JP5144049B2 - 燃料電池のドレインバルブ - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池車両のドレインバルブに係り、特に排水性に優れて、別の動力がなくても駆動が可能であり、結氷解除時間が不要であるため、燃料電池車両を直ちに始動することができ、零下の気温でも車両の始動安全性を保障するようにした燃料電池車両のドレインバルブに関するものである。
従来燃料電池車両の冷却システムは、図１に示すように、ラジエーター１と熱交換器２を循環する冷却水が含まれる第１冷却ルートと、燃料電池スタック３よりポンプ４、レザボアタンク５及び前記熱交換器２を経て循環する冷却水が含まれる第２冷却ルートとを備えている。
これにより、燃料電池スタックの冷却水は、熱交換器で第１冷却ルートの冷却水との熱交換によって冷却されて、燃料電池スタックを冷却することになる。
そして、燃料電池スタックと第２冷却ルートは、ドレイン通路を通じて別の急解氷アセンブリー６（Ｒａｐｉｄ Ｔｈａｗ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と連結され、ドレイン通路にはそれぞれソレノイドバルブ形式のドレインバルブ７が取り付けられているので、外部気温が氷点下に低下する時、ドレインバルブルを開放することで、第２冷却ルートと燃料電池スタックにある冷却水をドレインさせて冷却水の結氷を防止することになる。
一方、車両再始動時には、ドレインバルブが閉じ、ポンプによって急解氷アセンブリー内に貯蔵された冷却水をポンピングして第２冷却ルートに冷却水を満たす。この際、ドレインバルブが正常に閉まっている場合にだけ、ポンプによって冷却水をポンピングして第２冷却ルートに冷却水を満たすことができることになる。
ドレインバルブには、水の表面張力のためにバルブ表面に凍りつく水によって、車両の再始動時、バルブが動作できなくなる問題点を防止するために、別のヒーティング手段が備えられるが、通常は熱線が巻き付けられている。
しかし、前記のような従来の燃料電池車両の冷却システムにおいて、ドレインバルブでの冷却水の結氷を解氷させるために別のヒーティング手段を使うことによって、解氷時間と解氷動力が多く消耗されるなどの問題点があった。
特開２００５−１００７５９号公報
そこで、本発明は、気温の降下による冷却水の結氷を防止するために冷却ルート上の冷却水をドレインさせる時、冷却水がドレインバルブに残留しないようにしてドレインバルブの結氷を根本的に防止することにより、ドレインバルブの円滑な動作を確実にすることができ、結氷を解消するための別のヒーティング手段が不要で、重量と原価の節減及び省エネルギーを図ることができ、気温の降下時にも、解氷の必要がないので、燃料電池車両の冷始動性が向上できる燃料電池車両のドレインバルブを提供することにその目的がある。
本発明による燃料電池車両のドレインバルブは、出口が楕円形状のバルブシートを形成する流入管とこの流入管に平行に配置される流出管とを互いに連通するように接続し、前記流入管に対して所定角度で斜めに形成されるバルブボディーと、前記バルブボディーの内部に、前記所定角度と同一角度に傾き上下に移動可能に設置され、前記バルブシートを開閉するポペットバルブと、が備えられ、前記流入管は前記燃料電池スタックと燃料電池スタックの前記冷却水循環経路に連結され、前記流出管は急解氷アセンブリーに連結され、前記ポペットバルブを前記バルブシートに密着しあるいは離隔することで前記流入管が開閉され、前記流入管が開かれると、前記流入管と前記流出管が連通して、前記燃料電池スタックと前記冷却水循環経路の冷却水がドレインされて前記急解氷アセンブリーに貯蔵され、前記ポペットバルブにはシリコン材のカバーが被せられ、前記流入管の内周面には水滴の付着を防止するコーティング層が形成されることを特徴とする。
前記コーティング層は、水滴の接触角が１４０゜以上であることを特徴とする。前記バルブボディーとバルブシートは、前記流入管に対して３５゜〜５５゜の範囲の傾斜角度をもつことを特徴とする。
本発明による燃料電池車両のドレインバルブによれば、気温降下のため、燃料電池スタックとその冷却水循環経路内にある冷却水をドレインさせる時、流入管を開放させることで、急解氷アセンブリーに冷却水をドレインさせる。冷却水が急解氷アセンブリーにドレインされた後、流入管に存在する冷却水の水滴はコーティング層によって完全に排水されるため、水滴の結氷を効果的に防止することができる。また、バルブボディーに残留する水滴によってポペットバルブがバルブボディーと一体に固着するおそれがなく、ポペットバルブの結氷を解消するための別途のヒーティング手段が不要であり、重量及び原価の節減と省エネルギーを図ることができ、解氷の時間も要らないため、車両の冷始動性能が向上する効果がある。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は本発明による燃料電池車両のドレインバルブの断面を示す。燃料電池スタックから熱交換器を経て循環して前記燃料電池スタックを冷却させる冷却水の第２冷却ルートと連結された流入管１１と、急解氷アセンブリーと連結された流出管１２とが互いに平行な方向に配置され、前記２本の管はドレインバルブ１３のバルブボディー１３ａを介して互いに連結されている。
