JP5532197B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池システムのイオン交換器の構造等の改良に関する。 The present invention relates to a fuel cell system. More specifically, the present invention relates to an improvement in the structure of an ion exchanger of a fuel cell system.
燃料電池システムとして、燃料電池の冷却系にイオン交換器を配置し、イオン交換樹脂を利用して冷却媒体(例えば冷却水)の不純物を除去するように構成されているものがある。イオン交換樹脂はイオン交換性の基をもつ高分子電解質からなる網状構造の樹脂であり、イオン交換によって吸着したイオンを樹脂の表面だけでなく内部にも入り込ませる。燃料電池システムの配管部品等から溶出した不純物中には金属イオンやフッ素イオンが含まれている場合があり、これらイオンは金属の腐食や燃料電池の機能低下を招くおそれがあるが、このようなイオン交換樹脂によればイオンを吸着して除去することが可能である。 Some fuel cell systems are configured to dispose impurities in a cooling medium (for example, cooling water) using an ion exchange resin by disposing an ion exchanger in the cooling system of the fuel cell. An ion exchange resin is a resin having a network structure made of a polymer electrolyte having an ion exchange group, and allows ions adsorbed by ion exchange to enter not only the surface of the resin but also the inside thereof. Impurities eluted from piping parts of fuel cell systems may contain metal ions and fluorine ions, which may cause metal corrosion and fuel cell function degradation. According to the ion exchange resin, it is possible to adsorb and remove ions.
従来、このような燃料電池システムとして、カートリッジ式のイオン交換器を燃料電池の冷却配管の鉛直上方に配置したものが知られている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上述のような構成の燃料電池システムにおいては、イオン交換器を冷却配管の鉛直下方や冷却配管の間に配置した場合に比べて、イオン交換器の交換時に、燃料電池の冷却配管から冷却媒体の流出をある程度抑制できるものの、冷却配管から冷却媒体の流出を0にすることはできず、また、イオン交換器の交換後にエア抜きなどを行わなければならない。 However, in the fuel cell system configured as described above, the ion exchanger is cooled from the cooling pipe of the fuel cell when the ion exchanger is replaced, compared to the case where the ion exchanger is arranged vertically below the cooling pipe or between the cooling pipes. Although the outflow of the medium can be suppressed to some extent, the outflow of the cooling medium from the cooling pipe cannot be reduced to zero, and air must be removed after the ion exchanger is replaced.
そこで、本発明は、イオン交換器の性能低下時における対処作業を簡便にした燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that simplifies the coping work when the performance of the ion exchanger is lowered.
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。イオン交換器の性能低下時、当該イオン交換器自体を交換しようとすれば配管から取り外さなければならず、その際に流体が流出してしまう。また、イオン交換器の性能低下時、再生剤を供給してイオン交換性能を回復させることができるが、例えば燃料電池車両に搭載されている燃料電池システムであれば、車載状態のままで再生剤を供給することができれば便宜である。これらの点に着目して検討を重ねた本発明者はかかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。 In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. When the performance of the ion exchanger is reduced, if the ion exchanger itself is to be replaced, it must be removed from the piping, and fluid flows out at that time. Further, when the performance of the ion exchanger is reduced, the regenerant can be supplied to restore the ion exchange performance. For example, in the case of a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle, the regenerant can be left in the on-board state. It is convenient if it can be supplied. The inventor who has repeatedly studied focusing on these points has come to obtain new knowledge that leads to the solution of such problems.
本発明はかかる知見に基づくものであり、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に接続される配管に配置されたカートリッジ式のイオン交換器とを有する燃料電池システムにおいて、配管のイオン交換器との接続部分には、当該イオン交換器が配管から外された際に当該配管を封鎖するバルブが配置されているというものである。この燃料電池システムにおいては、バルブを利用することによって配管を封鎖することができる。したがって、燃料電池システムの配管からイオン交換器を取り外した際、配管から流体が流れ出すのを抑制することができる。 The present invention is based on such knowledge, and in a fuel cell system having a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of a reaction gas, and a cartridge type ion exchanger disposed in a pipe connected to the fuel cell, A valve for sealing the pipe when the ion exchanger is removed from the pipe is disposed at a connection portion of the pipe with the ion exchanger. In this fuel cell system, piping can be sealed by using a valve. Therefore, when the ion exchanger is removed from the piping of the fuel cell system, it is possible to suppress the fluid from flowing out of the piping.
