor 19 exceeds a predetermined concentration, the air pump 7 positively varies the pressure of the air supplied from the supply air pipe 8 into the fuel cell 1, and PG> When it becomes PA, the gas in the cooling liquid storage container pushes back the air that enters the signal pressure pipe from the supply air pipe 8 side through the gas outflow pipe 45 b to the supply air pipe, and the gas is supplied to the supply air pipe 8. You may make it exhaust in.
[0087]
The first embodiment and the second embodiment have a configuration in which the coolant storage container 4 (vapor phase section 41) is connected to the supply air pipe 8 via the signal pressure pipe 5. However, the fuel cell cooling device of the present invention may have a configuration in which the coolant storage container 4 (gas phase portion 41) is connected to the exhaust pipe 10.
[0088]
In this configuration, similarly to the first embodiment and the second embodiment, the temperature of the coolant circulated between the fuel cell 1 and the heat exchanger 2 via the circulation passage 3 is constant by the thermostat 15. In addition, pressure is applied to the coolant flowing through the circulation passage 3 by the coolant storage container 4 (liquid phase portion 41) disposed above the fuel cell 1, and the circulation passage 3 is The pressure of the circulating coolant is kept constant.
[0089]
At this time, the coolant storage container 4 (gas phase portion 42) is connected to the exhaust pipe 10 (see FIG. 1) through which the exhaust air discharged from the fuel cell 1 flows through the signal pressure pipe. The cooling liquid storage container 4 is separated from the cooling liquid, and includes the pressure of the gas in the upper part of the cooling liquid storage container 4 (the upper part of the liquid phase part 41 and the gas phase part 42) and the air flowing through the exhaust pipe 10. Breathe according to the pressure difference PE. That is, the gas is discharged from the fuel cell 1 through the pressure PG in the gas phase formed by the gas staying in the upper part of the coolant storage container 4 (the upper part of the liquid phase part 41 and the gas phase part 42) and the exhaust pipe 10. Depending on the pressure difference from the air pressure PF (or supply air pressure), the gas in the coolant storage container 4 and the air in the exhaust pipe 10 pass through the signal pressure pipe 5 or the coolant storage container 4 or It is pushed back or moved toward one of the exhaust pipes 10. When the gas pressure PG is higher than the exhaust air pressure PF, the gas in the coolant storage container 4 flows from the coolant storage container 4 to the exhaust pipe 10 through the signal pressure pipe 5, and the exhaust pipe 10. The air entering the signal pressure pipe 5 from the side is pushed back to the exhaust pipe 10, and the gas in the coolant storage container 4 is exhausted into the exhaust pipe 10. When the gas pressure PG is lower than the exhaust air pressure PF, the gas in the cooling liquid storage container 4 is pushed back from the exhaust pipe 10 toward the cooling liquid storage container 4 so that the air becomes the cooling liquid storage container. The gas in the gas phase part is diluted. Thereby, the gaseous-phase part in the cooling fluid storage container 4 is ventilated. Further, the gas (for example, fuel gas) exhausted into the exhaust air pipe 10 is mixed with the air exhausted from the fuel cell 1 and exhausted.
[0090]
Further, the pressure in the gas phase portion in the coolant storage container 4 becomes substantially equal by breathing (PA = PG). In addition, the pressure of the cooling liquid in the cooling liquid storage container 4 becomes substantially equal to the pressure in the gas phase portion, and then the pressure loss is caused by flowing through the circulation flow path 3 before being supplied to the fuel cell 1. However, since the pressure loss is almost constant regardless of the pressure of the coolant in the circulation channel 3, the pressure of the coolant supplied to the fuel cell 1 and the pressure of the supply air supplied to the fuel cell 1 are as follows. The pressure of the coolant is lower than the pressure of the supply air by the amount of the pressure loss (PA> PL). That is, when the pressure (PA) of the supply air rises or falls due to output fluctuation of the fuel cell 1 or the like, the relationship of PA> PL is maintained by transmitting the pressure to the coolant of the coolant storage container 4 accordingly. As a result, the pressure balance between the coolant and the supply air in the fuel cell 1 is maintained.
