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JP4847651B2 - Fuel cell cooling system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の冷却システムに関し、さらに詳しくは、燃料電池を冷却する冷却液の圧力を調整するプレッシャーレギュレータを備えた燃料電池の冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車の動力源などとして固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可能であり、様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
一般に、燃料電池システムは固体高分子電解質膜を挟んで一方側にカソード電極を区画し、他方側にアノード電極を区画して構成されており、カソード電極に供給される空気中の酸素と、アノード電極に供給される水素との化学反応によって発生した電力で外部負荷を駆動するシステムである。
しかし、このような化学反応は発熱反応でもあるため、燃料電池の出力に依らず常に安定した運転を保持するためにはどうしても冷却システムが必要となる。
【０００４】
このような燃料電池の冷却システムとしては、例えば図６に示すようなものが知られている。
この燃料電池の冷却システム１００は、燃料電池１０１を冷却するために燃料電池１０１内に区画された冷却液通路１０１ｃと、前記冷却液通路１０１ｃに接続され燃料電池１０１に冷却液を循環させるための循環通路１０２及び循環ポンプ１０２ａと、冷却液を冷却するための冷却装置１０２ｂと、燃料電池１０１へ供給する冷却液の温度を調節するための温調装置１０２ｃとから主要部が構成され、前記燃料電池１０１内に区画された冷却液通路１０１ｃの入口１０１ａと出口１０１ｂとに前記循環通路１０２の出口１０２ｇと入口１０２ｆとを接続し、循環ポンプ１０２ａで冷却液を循環することで燃料電池１０１を冷却する。
また、一般に燃料電池の冷却システムにおいては液絡現象（蒸気と水が一緒に混じった状態で燃料電池１０１からオフガスが排出されるが、前記水を通じて燃料電池１０１を支えている構造体と「地絡」を起こす場合がある。この「地絡」を「液絡」という。）を防止するため燃料電池冷却用の冷却液として純水、または絶縁冷媒を用いている。
【０００５】
そして、このような燃料電池の冷却システム１００の冷却液の循環通路１０２には、さらに冷却装置１０２ｂを迂回するバイパス通路１０２ｅが設けられており、冷却液を冷却装置１０２ｂで冷却する必要がない場合には、バイパス通路１０２ｅの下流側に設けた温調装置１０２ｃに直接冷却液を供給して冷却液の温度を燃料電池１０１の発電に適した温度に制御するようにしている。
さらに、温調装置１０２ｃの出口側通路と循環ポンプ１０２ａの上流側の通路とを結ぶバイパス通路１０２ｈにはイオン交換器１０２ｄが設けられており、冷却液の導電率を低く維持している。
【０００６】
しかしながら、このような従来の燃料電池の冷却システム１００においては、例えば燃料電池１０１の出力が大きくなると、
▲１▼温度上昇に伴う冷却液の膨張
▲２▼流れに伴う圧力損失の発生
▲３▼冷却液を循環する循環ポンプ１０２ａの作動圧力の増加
等により循環通路１０２の液圧が上昇するが、この冷却液の圧力が高過ぎると、以下のような問題が発生する虞があった。
（１）図７に示すように燃料電池１０１内部のセル２００では、冷却液がその圧力によって冷却液通路１０１ｃを区画するセパレータ２０２，２０２同士の接合面Ｓが液圧で押し広げられてしまうため、液漏れの原因となったり導電不良が発生する。
（２）燃料電池１０１に供給するガスを加湿するのに、図８に示すような中空糸膜３０１，３０１…を利用した膜型の加湿器（水チャンバで加湿）３００を使用している場合には密閉系で加湿を行うので、冷却液である冷却水の圧力により膜３０１に過大な圧力が作用する。
【０００７】
これらの問題を解決するために、冷却系の一部を大気開放としたり、系内の圧力を圧力調整弁等を介して大気に繋げることで設定圧に調整したり、燃料電池のカソードガス（大気をコンプレッサ等で加圧したものが多い）の配管を冷却系に接続し、カソードガスの圧力と冷却液である冷却水の圧力とをバネ式圧力調整弁を設けることにより釣り合わせる方法を本出願人より提案した（特願２０００−３１３５２２号の明細書参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（ａ）冷却系の一部を大気開放としたり、（ｂ）系内の圧力を圧力調整弁等を介して大気に繋げて呼吸させる方法で設定圧となるように調整したり、（ｃ）カソードガスの圧力の配管を冷却系に接続することにより、カソードガスの圧力と冷却液の圧力とを釣り合わせて冷却液の圧力を調整する等のこれらの技術においては、冷却液に直接触れる形で大気である空気やカソードガスを流入させて圧力調整を行うため、空気中、またはカソードガス中の炭酸ガスが冷却液に溶け込み、イオン化し、冷却液の導電率を高めてしまう（絶縁性を低下させる）働きをする。
この炭酸イオンは、冷却系内に、図６に示すようなイオン交換器１０２ｄが設置されていれば、内部のイオン交換樹脂に吸着分離されるので冷却液の導電率が上昇（絶縁低下）するのは防止されるが、イオン交換樹脂の破過時間が短くなってしまう結果、イオン交換器１０２ｄの寿命を短縮させてしまうという問題があった。