また、かかる燃料電池システムにおいて、イオン交換器の配管との接続部分には、当該イオン交換器が配管から外された場合に該イオン交換器の当該配管との連通部分を封鎖するバルブが配置されていることが好ましい。こうした場合、イオン交換器の交換時に、イオン交換器内の流体が当該交換器の外に流れ出すのを抑制できる。 Further, in such a fuel cell system, a valve that blocks a communication portion of the ion exchanger with the pipe when the ion exchanger is removed from the pipe is disposed at a connection portion with the pipe of the ion exchanger. It is preferable. In such a case, the fluid in the ion exchanger can be prevented from flowing out of the exchanger at the time of exchanging the ion exchanger.
配管は、例えば燃料電池システムにおける冷却配管である。この場合におけるイオン交換器は、燃料電池冷却用の冷却媒体に含まれる不純物を除去する。 The pipe is a cooling pipe in a fuel cell system, for example. The ion exchanger in this case removes impurities contained in the cooling medium for cooling the fuel cell.
また、イオン交換器は、当該イオン交換器に冷却媒体(以下、本明細書において冷媒ともいう)を封入した状態で冷却配管に接続されるものであることが好ましい。このような燃料電池システムにおいては、イオン交換器の交換時におけるエア混入を抑制することができ、また、イオン交換器の交換後にイオン交換器への流体補充をしなくてよいため、交換に要する工数低減、交換後の起動性を向上させることができる。 The ion exchanger is preferably connected to the cooling pipe in a state where a cooling medium (hereinafter also referred to as a refrigerant in the present specification) is sealed in the ion exchanger. In such a fuel cell system, air contamination at the time of ion exchanger replacement can be suppressed, and it is not necessary to refill the ion exchanger after the ion exchanger replacement. Man-hours can be reduced and the startability after replacement can be improved.
さらに、上述の燃料電池システムにおいて、イオン交換器中のイオン交換樹脂を再生して処理能力を回復させる再生剤を当該イオン交換器に供給することも好ましい。かかる燃料電池システムにおいては、イオン交換器の交換回数を低減することが可能となる。 Furthermore, in the above-described fuel cell system, it is also preferable to supply a regenerant that regenerates the ion exchange resin in the ion exchanger and restores the processing capacity to the ion exchanger. In such a fuel cell system, the number of ion exchanger replacements can be reduced.
この場合には、再生剤のイオン交換器への供給口に再生剤入口バルブが設けられていることが好ましい。また、該再生剤入口バルブを例えば三方弁とすれば、燃料電池システムの配管の流体を開閉するためのバルブと共用することができる。 In this case, a regenerant inlet valve is preferably provided at the supply port of the regenerant to the ion exchanger. Further, if the regenerant inlet valve is, for example, a three-way valve, it can be shared with a valve for opening and closing the fluid in the piping of the fuel cell system.
また、イオン交換器の配管との接続部分に配置されているバルブは、当該イオン交換器の配管への着脱動作に合わせて自動開閉するものであることが好ましい。このようなバルブによれば、通常時、開口部を密封することにより、配管から取り外された状態のイオン交換器から流体が流れ出すのを抑制することができる。また、該イオン交換器を配管に取り付ける際には、当該バルブが自動的に開いた状態となって流体の流通経路を形成する。 Moreover, it is preferable that the valve | bulb arrange | positioned at the connection part with the piping of an ion exchanger opens and closes automatically according to the attachment or detachment operation | movement to the piping of the said ion exchanger. According to such a valve, it is possible to suppress the fluid from flowing out from the ion exchanger removed from the pipe by sealing the opening at the normal time. Further, when the ion exchanger is attached to the pipe, the valve is automatically opened to form a fluid flow path.
