JP2021190168A - Fuel cell cooling system - Google Patents
Fuel cell cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021190168A JP2021190168A JP2020090736A JP2020090736A JP2021190168A JP 2021190168 A JP2021190168 A JP 2021190168A JP 2020090736 A JP2020090736 A JP 2020090736A JP 2020090736 A JP2020090736 A JP 2020090736A JP 2021190168 A JP2021190168 A JP 2021190168A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow path
- refrigerant
- air
- fuel cell
- radiator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 113
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 68
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 28
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 28
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池の冷却システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell cooling system.
従来、冷媒に含まれるイオンを除去するイオン交換器と、イオン交換器に流す冷媒の流量を調整する三方弁とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの使用開始時にイオン交換器に流す冷媒の流量が、その後にイオン交換器に流す冷媒の流量よりも多くなるように三方弁を制御することが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, in a fuel cell system equipped with an ion exchanger that removes ions contained in the refrigerant and a three-way valve that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the ion exchanger, the refrigerant that flows through the ion exchanger at the start of use of the fuel cell system. It is known that the three-way valve is controlled so that the flow rate of the three-way valve is higher than the flow rate of the refrigerant subsequently flowing into the ion exchanger (see, for example, Patent Document 1).
イオン交換器は冷媒中のイオンを吸着して除去するためのイオン交換樹脂を含んでいる。イオン交換樹脂が吸着できるイオンの量には一定の限界があるため、イオン交換樹脂は、メンテナンス時に定期交換されることが望ましい。一方、イオン交換樹脂を交換する際には、冷媒にエアが混入してしまう場合がある。 The ion exchanger contains an ion exchange resin for adsorbing and removing ions in the refrigerant. Since there is a certain limit to the amount of ions that can be adsorbed by the ion exchange resin, it is desirable that the ion exchange resin be replaced regularly during maintenance. On the other hand, when replacing the ion exchange resin, air may be mixed into the refrigerant.
また、イオン交換樹脂を交換する場合以外においても、例えばメンテナンス時に冷却回路に関わる部品を取り外したり、交換または修理等した場合に、冷媒にエアが混入する場合がある。また、冷媒自体を交換した際にも、冷媒にエアが混入する場合がある。 In addition to replacing the ion exchange resin, air may be mixed into the refrigerant when, for example, parts related to the cooling circuit are removed, replaced, or repaired at the time of maintenance. Further, even when the refrigerant itself is replaced, air may be mixed into the refrigerant.
冷媒にエアが混入した場合に、冷媒が流れる冷媒回路において、ある流路と他の流路が合流部で合流しており、上記他の流路が重力方向で上側から合流部に接続されるように構成されていた場合、エアが浮力により合流部から上記他の流路に入ってしまう虞がある。この場合、上記他の流路に入ったエアが排出されないと燃料電池の冷却効率が低下する問題がある。 When air is mixed in the refrigerant, in the refrigerant circuit through which the refrigerant flows, one flow path and another flow path merge at the confluence, and the other flow paths are connected to the confluence from above in the direction of gravity. If it is configured as such, there is a possibility that air may enter the other flow path from the confluence portion due to buoyancy. In this case, there is a problem that the cooling efficiency of the fuel cell is lowered unless the air that has entered the other flow path is discharged.
上記課題に鑑みて、本開示の目的は、重力方向で上側から合流部に接続される冷媒の流路にエアが混入した場合に、エアを排出することが可能な燃料電池の冷却システムを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present disclosure is to provide a fuel cell cooling system capable of discharging air when air is mixed in a flow path of a refrigerant connected to a confluence from above in the direction of gravity. To do.
本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of this disclosure is as follows.