[0091]
Further, in the case where the cooling liquid storage container has the gas venting chamber 43, the cooling liquid retained in the cooling liquid storage container 4 through the signal pressure pipe due to the swinging, tilting, or the like of the cooling liquid storage container 4. This is effective to prevent leakage into the supply air piping.
[0092]
【Example】
Next, FIG. 4 shows the results of experiments on the respiration of the coolant storage container 4 having a cooling device having the same configuration as that of the second embodiment and mounting a fuel cell using hydrogen as a fuel gas in an automobile. As shown in FIG.
[0093]
FIG. 4 shows changes in the gas pressure (inner container pressure) and the hydrogen concentration in the coolant storage container 4 with respect to respiration of the coolant storage container 4 in the cooling device according to the second embodiment. In this experiment, it is assumed that a constant flow rate of hydrogen is mixed into the coolant. In FIG. 4, the dotted line indicates the container internal pressure, and the solid line indicates the hydrogen concentration in the gas phase portion 42 of the coolant storage container 4. When the fuel cell 1 having this cooling device is in steady operation, the required output of the fuel cell 1 varies according to the required power of the travel motor of the fuel cell vehicle. Since the pressure of the supply air supplied to the fuel cell 1 is changed according to the required output of the fuel cell 1, the pressure in the coolant storage container naturally changes as shown by the dotted line in FIG. As shown by the solid line in FIG. 4, the hydrogen in the gas phase portion 42 of the coolant storage container 4 is caused by the gas in the coolant and the supply air in accordance with the pressure fluctuation (dotted line) in the coolant storage container 4. Since it is mixed at the phase part and supplied to the cathode electrode of the fuel cell 1 together with the supply air, the concentration of hydrogen mixed in the coolant does not exceed the management target concentration. However, the output fluctuation of the fuel cell 1 is small, and the pressure fluctuation of the supply air to the fuel cell 1 does not occur (for example, when the operation of the fuel cell vehicle is continued at a constant speed) or the pressure fluctuation of the supply air does not occur. Even if it occurs, the hydrogen concentration in the gas phase portion may increase when the fluctuation range is small (such as the interval of 15 to 30 minutes in FIG. 4). At this time, when the hydrogen concentration in the gas phase reaches the control target concentration by the hydrogen gas detection means provided in the gas phase of the coolant storage container 4 (positions at 17 minutes, 24 minutes, and 26 minutes in FIG. 4), air After increasing the rotation speed of the pump 7, the supply air pressure is changed by returning to the steady rotation speed (the pressure is increased and then returned to the steady state). As a result, the internal pressure of the container fluctuates as shown by the thick line in FIG. 4, and when the internal pressure of the container (PG)> the supply air pressure (PA), hydrogen passes through the signal pressure pipe 5 into the supply air pipe 8. It is exhausted, mixed with supply air, and burned at the cathode electrode of the fuel cell 1. Then, the hydrogen concentration in the gas phase portion 42 decreases.
[0094]
FIG. 5 shows changes in the gas pressure (inner container pressure) and the hydrogen concentration in the coolant storage container with respect to the respiration of the coolant storage container 4 in the cooling device according to the second embodiment. In FIG. 5, the dotted line indicates the internal pressure of the container, and the solid line indicates the hydrogen concentration in the gas phase portion 42 of the coolant storage container 4. In the operation of the fuel cell 1 equipped with this cooling device, the internal pressure of the container does not fluctuate, the hydrogen concentration in the gas phase part 42 of the coolant storage container 4 fluctuates as shown by the solid line, and the hydrogen measured by the hydrogen sensor 19 When the concentration reaches a predetermined control target concentration, the air pump 7 is operated to vary the supply air pressure (the pressure is increased and then returned). Accordingly, in FIG. 5, when the internal pressure of the container fluctuates as indicated by the thick line and the internal pressure of the container (PG)> the supply air pressure (PA), hydrogen passes through the signal pressure pipe 5 into the supply air pipe 8. It is exhausted, mixed with supply air, and burned at the cathode electrode of the fuel cell 1. Then, the hydrogen concentration in the gas phase portion 42 decreases.