本発明にかかる燃料電池システムは、例えば燃料電池車両に搭載されて好適なものである。この場合、イオン交換器は、例えばいわゆるボンネットフードの真下など、燃料電池車両の機関室内の上部付近に搭載されていれば、外部から取り扱いやすく、当該イオン交換器を交換する作業、再生剤を供給する作業が容易になるという点で好ましい。 The fuel cell system according to the present invention is suitable for mounting on a fuel cell vehicle, for example. In this case, if the ion exchanger is mounted in the vicinity of the upper part of the engine room of the fuel cell vehicle, for example, directly under the so-called bonnet hood, it is easy to handle from the outside and supplies the regenerant with the work of replacing the ion exchanger This is preferable in that the work to be performed becomes easy.
本発明によれば、イオン交換器の性能低下時における対処作業を簡便にした燃料電池システムを構築することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to construct | assemble the fuel cell system which simplified the coping work at the time of the performance fall of an ion exchanger.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図1〜図9に本発明にかかる燃料電池システムの実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池システム1は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池2と、該燃料電池2に接続される冷却配管(配管)46に配置されたカートリッジ式のイオン交換器47とを有した構成であり(図1、図2参照、一例として燃料電池車両FCHVに搭載されている。以下においては、まず燃料電池システム1の全体構成について説明し、その後、イオン交換器47の性能低下時における対処作業を簡便にするための構成について説明することとする。
1 to 9 show an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. A fuel cell system 1 according to the present invention includes a
図1に本実施形態における燃料電池システム1の概略構成を示す。図示するように、燃料電池システム1は、燃料電池2と、酸化ガスとしての空気(酸素)を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素を燃料電池2に供給する燃料ガス配管系4と、燃料電池2に冷媒を供給して燃料電池2を冷却する冷媒配管系5と、システムの電力を充放電する電力系6と、システム全体を統括制御する制御部7と、を備えている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system 1 in the present embodiment. As shown in the figure, a fuel cell system 1 supplies a
燃料電池2は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。燃料電池2の単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池2は電力を発生する。
The
酸化ガス配管系3は、燃料電池2に供給される酸化ガスが流れるガス供給流路11と、燃料電池2から排出された酸化オフガスが流れる排出路12と、を有している。ガス供給流路11には、フィルタ13を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ14と、コンプレッサ14により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器15と、が設けられている。排出路12を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁16を通って加湿器15で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。コンプレッサ14は、モータ14aの駆動により大気中の酸化ガスを取り込む。
The oxidizing
燃料ガス配管系4は、水素供給源21と、水素供給源21から燃料電池2に供給される水素ガスが流れるガス供給流路22と、燃料電池2から排出された水素オフガス(燃料オフガス)をガス供給流路22の合流点Aに戻すための水素オフガス循環ライン(以下、循環路ともいう)23と、循環路23内の水素オフガスをガス供給流路22に圧送するポンプ24と、循環路23に分岐接続された排出路25と、を有している。
The fuel
水素供給源21は、例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成され、例えば35MPaまたは70MPaの水素ガスを貯留可能に構成されている。水素供給源21の元弁26を開くと、ガス供給流路22に水素ガスが流出する。水素ガスは、調圧弁27その他の減圧弁により、最終的に例えば200kPa程度まで減圧されて、燃料電池2に供給される。
The
ガス供給流路22の合流点Aの上流側には、遮断弁28が設けられている。水素ガスの循環系は、ガス供給流路22の合流点Aの下流側流路と、燃料電池2のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路23とを順番に連通することで構成されている。水素ポンプ24は、モータ24aの駆動により、循環系内の水素ガスを燃料電池2に循環供給する。