(1)燃料電池を冷却する液体状の冷媒が流れる第1の流路と、分岐部において第1の流路から分岐し、合流部において第1の流路と合流する第2の流路と、第1の流路と第2の流路のそれぞれに流れる冷媒の流量を制御する弁装置と、弁装置の開度を制御する制御部と、冷媒へ気体が混入したことを検知可能な検知部と、を少なくとも備えた燃料電池の冷却システムであって、第1の流路は、重力方向で上側から合流部に接続される流路であり、制御部は、検知部により冷媒へ気体が混入したことが検知された場合に、第1の流路に流れ込む冷媒の流量が第2の流路に流れ込む冷媒の流量よりも多くなるように弁装置の開度を制御する、燃料電池の冷却システム。 (1) A first flow path through which a liquid refrigerant for cooling the fuel cell flows, and a second flow path that branches from the first flow path at the branch portion and merges with the first flow path at the confluence portion. , A valve device that controls the flow rate of the refrigerant flowing in each of the first flow path and the second flow path, a control unit that controls the opening degree of the valve device, and detection that can detect that gas is mixed in the refrigerant. A fuel cell cooling system including at least a unit, the first flow path is a flow path connected to the confluence from the upper side in the direction of gravity, and the control unit is a flow path in which gas is sent to the refrigerant by the detection unit. Cooling of the fuel cell that controls the opening of the valve device so that the flow rate of the refrigerant flowing into the first flow path becomes larger than the flow rate of the refrigerant flowing into the second flow path when it is detected that the mixture is detected. system.
本開示によれば、重力方向で上側から合流部に接続される冷媒の流路にエアが混入した場合に、エアを排出することが可能な燃料電池の冷却システムが提供される。 According to the present disclosure, there is provided a fuel cell cooling system capable of discharging air when air is mixed in a flow path of a refrigerant connected to a confluence portion from above in the direction of gravity.
図1は、本発明の一実施形態に係る、燃料電池120の冷却システム1000の構成を示す図である。本実施形態では、一例として、燃料電池自動車に適用する燃料電池120の冷却システム1000について説明する。燃料電池自動車は、燃料電池120により発電した電気によりモータを駆動し、モータの駆動力により走行する。但し、この冷却システム1000は、燃料電池自動車用途に限定されるものではなく、他の用途に適用することもできる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
燃料電池120は、例えば固体高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルが積層されたセルスタックを備えている。ここで、単セルは、高分子電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟持されてなる膜/電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と、MEAを両側から挟み込む一対のセパレータとを有している。燃料電池120は、カソード側のセパレータを介して供給されたエア中の酸素ガスと、アノード側のセパレータを介して供給された水素ガスとの酸化還元反応により発電する。
The
具体的には、アノード電極では、式(1)の酸化反応が生じており、カソード電極では、式(2)の還元反応が生じている。そして、燃料電池120全体として、式(3)の化学反応が生じている。
H2→2H++2e− ・・・(1)
(1/2)O2+2H++2e−→H2O ・・・(2)
H2+(1/2)O2→H2O ・・・(3)
Specifically, the oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode, and the reduction reaction of the formula (2) occurs at the cathode electrode. Then, the chemical reaction of the formula (3) occurs in the
