JP5041507B2 - 燃料電池用冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池用冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システムに関し、より詳しくは、冷却水タンクの内部にイオン除去機が設置された、燃料電池用冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システムに関する。
周知のように、燃料電池用冷却水タンクは、燃料電池システムに供給される冷媒を保存する装置である。
一般に、燃料電池スタックでは多くの熱が発生し、これを放出するために燃料電池スタックに冷却水を供給する。
燃料電池スタックを循環した冷却水はポンプによってラジエータに伝達され、ラジエータで冷却された冷却水の一部は冷却水タンクに送られ、残りはイオン除去機に送られる。
冷却水に含まれたイオンは燃料電池の短絡のようなエラーを発生させるので、イオン除去機によって除去する。
一般に、燃料電池スタックでは多くの熱が発生し、これを放出するために燃料電池スタックに冷却水を供給する。
燃料電池スタックを循環した冷却水はポンプによってラジエータに伝達され、ラジエータで冷却された冷却水の一部は冷却水タンクに送られ、残りはイオン除去機に送られる。
冷却水に含まれたイオンは燃料電池の短絡のようなエラーを発生させるので、イオン除去機によって除去する。
しかし、従来の技術による冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システムによれば、イオン除去機及び冷却水タンクが並列に連結されていて、エンジンルームの内部で冷却水タンク及びイオン除去機が占める空間が大きくなる問題があった（例えば、特許文献１参照）。
さらに、冷却水タンク及びイオン除去機が占める空間が大きいので、車両の設計時に設計自由度が相対的に低下し、システムが複雑になり、製造費用が上昇する問題があった。
また、従来の技術による冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システムは、気泡除去機を含まないので、冷却水に含まれた気泡によって冷却性能が低下する問題があった。
特開２００４−１４４８４号公報
さらに、冷却水タンク及びイオン除去機が占める空間が大きいので、車両の設計時に設計自由度が相対的に低下し、システムが複雑になり、製造費用が上昇する問題があった。
また、従来の技術による冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システムは、気泡除去機を含まないので、冷却水に含まれた気泡によって冷却性能が低下する問題があった。
本発明の目的は、設計自由度が向上し、製造費用が節減され、冷却水に含まれた気泡を除去することができる、冷却水タンク及びこれを含む燃料電池システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明による燃料電池システムに使用される冷却水を保存する燃料電池用冷却水タンクは、ハウジング、イオン除去機、及び気泡除去装置を含んで構成される。ハウジングは、冷却水流入口及び冷却水排出口を有し、冷却水保存空間を形成する。イオン除去機は、冷却水保存空間に設置され、冷却水流入口から入った冷却水の少なくとも一部の供給を受けて、冷却水に含まれているイオンの少なくとも一部を除去する。気泡除去装置は、冷却水流入口から入った冷却水中の気泡を除去するものであり、冷却水流入口の下流側に設置され、冷却水が冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面のあるコーン形状で、傾斜面に沿って流れた冷却水中の気泡を接着して収集する気泡収集部材と、気泡収集部材によって収集された気泡を排出する気泡排出口とを含んでいる。
また、上記目的を達成するために、本発明による燃料電池システムは、燃料電池スタック、ラジエータ、燃料電池用冷却水タンク、及び冷却水ポンプを含む構成である。
ラジエータは、燃料電池スタックから排出される冷却水を冷却する。
燃料電池用冷却水タンクは、ラジエータで冷却された冷却水の送水を受けて一時的に保存するもので、ハウジング、イオン除去機、及び気泡除去装置含んでなっている。そして、ハウジングは、冷却水流入口及び冷却水排出口を有し、冷却水保存空間を形成する。イオン除去機は、冷却水保存空間に設置され、冷却水流入口から入った冷却水の少なくとも一部の供給を受けて、冷却水に含まれているイオンの少なくとも一部を除去する。気泡除去装置は、冷却水流入口から入った冷却水中の気泡を除去するものであり、冷却水流入口の下流側に設置され、冷却水が冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面のあるコーン形状で、傾斜面に沿って流れた冷却水中の気泡を接着して収集する気泡収集部材と、気泡収集部材によって収集された気泡を排出する気泡排出口とを含んでいる。