[0095]
In this embodiment, the pressure fluctuation is performed when the hydrogen concentration in the gas phase reaches the control target concentration. However, the pressure fluctuation (the supply air pressure is raised and then returned to the steady state) is periodically performed. Alternatively, as shown in FIG. 5, when the pressure fluctuation in the steady operation is not performed, a time during which the pressure fluctuation is not performed may be detected and the pressure fluctuation may be performed according to the time.
[0096]
From the measurement results shown in FIGS. 4 and 5 above, according to the fuel cell equipped with the cooling device of the present invention, the gas mixed in the coolant from each part of the fuel cell, in particular the fuel gas, is stored in the coolant storage container. It can be seen that the fuel gas concentration in the coolant storage container can be controlled to a desired level by gas-liquid separation and exhaust.
[0099]
  Claims1According to the invention described in (1), it is possible to ventilate the cooling liquid storage container while breathing only by arranging at least one signal pressure pipe, and it leaks into the cooling liquid with a lightweight and low-cost configuration. The gas can be exhausted at any time.That is, the gas separated from the cooling liquid in the liquid phase part is mixed with the supply air or the exhaust gas flowing from the supply air pipe or the exhaust pipe through the signal pressure pipe in the gas phase part, and the pressure in the gas phase part is supplied to the supply air. When the supply air pressure in the piping or the exhaust pressure in the exhaust piping becomes higher, the air that enters the signal pressure piping from the supply air piping side or the exhaust piping side through the signal pressure piping is supplied air piping or exhaust. The gas in the gas phase is exhausted into the supply air piping or the exhaust pipe, and the gas phase is ventilated. As a result, the fuel gas mixed in the circulation path of the coolant can be mixed with the supply air or exhaust and discharged, so that the fuel gas in the exhaust of the fuel cell can be diluted and discharged at a low concentration. . In addition, it is possible to maintain the gas concentration in the coolant at a low level by exhausting the gas accumulated in the heat exchanger and the coolant circulation path at any time without the need for human maintenance. A decrease in cooling performance in the battery cooling device can be prevented. Therefore, it is possible to improve the usability of the fuel cell power generation system by reducing the warning frequency due to gas leakage and the required frequency of engine stoppage.
In particular, in a fuel cell having a design with a small inter-electrode differential pressure (pressure difference between fuel gas, air, and coolant), if a difference in supply pressure between the fuel gas and the coolant occurs, the fuel cell separator or seal structure is excessive. Since a load is applied, it is necessary to control the supply pressure of both the fuel gas and the cooling liquid to be low or to control the difference in the supply pressure of the fuel gas and the cooling liquid to be small. However, the present invention can be sufficiently applied to that case.
[0100]
  Claims2According to the invention described in the above, the fuel gas supply / discharge pressure characteristic of the fuel cell system is originally used, and the gas leaking into the coolant is ventilated and exhausted while breathing the coolant storage container. Therefore, the fuel gas supply means can be reduced in weight and cost. Further, while supplying the necessary and sufficient ventilation to the coolant storage container or the like, it is possible to supply the necessary and optimal amount of ventilation without supplying excessive ventilation, thereby avoiding unnecessary power consumption.
[0101]
  Claims3According to the invention described in the above, the pressure in the signal pressure pipe is increased to a predetermined pressure or higher and then returned to the steady pressure, thereby ventilating and exhausting the gas leaking into the cooling liquid while breathing the cooling liquid storage container or the like. Therefore, the fuel gas supply means can be reduced in weight and cost. Further, while supplying the necessary and sufficient ventilation to the coolant storage container or the like, it is possible to supply the necessary and optimal amount of ventilation without supplying excessive ventilation, thereby avoiding unnecessary power consumption.