H 2 → 2H + + 2e - ··· (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O ・ ・ ・ (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O ・ ・ ・ (3)
図1において、冷却システム1000は、燃料電池120を冷却するための液体状の冷媒(例えば、冷却水)が流れる冷却回路100を有する。冷却回路100は、基本流路102と、ラジエータ流路(第1の流路)104と、イオン交換器流路(第2の流路)106と、インタークーラ流路108に分けられる。
In FIG. 1, the
基本流路102には、冷媒の循環方向において、ウォータポンプ110、燃料電池120がこの順番に設けられる。ラジエータ流路104には、ラジエータ130が設けられる。また、イオン交換器流路106には、イオン交換器140が設けられる。また、インタークーラ流路108には、インタークーラ150が設けられる。
The
基本流路102は、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106との合流部107から燃料電池120を経由して後述する三方弁160に至るまでの流路である。ラジエータ流路104は、三方弁160からラジエータ130を経由して合流部107に至るまでの流路である。イオン交換器流路106は、三方弁160からイオン交換器140を経由して合流部107に至るまでの流路である。インタークーラ流路108は、基本流路102を流れる冷媒が燃料電池120をバイパスしてインタークーラ150に流れる流路である。ラジエータ流路104、イオン交換器流路106、およびインタークーラ流路108は互いに並列に設けられ、それぞれ基本流路102に接続されている。
The
基本流路102に設けられたウォータポンプ110は、冷却回路100内を循環する冷媒を圧送し、燃料電池120へ冷媒を供給する。燃料電池120を冷却し、燃料電池120から流出した冷媒は、ラジエータ流路104に設けられたラジエータ130、またはイオン交換器流路106に設けられたイオン交換器140に供給される。
The
ラジエータ流路104に設けられたラジエータ130は、冷却回路100内を循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器である。このため、ラジエータ130には、燃料電池自動車が走行した際に生じる走行風が当てられる。また、ラジエータ130には、送風ファン132により送風された外気が当てられる。
The
イオン交換器流路106に設けられたイオン交換器140は、冷媒中のイオンを取り除く機能を有する。冷媒には燃料電池120や各流路の配管等からイオンが溶出しており、冷媒にイオンが多く含まれると冷媒の導電率が高くなる。燃料電池120の各単セルが発電した電気はセパレータを伝って取り出されるため、セパレータには電気が流れており、隣接するセパレータ同士は電位が異なる。燃料電池120の隣接するセパレータ間を通過する冷媒にイオンが多く含まれていると、セパレータ間に電流が流れて短絡する場合がある。このため、イオン交換器140により冷媒中のイオンを取り除くことで、冷媒の導電率が高くなることが抑制されるように構成されている。
The
燃料電池120から流出した冷媒の一部は、空調熱連携回路200を循環する。空調熱連携回路200は、ヒータコアを有し、循環する冷媒とヒータコア周りの空気との間で熱交換を行って、車室内の暖房を行う。具体的には、ヒータコアは、冷媒からヒータコア周りの空気へ排熱するように構成される。したがって、ヒータコアに高温の冷媒が流れると、冷媒の温度が低下すると共に、ヒータコア周りの空気が暖められる。
A part of the refrigerant flowing out from the
基本流路102と、ラジエータ流路104及びイオン交換器流路106との間には、三方弁160が設けられる。三方弁160は、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106が分岐する分岐部に設けられ、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106のそれぞれに流れる冷媒の流量を調整する弁装置である。なお、弁装置は、三方弁160に限定されるものではなく、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106が分岐する分岐部の下流において、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106のそれぞれに設けられた2つの弁から構成されていてもよい。
A three-
具体的には、三方弁160は、燃料電池120から流出した冷媒の流通態様を制御し、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106との間で選択的に流通先を変更することができるように構成される。三方弁160がラジエータ流路104側に設定されていると、燃料電池120から流出した冷媒はラジエータ流路104を通って流れる。一方、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定されていると、燃料電池120から流出した冷媒はイオン交換器流路106を通って流れる。
Specifically, the three-
インタークーラ150は、冷却回路100内を循環する冷媒と燃料電池120のカソード電極側に供給されるエア(カソードガス)との間で熱交換を行う熱交換器である。カソードガスは、カソード電極に供給される際にコンプレッサにより圧縮されて温度が上昇する。温度が上昇したカソードガスは、インタークーラ150において冷媒と熱交換を行うことで冷却される。
The