ラジエータは、燃料電池スタックから排出される冷却水を冷却する。
燃料電池用冷却水タンクは、ラジエータで冷却された冷却水の送水を受けて一時的に保存するもので、ハウジング、イオン除去機、及び気泡除去装置含んでなっている。そして、ハウジングは、冷却水流入口及び冷却水排出口を有し、冷却水保存空間を形成する。イオン除去機は、冷却水保存空間に設置され、冷却水流入口から入った冷却水の少なくとも一部の供給を受けて、冷却水に含まれているイオンの少なくとも一部を除去する。気泡除去装置は、冷却水流入口から入った冷却水中の気泡を除去するものであり、冷却水流入口の下流側に設置され、冷却水が冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面のあるコーン形状で、傾斜面に沿って流れた冷却水中の気泡を接着して収集する気泡収集部材と、気泡収集部材によって収集された気泡を排出する気泡排出口とを含んでいる。
気泡除去装置において、気泡排出口は、ハウジングの上部に形成されるのが好ましい。
本発明によれば、イオン除去機が冷却水タンクの内部に設置されるので、イオン除去機が占める空間が小さくなる。
また、冷却水タンクが占める空間が小さいので、設計自由度を向上させることができ、製造費用が節減でき、燃料電池システムが簡単になる。
さらに、気泡除去機によって気泡が除去されるので、冷却水の冷却性能が向上し、隔離板が設置されるので、冷却水に渦流が発生しないようにすることができる。
また、冷却水タンクが占める空間が小さいので、設計自由度を向上させることができ、製造費用が節減でき、燃料電池システムが簡単になる。
さらに、気泡除去機によって気泡が除去されるので、冷却水の冷却性能が向上し、隔離板が設置されるので、冷却水に渦流が発生しないようにすることができる。
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態による燃料電池システムを示す図面であり、図２は本発明の実施形態による冷却水タンクを示す図面であり、図４は本発明の実施形態による冷却水タンクのイオン除去機を示す図面である。
図１に示したように、本発明の実施形態による燃料電池システムは、燃料電池スタック１０７、ラジエータ１０５、及び冷却水タンク１００を含む。
ラジエータ１０５は、燃料電池スタック１０７から排出される冷却水を冷却する。冷却水タンク１００は、ラジエータ１０５で冷却された冷却水の流入を受けて一時的に保存し、冷却水ポンプ１０９は、冷却水を循環させる。
図１は本発明の実施形態による燃料電池システムを示す図面であり、図２は本発明の実施形態による冷却水タンクを示す図面であり、図４は本発明の実施形態による冷却水タンクのイオン除去機を示す図面である。
図１に示したように、本発明の実施形態による燃料電池システムは、燃料電池スタック１０７、ラジエータ１０５、及び冷却水タンク１００を含む。
ラジエータ１０５は、燃料電池スタック１０７から排出される冷却水を冷却する。冷却水タンク１００は、ラジエータ１０５で冷却された冷却水の流入を受けて一時的に保存し、冷却水ポンプ１０９は、冷却水を循環させる。
本発明の実施形態による冷却水タンクは、ハウジング２０１及びイオン除去機１０１を含む。
ハウジング２０１は、冷却水流入口２０５及び冷却水排出口２１１を含み、冷却水保存空間２０３を形成する。
また、イオン除去機１０１は、冷却水保存空間２０３に設置され、冷却水のうちの少なくとも一部の供給を受けて排出し、供給された冷却水に含まれているイオンのうちの少なくとも一部を除去する。
冷却水は、燃料電池スタック１０７を冷却した後、冷却水流路１１１を通じて冷却水ポンプ１０９によってラジエータ１０５に供給される。
ラジエータ１０５で冷却された冷却水は、冷却水タンク１００に送られる。
ハウジング２０１は、冷却水流入口２０５及び冷却水排出口２１１を含み、冷却水保存空間２０３を形成する。
また、イオン除去機１０１は、冷却水保存空間２０３に設置され、冷却水のうちの少なくとも一部の供給を受けて排出し、供給された冷却水に含まれているイオンのうちの少なくとも一部を除去する。
冷却水は、燃料電池スタック１０７を冷却した後、冷却水流路１１１を通じて冷却水ポンプ１０９によってラジエータ１０５に供給される。
