JP5297069B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の冷媒回路と燃料電池用イオン交換器とを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system comprising a ion-exchanger for the refrigerant circuit and the fuel cells in a fuel cell.
一般に、燃料電池を冷媒によって直接冷却する冷却システムでは、冷媒を介した液絡現象を防止するために、冷媒に高度の電気的絶縁性が要求される。そのため、イオン交換樹脂が収納されたイオン交換器を冷却通路内に設け、前記冷却通路を循環する冷媒中の一定量をイオン交換器に循環させ、冷媒中のイオンをイオン交換樹脂に吸着させることによって、冷媒の電気的絶縁性を確保している。 In general, in a cooling system that directly cools a fuel cell with a refrigerant, a high degree of electrical insulation is required for the refrigerant in order to prevent a liquid junction phenomenon through the refrigerant. Therefore, an ion exchanger containing the ion exchange resin is provided in the cooling passage, and a certain amount in the refrigerant circulating in the cooling passage is circulated in the ion exchanger, so that ions in the refrigerant are adsorbed on the ion exchange resin. As a result, the electrical insulation of the refrigerant is ensured.
前記イオン交換樹脂は、冷媒中のイオンを吸着することにより、徐々にイオン吸着能力が低下する特性を有する。イオン交換樹脂のイオン吸着能力が極度に低下した場合、冷媒中のイオンを充分に吸着することができなくなり、冷媒の電気的絶縁性を確保することが困難となって、液絡現象を発生する可能性が高くなる。このため、劣化したイオン交換樹脂(イオン交換器)を新たなイオン交換樹脂(イオン交換器)と定期的に交換するメンテナンスが必要となる。 The ion exchange resin has a characteristic that the ion adsorption capacity gradually decreases by adsorbing ions in the refrigerant. If the ion adsorption capacity of the ion exchange resin is extremely reduced, ions in the refrigerant cannot be sufficiently adsorbed, making it difficult to ensure the electrical insulation of the refrigerant and causing a liquid junction phenomenon. The possibility increases. For this reason, the maintenance which replace | exchanges the deteriorated ion exchange resin (ion exchanger) with a new ion exchange resin (ion exchanger) regularly is needed.
イオン交換器と冷媒の交換タイミングは異なり、前記冷媒の寿命以前に前記イオン交換器を交換する場合などは、冷媒を交換することがなくイオン交換樹脂(イオン交換器)のみを交換することが好ましい。 The exchange timing of the ion exchanger and the refrigerant is different, and when exchanging the ion exchanger before the life of the refrigerant, it is preferable to exchange only the ion exchange resin (ion exchanger) without exchanging the refrigerant. .
ところで、この種のイオン交換器に関し、例えば、特許文献1には、ケーシングの開口を蓋で閉塞することによって前記ケーシングの内部に密封された収納部を形成し、イオン交換樹脂(樹脂体)が封入されたパックを前記収納部内に収納するイオン交換器の構造が開示されている。 By the way, regarding this type of ion exchanger, for example, in Patent Document 1, a casing is sealed inside the casing by closing the opening of the casing with a lid, and an ion exchange resin (resin body) is provided. The structure of the ion exchanger which accommodates the enclosed pack in the said accommodating part is disclosed.
また、本出願人の提案に係る特許文献2には、重量補機及び軽量補機を左右方向に振り分けて配置し、重量補機側にエア通路を、軽量補機側に水通路を配置することにより、重量補機と軽量補機とのアンバランスを解消して、回頭性や操縦安定性の最適化を図ることが可能な燃料電池自動車が開示されている。 Further, in Patent Document 2 related to the proposal of the present applicant, heavy and lightweight auxiliary devices are arranged in the left-right direction, an air passage is arranged on the heavy auxiliary device side, and a water passage is arranged on the lightweight auxiliary device side. Thus, a fuel cell vehicle has been disclosed that can eliminate the imbalance between the heavy and light auxiliary machines and optimize the turning performance and steering stability.
この特許文献2の図1には、前記水通路を構成する水配管の供給側配管中であって、燃料電池スタックの横にイオン交換器を配置する点が開示されている。なお、本願発明と前記特許文献2の配置構造の差異についは、後記で詳細に説明する。
しかしながら、前記特許文献1に開示されたイオン交換器の構造では、使用済みのパック(イオン吸着能力が劣化したイオン交換樹脂が封入)を新たなパックと交換する作業の準備段階として、イオン交換器が設けられた冷却液循環回路中に残存する冷却液を、前記冷却液循環回路から排出させる冷却液排出作業が必要となり、前記冷却液循環回路中からすべての冷却液を外部に流出させた後、ボルト締めされた蓋をケースから外して、収納部内のパックを新たなパックと交換しなければならない。 However, in the structure of the ion exchanger disclosed in Patent Document 1, the ion exchanger is used as a preparation stage for exchanging a used pack (enclosed with an ion exchange resin having deteriorated ion adsorption capacity) with a new pack. After the cooling liquid discharging operation for discharging the cooling liquid remaining in the cooling liquid circulation circuit provided with the cooling liquid circulation circuit is required, and all the cooling liquid flows out from the cooling liquid circulation circuit to the outside The bolted lid must be removed from the case and the pack in the storage must be replaced with a new pack.
前記冷却液排出作業を行った際、仮に、少量の冷却液が外部に漏出した場合には、前記漏出量に対応して新たに冷媒液を追加する冷却液追加作業が必要となる。 When a small amount of cooling liquid leaks to the outside when the cooling liquid discharging operation is performed, a cooling liquid adding operation for newly adding a refrigerant liquid corresponding to the leakage amount is required.
さらに、前記特許文献1では、ケーシング内の使用済みパックが新たなパックと交換された後、冷却液循環回路中にエアが流入(混入)しないようにエア抜き作業を行う必要がある。 Further, in Patent Document 1, after the used pack in the casing is replaced with a new pack, it is necessary to perform an air bleeding operation so that air does not flow (mixed) into the coolant circulation circuit.
このように特許文献1に開示されたイオン交換器の構造では、イオン交換樹脂が封入された使用済みのパックを新たなパックと交換する交換作業に付随して、冷却液循環回路から冷媒を排出する冷却液排出作業、漏出した冷却液に対応して新たに冷却液を追加する冷却液追加作業、冷却液循環回路中へのエアの流入を防止するエア抜き作業等の種々の作業を遂行する必要があって非常に煩雑となると共に、パックの交換作業に多大な時間を要するという問題がある。 As described above, in the structure of the ion exchanger disclosed in Patent Document 1, the refrigerant is discharged from the coolant circulation circuit in association with an exchange operation for exchanging a used pack filled with ion exchange resin with a new pack. Perform various operations such as cooling fluid discharge operation, cooling fluid addition operation to add new cooling fluid in response to leaked cooling fluid, air venting operation to prevent inflow of air into the coolant circulation circuit There is a problem that it is necessary and very complicated, and it takes a long time to replace the pack.
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、イオン交換器の交換作業に付随する種々の作業を不要とすることにより、従来と比較してイオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and by making various operations associated with the ion exchanger replacement work unnecessary, the ion exchanger replacement work can be simplified compared to the conventional one. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of shortening the replacement time.