なお、図1において、基本流路102とインタークーラ流路108との分岐部には、インタークーラ流路108へ流れる冷媒の流量を制御する三方弁が設けられていてもよい。同様に、基本流路102と空調熱連携回路200へ向かう流路との分岐部には、空調熱連携回路200へ流れる冷媒の流量を制御する三方弁が設けられていてもよい。
In FIG. 1, a three-way valve for controlling the flow rate of the refrigerant flowing to the
図1を参照すると、冷却システム1000は、リザーブタンク170を備える。リザーブタンク170には、冷媒が貯留されている。リザーブタンク170は、3つの流路172,174,176を介して冷却回路100と接続されている。冷媒にエア(気体)が混入した場合、混入したエアは、冷却回路100を冷媒が循環すると、冷却回路100と流路172,174,176のそれぞれが接続される部位から徐々に流路172,174,176に入り、リザーブタンク170に抜けて、徐々に大気に放出される。
Referring to FIG. 1, the
基本流路102において、燃料電池120の下流には、燃料電池120から流出した冷媒の温度を検出する温度センサ180が設けられている。また、ラジエータ流路104において、ラジエータ130の下流には、ラジエータ130から流出した冷媒の温度を検出する温度センサ182が設けられている。
In the
図1を参照すると、冷却システム1000は、電子制御ユニット(ECU)300を備える。ECU300は、各種演算を行うプロセッサと、プログラムや各種情報を記憶するメモリと、各種アクチュエータや各種センサと接続されるインタフェースとを備える。
Referring to FIG. 1, the
また、冷却システム1000は、冷媒へエアが混入したことを検知可能なエア混入検知部400を備える。エア混入検知部400は、例えば燃料電池自動車に設けられた操作パネルから構成される。後述するように、冷却回路100をメンテナンスした際には、冷媒へエアが混入する場合があるため、混入したエアを取り除くエア抜き処理が行われる。その際に、作業者が操作パネルを操作してエア抜きモードに設定したことをトリガとしてエア抜き処理が開始される。したがって、エア混入検知部400が操作パネルから構成される場合、エア混入検知部400は、エア抜きモードに設定された場合に、エア抜きトリガを検知することで、冷媒へエアが混入したことを検知可能である。なお、エア混入検知部400は、冷却回路100へのエアの混入を実際に検出するセンサであってもよい。
Further, the
図1において、ウォータポンプ110、三方弁160は、それぞれアクチュエータによって駆動される。ECU300は、操作パネルから得られる操作情報、各種センサからのセンサ信号に基づいて、プロセッサがメモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、各アクチュエータを電気的に制御する。
In FIG. 1, the
冷却回路100において、三方弁160による流通先の変更は、燃料電池120の冷却を優先して行われる。例えば、外気温度が高い場合、燃料電池自動車が高負荷で運転されている場合などにおいては、燃料電池120の温度が上昇し易くなる。このような条件下では、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、燃料電池120から流出した冷媒がラジエータ130に供給される。これにより、ラジエータ130において冷媒と外気との間で熱交換が行われ、低温の冷媒が燃料電池120に供給されるため、燃料電池120が冷却される。一方、例えば、外気温度が低い場合、燃料電池自動車が低負荷で運転されている場合などにおいては、燃料電池120の温度が比較的低くなる。このような条件下では、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定される。ECU300は、温度センサ180,182が検出した冷媒温度、外気温度、燃料電池自動車の負荷等に基づいて、三方弁160、およびウォータポンプ110を制御し、燃料電池120が最適な温度となるように制御する。
In the
一方、三方弁160による流通先の変更は、冷媒に含まれるイオンの量に基づいて行われる場合がある。冷媒の電気抵抗は漏電検出器(不図示)により常時測定されており、電気抵抗が所定の閾値を下回ると、冷媒に含まれるイオンが多いと判断され、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定される。これにより、燃料電池120から流出した冷媒がイオン交換器140に供給され、冷媒に含まれるイオンが除去される。例えば、燃料電池自動車の始動時には、停車中に溶出したイオンが冷媒中に多く含まれる場合があるため、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定され、イオン交換器140により冷媒に含まれるイオンが除去される。
On the other hand, the change of the distribution destination by the three-
次に、以上のように構成された本実施形態に係る冷却システム1000において、冷却回路100の冷媒にエアが混入した場合に、混入したエアを取り除くために行われる制御について説明する。冷媒にエアが混入する要因として、冷却回路100をメンテナンスする場合が挙げられる。具体的には、メンテナンス時に、冷却回路100に関わる部品を取り外したり、交換または修理等した場合に、エアが冷媒に混入する場合がある。また、冷媒自体を交換した際にも、冷媒にエアが混入する場合がある。
Next, in the