また、燃料電池１０１へ供給するガスを加湿するために、膜を介して加湿する加湿器１０３ａ，１０３ｂが使用されているが、加湿するために使用する冷却液の循環通路１０２に圧力調整手段を持たないため、燃料電池１０１の出力が大きくなり循環通路１０２の液圧が上昇しても冷却液の圧力を調整することができなかった。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、燃料電池を冷却する冷却系内で冷却液の圧力を調整するときに、前記冷却液と空気、またはカソードガスとが直接接触しないで圧力調整をすることができるプレッシャーレギュレータを備えた燃料電池の冷却システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた本発明に係る燃料電池の冷却システムは、積層構造を有する燃料電池内を冷却するために、この燃料電池の冷却液の入口と出口とに前記冷却液を循環させるための循環通路を接続し、この循環通路に前記冷却液を循環するための循環ポンプを取り付けた燃料電池の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の部屋に放出側の調圧弁及び吸引側の調圧弁を取り付け、前記一方の部屋は、前記放出側の調圧弁及び前記吸引側の調圧弁を介して大気に連通し、他方の部屋を前記循環通路に接続し、前記他方の部屋からの前記冷却液の出口は、前記他方の部屋への前記冷却液の入口よりも上方に設けられ、前記循環通路を循環する前記冷却液の導電率の上昇を防止するイオン交換器を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によると、燃料電池の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の部屋を大気に連通し、他方の部屋を冷却液の循環通路に接続したことにより、
（１）冷却液と大気とが直接接触することがない。従って大気中の溶解成分が冷却液に溶解することがない。このため冷却系にイオン交換器を設けて導電率が上昇するのを防止している場合においてもイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることがなく、冷却系のイオン交換器の寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときは大気を外部に放出し、冷却液の圧力が低いときは大気を内部に吸入するようにプレッシャーレギュレータが作用するので冷却液の圧力調整をすることができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回避することができる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池の冷却システムは、前記燃料電池へ供給するガスを加湿する加湿器が、前記加湿器内の水蒸気透過膜の一側に前記冷却液を通流し、他側に前記ガスを通流して加湿することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によると、燃料電池へ供給するガスを加湿する加湿器は、前記加湿器内の水蒸気透過膜の一側に冷却液を通流し、他側に前記ガスを通流して加湿するが、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、前記冷却液の圧力と前記ガスの圧力とがバランスするように構成したので、従来、燃料電池の出力が大きくなるときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴い加湿器の膜に過大な圧力が作用するのを回避することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
最初に第１実施形態の燃料電池の冷却システムについて図１及び図２を参照して説明する。
尚、図１は、第１実施形態の燃料電池の冷却システムの全体構成図であり、図２は、第１実施形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図である。
【００１７】
第１実施形態の燃料電池の冷却システムは、図１に示すように、
燃料電池１と、前記燃料電池１に供給する燃料ガス（アノードガス）及び酸化ガス（カソードガス）のそれぞれを加湿する２つの加湿器２ａ，２ｂと、前記燃料電池１を冷却するための冷却液である冷却水を前記燃料電池１及び前記加湿器２ａ，２ｂに循環させて供給する冷却水の循環供給システム３とから主要部が構成される。
【００１８】
前記冷却水の循環供給システム３は、冷却水を循環する循環ポンプ３ａと、冷却水を冷却する冷却装置３ｂと、冷却水の温度を調節する温調装置３ｃと、その内部に変形自在なベローズ３ｄ3（図２）を有しプレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄと、これらの機器・装置が順番に配設され燃料電池１及び加湿器２ａ，２ｂへ冷却水を供給する循環通路３ｐとから主要部が構成される。
【００１９】
このように構成される燃料電池の冷却システムでは、燃料電池１を冷却する冷却水が、循環ポンプ３ａにより循環通路３ｐ内を循環しており、循環ポンプ３ａを出た冷却水は、冷却装置３ｂ（熱交換器例えばラジエータ）で冷却され、温調装置３ｃ（例えばサーモスタット弁）で燃料電池１の運転に適した温度に制御されて後段のプレッシャーレギュレータＰＲに導かれる。
尚、冷却水は、冷却装置３ｂで冷却する必要がない場合は、冷却装置３ｂを迂回するバイパス通路３ｇを通って温調装置３ｃに直接導入される。
【００２０】
プレッシャーレギュレータＰＲに導かれた冷却水は、図２に示すように、その内部に設けられたベローズ３ｄ3及び調圧弁３ｄ1，３ｄ2とから構成される冷却水の圧力変動吸収機構により好適に圧力を調整され、燃料電池１の冷却水入口１ａへと供給される。尚、プレッシャーレギュレータＰＲの構成・作用の詳細については後で説明する。
このプレッシャーレギュレータＰＲは、冷却系内の何れかの場所に連通して設置されていれば良い。が、好ましくは、配管・機器類に過大な圧力が作用するのを回避するため水圧の影響を受けやすい配管・機器類の近くに設置されるのが望ましい。
【００２１】
燃料電池１の冷却水入口１ａへ供給された冷却水は、燃料電池１の冷却液通路１ｃを通過する間に、燃料電池１を安定して運転できるように冷却した後、燃料電池１の冷却水出口１ｂから排出される。
【００２２】
燃料電池１の冷却水出口１ｂから排出された冷却水は、その一部または全部が、燃料電池１の下流で且つ循環ポンプ３ａの上流側で循環通路３ｐから分岐された２つの分岐通路３ｐ1，３ｐ2を介して、燃料ガス（アノードガス）の加湿器２ａ及び酸化ガス（カソードガス）の加湿器２ｂそれぞれに供給される。
加湿器２ａ及び加湿器２ｂのそれぞれに供給された冷却水は、燃料電池１に高圧水素源から供給される燃料ガス（アノードガス）及びコンプレッサ４から供給される酸化ガス（カソードガス）のそれぞれを水蒸気透過膜を通過した水蒸気により加湿する。