A
排出路25には、遮断弁であるパージ弁29が設けられている。パージ弁29が燃料電池システム1の稼動時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁29の開弁により、循環路23内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。
The
冷媒配管系5は、燃料電池2内の冷却流路に連通する冷媒流路41と、冷媒流路41に設けられた冷却ポンプ42と、燃料電池2から排出される冷媒を冷却するラジエータ43と、ラジエータ43をバイパスするバイパス流路44と、ラジエータ43及びバイパス流路44への冷却水の通流を設定する三方弁45と、冷却配管46とを有している。冷却ポンプ42は、モータ42aの駆動により、冷媒流路41内の冷媒を燃料電池2に循環供給する。
The
電力系6は、高圧DC/DCコンバータ61、バッテリ62、トラクションインバータ63、トラクションモータ64、及び各種の補機インバータ65,66,67を備えている。高圧DC/DCコンバータ61は、直流の電圧変換器であり、バッテリ62から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ63側に出力する機能と、燃料電池2またはトラクションモータ64から入力された直流電圧を調整してバッテリ62に出力する機能と、を有する。高圧DC/DCコンバータ61のこれらの機能により、バッテリ62の充放電が実現される。また、高圧DC/DCコンバータ61により、燃料電池2の出力電圧が制御される。
The
バッテリ62は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリーコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ63は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ64に供給する。トラクションモータ64は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム1が搭載される例えば車両の主動力源を構成する。
The
補機インバータ65,66,67は、それぞれ、対応するモータ14a,24a,42aの駆動を制御する電動機制御装置である。補機インバータ65,66,67は、直流電流を三相交流に変換して、それぞれ、モータ14a,24a,42aに供給する。補機インバータ65,66,67は、例えばパルス幅変調方式のPWMインバータであり、制御部7からの制御指令に従って燃料電池2またはバッテリ62から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータ14a,24a,42aで発生する回転トルクを制御する。
The
制御部7は、内部にCPU,ROM,RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成される。CPUは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、後述するポンプ24の解凍制御など、種々の処理や制御を行う。ROMは、CPUで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。RAMは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部7は、ガス系統(3,4)や冷媒系統5に用いられる各種の圧力センサや温度センサ、外気温センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。
The control unit 7 is configured as a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM inside. The CPU executes a desired calculation according to the control program, and performs various processes and controls such as a thawing control of the
続いて、イオン交換器47およびその性能低下時における対処作業を簡便にするための構成について説明する(図2等参照)。
Next, the
本実施形態では、冷媒配管系5の冷却配管46にイオン交換器47を設けており、このイオン交換器47を、循環する冷媒(例えば冷却水)中の不純物を除去する装置(不純物除去装置)として機能させている。冷却配管46は、冷媒流路41とバイパス流路44とを接続する配管によって形成されている(図2等参照)。イオン交換器47の内部にはイオン交換樹脂が充填されている。
In the present embodiment, an
イオン交換樹脂はイオン交換性の基をもつ高分子電解質からなる網状構造の樹脂であり、イオン交換によってイオンを吸着する機能を有している。例えば本実施形態におけるイオン交換樹脂はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを有しているものである。イオン交換樹脂は通常粒子状であるが繊維状のものを使用することもできる。 The ion exchange resin is a resin having a network structure made of a polymer electrolyte having an ion exchange group, and has a function of adsorbing ions by ion exchange. For example, the ion exchange resin in the present embodiment has a cation exchange resin and an anion exchange resin. The ion exchange resin is usually in the form of particles, but a fibrous one can also be used.