本実施形態では、一例として、イオン交換器140をメンテナンスした場合を例に挙げて説明する。イオン交換器140は、冷媒中のイオンを吸着して除去するためのイオン交換樹脂を含む。イオン交換樹脂が吸着できるイオンの量には一定の限界があるため、イオン交換樹脂は、車検などのメンテナンス時に定期交換される。イオン交換樹脂を交換する際には、イオン交換器140から古いイオン交換樹脂が取り外され、新しいイオン交換樹脂がイオン交換器140に装着される。
In the present embodiment, as an example, a case where the
イオン交換樹脂は、多孔質の樹脂から構成されており、新しいイオン交換樹脂は多孔質の孔にエアが入った状態でイオン交換器140に装着される。したがって、イオン交換樹脂を交換した後、冷却回路100に冷媒を循環させると、冷媒にエアが混入する。
The ion exchange resin is composed of a porous resin, and the new ion exchange resin is mounted on the
冷媒にエアが混入すると燃料電池120の冷却効率が低下するため、イオン交換樹脂を交換した直後には、エア抜きの処理が行われる。エア抜きの処理では、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定され、ウォータポンプ110が駆動される。図2は、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定され、ウォータポンプ110が駆動された場合の冷媒の流れを示す模式図である。図2に示したように、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定されることで、冷却回路100には、図2中に矢印A1で示す方向に冷媒が流れる。混入したエアは、矢印A1に沿って冷媒が基本流路102とイオン交換器流路106を循環する過程で、流路172,174を介してリザーブタンク170に徐々に送られ、リザーブタンク170から徐々に放出される。このエア抜きの処理を所定時間行うことで、イオン交換樹脂に含まれていたエアは冷却回路100から除去される。
When air is mixed in the refrigerant, the cooling efficiency of the
一方、エア抜き処理の過程で、イオン交換樹脂に含まれていたエアが、ラジエータ流路104とイオン交換器流路106との合流部107から図2に示す矢印A2方向に進み、ラジエータ流路104を逆流してしまう場合がある。
On the other hand, in the process of bleeding air, the air contained in the ion exchange resin travels from the
特に、図1に示したように、ラジエータ流路104の配管が合流部107から重力方向に対して上方向に伸びていると、イオン交換樹脂から排出されたエアが浮力によってラジエータ流路104を逆流してしまい、図2中の矢印A1方向に流れる冷媒の流れに沿わなくなる。図2の状態ではラジエータ流路104に冷媒が流れていないため、ラジエータ流路104を逆流したエアは、矢印A1方向に流れることがなく、リザーブタンク170から放出されずにラジエータ流路104内ラジエータ130内に留まる。そして、ラジエータ流路104に留まったエアは、メンテナンス後に燃料電池自動車が運転され、ラジエータ流路104に冷媒が流れるまでの間は、ラジエータ流路104またはラジエータ130内に留まることになる。
In particular, as shown in FIG. 1, when the pipe of the
メンテナンス後に燃料電池自動車が運転され、燃料電池120を冷却する場面でラジエータ流路104に冷媒が流れると、ラジエータ流路104内またはラジエータ130内に留まっていたエアは冷却回路100を循環し、流路172,174,176を経由してリザーブタンク170から徐々に放出される。しかし、冷却回路100からエアが完全に放出されるまでには、ある程度の時間を要するため、エアが完全に放出されるまでの間は、冷却回路100に混入したエアにより燃料電池120の冷却効率が低下する。
When the fuel cell vehicle is operated after maintenance and the refrigerant flows in the
以上のように、冷媒が通る流路にエアが混入した場合に、流路に合流部が設けられており、合流部に対して重力方向で上側から接続されている流路があると、エアは浮力受けて重力方向で上側から接続されている流路へと入り込む。この際、重力方向で上側から接続されている流路に流れが生じていなければ、エアは排出されないため、システム全体の冷却効率が低下してしまう。 As described above, when air is mixed in the flow path through which the refrigerant passes, if the flow path is provided with a merging portion and there is a flow path connected to the merging portion from above in the direction of gravity, the air Receives buoyancy and enters the flow path connected from above in the direction of gravity. At this time, if there is no flow in the flow path connected from the upper side in the direction of gravity, air is not discharged, so that the cooling efficiency of the entire system is lowered.