[0102]
  And claims4According to the invention described in the above, even if the coolant storage container or the like has no fuel gas (fuel gas) detection means, the maximum fuel gas concentration inside the coolant storage container or the like is estimated, Ventilation can be performed, and the number of required sensors such as a fuel gas sensor and its cost can be reduced.
[0103]
  Claims5According to the invention described in the above, since the ventilation amount can be controlled according to the fuel gas concentration inside the cooling liquid storage container or the like, the necessary minimum ventilation is sufficient for ventilation in the cooling liquid storage container, and excessive ventilation is necessary. Therefore, useless power consumption can be avoided, and trouble due to an increase in fuel gas concentration can be avoided.
[0104]
  And claims6According to the invention described in the above, even if the coolant storage container or the like has no fuel gas (fuel gas) detection means, the maximum fuel gas concentration inside the coolant storage container or the like is estimated, Ventilation can be performed, and the number of required sensors such as a fuel gas sensor and its cost can be reduced.
[0106]
  Claims7According to the invention described in the above, if the ventilation amount by breathing of the coolant storage container is appropriately controlled according to the fuel gas concentration in the gas phase portion detected by the fuel gas detection means, the necessary minimum ventilation is sufficient. There is no need to perform excessive ventilation, wasteful power consumption can be avoided, and troubles due to increased fuel gas concentration can be avoided.
[0107]
  Claims8According to the invention described in the above, since the ventilation amount can be controlled according to the fuel gas concentration inside the cooling liquid storage container or the like, the necessary minimum ventilation is sufficient for ventilation in the cooling liquid storage container, and excessive ventilation is necessary. Therefore, useless power consumption can be avoided, and trouble due to an increase in fuel gas concentration can be avoided.
[0108]
  Claims9According to the invention described in the above, the pressure in the signal pressure pipe is increased to a predetermined pressure or higher and then returned to the steady pressure, thereby ventilating and exhausting the gas leaking into the cooling liquid while breathing the cooling liquid storage container or the like. Therefore, the fuel gas supply means can be reduced in weight and cost. Further, while supplying the necessary and sufficient ventilation to the coolant storage container or the like, it is possible to supply the necessary and optimal amount of ventilation without supplying excessive ventilation, thereby avoiding unnecessary power consumption.
[0109]
  Claims10According to the invention described in (1), the ventilation amount from the coolant storage container is increased by the pressure loss caused by the humidifier.
[0110]
  Claims11According to the invention described in the above, if the ventilation amount by breathing of the coolant storage container is appropriately controlled according to the fuel gas concentration in the gas phase portion detected by the fuel gas detection means, the necessary minimum ventilation is sufficient. There is no need to perform excessive ventilation, wasteful power consumption can be avoided, and troubles due to increased fuel gas concentration can be avoided.