ここで、冷却配管46のイオン交換器47との接続部分には、このイオン交換器47が冷却配管46から外された際に当該冷却配管46を封鎖する装置が設けられていることが好ましい。例えば本実施形態では、燃料電池車両FCHV側へと連なる冷却配管46のうち冷媒入口側(イオン交換器47の上流側)および冷媒出口側(イオン交換器47の下流側)のそれぞれにバルブ48,49を配置している(図3参照)。これらバルブ48,49を利用して冷却配管46を封鎖しておけば、イオン交換器47を冷却配管46から取り外した場合に当該冷却配管46から冷媒が流れ出すのを抑制することが可能であるから、交換時にエア抜きなどを行わなくて済む。バルブ48,49としては例えばボール弁、ニードル弁あるいはその他の弁を用いることができる。
Here, it is preferable that a device for sealing the cooling
さらに本実施形態では、イオン交換器47への再生剤の入口(供給口)50、出口51を設けるとともに、それぞれに再生剤入口バルブ52、再生剤出口バルブ53を配置している(図3参照)。再生剤は、イオン交換器47中のイオン交換樹脂を再生して処理能力を回復させるための薬液である。イオン成分を吸着する能力を回復させるものとして、例えば濃厚な塩酸や苛性ソーダ液などをこの再生剤として用いることができる。なお、再生剤の入口50、出口51の配置は特に限定されるものではないが、再生剤をイオン交換樹脂の隅々にまで行き渡らせるようになっていることが好ましい。
Further, in the present embodiment, an inlet (supply port) 50 and an
このようにイオン交換器47に対して再生剤を供給できるようにした本実施形態の燃料電池システム1においては、再生剤を適宜供給することによってイオン交換器47を取り外さずとも、また冷却水を交換せずともその性能を回復させることができる。したがって、これにより当該イオン交換機47の交換回数を低減させることが可能である。また、本実施形態のように4個のバルブ48,49,52,53を備えたイオン交換器47においては、再生剤を供給する際に冷却配管46側のバルブ48,49を閉じておくことができる。
Thus, in the fuel cell system 1 of the present embodiment in which the regenerant can be supplied to the
なお、図3に例示した構成は一例にすぎない。この他には、例えば冷却配管46に三方弁54,55を設け、再生剤供給時に切り換えるようにした構成としてもよい(図4参照)。この場合にはバルブの数が2個で済み、尚かつ上述の場合と同様に冷媒の流れを止めた状態で再生剤を供給することができる。
Note that the configuration illustrated in FIG. 3 is merely an example. In addition to this, for example, three-
ちなみに、上述したイオン交換器47は、燃料電池車両FCHVの例えば前方上部に収容されていることが好ましい(図5参照)。イオン交換器47をボンネットフードBの真下など外部から取り扱いやすい場所に配置しておけば、当該イオン交換器47を交換する作業、再生剤を供給する作業のいずれも行いやすい。
Incidentally, it is preferable that the above-described
また、ここまでは冷却配管46等にバルブを設けた構成について説明したが、さらには、イオン交換器47の冷却配管46との接続部分にもバルブを設けておくことが好ましい。このようなバルブによれば、当該イオン交換器47を配管(この場合、冷却配管46)から取り外した場合に該イオン交換器47の当該配管との連通部分を封鎖することができる。こうした場合、イオン交換器47の交換時、交換器内の流体が外に流れ出すのを抑制できる点で好適である。
In addition, the configuration in which the valve is provided in the cooling
なお、イオン交換器47としては、冷媒の入口および出口を別個に有するもの(図6参照)、共通の出入口を有するもの(図7参照)などのタイプがある。上述したようにイオン交換器47に設けられるバルブは、いずれのタイプにも適用可能であるものが好ましい。以下、このようなバルブの好適な一例を図示して説明する。
The
図8(A)に例示するバルブ70は、冷却配管46から取り外した状態のとき当該冷却配管46との連通部分を自動的に封鎖するように形成されている。具体的には、イオン交換器47における冷媒入口(または出口、出入口)となる開口部47aの内側に設けられた弁体71は、コイルスプリングなどの付勢手段72によって開口部47aの開口端へ向け付勢されており、通常時、開口部47a内の段部47bに密接して当該開口部47aを密封している(図8(A)参照)。段部47bには、弁体71と接触する形状の環状の凸部が形成されていてもよい。また、開口部47aの外周には径方向に突出するフランジ47cが形成されている。
The