【００２３】
燃料ガス（アノードガス）及び酸化ガス（カソードガス）を加湿した冷却水は、加湿器２ａ，２ｂから通路３ｐ3，３ｐ4を介して循環通路３ｐに戻され、再び循環ポンプ３ａにより循環される。
【００２４】
尚、循環通路３ｐを循環する冷却水の一部は、バイパス通路３ｆに設けられたイオン交換器３ｅに導かれ、冷却水の導電率が上昇（絶縁低下）するのを防止される。
【００２５】
次に、第１実施形態の燃料電池の冷却システムで使用される冷却水のプレッシャーレギュレータＰＲの構成・作用について図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図２に示されるように、プレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄ内は、底部に取付けられ圧力に応じて変形する変形自在なベローズ３ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切られており、一方の部屋ｓｐ１には放出側の調圧弁３ｄ1及び吸引側の調圧弁３ｄ2が取付けられ、他方の部屋ｓｐ２には冷却水の入口ノズル３ｄ4及び冷却水の出口ノズル３ｄ5が取付けられている。
そして一方の部屋ｓｐ１は、調圧弁３ｄ1及び調圧弁３ｄ2を介して圧力調整容器３ｄ外部の大気と接続され、他方の部屋ｓｐ２は、入口ノズル３ｄ4及び出口ノズル３ｄ5を介して燃料電池１の冷却液である冷却水の循環通路３ｐ（図１）に連通される。
【００２６】
このようにプレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄ内をベローズ３ｄ3によって２つの部屋ｓｐ１，ｓｐ２に仕切り、それぞれの仕切られた部屋に大気である空気と循環通路３ｐを流れる冷却水とを通流させて冷却水の圧力調整を行うので、前記冷却水と前記空気とが直接接触することがない。
従って空気中の炭酸ガスが冷却水に溶解することがないのでイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることもない。その結果、冷却系のイオン交換器３ｅの寿命短縮を防止することができる。
【００２７】
また、冷却水の入口ノズル３ｄ4は、圧力調整容器３ｄの容器側部の下部に、冷却水の出口ノズル３ｄ5は、容器側部の上部に設けられる。
入口ノズル３ｄ4と出口３ｄ5ノズルをこのように配置することにより、冷却水の圧力調整容器３ｄ内に気泡がたまらなくなるので冷却水の圧力がベローズ３ｄ3に正確に伝わる。尚、ベローズ３ｄ3の替わりに膜（図５の破線参照）や別の形態としてピストン構造物を使用して圧力調整容器３ｄ内を仕切ることもできる。
尚、一方の部屋ｓｐ１に取付けられる調圧弁３ｄ1，３ｄ2としては、逆止弁が使用される。
【００２８】
このように構成される第１実施形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータＰＲは、圧力調整容器３ｄ内の冷却水の圧力（＝他方の部屋ｓｐ２の圧力）が調圧弁３ｄ1の設定値を超えたときには一方の部屋ｓｐ１から外部に内室雰囲気（大気）が放出され、容器内部の冷却水の圧力が調圧弁３ｄ2の設定値を割り込んだときには外部から一方の部屋ｓｐ１に大気が吸引されるように作用する。このようにして冷却水の圧力は、ベローズ３ｄ3及び２つの調圧弁３ｄ1，３ｄ2から構成される圧力変動吸収機構により冷却水の圧力を好適に調整することができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回避することができる。
【００２９】
次に、第１参考形態の燃料電池の冷却システムについて図３及び図４を参照して説明する。尚、図３は、第１参考形態の燃料電池の冷却システムの全体構成図であり、図４は、第１参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図である。
第１参考形態の燃料電池の冷却システムと第１実施形態の燃料電池の冷却システムとの構成の大きな違いは、図３及び図４に示すように、プレッシャーレギュレータＰＲの圧力調整容器３ｄ内をベローズ３ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切ったうちの一方の部屋ｓｐ１が、燃料電池１のカソードガス通路４ｐと連通路４ｐ1を介して接続されている点である。
従って、ここでは第１参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構成・作用についてのみ説明する。尚、第１実施形態の燃料電池の冷却システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００３０】
次に、第１参考形態の燃料電池の冷却システムで使用される冷却水のプレッシャーレギュレータＰＲの構成・作用について図３及び図４を参照して詳細に説明する。
図４に示されるように、プレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄ内は、底部に取付けられ圧力に応じて変形する変形自在なベローズ３ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切られており、一方の部屋ｓｐ１には連通路４ｐ１が取付けられ、他方の部屋ｓｐ２には冷却液である冷却水の入口ノズル３ｄ4及び冷却水の出口ノズル３ｄ5が取付けられている。
そして一方の部屋ｓｐ１は、連通路４ｐ１を介して燃料電池１の加湿器２ｂとコンプレッサ４を結ぶカソードガス通路４ｐ（図３）と接続され、他方の部屋ｓｐ２は、入口ノズル３ｄ4及び出口ノズル３ｄ5を介して燃料電池１の冷却液である冷却水の循環通路３ｐ（図３）に連通される。
【００３１】
このようにプレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄ内をベローズ３ｄ3によって２つの部屋ｓｐ１，ｓｐ２に仕切り、それぞれの仕切られた部屋にコンプレッサ４から供給されるカソードガスである空気（大気圧よりも圧力が高い空気）と循環通路３ｐを流れる冷却水とを通流させて冷却水の圧力調整を行うので、冷却水と空気とが直接接触することがない。