このため、本実施形態では、図2中に矢印A1で示す方向に冷媒を流してエア抜き処理をした後に、ラジエータ流路104に流れ込む冷媒の流量がイオン交換器流路106に流れ込む冷媒の流量よりも多くなるように三方弁160の開度が制御される。これにより、ラジエータ流路104を逆流したエアがラジエータ流路104から追い出されるため、メンテナンス後に冷却回路100の冷媒にエアが混入している状態が抑制される。
Therefore, in the present embodiment, the flow rate of the refrigerant flowing into the
より詳細には、本実施形態のエア抜き処理は、イオン交換器140のイオン交換樹脂が交換された後、操作パネルが操作されてエア抜きモードに設定されると開始される。最初に、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定された状態でウォータポンプ110が駆動され、冷媒が図2の矢印A1方向に循環される。これにより、イオン交換樹脂に含まれていたエアのうち、合流部107からウォータポンプ110側に流れたエアは、矢印A1に沿って冷媒が基本流路102とイオン交換器流路106を循環する間、流路172,174からリザーブタンク170に流れ、リザーブタンク170から徐々に放出される。この間、図2の矢印A2方向にラジエータ流路104を逆流したエアは、ラジエータ流路104に冷媒の流れが生じていないため、リザーブタンク170から放出されず、ラジエータ流路104またはラジエータ130内に留まっている。
More specifically, the air bleeding process of the present embodiment is started when the operation panel is operated to set the air bleeding mode after the ion exchange resin of the
その後、ラジエータ流路104を逆流したエアをラジエータ流路104から追い出すため、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動される。図3は、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動された場合の冷媒の流れを示す模式図である。三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動されると、冷媒が図3の矢印A3方向に循環される。イオン交換樹脂に含まれていたエアのうち、図2の矢印A2方向にラジエータ流路104を逆流し、ラジエータ流路104に留まっていたエアは、冷媒が図3に示す矢印A3方向に流れ、冷媒が基本流路102とラジエータ流路104を循環する間、流路172,174,176からリザーブタンク170に流れ、リザーブタンク170から徐々に放出される。ラジエータ流路104に留まっていたエアがリザーブタンク170から放出されると、エア抜き処理が完了する。
After that, in order to expel the air flowing back through the
以上のように、本実施形態によれば、メンテナンス時に冷媒にエアが混入し、混入したエアが合流部に対して重力方向で上側から接続される流路を逆流した場合であっても、混入したエアは冷却回路100から確実に放出される。したがって、エアの混入により燃料電池120の冷却効率が低下してしまうことが抑制される。
As described above, according to the present embodiment, even when air is mixed in the refrigerant during maintenance and the mixed air flows backward in the flow path connected from above in the direction of gravity with respect to the merging portion, the mixed air is mixed. The air is surely discharged from the
なお、エア抜き処理で三方弁160をラジエータ流路104側に設定する際には、ラジエータ流路104に流れ込む冷媒の流量がイオン交換器流路106に流れ込む冷媒の流量よりも多くなるように三方弁160の開度が制御されていればよい。これにより、図2の矢印A2方向にラジエータ流路104を逆流して残留していたエアは、冷媒がラジエータ流路104を流れることでラジエータ流路104から排出され、図3の矢印A3方向に循環する過程でリザーブタンク170から放出される。したがって、三方弁160を流れる冷媒の全てをラジエータ流路104側に流す必要はなく、冷媒の一部がイオン交換器流路106側に流れてもよい。
When the three-
次に、図4のフローチャートに基づいて、冷却システム1000のメンテナンス時に行われるエア抜き処理について説明する。この処理は、ECU300により所定の周期毎に行われる。先ず、エア抜きトリガが検知されたか否かが判定される(ステップS10)。具体的に、ステップS10では、イオン交換樹脂が交換された後、操作パネルが操作されてエア抜きモードに設定されたか否かが判定される。
Next, the air bleeding process performed at the time of maintenance of the
ステップS10でエア抜きトリガが検知された場合は、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定され、ウォータポンプ110が駆動される(ステップS12)。これにより、イオン交換樹脂に含まれていたエアが図2の矢印A1方向に循環し、リザーブタンク170から徐々に放出される。一方、エア抜きトリガが検知されない場合、ステップS10で待機する。
When the air bleeding trigger is detected in step S10, the three-
ステップS12の後、所定時間が経過したか否かが判定される(ステップS14)。この所定時間は、三方弁160がイオン交換器流路106側に設定され、ウォータポンプ110が駆動された後、イオン交換樹脂に含まれていたエアのうち合流部107から図2の矢印A1方向に流れたエアがリザーブタンク170から放出される時間に相当する。所定時間は、例えば予め実験により求められた値とされ、一例として10分程度とされる。
After step S12, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed (step S14). During this predetermined time, after the three-