[0111]
Further, in an automobile equipped with a fuel cell equipped with the cooling device of the present invention, the fuel cell output voltage and the power consumption of the cathode gas (air) supply air pump change due to fluctuations in the supply air pressure in the supply air piping. However, it is possible to always supply a desired drive output by appropriately controlling the output current to the drive device connected to the fuel cell. Therefore, the drivability of the automobile is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a cooling device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a cooling device for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a cooling device for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a result of an experiment on breathing in a coolant storage container by a fuel cell cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a result of an experiment on respiration in a coolant storage container by a fuel cell cooling device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell
2 Heat exchanger
3 Circulation channel
3a Outflow channel
3b Liquid feed path
3c Return channel
3d inflow channel
3e Adjustment flow path
4 Coolant storage container
5 Signal pressure piping
8 Supply air piping
9 Fuel gas supply piping
10 Exhaust piping
16 Coolant gas vent flow path
17 Coolant return flow path
19 Fuel gas sensor (fuel gas detection means)
41 Liquid phase part
42 Gas phase
43 Gas venting chamber
43a Inflow chamber
43b Outflow chamber
46 Humidifier

Claims (11)

空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と熱交換器との間に冷却液を循環させる循環流路を備える燃料電池の冷却装置であって、
前記循環流路の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器を備え、
前記冷却液貯蔵容器は、
前記循環流路と冷却液ガス抜き流路を介して連絡され、かつ前記循環流路と冷却液戻し流路を介して連絡された液相部と、
前記燃料電池に空気を供給する供給空気配管または前記燃料電池から排気を排出する排気用配管に信号圧配管を介して連絡され、前記液相部で冷却液から分離される気体と、前記信号圧配管を通じて前記供給空気配管または前記排気用配管から流入する供給空気または排気とを混合させる気相部と
を備え、
前記気相部の圧力が前記供給空気配管内の供給空気圧または前記排気用配管内の排気圧よりも高いときに、前記信号圧配管を通じて、前記供給空気配管側または排気用配管側から前記信号圧配管中に入り込む空気を前記供給空気配管または排気用配管に押戻して前記気体が前記供給空気配管内または排気用配管内に排気されるようにしたことを特徴とする燃料電池の冷却装置。A fuel cell cooling device comprising a circulation channel for circulating a coolant between a fuel cell that generates electric power by receiving supply of air and fuel gas and a heat exchanger,
A coolant storage container for storing a part of the coolant in the circulation channel;
The cooling liquid storage container is
A liquid phase part communicated via the circulation flow path and the cooling liquid degassing flow path, and communicated via the circulation flow path and the cooling liquid return flow path;
A gas that is connected to a supply air pipe that supplies air to the fuel cell or an exhaust pipe that discharges exhaust gas from the fuel cell via a signal pressure pipe and is separated from the coolant in the liquid phase portion, and the signal pressure A gas phase part that mixes supply air or exhaust flowing from the supply air pipe or the exhaust pipe through a pipe;
With
When the pressure in the gas phase portion is higher than the supply air pressure in the supply air pipe or the exhaust pressure in the exhaust pipe, the signal pressure is supplied from the supply air pipe side or the exhaust pipe side through the signal pressure pipe. A fuel cell cooling apparatus, wherein air entering the pipe is pushed back into the supply air pipe or exhaust pipe so that the gas is exhausted into the supply air pipe or exhaust pipe. 前記供給空気配管を通じて前記燃料電池内に供給する空気の圧力または前記排気用配管を通じて排出される排気の圧力を変動させることによって前記気体を前記供給空気配管または前記排気用配管に排気することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却装置。The gas is exhausted to the supply air pipe or the exhaust pipe by changing the pressure of air supplied into the fuel cell through the supply air pipe or the pressure of exhaust discharged through the exhaust pipe. The fuel cell cooling device according to claim 1 . 前記信号圧配管内の圧力を所定圧力以上高めた後に定常圧力まで戻すようにしたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の冷却装置。The fuel cell cooling device according to claim 2 , wherein the pressure in the signal pressure pipe is increased to a predetermined pressure or more and then returned to a steady pressure. 前記冷却液貯蔵容器内の気体の圧力と供給空気配管内の空気の圧力または排気用配管内の排気の圧力との圧力差が所定時間以上変動しないときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力または前記排気用配管を通って排気される排気の圧力を変動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却装置。