従って空気中の炭酸ガスが冷却水に溶解することがないのでイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることもない。その結果、冷却系のイオン交換器３ｅの寿命短縮を防止することができる。
【００３２】
また、冷却水の入口ノズル３ｄ4は、圧力調整容器３ｄの容器側部の下部に、冷却水の出口ノズル３ｄ5は、容器側部の上部に設けられる。
入口ノズル３ｄ4と出口３ｄ5ノズルをこのように配置することにより、冷却水の圧力調整容器３ｄ内に気泡がたまらなくなるので冷却水の圧力がベローズ３ｄ3に正確に伝わる。尚、ベローズ３ｄ3の替わりに膜（図５の破線参照）や別の形態としてピストン構造物を使用して圧力調整容器３ｄ内を仕切ることもできる。
【００３３】
このように構成される第１参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータＰＲは、圧力調整容器３ｄ内の冷却水の圧力がカソードガス（空気）の圧力よりも高いときは、ベローズ３ｄ3が圧縮（体積縮小）されてカソードガス系内の圧力を高くし、冷却水の圧力がカソードガスの圧力より低いときは、ベローズ３ｄ3が伸びて（体積膨張して）カソードガス系内の圧力を低くするように作用する。
従って、常に冷却水の圧力とカソードガスの圧力とをバランスさせるようにすることができる。従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回避することができる。
【００３４】
次に、第２参考形態の燃料電池の冷却システムについて図３及び図５を参照して説明する。尚、図５は、第２参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図である。
第２参考形態の燃料電池の冷却システムと第１参考形態の燃料電池の冷却システムとの構成の大きな違いは、図３及び図５に示すように、プレッシャーレギュレータＰＲの圧力調整容器５ｄ内をピストン構造物５ｄ3により２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切ったうちの一方の部屋ｓｐ１が、燃料電池１のカソードガス通路４ｐと連通路４ｐ1を介して接続されている点である。
従って、ここでは第２参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーゲージＰＲの構成・作用についてのみ説明する。尚、第１参考形態の燃料電池の冷却システムと同じ部材については同じ符号を付して説明する。
【００３５】
第２参考形態の燃料電池の冷却システムで使用される冷却水のプレッシャーレギュレータＰＲの構成・作用について図３及び図５を参照して詳細に説明する。
図５に示されるように、プレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器５ｄ内は、内壁に沿って垂直方向に摺動自在なピストン構造物５ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切られており、一方の部屋ｓｐ１には連通路４ｐ１が取付けられ、他方の部屋ｓｐ２には冷却水の入口ノズル５ｄ4及び冷却水の出口ノズル５ｄ5が取付けられている。
そして一方の部屋ｓｐ１は、連通路４ｐ１を介して燃料電池１の加湿器２ｂとコンプレッサ４を結ぶカソードガス通路４ｐ（図３）と接続され、他方の部屋ｓｐ２は、入口ノズル５ｄ4及び出口ノズル５ｄ5を介して燃料電池１の冷却液である冷却水の循環通路３ｐ（図３）に連通される。
【００３６】
このようにプレッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整容器５ｄ内をピストン構造物５ｄ3によって２つの部屋ｓｐ１，ｓｐ２に仕切り、それぞれの仕切られた部屋にコンプレッサ４から供給されるカソードガスである空気（大気圧よりも圧力が高い空気）と循環通路３ｐを流れる冷却水とを通流させて冷却水の圧力調整を行うので、冷却水と空気とが直接接触することがない。
従って空気中の炭酸ガスが冷却水に溶解することがないのでイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることもない。その結果、冷却系のイオン交換器３ｅの寿命短縮を防止することができる。
【００３７】
また、冷却水の入口ノズル５ｄ4は、圧力調整容器５ｄの容器側部の下部に、冷却水の出口ノズル５ｄ5は、容器側部の中央の高さよりも低くかつ入口ノズル５ｄ4よりも高い位置に設けられる。
入口ノズル５ｄ4と出口５ｄ5ノズルをこのように配置することにより、冷却水の圧力調整容器５ｄ内に気泡がたまらなくなるので冷却水の圧力がピストン構造物５ｄ3に正確に伝わる。尚、ピストン構造物５ｄ3の替わりにベローズや膜（図５の破線参照）を使用して圧力調整容器５ｄ内を仕切ることもできる。
尚、図示しないが、燃料電池１（図３）の運転が終了したときにピストン構造物５ｄ3が初期の位置に戻ることができるようにピストン構造物５ｄ3に復帰用のバネを設けるようにしても良い。また、容器内壁にピストン構造物５ｄ3下部を両端で支持する突起を設けるようにしても良い。
【００３８】
このように構成される第２参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータＰＲは、圧力調整容器５ｄ内の冷却水の圧力がカソードガス（空気）の圧力よりも高いときは、ピストン構造物５ｄ3が上方に移動してカソードガス系内の圧力を高くし、冷却水の圧力がカソードガスの圧力より低いときは、ピストン構造物５ｄ3が下方に移動してカソードガス系内の圧力を低くするように作用する。従って、常に冷却水の圧力とカソードガスの圧力とをバランスさせるようにすることができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回避することができる。
【００３９】