前記の目的を達成するため、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池スタックと、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータと、前記燃料電池スタックと前記ラジエータとの間で冷媒を循環させる循環通路と、前記循環通路中に設けられ冷媒を所定流量で循環させるポンプと、を含んで構成される冷媒回路と、前記冷媒回路に設けられ、冷媒が導入される部位及び導出される部位には、相手側との連結が解除された状態において弁閉状態となり、一方、相手方と連結されることにより弁開状態となるノーマルクローズタイプのバルブが設けられた燃料電池用イオン交換器と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池用イオン交換器は、前記冷媒回路の最下部に配置されるとともに、前記燃料電池用イオン交換器のハウジングの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部を介して、前記燃料電池スタックが固定されるフレームと同一のフレームに固定され、前記燃料電池用イオン交換器は、充填された冷媒の外部への漏出を阻止するため前記バルブを有する位置に冷媒漏出防止機構が設けられるとともに、設置状態において、出口の軸心が、入口の軸心と比較して、高さ方向で高い位置となるように設けられ、前記燃料電池用イオン交換器の真下にはアンダーカバーが位置しており、前記アンダーカバーを外すことで前記イオン交換器が外部に露呈するとともに、使用済みのイオン交換器と交換される新たなイオン交換器内には、冷媒が既に充填されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell stack that generates electric power when supplied with a reaction gas , a radiator that functions as a cooler that cools a refrigerant, and the fuel cell stack and the radiator. a circulation passage for circulating a coolant, a pump for circulating a coolant is provided in the circulation passage at a predetermined flow rate, a refrigerant circuit configured to include a, provided we are in the refrigerant circuit, site refrigerant is introduced and The fuel cell ion provided with a normally closed type valve that is in a closed state when the connection with the other party is released, and is opened when connected with the other party. a fuel cell system comprising a exchanger, the ion exchanger for a fuel cell is disposed in the bottom of the refrigerant circuit, ion exchange for a fuel cell The fuel cell ion exchanger is fixed to the same frame as the frame to which the fuel cell stack is fixed, through a pair of support portions protruding by a predetermined length from both end portions along the axial direction of the housing of the vessel. In order to prevent leakage of the filled refrigerant to the outside, a refrigerant leakage prevention mechanism is provided at the position having the valve, and in the installed state, the outlet axis is higher than the inlet axis. The under cover is located directly under the ion exchanger for the fuel cell, and the ion exchanger is exposed to the outside by removing the under cover. within the new ion exchanger is exchanged with an ion exchanger, characterized Rukoto refrigerant is already filled.
従来技術では、イオン吸着能力が劣化したイオン交換器(イオン交換樹脂)を新たなイオン交換器(イオン交換樹脂)と交換する交換作業の準備段階として、冷媒排出作業、冷媒追加作業、及びエア抜き作業等を行う必要があるが、本発明では、イオン交換器に対して冷媒が導入される部位及び導出される部位に、ノーマルクローズタイプのバルブ(相手方との連結が解除された状態において弁閉状態となり、一方、相手方と連結されることにより弁開状態となるバルブ)を設けることにより、冷媒の外部への漏出が阻止された状態でイオン交換器の交換作業を遂行することができる。 In the prior art, as a preparatory stage for exchanging an ion exchanger (ion exchange resin) whose ion adsorption capacity has deteriorated with a new ion exchanger (ion exchange resin), refrigerant discharge work, refrigerant addition work, and air bleeding Although it is necessary to perform work, etc., in the present invention, a normally closed type valve (with the valve closed in a state where the connection with the other party is released) is provided at the part where the refrigerant is introduced into the ion exchanger and the part where the refrigerant is led out. On the other hand, by providing a valve that is opened when connected to the other party , the ion exchanger can be exchanged in a state where leakage of the refrigerant to the outside is prevented.
この結果、本発明では、従来技術のような交換作業に付随する種々の作業が不要となり、イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができると共に、冷媒回路中の冷媒をそのまま保持した状態でイオン交換器の交換作業を遂行することができ、冷媒の有効利用を図ることができる。 As a result, in the present invention, various operations associated with the replacement work as in the prior art become unnecessary, the replacement work of the ion exchanger can be simplified and the replacement time can be shortened, and the refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced. The ion exchanger can be exchanged while being held as it is, and the refrigerant can be effectively used.
また、本発明によれば、使用済みのイオン交換器と交換される新たなイオン交換器内に、冷媒が既に充填されていることにより、冷媒が充填済みの新たなイオン交換器と交換した後にエア抜き作業が不要となり、より一層イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。 In addition, according to the present invention, a new ion exchanger to be replaced with a used ion exchanger is already filled with a refrigerant, so that the refrigerant is replaced with a new ion exchanger that has been filled. The air venting operation becomes unnecessary, and the replacement time of the ion exchanger can be further simplified and the replacement time can be shortened.
換言すると、本発明では、新たなイオン交換器内に冷媒のみが既に充填されていることにより、新たなイオン交換器内へエアが混入することが好適に回避され、イオン交換器の交換後に冷媒回路中へエアが流入することを阻止することができる。 In other words, in the present invention, since only the refrigerant is already filled in the new ion exchanger, it is preferably avoided that air is mixed into the new ion exchanger, and the refrigerant is replaced after the ion exchanger is replaced. Air can be prevented from flowing into the circuit.
さらに、本発明によれば、冷媒が充填された新たなイオン交換器には、前記イオン交換器内に充填された冷媒の外部への漏出を阻止するため、バルブを有する部位に冷媒漏出防止機構が設けられるとよく、例えば、冷媒が充填済みの新たなイオン交換器の搬送中や、使用済みのイオン交換器を新たなイオン交換器と交換する際、誤って他の部材に接触した場合であっても、冷媒の外部への漏出を確実に阻止することができる。 Furthermore, according to the present invention, a new ion exchanger filled with a refrigerant has a refrigerant leakage prevention mechanism at a portion having a valve in order to prevent leakage of the refrigerant filled in the ion exchanger to the outside. For example, when a new ion exchanger filled with refrigerant is being transported, or when replacing a used ion exchanger with a new ion exchanger, it may accidentally come into contact with another member. Even if it exists, the leakage to the exterior of a refrigerant | coolant can be prevented reliably.
さらにまた、本発明によれば、新たなイオン交換器に対して冷媒を充填する際、前記新たなイオン交換器を鉛直上下方向に沿った縦置き状態に保持し、前記新たなイオン交換器の下部側のポートから冷媒を供給するように構成されることにより、例えば、横置き状態にして冷媒を供給した場合と比較して効率的に冷媒を供給することができる。なお、新たなイオン交換器の下部側のポートから冷媒を供給した後、新たなイオン交換器の上部側のポートから冷媒が溢れ出ることにより、冷媒の供給が完了すると共に、新たなイオン交換器内へのエアの混入を未然に防止することができる。 Furthermore, according to the present invention, when a refrigerant is charged into a new ion exchanger, the new ion exchanger is held in a vertical state along a vertical vertical direction, and the new ion exchanger is By being configured to supply the refrigerant from the port on the lower side, for example, the refrigerant can be supplied more efficiently than in the case where the refrigerant is supplied horizontally. After supplying the refrigerant from the lower port of the new ion exchanger and then overflowing the refrigerant from the upper port of the new ion exchanger, the supply of the refrigerant is completed and the new ion exchanger It is possible to prevent air from entering inside.
またさらに、本発明では、イオン交換器に対して配管を着脱自在に接続する継手機構を設け、前記継手機構を、前記イオン交換器側に配設されるノーマルクローズタイプの第1弁体と、前記配管側に配設されるノーマルクローズタイプの第2弁体とを有するように構成するとよい。 Furthermore, in the present invention, a joint mechanism for detachably connecting a pipe to the ion exchanger is provided, and the joint mechanism includes a first valve body of a normally closed type disposed on the ion exchanger side, It is good to comprise so that it may have the 2nd valve body of the normal close type arrange | positioned at the said piping side.