When the pressure difference between the gas pressure in the coolant storage container and the air pressure in the supply air pipe or the exhaust pressure in the exhaust pipe does not fluctuate for a predetermined time or more, the supply air pipe enters the fuel cell. 2. The fuel cell cooling device according to claim 1 , wherein the pressure of the supplied air or the pressure of the exhaust gas exhausted through the exhaust pipe is varied. 前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が所定濃度以上になったときに、前記供給空気配管から燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却装置。When the fuel gas concentration in the coolant storage container is equal to or higher than a predetermined concentration, according to claim 1, characterized in that so as to vary the pressure of air supplied to the fuel cell from the feed air pipe Fuel cell cooling system. 前記冷却液貯蔵容器内の燃料ガス濃度が高まると想定されるときに前記燃料電池内に供給する空気の圧力を変動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却装置。Cooling system for a fuel cell according to claim 1, characterized in that so as to vary the pressure of the air supplied into the fuel cell when the fuel gas concentration in the coolant storage container is assumed to increase . 前記気相部が、内部の燃料ガス濃度を検出する燃料ガス検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却装置。2. The cooling device for a fuel cell according to claim 1 , wherein the gas phase part includes a fuel gas detection means for detecting a fuel gas concentration inside. 前記気相部内の燃料ガス濃度が所定値以上のときに、前記信号圧配管内の圧力を制御することによって前記気相部内の気体を前記供給空気配管または燃料電池からの排気用配管内に押戻す圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の冷却装置。When the fuel gas concentration in the gas phase section is equal to or higher than a predetermined value, the gas in the gas phase section is pushed into the supply air pipe or the exhaust pipe from the fuel cell by controlling the pressure in the signal pressure pipe. 8. The fuel cell cooling device according to claim 7 , further comprising a pressure control means for returning the fuel cell. 前記圧力制御手段は、前記信号圧配管内の圧力を所定圧力以上に高めたのちに定常圧力に戻す手段であることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池の冷却装置。9. The cooling device for a fuel cell according to claim 8 , wherein the pressure control means is means for increasing the pressure in the signal pressure pipe to a predetermined pressure or higher and then returning the pressure to a steady pressure. 空気と燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池を冷却する冷却液を前記燃料電池内と熱交換器との間に循環させる循環流路を備える燃料電池の冷却装置であって、
前記循環流路の冷却液の一部を貯蔵する冷却液貯蔵容器を備え、
前記冷却液貯蔵容器は、前記循環流路と冷却液ガス抜き流路を介して連絡され、かつ前記循環流路と冷却液戻し流路を介して連絡された液相部と、
燃料電池に空気を供給する供給空気配管に流入配管および流出配管を介して連絡され、前記液相部で冷却液から分離される気体を、前記流入配管を通じて前記供給空気配管から流入する供給空気によって混合し、混合された気体を前記流出配管を通じて前記供給空気配管に戻す気相部とを備え、
前記供給空気配管の途中に配設され、前記燃料電池に供給される空気を加湿する加湿器を挟んで前記供給空気配管の上流側に前記流入配管を、下流側に前記流出配管を連絡したことを特徴とする燃料電池の冷却装置。A fuel cell cooling device comprising a circulation channel for circulating a coolant that cools a fuel cell that generates power by receiving supply of air and fuel gas, between the inside of the fuel cell and a heat exchanger,
A coolant storage container for storing a part of the coolant in the circulation channel;
The cooling liquid storage container is connected via the circulation channel and the cooling gas degassing channel and is connected via the circulation channel and the cooling liquid return channel,
Gas that is connected to a supply air pipe that supplies air to the fuel cell via an inflow pipe and an outflow pipe and is separated from the cooling liquid in the liquid phase portion is supplied by supply air that flows from the supply air pipe through the inflow pipe. A gas phase part that mixes and returns the mixed gas to the supply air pipe through the outflow pipe,
The inflow pipe is connected to the upstream side of the supply air pipe and the outflow pipe is connected to the downstream side with a humidifier disposed in the supply air pipe and humidifying the air supplied to the fuel cell. A fuel cell cooling device. 前記冷却液貯蔵容器が、内部の燃料ガス濃度を検出する燃料ガス検出手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の冷却装置。11. The fuel cell cooling device according to claim 10 , wherein the coolant storage container includes fuel gas detection means for detecting an internal fuel gas concentration.
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