最後に、第１実施形態、第１参考形態および第２参考形態の燃料電池の冷却システムにおける燃料電池１へ供給するガスを加湿する加湿器２ａ，２ｂは、前記加湿器２ａ，２ｂ内の水蒸気透過膜の一側に冷却液である冷却水を通流し、他側に前記ガスを通流して加湿するが、圧力調整容器３ｄ，５ｄの内部をベローズ３ｄ3やピストン構造物５ｄ3により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータＰＲを構成し、前記冷却水の圧力と前記ガスの圧力とがバランスするように構成したので、従来、燃料電池の出力が大きくなるときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴い加湿器の膜に過大な圧力が作用するのを回避することができる。
【００４０】
以上、第１実施形態、第１参考形態および第２参考形態の燃料電池の冷却システムを説明したが、本発明に係るプレッシャ−レギュレータＰＲはこれに限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の構成と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
１．本発明によれば、燃料電池の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の部屋に放出側の調圧弁及び吸引側の調圧弁を取り付け、前記一方の部屋は、前記放出側の調圧弁及び前記吸引側の調圧弁を介して大気に連通し、他方の部屋を前記循環通路に接続し、前記他方の部屋からの前記冷却液の出口は、前記他方の部屋への前記冷却液の入口よりも上方に設けられ、前記循環通路を循環する前記冷却液の導電率の上昇を防止するイオン交換器を備えることにより、
（１）冷却液と大気とが直接接触することがない。従って大気中の溶解成分が冷却液に溶解することがない。このため冷却系にイオン交換器を設けて導電率が上昇するのを防止している場合においてもイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることがなく、冷却系のイオン交換器の寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときは大気を外部に放出し、冷却液の圧力が低いときは大気を内部に吸入するようにプレッシャーレギュレータが作用するので冷却液の圧力調整をすることができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回避することができる。従って、燃料電池の安定した冷却に寄与できる。
２．また、参考形態によれば、燃料電池の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の部屋を前記燃料電池のカソードガス通路に連通し、他方の部屋を冷却液の循環通路に接続したことにより、
（１）冷却液とカソードガスとが直接接触することがない。従ってカソードガス中の溶解成分が冷却液に溶解することがない。このため冷却系にイオン交換器を設けて導電率が上昇するのを防止している場合においてもイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることがなく、冷却系のイオン交換器の寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときはカソードガス側の圧力を高くし、冷却液の圧力が低いときはカソードガス側の圧力を低くするようにプレッシャーレギュレータが作用するので、常にカソードガスの圧力と冷却液の圧力とがバランスするように調整することができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回避することができる。従って、燃料電池の安定した冷却に寄与できる。
３．また、本発明によれば、燃料電池へ供給するガスを加湿する加湿器は、前記加湿器内の水蒸気透過膜の一側に冷却液を通流し、他側に前記ガスを通流して加湿するが、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、前記冷却液の圧力と前記ガスの圧力とがバランスするように構成したので、従来、燃料電池の出力が大きくなるときに問題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴い加湿器の膜に過大な圧力が作用するのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る第１実施形態の燃料電池の冷却システムの全体構成図である。
【図２】 第１実施形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図である。
【図３】 第１参考形態の燃料電池の冷却システムの全体構成図である。
【図４】 第１参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図である。
【図５】 第２参考形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図である。
【図６】 従来の燃料電池の冷却システムの全体構成図である。
【図７】 燃料電池内部のセルの構造を示す断面図である。
【図８】 中空糸膜を利用した膜型の加湿器の断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell cooling system, and more particularly to a fuel cell cooling system including a pressure regulator that adjusts the pressure of a coolant that cools the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In recent years, solid polymer fuel cells have attracted attention as power sources for electric vehicles. A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can generate electric power even at room temperature, and is being put into practical use for various applications.