本発明によれば、イオン交換器と接続される配管によって冷媒回路が構成され、前記イオン交換器と前記配管との間には、前記イオン交換器と前記配管とを着脱自在に接続する継手機構が設けられるとよい。前記イオン交換器から配管を取り外した際、イオン交換器側のノーマルクローズタイプの第1弁体及び配管側のノーマルクローズタイプの第2弁体によってイオン交換器側及び配管側がそれぞれ弁閉状態となるため、冷媒回路内の冷媒が外部に導出することが阻止される。従って、予め、冷媒回路中の冷媒を抜く作業が不要となると共に、作業者が冷媒によって被水することが防止される。従って、本発明では、従来と比較してより一層イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。 According to the present invention, a refrigerant circuit is configured by piping connected to the ion exchanger, and the joint mechanism that detachably connects the ion exchanger and the piping between the ion exchanger and the piping. Should be provided. When the piping is removed from the ion exchanger, the ion exchanger side and the piping side are respectively closed by the normally closed type first valve body on the ion exchanger side and the normally closed second valve body on the piping side. This prevents the refrigerant in the refrigerant circuit from being led out. This eliminates the need for removing the refrigerant from the refrigerant circuit in advance, and prevents the operator from getting wet with the refrigerant. Therefore, in the present invention, the replacement operation of the ion exchanger can be further simplified and the replacement time can be shortened as compared with the conventional case.
またさらに、本発明によれば、イオン交換器から配管を取り外した後、前記配管中に残存する冷媒を排出するため、前記配管側に設けられた第2弁体を強制的に弁開状態とすることにより、例えば、定期的に冷媒を交換する際、その冷媒交換作業を容易に遂行することができる。 Still further, according to the present invention, after removing the pipe from the ion exchanger, the second valve body provided on the pipe side is forcibly opened to discharge the refrigerant remaining in the pipe. Thus, for example, when the refrigerant is periodically exchanged, the refrigerant exchange operation can be easily performed.
またさらに、本発明によれば、イオン交換器の出口の軸心が、入口の軸心と比較して、高さ方向で高い位置に設けられることにより、例えば、冷媒回路中にエアが混入した場合であっても前記イオン交換器内に前記エアが溜まることがなく、入口よりも高い位置に設けられた出口から前記エアを好適に排出することができる。 Furthermore, according to the present invention, the axial center of the outlet of the ion exchanger is provided at a higher position in the height direction than the axial center of the inlet, so that, for example, air is mixed into the refrigerant circuit. Even in this case, the air does not accumulate in the ion exchanger, and the air can be suitably discharged from an outlet provided at a position higher than the inlet.
またさらに、本発明によれば、定置用のイオン交換器に適用することができることは勿論のこと、燃料電池自動車に搭載された車載用のイオン交換器に適用することができ、汎用性を向上させることができる。 Furthermore, according to the present invention, it can be applied not only to a stationary ion exchanger but also to an on-vehicle ion exchanger mounted on a fuel cell vehicle, thereby improving versatility. Can be made.
本発明では、従来と比較してより一層、イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することが可能な燃料電池システムを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a fuel cell system capable of further simplifying the replacement work of the ion exchanger and shortening the replacement time as compared with the prior art.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池用イオン交換器が組み込まれた冷媒回路の回路構成図、図2は、前記冷媒回路の概略構成平面図、図3は、前記冷媒回路の概略構成側面図、図4は、前記冷媒回路を構成する燃料電池スタック及びイオン交換器がフレーム上に固定された状態を示す斜視図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a refrigerant circuit incorporating a fuel cell ion exchanger according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration plan view of the refrigerant circuit, and FIG. 3 is an overview of the refrigerant circuit. FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a fuel cell stack and an ion exchanger constituting the refrigerant circuit are fixed on a frame.
<冷媒回路の構成>
図1に示されるように、冷媒回路10は、アノードに供給される燃料ガス(例えば、水素ガス)とカソードに供給される酸化剤ガス(例えば、空気)との電気化学反応により発電する燃料電池スタック12と、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータ14と、前記燃料電池スタック12と前記ラジエータ14との間で冷媒を循環させる循環通路16と、前記循環通路16中に設けられ冷媒を所定流量で循環させるポンプ18と、前記ラジエータ14をバイパスさせるパイパス通路20中に設けられ冷媒が流通する流路を前記循環通路16又は前記バイパス通路20のいずれか一方に切り換える流路切換弁22とを含む。前記流路切換弁22に代替して冷媒の流通量を制御する流量制御弁を用いてもよい。
<Configuration of refrigerant circuit>
As shown in FIG. 1, the
なお、燃料電池スタック12は、図6に示されるように、燃料電池自動車のフロアパネル24下のセンタトンネル26内に配置されると共に、後記するフレーム44上に固定される。また、流路切換弁22は、ラジエータ14への冷媒の流通量を調整して燃料電池スタック12へ供給される冷媒の温度を調整する温度制御機構であるサーモスタットバルブとして機能するものである。さらに、前記冷媒回路10中を流通する冷媒としては、例えば、エチレングリコール、不凍液等の液体冷媒や、フロンガス等のガス冷媒が含まれる。
As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 12 is disposed in a center tunnel 26 below the floor panel 24 of the fuel cell vehicle and is fixed on a
燃料電池スタック12は、略直方体状からなるスタック本体を有し、前記スタック本体の前面(フロント側)には、前記スタック本体内へ冷媒を流通させて燃料電池スタック12を冷却するための冷媒導入ポート30a及び冷媒導出ポート30bが設けられる。前記冷媒導入ポート30aと前記冷媒導出ポート30bとの間には、循環通路16の上流側から分岐して下流側に合流する分岐通路32が設けられ、前記分岐通路32には、例えば、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を充填したイオン交換器(燃料電池車用イオン交換器)34が設けられる。
The fuel cell stack 12 has a stack body having a substantially rectangular parallelepiped shape, and a refrigerant introduction for cooling the fuel cell stack 12 by circulating the refrigerant into the stack body is provided on the front surface (front side) of the stack body. A
なお、具体的には、図4に示されるように、燃料電池スタック12の前面12aに設けられた複数の冷媒導入ポート30aに連通する一方の冷媒マニホールド36aと、複数の冷媒導出ポート30bに連通する他方の冷媒マニホールド36bがそれぞれ設けられ、前記一対の冷媒マニホールド36a、36bに対して前記循環通路16がそれぞれ接続される。
Specifically, as shown in FIG. 4, one
この場合、前記循環通路16を構成する管路の内径(D1)は、分岐通路32を構成する管路の内径(D2)よりも大きく設定され(D1>D2)、予め設定された最低流量の冷媒が、前記分岐通路32を介して、常時、イオン交換器34を流通するように設けられている。
In this case, the inner diameter (D1) of the pipeline constituting the
また、図1に示されるように、前記冷媒回路10には、ポンプ18を駆動させる駆動信号を導出すると共に、流路切換弁22に対して弁切換信号(弁動作制御信号)を導出する制御手段として機能するECU(Electric Control Unit)38が設けられる。前記ECU38は、図示しないRAM、ROM、CPU、I/Oポート等を含むマイクロコンピュータからなる電子制御装置によって構成される。