ラジエータ１０５で冷却された冷却水は、冷却水タンク１００に送られる。
図１、図２、及び図４に示したように、冷却水タンク１００のハウジング２０１の内部にはイオン除去機１０１が位置する。
ラジエータ１０５から冷却水流路１１１を通じて供給された冷却水は、冷却水流入口２０５を通じてハウジング２０１に供給される。
また、冷却水流路１１１には第２冷却水流入口２０９が連結されて、第２冷却水流入口２０９を通じて流入した冷却水は、多岐管２１５を通じてイオン除去機１０１に供給される。
ラジエータ１０５から冷却水流路１１１を通じて供給された冷却水は、冷却水流入口２０５を通じてハウジング２０１に供給される。
また、冷却水流路１１１には第２冷却水流入口２０９が連結されて、第２冷却水流入口２０９を通じて流入した冷却水は、多岐管２１５を通じてイオン除去機１０１に供給される。
イオン除去機１０１を通過してイオンが除去された冷却水は、ハウジング２０１の内部の冷却水保存空間２０３に一時的に保存されていた冷却水と共に冷却水排出口２１１を通じて排出される。
冷却水排出口２１１を通じて排出された冷却水は、再び燃料電池スタック１０７に供給される。
冷却水排出口２１１を通じて排出された冷却水は、再び燃料電池スタック１０７に供給される。
図３は図２のＡ部分を拡大して示した図面である。
図２及び図３を参照すれば、本発明の実施形態による冷却水タンク１００は、冷却水に含まれている気泡を除去する気泡除去装置１０３を有している。気泡除去装置１０３は、気泡収集部材２１３と気泡排出口２０７を含んで構成される。
気泡収集部材２１３は、冷却水流入口２０５の下流側に設置され、冷却水が前記冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面３０１のあるコーン形状で形成され、これにより冷却水に含まれている気泡が傾斜面３０１に接着され、収集される。
気泡排出口２０７は、ハウジング２０１の上部に形成されて、気泡収集部材２１３によって収集された気泡を外部に排出する。
図２及び図３を参照すれば、本発明の実施形態による冷却水タンク１００は、冷却水に含まれている気泡を除去する気泡除去装置１０３を有している。気泡除去装置１０３は、気泡収集部材２１３と気泡排出口２０７を含んで構成される。
気泡収集部材２１３は、冷却水流入口２０５の下流側に設置され、冷却水が前記冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面３０１のあるコーン形状で形成され、これにより冷却水に含まれている気泡が傾斜面３０１に接着され、収集される。
気泡排出口２０７は、ハウジング２０１の上部に形成されて、気泡収集部材２１３によって収集された気泡を外部に排出する。
冷却水流入口２０５を通じて流入した冷却水は、コーン形状からなる気泡収集部材２１３の傾斜面３０１に沿ってハウジング２０１の冷却水保存空間２０３に流入する（図３の矢印参照）。コーン形状からなる気泡収集部材２１３の傾斜面３０１に沿って冷却水が流れる時に、冷却水に含まれた気泡は傾斜面３０１に接着される。
接着された気泡は、傾斜面３０１から分離されて、気泡排出口２０７を通じて排出される。
したがって、本発明の実施形態による冷却水タンク１００によれば、冷却水に含まれる気泡は外部に排出されるので、冷却水の冷却性能が向上する。
接着された気泡は、傾斜面３０１から分離されて、気泡排出口２０７を通じて排出される。
したがって、本発明の実施形態による冷却水タンク１００によれば、冷却水に含まれる気泡は外部に排出されるので、冷却水の冷却性能が向上する。
本発明の実施形態によれば、冷却水の電気伝導度を維持するために、冷却水の流量全体の９０％は冷却水流入口２０５を通じて冷却水保存空間２０３に流入する。
冷却水の流量全体の残りの１０％はイオン除去機１０１に流入する。
イオン除去機１０１にあまりにも多くの流量の冷却水が流入する場合には、イオン除去機１０１の寿命が短くなる。
しかし、本発明の実施形態による冷却水タンクによれば、イオン除去機１０１に流入する冷却水の流量は流量全体の１０％に設定されるので、イオン除去機１０１の耐久性が向上する。
冷却水の流量全体の残りの１０％はイオン除去機１０１に流入する。
イオン除去機１０１にあまりにも多くの流量の冷却水が流入する場合には、イオン除去機１０１の寿命が短くなる。
しかし、本発明の実施形態による冷却水タンクによれば、イオン除去機１０１に流入する冷却水の流量は流量全体の１０％に設定されるので、イオン除去機１０１の耐久性が向上する。
図５は本発明の実施形態による冷却水タンクの隔離板を示した図面である。
図５を参照すれば、冷却水流入口２０５の内部には冷却水の流れを分割する隔離板４００が設置される。