一方、冷却配管46の開口部46aは、イオン交換器47の開口部47aの内径よりも僅かに小さな外径に形成されている(図8(A)参照)。この開口部46aの外周の溝には、開口部47aの内周面に密着するOリング73が設けられている。また、開口部46aは、イオン交換器47を冷却配管46に取り付けた際に弁体71に当接して押し込む程度に突出するよう形成されている。開口部46aの先端部には、冷媒の流路を形成する例えば4つの切欠き状の凹部46bが等間隔に設けられている(図8(B)参照)。
On the other hand, the
さらに、開口部46aの外側には環状の突起部(以下、ボス部という)46cが形成されている。このボス部46cと開口部46aとの間の隙間には、イオン交換器47の開口部47aが嵌まり込むようになっている(図8(A)参照)。また、ボス部46cの外周面にはナット74が螺合するねじ部46dが形成されている。
Furthermore, an annular protrusion (hereinafter referred to as a boss) 46c is formed outside the
このような構成のバルブ70においては、通常時、付勢されている弁体71が段部47bに密接して開口部47aを密封しているので、配管(この場合、冷却配管46)から取り外された状態のイオン交換器47から流体が流れ出すのを抑制することができる。また、該イオン交換器47を冷却配管46に取り付ける際には、冷却配管46の開口部46aが弁体71を押し込んで移動させることにより冷媒の流通経路が自動的に形成される。例えば冷却配管46からイオン交換器47へと流れ込む冷媒は、開口部46aの切欠き状の凹部46bを通り、弁体71の周囲を回り込むようにしてイオン交換器47の開口部47aへと流れる。この状態でフランジ47cがボス部46cの端面に当接するまでナット74を締め込めば、イオン交換器47の開口部47aは冷却配管46の開口部46aに固定される(なお、実際の作業にあたっては、ナット74の締め込み動作に伴い弁体71が押し込まれ徐々に開いて流路が確保される場合が多い)。また、これとは逆の操作によってイオン交換器47を冷却配管46から取り外せば、弁体71が再び段部47bに当接して開口部47aが密封される(図8(A)参照)。
In the
また、現状ではイオン交換器47の交換時にいったん冷媒を抜く必要があるが、このような構成のバルブ70によれば、イオン交換器47に冷媒を封入した状態で冷却配管46に接続することも可能である。こうした場合、イオン交換器47の交換時におけるエア混入を抑制することができ、また、イオン交換器47の交換後に当該イオン交換器47への流体補充をしなくてよいため、交換に要する工数低減、交換後の起動性を向上させることができる。さらに、本実施形態によればナット74を回して締め込むかあるいは緩めるという比較的簡便な操作でイオン交換器47を着脱することができるという利点もある。
In addition, at present, it is necessary to remove the refrigerant once when the
なお、図6に示したようにイオン交換器47が冷媒の入口および出口を別個に有している場合には、当該イオン交換器47を傾かないようにしつつ冷却配管46に対して着脱することが好ましい。これを実現するために好適な構成としては、冷却配管46の開口部46aを柔軟な材料で形成してフレキシブルにしたものを挙げることができる。
When the
また、上述したバルブ70の変形例として、イオン交換器47の開口部47aおよび冷却配管46の開口部46aの両方にバルブを設けた構成とすることもできる(図9参照)。すなわち、ここでは、イオン交換器47側に設けたバルブ70の他、冷却配管46側にも当該バルブ70と干渉するバルブ75を設けておき、イオン交換器47を冷却配管46に取り付けると両方のバルブ70,75が干渉しあって同時に開くようにしている。バルブ75における弁体76には、バルブ70の弁体71に干渉するための例えば円筒状の突出部76aが形成されている。このバルブ75は、コイルスプリングなどの付勢手段77によって開口部46aの開口端へ向け付勢されており、通常時、開口部46a内の段部46eに密接している(図9参照)。なお、この構成例においては、イオン交換器47の開口部47aが冷却配管46の開口部46aの内側に嵌まり込むように形成されており、開口部47aの外周の溝には、開口部46aの内周面に密着するOリング73が設けられている。
Further, as a modification of the
このような構成の場合、通常時、付勢されている弁体71が段部47bに密接して開口部47aを密封しているので、イオン交換器47から流体が流れ出すのが抑制されている。同様に、冷却配管46においても、付勢されている弁体76が段部46eに密接して開口部46aを密封しているので、イオン交換器47が取り外された状態の冷却配管46の開口部46aから流体が流れ出すのが抑制される。また、該イオン交換器47を冷却配管46に取り付ける際には、弁体71と弁体76とが干渉し、押し込み合うことによって互いが後退するため、冷媒の流通経路が自動的に形成される。この状態でフランジ47cが開口部46aの開口端面に当接するまでナット74を締め込めば、イオン交換器47の開口部47aは冷却配管46の開口部46aに固定される。なお、上述した形態と同様、実際の作業にあたっては、ナット74の締め込み動作に伴い弁体71と弁体76が徐々に後退して流路が確保される場合が多い。また、これとは逆の操作によってイオン交換器47を冷却配管46から取り外せば、弁体71が再び段部47bに当接して開口部47aが密封されるとともに、弁体76が再び段部46eに当接して開口部46aが密封される(図9参照)。なお、このようにイオン交換器47の開口部47aおよび冷却配管46の開口部46aの両方にバルブ71,75を設けた構成の場合には、イオン交換器47が冷却配管46の下側に位置する場合にも適用することが可能である。