Further, as shown in FIG. 1, a control signal for deriving a drive signal for driving the
<イオン交換器の構成>
イオン交換器34は、図11に示されるように、ハウジング34aを有し、閉塞されたハウジング34a内の空間部には、図示しないイオン交換樹脂が収納される。
<Configuration of ion exchanger>
As shown in FIG. 11, the
イオン交換器34の一端部側には、冷媒が導入されるインレットポート64aが設けられ、他端部側には、冷媒が導出されるアウトレットポート64bが設けられる。
An
この場合、冷媒が前記イオン交換樹脂と接触することにより、前記冷媒中に含有されていたイオン(イオン溶解成分)が取り除かれた上でイオン交換器34から導出される。前記イオン交換器34から導出された冷媒は、分岐通路32を介して循環通路16と合流した後、再びポンプ18によって循環駆動されて循環通路16中を循環するように設けられる。
In this case, when the refrigerant comes into contact with the ion exchange resin, ions (ion-dissolved components) contained in the refrigerant are removed, and then, the refrigerant is led out from the
また、図1及び図11に示されるように、冷媒が導入されるイオン交換器34のインレットポート64aと分岐通路32を構成する配管(配管チューブ)66との間には、前記インレットポート64aと配管66とを着脱自在に接続する第1継手機構40aが設けられ、一方、冷媒が導出されるイオン交換器34のアウトレットポート64bと分岐通路32を構成する配管(配管チューブ)66との間には、前記アウトレットポート64bと配管66とを着脱自在に接続する第2継手機構40bが設けられる。前記第1継手機構40a及び前記第2継手機構40bは、それぞれ同一構成からなり、後記するイオン交換器34の配管接続構造において詳細に説明する。
Further, as shown in FIGS. 1 and 11, the
さらに、図11に示されるように、設置状態において、インレットポート64aの軸心(軸心を通る仮想水平線E1参照)と、アウトレットポート64bの軸心(軸心を通る仮想水平線E2参照)とは、上下方向(高さ方向)に沿って寸法Hだけ偏位するように設けられる。仮に、冷媒回路10中にエアが混入した場合であっても、イオン交換器34内から前記エアが排出しやすくなるように、インレットポート64aよりもアウトレットポート64bが高い位置に設定されている。前記とは逆に、インレットポート64aとアウトレットポート64bとがそれぞれ略同一の高さ位置に設定されている場合、イオン交換器34内に前記エアが溜まるおそれがあるからである。なお、イオン交換器34から好適に排出されたエアは、冷媒回路10中に配設されたラジエータ14で気液分離され、外部に排出される。
Furthermore, as shown in FIG. 11, in the installed state, the axis of the
<冷媒回路中におけるイオン交換器の設置位置及び設置構造>
次に、燃料電池スタック12とイオン交換器34との設置関係(配置関係)について、以下説明する。イオン交換器34は、図2に示されるように、平面視して矩形状に形成された燃料電池スタック12の軸線Cと並列に配置される。また、前記イオン交換器34は、燃料電池自動車の進行方向と平行に横置きに配置されると共に、平面視して燃料電池スタック12から右側の横方向に所定間隔離間し、燃料電池自動車の中心から外側に配置される。
<Installation position and installation structure of ion exchanger in refrigerant circuit>
Next, the installation relationship (arrangement relationship) between the fuel cell stack 12 and the
さらに、イオン交換器34は、図3に示されるように、燃料電池自動車の下方向(床下方向)で側面視して矩形状に形成された燃料電池スタック12の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路10中において最下部に配置される。なお、イオン交換器34は、燃料電池スタック12の底面と略面一に限定されるものではなく、後記するように、イオン交換器34の交換作業を容易に遂行するため、略面一の位置よりも下側に配置されることが好ましい(図3中の破線参照)。勿論、図3の位置であっても、イオン交換器34の交換は十分に容易である。
Further, as shown in FIG. 3, the
図4に示されるように、イオン交換器34は、ハウジング34aの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部42a、42bを介して、燃料電池スタック12が固定されるフレーム44と同一のフレーム44上に固定される。このフレーム44は、燃料電池自動車の略中心に位置しフロントからリアに向かって直線状に延在するように設けられた直線部46と、前記直線部46と略直交する方向に向かって突出する突出部48とを有する。前記フレーム44の直線部46には、その延在方向に沿って燃料電池スタック12が固定され、また、前記フレーム44の一対の突出部48、48には、前記燃料電池スタック12と平行にイオン交換器34の支持部42a、42bが複数のボルト50を介してねじ締結される。
As shown in FIG. 4, the
この場合、図5に示されるように、略円筒状に形成されたイオン交換器34のハウジング34aの軸方向に沿った両端部には、軸方向に沿って所定長だけ突出する一対の支持部42a、42bが設けられ、下側から螺入されるボルト50を介して前記支持部42a、42bとフレーム44の側部とが固定される。なお、イオン交換器34の下方側には、前記イオン交換器34の交換作業のところで後記する単一のアンダカバー52が設けられる。このアンダカバー52は、フレーム44に対して下部側から螺入されるボルト54を介して、燃料電池自動車のボデイの床下部に対して着脱自在に設けられる。
In this case, as shown in FIG. 5, a pair of support portions projecting by a predetermined length along the axial direction are provided at both ends along the axial direction of the
<燃料電池自動車におけるイオン交換器の設置位置及び設置構造>
図6は、フロアパネルとフレームとの間に配置された燃料電池スタック及びイオン交換器をフロント側からリア側に向かって見た正面図、図7は、図6の矢印Y2方向から見た側面図である。
<Installation position and installation structure of ion exchanger in fuel cell vehicle>
6 is a front view of the fuel cell stack and the ion exchanger arranged between the floor panel and the frame as viewed from the front side toward the rear side, and FIG. 7 is a side view as viewed from the direction of arrow Y2 in FIG. FIG.
図6に示されるように、燃料電池スタック12は、燃料電池自動車の車体フロアを構成するフロアパネル24下のセンタトンネル26内で、フロント側からリア側に沿って延在するフレーム44上に固定される。前記フロアパネル24の中央部には、運転席及び助手席との間で略台形状に上方に向かって突出することによってセンタコンソール56が形成され、前記センタコンソール56内に燃料電池スタック12がフロント側からリア側に延在するように配設される。
As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 12 is fixed on a
前記フロアパネル24には、中央部のセンタコンソール56の両側に隣接し、一旦、下方側(フレーム44側)に向かって傾斜した後、フレーム44の上面に当接する手前で略コ字状に屈曲し、さらに上方に向かって僅かに突出する窪み部58が形成される。前記窪み部58に連続する車幅方向には、シート真下に位置する凸部60が形成され、図7に示されるように、助手席のシート真下の凸部60内には、上方に向かって膨出形成されることにより、フレーム44との間で所定間隔離間したスペース62が設けられる。イオン交換器34は、助手席シートの真下の位置にフロアパネル24の凸部60とフレーム44とによって形成される前記スペース62内に配置される。
The floor panel 24 is adjacent to both sides of the center console 56 at the center, and is inclined to the lower side (the
なお、本実施形態では、平面視して燃料電池スタック12の右横であって、助手席シートの下方にイオン交換器34を配置しているが(図2及び図7参照)、これに限定されるものではなく、例えば、平面視して燃料電池スタック12の左横であって、運転席シートの下方に設けられたスペース62(図6参照)内にイオン交換器34を配置するようにしてもよい。また、前記イオン交換器34が設置されるスペース62は、フロアパネル24をフレーム44に当接するように下方側に向かって膨出形成し、フロアパネル24とフレーム44との間で密封された空間部であってもよい。
In the present embodiment, the
燃料電池自動車の車室内でイオン交換器34を設置するための特別のスペース(車室内側に向かって突出するスペース)を設けることがなく、シート下方に設けられ乗員にとって邪魔となることがないデッドスペース内にイオン交換器34を配置することにより、車室内の有効スペースを広くとることができると共に、車室内のスペースを有効活用してレイアウトの自由度を増大させることができる。
There is no special space (a space protruding toward the vehicle interior side) for installing the
また、燃料電池スタック12とイオン交換器34との間には、いわゆる隔壁として機能するフロアパネル24の窪み部58を介在させ、前記燃料電池スタック12と前記イオン交換器34とがそれぞれ区画された別個の室に配置される構造とすることにより、比較的高温に弱い特性(イオン交換樹脂のイオン吸着能力の低下)を有するイオン交換器34の耐久性の劣化を抑制することができる。
Further, a
この場合、イオン交換器34が窪み部58を間にして燃料電池スタック12の近傍に配置されることにより、冷媒回路10全体の配管長を短縮することができると共に、冷媒回路10の配管全体の重量を軽減し、冷媒回路10を流通する全体の冷媒量を減少させることができる。
In this case, the
<イオン交換器の配管接続構造>
図8(a)、(b)は、継手機構を構成する雄コネクタと雌コネクタとの着脱動作を示す模式図である。
<Piping connection structure of ion exchanger>
FIGS. 8A and 8B are schematic views showing the attaching / detaching operation of the male connector and the female connector constituting the joint mechanism.