冷却水流入口２０５を通じて流入する冷却水には渦流が発生することがあるが、隔離板４００によって冷却水に渦流が発生しないようにすることができる。
本発明の実施形態では、隔離板４００は、二枚の板からなり、冷却水流入口２０５の形状に沿って、冷却水流入口２０５内部の冷却水の流れを分割するように配置される。
隔離板４００によって冷却水流入口２０５を通じて流入する冷却水の渦流が防止されるので、冷却水に含まれた気泡が一定に保持される。
図５を参照すれば、冷却水流入口２０５の内部には冷却水の流れを分割する隔離板４００が設置される。
冷却水流入口２０５を通じて流入する冷却水には渦流が発生することがあるが、隔離板４００によって冷却水に渦流が発生しないようにすることができる。
本発明の実施形態では、隔離板４００は、二枚の板からなり、冷却水流入口２０５の形状に沿って、冷却水流入口２０５内部の冷却水の流れを分割するように配置される。
隔離板４００によって冷却水流入口２０５を通じて流入する冷却水の渦流が防止されるので、冷却水に含まれた気泡が一定に保持される。
以上で、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内でのすべての変更が含まれる。
１００ 冷却水タンク
１０１ イオン除去機
１０３ 気泡除去装置
１０５ ラジエータ
１０７ 燃料電池スタック
１０９ 冷却水ポンプ
１１１ 冷却水流路
２０１ ハウジング
２０３ 冷却水保存空間
２０５ 冷却水流入口
２０７ 気泡排出口
２０９ 第２冷却水流入口
２１１ 冷却水排出口
２１３ 気泡収集部材
２１５ 多岐管
３０１ 傾斜面
４００ 隔離板
１０１ イオン除去機
１０３ 気泡除去装置
１０５ ラジエータ
１０７ 燃料電池スタック
１０９ 冷却水ポンプ
１１１ 冷却水流路
２０１ ハウジング
２０３ 冷却水保存空間
２０５ 冷却水流入口
２０７ 気泡排出口
２０９ 第２冷却水流入口
２１１ 冷却水排出口
２１３ 気泡収集部材
２１５ 多岐管
３０１ 傾斜面
４００ 隔離板
Claims (4)
- 燃料電池システムに使用される冷却水を保存する燃料電池用冷却水タンクであって、
冷却水流入口及び冷却水排出口を有し、冷却水保存空間を形成するハウジングと、
前記冷却水保存空間に設置され、前記冷却水流入口から入った冷却水の少なくとも一部の供給を受けて、前記冷却水に含まれているイオンの少なくとも一部を除去するイオン除去機と、
前記冷却水流入口から入った冷却水中の気泡を除去する気泡除去装置と、を含んで構成され、
前記気泡除去装置が、
前記冷却水流入口の下流側に設置され、冷却水が前記冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面のあるコーン形状で、前記傾斜面に沿って流れた冷却水中の気泡を接着して収集する気泡収集部材と、
前記気泡収集部材によって収集された気泡を排出する気泡排出口と、を含むことを特徴とする燃料電池用冷却水タンク。 - 前記気泡排出口は、前記ハウジングの上部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用冷却水タンク。
- 燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出された冷却水を冷却するラジエータと、前記ラジエータで冷却された冷却水を受けて一時的に保存する燃料電池用冷却水タンクと、前記冷却水を循環させる冷却水ポンプと、を含む燃料電池システムであって、
前記燃料電池用冷却水タンクは、
冷却水流入口及び冷却水排出口を有し、冷却水保存空間を形成するハウジングと、
前記冷却水保存空間に設置され、前記冷却水流入口から入った冷却水の少なくとも一部の供給を受けて、前記冷却水に含まれているイオンの少なくとも一部を除去するイオン除去機と、
前記冷却水流入口から入った冷却水中の気泡を除去する気泡除去装置と、を含んで構成され、
前記気泡除去装置が、
前記冷却水流入口の下流側に設置され、冷却水が前記冷却水流入口から流入する方向に対して傾斜している傾斜面のあるコーン形状で、前記傾斜面に沿って流れた冷却水中の気泡を接着して収集する気泡収集部材と、
前記気泡収集部材によって収集された気泡を排出する気泡排出口と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記気泡排出口は前記ハウジングの上部に形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
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