[0003]
In general, a fuel cell system is configured such that a cathode electrode is defined on one side and an anode electrode is defined on the other side with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, and oxygen in the air supplied to the cathode electrode and the anode In this system, an external load is driven by electric power generated by a chemical reaction with hydrogen supplied to an electrode.
However, since such a chemical reaction is also an exothermic reaction, a cooling system is inevitably necessary to maintain a stable operation regardless of the output of the fuel cell.
[0004]
As such a fuel cell cooling system, for example, the one shown in FIG. 6 is known.
The fuel cell cooling system 100 includes a coolant passage 101 c partitioned in the fuel cell 101 for cooling the fuel cell 101, and a coolant connected to the coolant passage 101 c for circulating the coolant through the fuel cell 101. The main part is composed of the circulation passage 102 and the circulation pump 102a, a cooling device 102b for cooling the coolant, and a temperature control device 102c for adjusting the temperature of the coolant supplied to the fuel cell 101, and the fuel The fuel cell 101 is cooled by connecting the outlet 102g and the inlet 102f of the circulation passage 102 to the inlet 101a and the outlet 101b of the coolant passage 101c partitioned in the battery 101, and circulating the coolant with the circulation pump 102a. To do.
Further, in general, in a fuel cell cooling system, a liquid junction phenomenon (off-gas is discharged from the fuel cell 101 in a state where steam and water are mixed together). In order to prevent this “ground fault” (referred to as “liquid junction”), pure water or an insulating refrigerant is used as a coolant for cooling the fuel cell.
[0005]
The coolant circulation passage 102 of the fuel cell cooling system 100 is further provided with a bypass passage 102e that bypasses the cooling device 102b, so that the coolant need not be cooled by the cooling device 102b. In this case, the coolant is directly supplied to the temperature control device 102c provided on the downstream side of the bypass passage 102e so that the temperature of the coolant is controlled to a temperature suitable for power generation of the fuel cell 101.
Further, an ion exchanger 102d is provided in a bypass passage 102h that connects the outlet side passage of the temperature control device 102c and the upstream passage of the circulation pump 102a, and maintains the conductivity of the coolant low.
[0006]
However, in such a conventional fuel cell cooling system 100, for example, when the output of the fuel cell 101 increases,
(1) Expansion of coolant due to temperature rise
(2) Generation of pressure loss due to flow
(3) Increase in operating pressure of the circulating pump 102a for circulating the coolant
The fluid pressure in the circulation passage 102 increases due to the above, but if the coolant pressure is too high, the following problems may occur.
(1) As shown in FIG. 7, in the cell 200 inside the fuel cell 101, the joint surface S between the separators 202 and 202 that partitions the coolant passage 101c is expanded by the pressure due to the coolant. Cause liquid leakage and poor conductivity.
(2) When humidifying the gas supplied to the fuel cell 101, a membrane type humidifier (humidification in a water chamber) 300 using hollow fiber membranes 301, 301... As shown in FIG. Since humidification is performed in a closed system, an excessive pressure acts on the membrane 301 by the pressure of the cooling water that is the coolant.
[0007]
In order to solve these problems, a part of the cooling system is opened to the atmosphere, or the pressure in the system is adjusted to the set pressure by connecting it to the atmosphere via a pressure regulating valve or the like. This is a method of balancing the pressure of the cathode gas and the cooling water, which is the coolant, by providing a spring-type pressure adjustment valve. The applicant proposed (see the specification of Japanese Patent Application No. 2000-313522).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, (a) a part of the cooling system is opened to the atmosphere, (b) the pressure in the system is adjusted to the set pressure by a method of breathing by connecting to the atmosphere via a pressure regulating valve, etc. c) By connecting the cathode gas pressure pipe to the cooling system, the pressure of the cooling liquid is adjusted by balancing the pressure of the cathode gas and the pressure of the cooling liquid. The pressure is adjusted by introducing air or cathode gas, which is atmospheric air, in contact, so that carbon dioxide in the air or cathode gas dissolves in the coolant and ionizes, increasing the conductivity of the coolant (insulation) To reduce the sex).
If an ion exchanger 102d as shown in FIG. 6 is installed in the cooling system, the carbonate ions are adsorbed and separated by the internal ion exchange resin, so that the conductivity of the coolant increases (decreases insulation). However, as a result of the breakthrough time of the ion exchange resin being shortened, there is a problem that the life of the ion exchanger 102d is shortened.