イオン交換器34の出入口であるインレットポート64a(冷媒が導入される部位)及びアウトレットポート64b(冷媒が導出される部位)には、それぞれ、同一構成からなる第1継手機構40a及び第2継手機構40bが設けられ、前記第1継手機構40a及び第2継手機構40bは、それぞれ、雄コネクタ68と雌コネクタ70から構成される。雄コネクタ68には、ノーマルクローズタイプのバルブからなる第1弁体74が配設され、雌コネクタ70には、ノーマルクローズタイプの他のバルブからなる第2弁体102が配設され、外部に向かってそれぞれ突出する前記第1弁体74の先端部と前記第2弁体102の先端部とが当接することにより、冷媒が流通する流体通路(冷媒通路)が開成するように設けられる。
A first
以下、図8(a)、(b)に基づいて、詳細に説明する。なお、前記第1継手40a及び第2継手機構40bは、それぞれ同一構成からなり、インレットポート64a側とアウトレットポート64b側とでそれぞれ対称に配置されるため、アウトレットポート64b側の第2継手機構40bを詳細に説明してインレットポート64a側の第1継手機構40aの説明を省略する。
Hereinafter, a detailed description will be given based on FIGS. 8A and 8B. The first joint 40a and the second
図8(a)に示されるように、第2継手機構40b(第1継手機構40a)は、イオン交換器34のアウトレットポート64b側(インレットポート64a側)に設けられ前記イオン交換器34の略円筒状のハウジング34aの一端部に連結される雄コネクタ68と、配管66側に設けられ配管チューブが接続される雌コネクタ70とから構成される。
As shown in FIG. 8A, the second
雄コネクタ68は、第1コネクタ本体72の一端部から一部が突出可能に設けられると共に、前記第1コネクタ本体72の軸方向に沿って変位自在に配設された第1弁体74と、前記第1コネクタ本体72の中間部に固定される第1係止部材80と、一端部が前記第1係止部材80に係着され他端部が前記第1弁体74に係着さればね力によって前記第1弁体74の先端部を第1コネクタ本体72の一端部から突出する方向に押圧する第1ばね部材82とを有する。
The
前記第1コネクタ本体72の一端部の内面には第1着座部90が形成され、前記第1着座部90に対して第1弁体74が着座することにより、前記アウトレットポート64bが閉塞された弁閉状態となる。
A
この場合、前記第1コネクタ本体72の軸方向に沿った一端部側の外周面には、環状溝を介して第1シールリング92が装着され、前記第1コネクタ本体72が後記する第2コネクタ本体94の開口部96に装着されたとき、前記第1シールリング92によって第1コネクタ本体72と第2コネクタ本体94との連結部位(着脱部位)が液密乃至気密にシールされる(図8(b)参照)。
In this case, a
前記第1シールリング92は、イオン交換器34側の雄コネクタ68に設けられ、配管66側である雌コネクタ79との着脱部位をシールするシール部材として機能するものである。
The
また、前記第1弁体74には、環状溝を介して第2シールリング98が装着され、前記第1弁体74が第1着座部90に着座して弁閉状態となったとき、前記第2シールリング98によって着座部位がシールされることにより、アウトレットポート64b側からの冷媒の漏出を好適に阻止することができる。
The
換言すると、イオン交換器34のアウトレットポート64bから配管66が取り外されて雄コネクタ68から雌コネクタ70が離脱された際、第1弁体74が第1着座部90に着座して弁閉状態になると共に、着座部位をシールする前記2シールリング98によってアウトレットポート64b側からの冷媒の導出が確実に阻止される。
In other words, when the piping 66 is removed from the
前記雌コネクタ70は、第1コネクタ本体72が挿通可能な開口部96を有する略円筒状の第2コネクタ本体94と、前記第2コネクタ本体94の貫通孔に沿って変位自在に配設され前記第2コネクタ本体94の中間部の隔壁に形成された第2着座部100に着座する第2弁体102と、前記第2コネクタ本体94の中間部に固定される第2係止部材106とを含む。
The
なお、雌コネクタ70の内壁を構成する開口部96は、従来技術に係る図示しない管継手のようにOリングを装着するための環状溝等が何ら形成されていない円筒面からなり、後記するように高圧洗浄によって前記開口部96を好適に洗浄することができる。
The
さらに、前記雌コネクタ70は、一端部が前記第2係止部材106に係着され他端部が前記第2弁体102に係着されて、ばね力によって前記第2弁体102を第2コネクタ本体94の開口部96側に向かって押圧する第2ばね部材108を有する。
Further, the
さらに、前記第2弁体102には、環状溝を介して第3シールリング116が装着され、前記第2弁体102が第2着座部100に着座して弁閉状態となったとき、前記第3シールリング116によって着座部位がシールされることにより、配管66側からの冷媒の漏出を好適に阻止することができる。
Furthermore, a
換言すると、イオン交換器34のアウトレットポート64bから配管66が取り外されて雄コネクタ68から雌コネクタ70が離脱された際、第2弁体102が第2着座部100に着座して弁閉状態になると共に、着座部位をシールする前記3シールリング116によって配管66側からの冷媒の導出が確実に阻止される。
In other words, when the
このように、雄コネクタ68及び雌コネクタ70にそれぞれ配設された第1弁体74及び第2弁体102は、雄コネクタ68と雌コネクタ70とが相互に取り外された通常の状態(コネクタ間(相手方と)の連結が解除された通常の状態)においてそれぞれ弁閉状態となるノーマルクローズタイプのバルブによって構成される。
As described above, the
なお、第1弁体74、第2弁体102、第1ばね部材82及び第2ばね部材108、ゴム製材料によって形成された第1シールリング92、第2シールリング98及び第3シールリング116を除いた第1継手機構40a及び第2継手機構40bの全構成要素(配管66を含む)は、所定の強度を有し、導電率が低くイオンが導出しにくい材料(例えば、樹脂製材料、セラミック材料等)によって形成されるとよい。
The
図8(a)に示す状態から第2コネクタ本体94の開口部96に沿って第1コネクタ本体72を挿通させ前記雄コネクタ68と雌コネクタ70とが装着される際、図8(b)に示されるように、同軸上に対向配置された第1弁体74の先端部と第2弁体102の先端部とが相互に当接し、前記第1弁体74と第2弁体102の当接状態が保持されたまま第1コネクタ本体72は第1ばね部材82のばね力に抗して第2コネクタ本体側に向かって接近する方向に変位すると共に、第2コネクタ本体94は第2ばね部材108のばね力に抗して第1コネクタ本体72側に向かって接近する方向に変位する。
When the first connector main body 72 is inserted through the
第1弁体74及び第2弁体102が先端部での当接状態を保持しながら第1コネクタ本体72及び第2コネクタ本体94が相互に接近する方向に向かって変位することにより、前記雄コネクタ68と雌コネクタ70とが相互に嵌着される。この雄コネクタ68及び雌コネクタ70の嵌着状態では、図8(b)に示されるように、前記第1弁体74が第1着座部90から離間して弁開状態となり、一方、第2弁体102が第2着座部100から離間して弁開状態となる。
The
従って、第1弁体74と第1着座部90との間に間隙が形成されると共に、第2弁体102と第2着座部100との間に間隙が形成され、図8(b)の矢印で示されるように、両方の間隙を通じてアウトレットポート64bと配管66とが連通状態となる。この結果、雌コネクタ70と雄コネクタ68とを接続することにより、第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれ弁開状態となって冷媒を流体通路に沿って円滑に流通させることができる。
Accordingly, a gap is formed between the