前記２本の管が互いに平行に配置されているため、流入管を開閉するためには、流入管の出口が楕円形状に切断されて楕円形状のバルブシート１１ａを形成するとともに、このバルブシートがバルブボディー１３ａに連通するように接続され、バルブシート１１ａに密着するかあるいは離隔することで流入管を開閉するポペットバルブ１３ｂはバルブボディー内に所定角度で斜めに設置されている。
すなわち、気温降下によって第２冷却ルート上の冷却水を急解氷アセンブリーにドレインさせる時、ポペットバルブは開放され、流入管を通じて第２冷却ルート内の冷却水が急解氷アセンブリーにドレインされるようにし、車両の再始動時には、ポペットバルブが流入管のバルブシートに密着して流入管を塞ぐことで、ポンプによって、急解氷アセンブリーに貯蔵された冷却水を第２冷却ルートに入れる時、流出管を通じて冷却水が第２冷却ルートに流入するのを防止することになる。
ポペットバルブにおいて、バルブボディー内に斜めに設置される角度は、流入管に形成された楕円形状のバルブシートの傾斜角度と同一角度である。ポペットバルブの外周面は、ポペットバルブがバルブシートに密着する時、その気密性を向上させるために、シリコン材のカバー１３ｃで被われている。また、ポペットバルブ１３ｂはバルブボディーの内周面に対して円周方向と上下方向にそれぞれ離隔するように設置され、バルブボディー内に冷却水が残って結氷しても、ポペットバルブが冷却水の結氷によってバルブボディーに一体に固着するおそれはない。
ポペットバルブを上下に移動させるために、ポペットバルブにはバルブシャフト１３ｄが一体に形成され、バルブ軸の外周面にはコイル（図示せず）のような磁力発生手段とスプリングのようなリターン手段が備えられている。コイルに適切な制御手段から制御電流が印加されれば、コイルが磁力を発生させてバルブシャフトとポペットバルブを上方向に引き上げることで、ポペットバルブが流入管を開放させるとともに制御電流を遮断し、バルブシャフトとポペットバルブがリターンスプリングによって元の位置に復帰して流入管を塞ぐ。
バルブ軸の傾斜角度とバルブシートの傾斜角度は流入管に対して３５゜〜５５゜の範囲が望ましい。
また、流入管の内周面にはコーティング層１１ｂが形成されているので、冷却水が流入管の内周面に水滴形態として残量して結氷することを防止する。ここで、冷却水水滴の接触角が１４０゜以上になるようにコーティング層を形成して、冷却水が完全に排水されるようにする。
流入管に形成されるバルブシートの厚さは０．６ｍｍ以下に製作することにより、水滴が結氷することを最小限に止めることができ、ポペットバルブはバルブボディーとバルブシートに対して最小４ｍｍ以上に離隔することにより、ポペットバルブが水滴の結氷によって一体に固着することを防止することができる。
本発明は、所要動力がなくても駆動が可能であり、結氷解除時間が不要で燃料電池車両を直ちに始動することができるため、氷点下の気温でも車両の始動安全性を保証する燃料電池車両のドレインバルブに適用可能である。
従来技術による燃料電池車両の冷却システムの構成図である。 本発明による燃料電池車両のドレインバルブの断面図である。
１１ 流入管
１２ 流出管
１３ ドレインバルブ
１３ａ バルブボディー
１３ｂ ポペットバルブ
１３ｃ シリコンカバー
１３ｄ バルブシャフト

Claims (3)

  1. 出口が楕円形状のバルブシートを形成する流入管とこの流入管に平行に配置される流出管とを互いに連通するように接続し、前記流入管に対して所定角度で斜めに形成されるバルブボディーと、前記バルブボディーの内部に、前記所定角度と同一角度に傾き上下に移動可能に設置され、前記バルブシートを開閉するポペットバルブと、が備えられ、
    前記流入管は前記燃料電池スタックと燃料電池スタックの前記冷却水循環経路に連結され、前記流出管は急解氷アセンブリーに連結され、前記ポペットバルブを前記バルブシートに密着しあるいは離隔することで前記流入管が開閉され、前記流入管が開かれると、前記流入管と前記流出管が連通して、前記燃料電池スタックと前記冷却水循環経路の冷却水がドレインされて前記急解氷アセンブリーに貯蔵され、前記ポペットバルブにはシリコン材のカバーが被せられ、前記流入管の内周面には水滴の付着を防止するコーティング層が形成されることを特徴とする燃料電池車両のドレインバルブ。
  2. 前記コーティング層は、水滴の接触角が１４０゜以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両のドレインバルブ。
  3. 前記バルブボディーとバルブシートは、前記流入管に対して３５゜〜５５゜の範囲の傾斜角度をもつことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両のドレインバルブ。
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