Further, in order to humidify the gas supplied to the fuel cell 101, humidifiers 103a and 103b that humidify through the membrane are used, but pressure adjusting means is provided in the circulation passage 102 of the coolant used for humidification. Therefore, even if the output of the fuel cell 101 increases and the fluid pressure in the circulation passage 102 increases, the coolant pressure cannot be adjusted.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and when adjusting the pressure of the coolant in the cooling system for cooling the fuel cell, the coolant and the air or the cathode gas are in direct contact with each other. An object of the present invention is to provide a fuel cell cooling system including a pressure regulator capable of adjusting pressure without using the pressure regulator.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Made to solve the above problems The present invention In order to cool the inside of the fuel cell having the laminated structure, the fuel cell cooling system according to the present invention connects a circulation passage for circulating the coolant to an inlet and an outlet of the coolant of the fuel cell, and In a fuel cell cooling system having a circulation pump for circulating the coolant in the passage, the pressure regulator is partitioned into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure to constitute a pressure regulator, One room of this pressure regulator The discharge-side pressure regulating valve and the suction-side pressure regulating valve are attached to the one side chamber via the discharge-side pressure regulating valve and the suction-side pressure regulating valve. Communicate with the atmosphere and connect the other room to the circulation passage. The cooling liquid outlet from the other chamber is provided above the cooling liquid inlet to the other chamber and prevents the increase in the conductivity of the cooling liquid circulating in the circulation passage. With exchange It is characterized by this.
[0011]
Book According to the invention, in the fuel cell cooling system, the pressure regulator is divided into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure, and the pressure regulator is connected to the atmosphere. By connecting the other room to the coolant circulation path,
(1) There is no direct contact between the coolant and the atmosphere. Therefore, dissolved components in the atmosphere do not dissolve in the coolant. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from increasing, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented.
(2) When the pressure of the cooling liquid is high, the air is discharged to the outside, and when the pressure of the cooling liquid is low, the pressure regulator acts to suck the air into the inside, so that the pressure of the cooling liquid can be adjusted. .
Therefore, it is possible to avoid the liquid leakage and poor conductivity of the fuel cell, which has been a problem when the output of the fuel cell is increased, which is caused by the increase in the fluid pressure in the coolant circulation passage.
[0014]
In addition, the present invention In the fuel cell cooling system according to the present invention, a humidifier that humidifies a gas supplied to the fuel cell passes the coolant through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and passes the gas through the other side. It is characterized by humidifying thing It is.
[0015]
Book According to the invention, the humidifier that humidifies the gas to be supplied to the fuel cell passes the coolant through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and humidifies the gas through the other side. Since the inside of the container is divided into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure, a pressure regulator is configured so that the pressure of the coolant and the pressure of the gas are balanced. It is possible to avoid excessive pressure from acting on the humidifier membrane as the hydraulic pressure in the circulation passage of the cooling liquid, which has been a problem when the output of, increases.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
First, a fuel cell cooling system according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the fuel cell cooling system of the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the first embodiment. is there.
[0017]
The fuel cell cooling system according to the first embodiment, as shown in FIG.
A fuel cell 1, two humidifiers 2 a and 2 b that humidify each of a fuel gas (anode gas) and an oxidizing gas (cathode gas) supplied to the fuel cell 1, and a coolant for cooling the fuel cell 1 The cooling water circulation supply system 3 that circulates and supplies the cooling water to the fuel cell 1 and the humidifiers 2a and 2b is constituted.
[0018]
The cooling water circulation supply system 3 includes a circulation pump 3a for circulating the cooling water, a cooling device 3b for cooling the cooling water, a temperature adjusting device 3c for adjusting the temperature of the cooling water, and a bellows that can be deformed therein. 3d Three (FIG. 2) and a pressure regulating container 3d constituting the main body of the pressure regulator PR, and a circulation passage 3p for supplying the cooling water to the fuel cell 1 and the humidifiers 2a and 2b by arranging these devices and devices in order. The main part is composed of
[0019]
In the fuel cell cooling system configured as described above, the cooling water for cooling the fuel cell 1 is circulated in the circulation passage 3p by the circulation pump 3a, and the cooling water discharged from the circulation pump 3a is supplied to the cooling device 3b. It is cooled by a (heat exchanger such as a radiator), is controlled to a temperature suitable for the operation of the fuel cell 1 by a temperature control device 3c (for example, a thermostat valve), and is led to a pressure regulator PR at a subsequent stage.
When the cooling water does not need to be cooled by the cooling device 3b, the cooling water is directly introduced into the temperature adjusting device 3c through the bypass passage 3g that bypasses the cooling device 3b.
[0020]
The cooling water guided to the pressure regulator PR is, as shown in FIG. 2, a bellows 3d provided therein. Three And pressure regulating valve 3d 1 , 3d 2 The pressure is suitably adjusted by a cooling water pressure fluctuation absorption mechanism constituted by the following, and supplied to the cooling water inlet 1 a of the fuel cell 1. Details of the configuration and operation of the pressure regulator PR will be described later.
The pressure regulator PR may be installed in communication with any place in the cooling system. However, it is preferable to install near piping or equipment that is easily affected by water pressure in order to avoid excessive pressure acting on the piping and equipment.