なお、イオン交換器34側の雄コネクタ68から配管66側の雌コネクタ70を取り外した後、例えば、図示しない棒部材や治具等を第2コネクタ本体94の開口部96から挿入して第2弁体102の先端部を押圧し、強制的に前記第2弁体102を第2着座部100から離間させた弁開状態とすることにより、配管66中に残存する冷媒を好適に外部に排出することができる。この場合、イオン交換器34は、冷媒回路10中において最下部に配置されているため、冷媒の円滑且つ迅速な排水性が得られ、冷媒の排出作業を効率的に遂行することができる。
After the
<イオン交換器の取付構造(支持構造)>
次に、イオン交換器34の取付構造(支持構造)について、説明する。
図5に示されるように、イオン交換器34の軸方向に沿った両側の支持部42a、42bは、燃料電池スタック12と同一フレーム44からなる一対の突出部48間に、前記燃料電池スタック12と平行に複数のボルト50を介してねじ締結されて取り付けられるが、これに限定されるものではなく、例えば、図9に示されるように、イオン交換器34の片側一方のみを差込構造としてもよい。なお、図9中では、説明の便宜上、第1継手機構40a及び第2継手機構40bの図示を省略している。
<Ion exchanger mounting structure (support structure)>
Next, the attachment structure (support structure) of the
As shown in FIG. 5, the
図9(a)、(b)の第1変形例に示されるように、例えば、断面円形状の小孔120が形成されたブロック122を一方のフレーム44側に連結し、イオン交換器34の片側に前記小孔120に挿通される円柱状の支持部124を設け、前記小孔120に対して円柱状の支持部124を差し込むような構造にするとよい。
As shown in the first modification of FIGS. 9A and 9B, for example, a
また、図9(c)の第2変形例に示されるように、矩形状のブロック部126と円盤部128との間に環状溝130が形成された部材を一方のフレーム44側に連結し、イオン交換器34の片側に前記環状溝130に係合する開口132が形成されたプレート部材134を設け、前記環状溝130に対してプレート部材134の開口132を差し込むように構成するとよい。
Further, as shown in the second modification of FIG. 9C, a member in which an annular groove 130 is formed between the rectangular block portion 126 and the disk portion 128 is connected to one
さらに、図9(d)の第3変形例に示されるように、矩形状の第1プレート体136の一端部に小径な柱体138を立設するように連結し、イオン交換器34の片側に前記柱体138が差し込まれる円形状の孔部140を有する第2プレート体142を設け、前記柱体138を第2プレート体142の孔部140に差し込むように構成するとよい。
Further, as shown in the third modified example of FIG. 9D, one end of the
このようなイオン交換器34の片側差込構造とすることにより、燃料電池自動車のボデイの下部側(床下部)に配置されたイオン交換器34を交換する際、前記イオン交換器34の取り外し作業及び取り付け作業がより一層簡便となり、作業時間の短縮化を図ることができる。
By adopting such a one-side insertion structure of the
<冷媒回路の作用効果>
次に、前記した冷媒回路10の作用効果について説明する。
図示しないイグニッションスイッチをオン状態にすると、燃料電池スタック12へ燃料ガス(水素ガス)と酸化剤ガス(空気)とがそれぞれ供給され、燃料電池スタック12で発電が開始される。同時に、ECU38から駆動信号がポンプ18に導入され、ポンプ18も駆動を開始し、循環通路16に沿って冷媒が流通する。この場合、循環通路16から分岐する分岐通路32を介して冷媒がイオン交換器34内に導入され、冷媒中のイオン溶解成分が図示しないイオン交換樹脂によって除去(吸着)される。
<Operation effect of refrigerant circuit>
Next, the effect of the
When an ignition switch (not shown) is turned on, fuel gas (hydrogen gas) and oxidant gas (air) are respectively supplied to the fuel cell stack 12, and power generation is started in the fuel cell stack 12. At the same time, a drive signal is introduced from the
燃料電池スタック12の発熱によって冷媒の温度が所定温度以上に上昇した場合、例えば、ECU38からの弁切換信号に基づいて流路切換弁22の弁位置を切り換えてラジエータ14側に冷媒を導入し、前記ラジエータ14による放熱作用によって冷媒を冷却するようにしてもよい。
When the temperature of the refrigerant rises to a predetermined temperature or more due to heat generation of the fuel cell stack 12, for example, the valve position of the flow
本実施形態では、燃料電池スタック12に連通する循環通路16から分岐する分岐通路32中にイオン交換器34を配置して、前記燃料電池スタック12と前記イオン交換器34とを並列に配設することにより、冷媒回路10中を循環する冷媒の全流量がイオン交換器34内に供給されることがなく、冷媒が第1継手機構40a及び第2継手機構40bの第1弁体74及び第2弁体102によって開成された流体通路(図8(b)の矢印参照)に沿って流通するときの圧力損失を抑制することができる利点がある。また、本実施形態では、燃料電池スタック12及びイオン交換器34に対してそれぞれ並列に冷媒を流すため、バルブ(第1弁体74及び第2弁体102)での圧損を許容することができる。
In the present embodiment, an
従って、本実施形態では、イオン交換器34に付設された第1継手機構40a及び第2継手機構40b(第1弁体74及び第2弁体102)による圧力損失を極力抑制して、冷媒を圧送するポンプ18の小型・軽量化を図ることができる。
Therefore, in this embodiment, the pressure loss due to the first
なお、本実施形態では、燃料電池自動車に搭載された車載用のイオン交換器34について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、燃料電池自動車以外の他の部材の所定位置に配置された定置用のイオン交換器34であってもよい。
In the present embodiment, the in-
<イオン交換器の交換作業>
イオン交換器34内に収納された図示しないイオン交換樹脂は、冷媒中のイオンを吸着することにより、徐々にイオン吸着能力が低下する特性を有するため、劣化したイオン交換樹脂(イオン交換器34)を新たなイオン交換樹脂(イオン交換器34)と定期的に交換するメンテナンスが必要となる。以下に、イオン交換器34の交換作業について説明する。
<Ion exchanger replacement work>
An ion exchange resin (not shown) accommodated in the
図10は、フレームからアンダカバーを取り外した状態の一部省略分解斜視図である。
図10に示されるように、燃料電池自動車のボデイの下部側(床下側)に設けられた単一のアンダカバー52を固定しているボルト54等を緩めて前記アンダカバー54を取り外すことにより、前記ボデイの下部側からイオン交換器34を露呈させる。
FIG. 10 is a partially omitted exploded perspective view of the frame with the under cover removed.