In the case of such a configuration, normally, the energized
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では、イオン交換器47に冷媒を封入した状態で冷却配管46に接続することも可能にしたバルブ70等について説明したが、冷媒封入のための構成はこれに限られることはなく、この他、シール78で封入するものとしてもよい(図10参照)。冷媒を注入してから開口部47aにシール78を貼付したイオン交換器47は、使用の際にシール78を剥がし、冷却配管46の開口部46aに嵌め込んで使用するといういわばカートリッジ式の交換器として利用することが可能である。一方、冷却配管46の開口部46aは、ボールバルブ79といった弁などで開閉させることができる(図10参照)。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、再生剤の入口(供給口)50、出口51さらに再生剤入口バルブ52、再生剤出口バルブ53を利用してイオン交換器47へ再生剤を供給することとしたが(図3参照)、これらを利用して冷媒の導電率低減および洗浄を行うことも可能である。例えば、入口50および出口51を循環路81を介してイオン交換洗浄装置80に接続すれば、イオン交換器47中の冷媒を循環させてイオン交換と洗浄を行うことができる(図11参照)。こうした場合、冷媒中のイオンが増えるのを抑え、当該冷媒の交換サイクルの延長を図ることが可能である。また、これによってイオン交換器47自体の寿命の向上を図ることもできる。
In the above-described embodiment, the regenerant is supplied to the
また、このように冷媒を循環させる場合、一部の冷媒が局所的に循環するのを避け、冷媒の全体が循環するようにすれば導電率低減および洗浄の効率を向上させうる。例えば、燃料電池車両FCHVに搭載されている燃料電池システム1においては、当該車両を起動させたうえで冷媒(冷却水)を循環させながらイオン交換洗浄装置80に送り込むようにすれば、当該システムの冷媒配管系5中の冷媒全体に対して導電率低減および洗浄を行うことができる。
Further, when the refrigerant is circulated in this way, it is possible to reduce the conductivity and improve the cleaning efficiency by avoiding that some of the refrigerant circulates locally and circulating the whole refrigerant. For example, in the fuel cell system 1 mounted on the fuel cell vehicle FCHV, if the vehicle is started and then sent to the ion
上記のように冷媒の全体を循環させるという観点からは、再生剤の出口51(あるいは入口50)の位置を変更することも採りうる手段の一つである。例えば、出口51の位置をイオン交換器47とは異なる箇所(例えば冷却ポンプ42の上段、ラジエータ43の近傍など)に設ければ、冷媒の循環量を増やしてイオン交換器47内だけでなく冷媒配管系5の冷媒全体に対して導電率低減および洗浄を行うことが可能となる。
From the viewpoint of circulating the entire refrigerant as described above, changing the position of the outlet 51 (or inlet 50) of the regenerant is one of the means that can be adopted. For example, if the position of the
また、一定量の再生剤を注入すればイオン交換器47のイオン交換性能が回復する程度に当該再生剤による再生効果が高い場合には、イオン交換器47に再生剤の出口(51)は設けず入口50だけを設けた構成としてもよい(図12参照)。再生剤は冷媒中に残留しても特に問題はない。再生剤の入口50には逆止弁などの再生剤入口バルブ52が設けられる。
If the regeneration effect of the regenerant is high enough to restore the ion exchange performance of the