ステップS14で所定時間が経過した場合は、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動される(ステップS16)。これにより、ラジエータ流路104に留まっていたエアは、冷媒が図3に示す矢印A3方向に流れ、冷媒が基本流路102とラジエータ流路104を循環する間、流路172,174,176からリザーブタンク170に流れ、リザーブタンク170から徐々に放出される。一方、所定時間が経過していない場合、ステップS14で待機する。
When the predetermined time has elapsed in step S14, the three-
ステップS16の後、所定時間が経過したか否かが判定される(ステップS18)。この所定時間は、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動された後、ラジエータ流路104側に留まっていたエアがリザーブタンク170から放出される時間に相当する。ここでの所定時間も、例えば予め実験により求められた値とされる。
After step S16, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed (step S18). This predetermined time corresponds to the time when the air remaining on the
ステップS18で所定時間が経過した場合は、エア抜きの処理を終了する(ステップS20)。一方、所定時間が経過していない場合、ステップS18で待機する。 When the predetermined time has elapsed in step S18, the air bleeding process is terminated (step S20). On the other hand, if the predetermined time has not elapsed, the process waits in step S18.
(変形例)
図5は、本実施形態の変形例に係る冷却システム1000の構成を示す図であって、イオン交換器140が合流部107とウォータポンプ110との間に設けられた構成例を示している。この構成例では、図1〜図3に示したイオン交換器流路106は、ラジエータ130をバイパスさせるバイパス流路109とされている。
(Modification example)
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the
図5に示す構成例においても、ラジエータ流路104の配管が合流部107から重力方向に対して上方向に伸びている。このため、イオン交換器140のイオン交換樹脂を交換すると、イオン交換樹脂から排出されたエアが浮力によってラジエータ流路104を矢印A2方向に逆流してしまう可能性がある。
Also in the configuration example shown in FIG. 5, the pipe of the
したがって、図5に示す構成例においても、メンテナンス時のエア抜き処理では、最初に、三方弁160がバイパス流路109側に設定された状態でウォータポンプ110が駆動され、イオン交換樹脂に含まれていたエアを図5の矢印A1方向に循環させ、リザーブタンク170から徐々に放出させる。
Therefore, even in the configuration example shown in FIG. 5, in the air bleeding process during maintenance, the
その後、ラジエータ流路104を逆流したエアをラジエータ流路104から追い出すため、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動される。これにより、イオン交換樹脂に含まれていたエアのうち、図5の矢印A2方向にラジエータ流路104を逆流し、ラジエータ流路104に留まっていたエアは、冷媒が基本流路102とラジエータ流路104を循環する間にリザーブタンク170に流れ、リザーブタンク170から徐々に放出される。
After that, in order to expel the air flowing back through the
更に、イオン交換器140は、ラジエータ130と合流部107との間に設けられていてもよい。この場合においても、エア抜き処理の際に、三方弁160がラジエータ流路104側に設定され、ウォータポンプ110が駆動されることで、ラジエータ流路104を逆流し、ラジエータ流路104に留まっていたエアは、冷媒が基本流路102とラジエータ流路104を循環する間にリザーブタンク170から放出される。
Further, the
以上説明したように本実施形態によれば、合流部107に対してラジエータ流路104が重力方向で上側から接続されている場合に、冷媒に混入したエアが浮力により合流部107からラジエータ流路104を逆流したとしても、ラジエータ流路104にエアが留まることが抑制される。したがって、混入したエアにより燃料電池120の冷却効率が低下することが抑制される。
As described above, according to the present embodiment, when the
100 冷却回路
102 基本流路
104 ラジエータ流路
106 イオン交換器流路
107 合流部
108 インタークーラ流路
109 バイパス流路
110 ウォータポンプ
120 燃料電池
130 ラジエータ
132 送風ファン
140 イオン交換器
150 インタークーラ
160 三方弁
170 リザーブタンク
172,174,176 流路
180,182 温度センサ
200 空調熱連携回路
300 電子制御ユニット(ECU)
400 エア混入検知部
1000 冷却システム
100
400
Claims (1)
分岐部において前記第1の流路から分岐し、合流部において前記第1の流路と合流する第2の流路と、
前記第1の流路と前記第2の流路のそれぞれに流れる前記冷媒の流量を制御する弁装置と、
前記弁装置の開度を制御する制御部と、
前記冷媒へ気体が混入したことを検知可能な検知部と、を少なくとも備えた燃料電池の冷却システムであって、
前記第1の流路は、重力方向で上側から前記合流部に接続される流路であり、
前記制御部は、前記検知部により前記冷媒へ気体が混入したことが検知された場合に、前記第1の流路に流れ込む冷媒の流量が前記第2の流路に流れ込む冷媒の流量よりも多くなるように前記弁装置の開度を制御する、燃料電池の冷却システム。 The first flow path through which the liquid refrigerant that cools the fuel cell flows, and