As shown in FIG. 10, by removing the
この場合、本実施形態では、イオン交換器34は、燃料電池スタック12と同一のフレーム44上に固定されていると共に、燃料電池自動車のボデイの下方向で平面視して前記燃料電池自動車の中心から外側に配置されており、前記イオン交換器34の真下に位置するアンダカバー52を取り外すことにより、前記イオン交換器34が外部に露呈した取り外し可能な状態となる。
In this case, in the present embodiment, the
続いて、支持部42a、42bを介してイオン交換器34をフレーム44に取り付けている複数のボルト50を緩めて前記イオン交換器34を前記フレーム44から取り外した後、図11に示されるように、第1継手機構40a及び第2継手機構40bを構成する雄コネクタ68から雌コネクタ70を離脱させることによって、前記イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bから配管66をそれぞれ取り外す。
Subsequently, after loosening a plurality of
その際、前述したように、第1継手機構40a及び第2継手機構40bに設けられた第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれノーマルクローズタイプのバルブによって構成されているため、前記第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれ第1着座部90及び第2着座部100に着座した弁閉状態となり(図8(a)参照)、冷媒回路10中に残存する冷媒が外部に漏出することが防止される。このため、作業者は、冷媒によって被水することがなく(例えば、液体冷媒の場合)、イオン交換器34に接続されている配管66を簡便に取り外すことができる。
At this time, as described above, since the
すなわち、イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bから配管66を取り外す際、取り外された配管66側の雌コネクタ70の第2弁体102が弁閉状態となって配管66中に残存する冷媒の外部への漏出が阻止されると共に、イオン交換器34側に接続された雄コネクタ68の第1弁体74が弁閉状態となってイオン交換器34内に残存する冷媒の外部への漏出が阻止される。このことは、インレットポート64a側及びアウトレットポート64b側に設けられた第1継手機構40a及び第2継手機構40bにおいてそれぞれ同様である。
That is, when the
このようにしてイオン交換器34がフレーム44から離間可能となり配管66が取り外された後、作業者は、アンダカバー52が取り外された燃料電池自動車の床下開口部を通じて性能が劣化したイオン交換器34を前記燃料電池自動車の外部に単独で取り出すことができる。さらに、前記床下開口部を通じて、冷媒が予め所定量だけ充填されている新たなイオン交換器34(図11参照)をボルト50によってフレーム44に固定すると共に、第1継手機構40a及び第2継手機構40bの雌コネクタ70を雄コネクタ68に装着する配管接続を行う。なお、図9に示されるように、イオン交換器34を片側差込構造とすることにより、より一層、イオン交換器34の取り外し及び取り付け作業を簡便に行うことができる。
After the
これに対して、例えば、特許文献1等に開示された従来技術では、イオン吸着能力が劣化したイオン交換器34(イオン交換樹脂)を新たなイオン交換器34(イオン交換樹脂)と交換する交換作業の準備段階として、イオン交換器34が設けられた冷媒回路10中に残存する冷媒を、前記冷媒回路10から排出させる冷媒排出作業が必要となると共に、前記冷媒排出作業によって、仮に、少量であっても冷媒が外部に漏出した場合には、前記漏出量に対応して新たな冷媒を追加する冷媒追加作業が必要となる。さらに、従来技術では、使用済みのイオン交換器34が新たなイオン交換器34と交換された後、冷媒回路10中にエアが流入(混入)しないようにエア抜き作業を行う必要がある。
On the other hand, for example, in the conventional technique disclosed in Patent Document 1 or the like, an exchange in which the ion exchanger 34 (ion exchange resin) having deteriorated ion adsorption capacity is replaced with a new ion exchanger 34 (ion exchange resin). As a preparatory stage for the work, a refrigerant discharge operation for discharging the refrigerant remaining in the
このように、従来技術では、イオン交換器34の交換作業に付随して、冷媒排出作業、冷媒追加作業、エア抜き作業等の種々の作業を遂行する必要があって非常に煩雑となると共に、交換作業に多大な時間を要する。また、イオン交換器34と冷媒との交換タイミングはそれぞれ異なり、冷媒の寿命以前にイオン交換器34を交換する必要がある場合などでは、従来技術において、冷媒が未だ劣化していないにもかかわらず冷媒の排出作業(冷媒抜き作業)を行うため、冷媒回路10中の冷媒を有効利用することができない。
As described above, in the prior art, it is necessary to perform various operations such as the refrigerant discharge operation, the refrigerant addition operation, and the air bleeding operation in association with the replacement operation of the
本実施形態では、第1継手機構40a及び第2継手機構40bの第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれノーマルクローズタイプのバルブによって構成され、イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bからそれぞれ配管66を取り外した際、イオン交換器34側の第1弁体74及び配管66側の第2弁体102がそれぞれ弁閉状態となって、前記イオン交換器34のインレットポート64a、アウトレットポート64b及び前記インレットポート64a、アウトレットポート64bに接続される配管66の接続部位が確実且つ瞬時に閉塞されることにより、イオン交換器34内の冷媒及び配管66内に残存する冷媒が外部に漏出することを好適に阻止することができる。
In this embodiment, the
従って、本実施形態では、冷媒回路10中の冷媒を外部に漏出させることがなくそのままの状態として、使用済みのイオン交換器34(イオン交換樹脂)を新たなイオン交換器34(イオン交換樹脂)と交換するだけでよく、交換作業に付随する冷媒排出作業及びエア抜き作業を不要とすることができる。さらに、本実施形態では、新たなイオン交換器34に、既に所定量の冷媒が充填済みであるため(冷媒の充填については後記する)、冷媒の再充填作業等も不要となる。
Therefore, in the present embodiment, the used ion exchanger 34 (ion exchange resin) is replaced with a new ion exchanger 34 (ion exchange resin) while leaving the refrigerant in the
この結果、本実施形態では、従来技術と比較して、イオン交換器34の交換作業に付随する種々の作業が不要となり、イオン交換器34の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。
As a result, in this embodiment, compared with the prior art, various operations associated with the replacement operation of the
また、本実施形態では、冷媒回路10中の冷媒を捨てることがなくそのままの状態でイオン交換器34の交換作業を遂行することができるため、冷媒の有効利用を図ることができると共に、冷媒コストを削減してメンテナンス費用を低減することができる。
Further, in the present embodiment, since the replacement work of the
さらに、本実施形態では、燃料電池自動車の下部側に設けられた単一のアンダカバー52を取り外すだけで、燃料電池スタック12と並列に配置されたイオン交換器34が交換可能な状態となり、例えば、イオン交換器34が収容された筐体の取り外し作業や、冷媒排出作業及び冷媒の再注入作業等が不要となり、従来技術と比較して、より一層、イオン交換器34の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。
Furthermore, in this embodiment, the
<イオン交換器に対する冷媒の充填>
イオン交換器34内に対して冷媒(好ましくは、液体冷媒)を充填する場合、図12に示されるように、基台上に固定された断面略L字状の治具150によって前記イオン交換器34が鉛直上下方向に沿って保持された状態(縦置き状態)で冷媒を注入するようにするとよい。イオン交換器34の上方に配置された冷媒貯留槽152に連通する配管チューブ154を、イオン交換器34の下部側のインレットポート64aに接続すると共に、冷媒貯留タンク156に連通する配管チューブ158をイオン交換器34の上部側のアウトレットポート64bに接続する。
<Filling of refrigerant into ion exchanger>
When the inside of the
この場合、イオン交換器34の下方に位置するインレットポート64a側から徐々に冷媒が注入され、所定量の冷媒がイオン交換器34内に充填されて満杯となり、アウトレットポート64bから冷媒が溢れ出ることにより、冷媒の充填が完了する。
In this case, the refrigerant is gradually injected from the side of the
このように、本実施形態では、イオン交換器34を縦置き状態にして冷媒を充填することにより、冷媒をイオン交換器34に充填圧送するポンプ等の駆動手段が不要になると共に、冷媒の充填時間を短縮して効率的にイオン交換器34内に冷媒を充填することができる。
As described above, in the present embodiment, by filling the refrigerant with the
これに対し、イオン交換器34を前記の縦置き状態とは反対に横置き状態とし、図示しないポンプを用いて前記イオン交換器34内に冷媒を圧送した場合、冷媒の充填に時間がかかり効率的に冷媒を充填することが困難となる。
On the other hand, when the
なお、図11に示されるように、冷媒が予め充填されたイオン交換器34は、イオン除去能力が低下している使用済みのイオン交換器34と前述したように簡便に交換される。
As shown in FIG. 11, the
<イオン交換器の搬送中における冷媒漏出防止機構>
本実施形態では、イオン交換器34のインレットポート64a側及びアウトレットポート64b側にそれぞれ設けられた第1弁体74の先端部が第1コネクタ本体72の開口部から外部に向かって所定長だけ突出するように設けられているため、前記第1弁体74の先端部が、何らかの原因によって押圧されることにより(例えば、イオン交換器34の交換作業中に、第1弁体74の先端部が他の部材に接触した場合等)、第1弁体74が第1着座部90から離間して弁開状態となり、イオン交換器34内に充填されている冷媒が外部に漏出するおそれがある。
<Refrigerant leakage prevention mechanism during transport of ion exchanger>
In the present embodiment, the tip end portions of the
そこで、図13に示されるように、例えば、イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bをそれぞれ被覆する有底円筒状のキャップ部材160を装着することにより、イオン交換器34の搬送中等において、前記第1弁体74が押圧されてイオン交換器34内の冷媒が外部に漏出することを好適に回避することができる。
Therefore, as shown in FIG. 13, for example, by mounting the bottomed
このようにイオン交換器34のバルブ(第1弁体74)を有する部位に冷媒漏出防止機構(例えば、キャップ部材160)を設けることにより、第1に、イオン交換器34内への異物の進入を好適に防止することができ、第2に、前記バルブを押圧するとイオン交換器34内に充填されている冷媒が外部に漏出するため搬入時等に外部との間での接触を好適に回避することができ、第3に、外部との接触でバルブに対する損傷を防止することができる、という効果を奏する。なお、前記キャップ部材160を設けることにより、外部に露呈する第1シールリング92(図8参照)の損傷を好適に回避することができる利点がある。
As described above, by providing a refrigerant leakage prevention mechanism (for example, the cap member 160) at the portion of the
このキャップ部材160は、例えば、電気的絶縁性(冷媒の電気的絶縁性の確保)を有し、且つ硬質な樹脂製材料、セラミック材料等によって形成されるとよい。
The
<本実施形態と比較例との相違点>
次に、本実施形態と特許文献2(以下、比較例という)とを比較した相違点について、以下詳細に説明する。この比較例の図1には、水通路を構成する水配管の供給側配管中であって、ボックス状に形成された燃料電池スタックの横にイオン交換器を配置する点が開示されているが、以下の点で相違する。
<Differences between the present embodiment and the comparative example>
Next, differences between the present embodiment and Patent Document 2 (hereinafter referred to as comparative examples) will be described in detail below. FIG. 1 of this comparative example discloses that the ion exchanger is disposed beside the fuel cell stack formed in a box shape in the supply side piping of the water piping constituting the water passage. The following points are different.