また、ここまでは冷媒配管系5のイオン交換器47に本発明を適用した場合について説明したが、上述した構造や構成はその他の部位におけるイオン交換器にも応用することは可能である。その他のイオン交換器としては、例えば燃料ガス配管系4の水素オフガス循環ライン(循環路)23に設けられている、気液分離器31やイオン交換樹脂32などを含む不純物除去装置30がある(図1参照)。
Although the case where the present invention is applied to the
1…燃料電池システム、2…燃料電池、46…冷却配管(配管)、47…イオン交換器、48…(冷却配管46側の)バルブ、49…(冷却配管46側の)バルブ、50…再生剤の入口(供給口)、52…再生剤入口バルブ、70…(イオン交換器47側の)バルブ、75…(冷却配管46側の)バルブ、FCHV…燃料電池車両
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 46 ... Cooling piping (pipe), 47 ... Ion exchanger, 48 ... Valve on cooling piping 46 side, 49 ... Valve on cooling piping 46 side, 50 ... Regeneration Agent inlet (supply port), 52... Regenerant inlet valve, 70... (
Claims (5)
当該燃料電池システムは、さらに、
前記冷却配管の前記イオン交換器との接続部分に配置された、当該イオン交換器が前記冷却配管から外された際に当該冷却配管を封鎖するバルブと、
前記イオン交換器の前記冷却配管との接続部分に配置された、当該イオン交換器が冷却配管から外された場合に該イオン交換器の当該冷却配管との連通部分を封鎖するバルブであって、尚かつ、当該イオン交換器の前記冷却配管への着脱動作に合わせて自動開閉するバルブと、
循環路を介して前記イオン交換器と接続され、該イオン交換器中の冷却媒体を循環させて該冷却媒体のイオン交換と洗浄とを行うイオン交換洗浄装置と、
を有しており、
尚かつ、前記イオン交換器は、前記冷却配管に接続されるまでシールが貼付されており、当該イオン交換器に冷却媒体を封入した状態で前記冷却配管に接続されるものである、燃料電池システム。 In a fuel cell system having a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of a reaction gas, and a cartridge type ion exchanger disposed in a cooling pipe connected to the fuel cell,
The fuel cell system further includes:
A valve disposed at a connection portion of the cooling pipe with the ion exchanger, and sealing the cooling pipe when the ion exchanger is removed from the cooling pipe;
A valve disposed at a connection portion of the ion exchanger with the cooling pipe and sealing the communication portion of the ion exchanger with the cooling pipe when the ion exchanger is removed from the cooling pipe; In addition, a valve that automatically opens and closes according to the attachment / detachment operation of the ion exchanger to the cooling pipe,
An ion exchange cleaning device that is connected to the ion exchanger via a circulation path and circulates the cooling medium in the ion exchanger to perform ion exchange and cleaning of the cooling medium;
Have
Note and the ion exchanger, the provided cooling a seal is affixed to be connected to piping, is intended to be connected to the cooling pipe in a state of enclosing a cooling medium to the ion exchanger, the fuel cell system.
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