A second flow path that branches from the first flow path at the branch portion and merges with the first flow path at the merging portion.
A valve device that controls the flow rate of the refrigerant flowing in each of the first flow path and the second flow path.
A control unit that controls the opening degree of the valve device and
A fuel cell cooling system including at least a detection unit capable of detecting the inclusion of gas in the refrigerant.
The first flow path is a flow path connected to the confluence from above in the direction of gravity.
When the detection unit detects that gas has been mixed into the refrigerant, the control unit has a flow rate of the refrigerant flowing into the first flow path larger than the flow rate of the refrigerant flowing into the second flow path. A fuel cell cooling system that controls the opening degree of the valve device so as to be.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020090736A JP2021190168A (en) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | Fuel cell cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020090736A JP2021190168A (en) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | Fuel cell cooling system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021190168A true JP2021190168A (en) | 2021-12-13 |
Family
ID=78849972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020090736A Pending JP2021190168A (en) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | Fuel cell cooling system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021190168A (en) |
-
2020
- 2020-05-25 JP JP2020090736A patent/JP2021190168A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4952114B2 (en) | Fuel cell system | |
US8206856B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2013258111A (en) | Fuel cell system | |
JP5435320B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
JP5354461B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP5168814B2 (en) | Fuel cell system and vehicle equipped with fuel cell system | |
JP2005302304A (en) | Fuel cell system | |
JP5478669B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
JP2007328972A (en) | Fuel cell system | |
US7267898B2 (en) | Freeze prevention of a fuel cell power plant | |
JP2018181654A (en) | Fuel cell cooling system | |
JP2011216446A (en) | Air temperature estimation method for fuel cell system | |
JP4923426B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6071388B2 (en) | Cooling control device for fuel cell system | |
JP2007305519A (en) | Fuel cell system | |
CN112242541A (en) | fuel cell system | |
JP5109284B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5239112B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5721451B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
JP2021190168A (en) | Fuel cell cooling system | |
JP2012004135A (en) | Fuel cell system | |
JP2010192141A (en) | Coolant circuit system | |
JP2007311087A (en) | Fuel cell system and cooling system ion removal method in fuel cell system | |
JP4397686B2 (en) | Fuel cell reactive gas supply device | |
JP7006158B2 (en) | Fuel cell system |