第1に、比較例では、イオン交換器のインレットポート及びアウトレットポートに対して配管が直接接続されているのに対し、本実施形態では、第1継手機構40a及び第2継手機構40bを介して着脱自在に設けられている点で相違している。
First, in the comparative example, piping is directly connected to the inlet port and outlet port of the ion exchanger, whereas in the present embodiment, the first
この結果、比較例では、イオン交換器の交換作業に付随する冷媒排出作業、冷媒追加作業及びエア抜き作業等が必要となるのに対し、本実施形態では、これらの付随的な作業が不要となるため、比較例と比較してイオン交換器34の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。
As a result, in the comparative example, the refrigerant discharge work, the refrigerant addition work, the air bleeding work, and the like accompanying the exchange work of the ion exchanger are required, whereas in the present embodiment, these additional work are unnecessary. Therefore, the replacement work of the
第2に、比較例では、燃料電池スタックとイオン交換器との高さ関係について、何ら具体的に開示乃至示唆されていないのに対し、本実施形態では、図2及び図3に示されるように、イオン交換器34が燃料電池スタック12の横で、且つ冷媒回路10の最下部に配置されている点で相違している。
Secondly, in the comparative example, the height relationship between the fuel cell stack and the ion exchanger is not specifically disclosed or suggested, but in the present embodiment, as shown in FIGS. The
第3に、比較例では、冷媒回路において、配管を通じて燃料電池スタックとイオン交換器が直列に接続されて冷媒がイオン交換器及び燃料電池スタックに直列に流通するのに対し、本実施形態では、図1に示されるように、分岐通路32を介して燃料電池スタック12とイオン交換器34とが並列に接続され、冷媒が並列に流通するように設けられている点で相違している。
Third, in the comparative example, in the refrigerant circuit, the fuel cell stack and the ion exchanger are connected in series through the piping, and the refrigerant flows in series to the ion exchanger and the fuel cell stack. As shown in FIG. 1, the difference is that the fuel cell stack 12 and the
第4に、比較例では、バッテリ(重量補機)と電気遮断機(軽量補機)との車幅方向における重量バランスの最適化を図るために、電気遮断機(軽量補機)側に冷媒配管及びイオン交換器が配置されているのに対し、本実施形態では、センタコンソール56内に配置された燃料電池スタック12を基準として車幅方向に沿った左右両側のいずれのスペース62に配置されてもよく(図6参照)、レイアウトの自由度が向上している点で相違している。
Fourth, in the comparative example, in order to optimize the weight balance in the vehicle width direction between the battery (heavy auxiliary machine) and the electric circuit breaker (lighter auxiliary machine), a refrigerant is provided on the electric circuit breaker (lighter auxiliary machine) side. Whereas the piping and the ion exchanger are disposed, in the present embodiment, the fuel cell stack 12 disposed in the center console 56 is used as a reference and is disposed in any of the left and
第5に、比較例では、イオン交換器の交換作業について何ら開示乃至示唆されていないのに対し、本実施形態では、イオン交換器34の交換作業を簡便化するために、前記イオン交換器34の配置位置、配置構造及び取付構造等について、種々の改良が加えられている点で相違している。
Fifth, in the comparative example, there is no disclosure or suggestion about the exchange operation of the ion exchanger, whereas in the present embodiment, in order to simplify the exchange operation of the
10 冷媒回路
12 燃料電池スタック
34 イオン交換器(燃料電池用イオン交換器)
40a、40b 継手機構
64a インレットポート
64b アウトレットポート
66 配管
74 第1弁体
102 第2弁体
160 キャップ部材(冷媒漏出防止機構)
10 Refrigerant circuit 12
40a,
Claims (4)
前記冷媒回路に設けられ、冷媒が導入される部位及び導出される部位には、相手側との連結が解除された状態において弁閉状態となり、一方、相手方と連結されることにより弁開状態となるノーマルクローズタイプのバルブが設けられた燃料電池用イオン交換器と、
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池用イオン交換器は、前記冷媒回路の最下部に配置されるとともに、前記燃料電池用イオン交換器のハウジングの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部を介して、前記燃料電池スタックが固定されるフレームと同一のフレームに固定され、
前記燃料電池用イオン交換器は、充填された冷媒の外部への漏出を阻止するため前記バルブを有する位置に冷媒漏出防止機構が設けられるとともに、前記冷媒回路に設置された状態において、出口の軸心が、入口の軸心と比較して、高さ方向で高い位置となるように設けられ、
前記燃料電池用イオン交換器の真下にはアンダーカバーが位置しており、前記アンダーカバーを外すことで前記イオン交換器が外部に露呈するとともに、
使用済みのイオン交換器と交換される新たなイオン交換器内には、冷媒が既に充填されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack that generates electric power by being supplied with a reaction gas; a radiator that functions as a cooler that cools the refrigerant; a circulation path that circulates the refrigerant between the fuel cell stack and the radiator; and A refrigerant circuit that includes a pump that circulates the refrigerant at a predetermined flow rate.
The provided et is the refrigerant circuit, the site where the refrigerant is site and derived is introduced becomes a valve-closed state in a state where connection is released with the other side, on the other hand, the valve open state by being connected to the other party An ion exchanger for a fuel cell provided with a normally closed type valve ,
A fuel cell system comprising:
The fuel cell ion exchanger is disposed at the lowermost part of the refrigerant circuit and via a pair of support portions projecting by a predetermined length from both end portions along the axial direction of the housing of the fuel cell ion exchanger. Fixed to the same frame as the frame to which the fuel cell stack is fixed,
The ion exchanger for a fuel cell is provided with a refrigerant leakage prevention mechanism at a position having the valve to prevent leakage of the filled refrigerant to the outside, and in the state installed in the refrigerant circuit, the outlet shaft The center is provided so as to be higher in the height direction than the inlet axis.
An under cover is located directly below the ion exchanger for the fuel cell, and the ion exchanger is exposed to the outside by removing the under cover.
A fuel cell system, wherein a new ion exchanger to be replaced with a used ion exchanger is already filled with a refrigerant.
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