[0021]
The cooling water supplied to the cooling water inlet 1a of the fuel cell 1 is cooled so that the fuel cell 1 can be stably operated while passing through the coolant passage 1c of the fuel cell 1, and then the cooling of the fuel cell 1 is performed. It is discharged from the water outlet 1b.
[0022]
A part or all of the cooling water discharged from the cooling water outlet 1b of the fuel cell 1 is branched from the circulation passage 3p downstream of the fuel cell 1 and upstream of the circulation pump 3a. 1 , 3p 2 To the fuel gas (anode gas) humidifier 2a and the oxidizing gas (cathode gas) humidifier 2b.
The cooling water supplied to each of the humidifier 2a and the humidifier 2b is supplied to each of the fuel gas (anode gas) supplied from the high-pressure hydrogen source and the oxidizing gas (cathode gas) supplied from the compressor 4 to the fuel cell 1. Humidification is performed with water vapor that has passed through the water vapor permeable membrane.
[0023]
Cooling water obtained by humidifying the fuel gas (anode gas) and the oxidizing gas (cathode gas) is supplied from the humidifiers 2a and 2b to the passage 3p. Three , 3p Four Is returned to the circulation passage 3p and circulated again by the circulation pump 3a.
[0024]
A part of the cooling water that circulates in the circulation passage 3p is led to the ion exchanger 3e provided in the bypass passage 3f to prevent the conductivity of the cooling water from increasing (decreasing the insulation).
[0025]
Next, the configuration and operation of the cooling water pressure regulator PR used in the fuel cell cooling system of the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the inside of the pressure regulating container 3d constituting the main body of the pressure regulator PR is a deformable bellows 3d that is attached to the bottom and deforms according to the pressure. Three Are divided into two chambers sp1 and sp2, and one chamber sp1 has a pressure regulating valve 3d on the discharge side. 1 And suction side pressure regulating valve 3d 2 And the other room sp2 has a cooling water inlet nozzle 3d. Four And cooling water outlet nozzle 3d Five Is installed.
One chamber sp1 has a pressure regulating valve 3d. 1 And pressure regulating valve 3d 2 The other chamber sp2 is connected to the atmosphere outside the pressure regulating container 3d through the inlet nozzle 3d. Four And outlet nozzle 3d Five Is connected to a circulation path 3p (FIG. 1) of cooling water which is a coolant of the fuel cell 1.
[0026]
In this manner, the inside of the pressure regulating container 3d constituting the main body of the pressure regulator PR is provided with the bellows 3d. Three Is divided into two chambers sp1 and sp2, and the pressure of the cooling water is adjusted by passing air as air and the cooling water flowing through the circulation passage 3p through each of the divided rooms. There is no direct contact.
Accordingly, carbon dioxide gas in the air does not dissolve in the cooling water, so that the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened. As a result, it is possible to prevent shortening of the life of the cooling system ion exchanger 3e.
[0027]
The cooling water inlet nozzle 3d Four The cooling water outlet nozzle 3d Five Is provided at the upper part of the container side.
Inlet nozzle 3d Four And exit 3d Five By disposing the nozzle in this way, bubbles do not accumulate in the cooling water pressure regulating container 3d, so that the cooling water pressure is reduced to the bellows 3d. Three Communicate accurately. Bellows 3d Three Instead, the inside of the pressure regulating container 3d can be partitioned by using a membrane (see the broken line in FIG. 5) or a piston structure as another form.
In addition, the pressure regulating valve 3d attached to one chamber sp1 1 , 3d 2 As a check valve, a check valve is used.
[0028]
In the pressure regulator PR used in the fuel cell cooling system of the first embodiment configured as described above, the pressure of the cooling water in the pressure regulating container 3d (= the pressure of the other chamber sp2) is the pressure regulating valve 3d. 1 When the set value is exceeded, the inner chamber atmosphere (atmosphere) is released from one chamber sp1 to the outside, and the pressure of the cooling water inside the container is adjusted to the pressure regulating valve 3d. 2 When the set value is interrupted, the air is sucked into the one room sp1 from the outside. In this way, the pressure of the cooling water is reduced to the bellows 3d. Three And two pressure regulating valves 3d 1 , 3d 2 The pressure of the cooling water can be suitably adjusted by the pressure fluctuation absorbing mechanism constituted by
Therefore, it is possible to avoid the liquid leakage and poor conductivity of the fuel cell, which has been a problem when the output of the fuel cell is increased, which is caused by the increase in the fluid pressure in the coolant circulation passage.
[0029]
next, First reference A fuel cell cooling system according to the embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, FIG. First reference FIG. 4 is an overall configuration diagram of the fuel cell cooling system according to the embodiment, First reference It is a schematic diagram which shows the structure of the pressure regulator used with the cooling system of the form fuel cell.
First reference As shown in FIGS. 3 and 4, the difference between the configuration of the fuel cell cooling system according to the first embodiment and the fuel cell cooling system according to the first embodiment is that the pressure regulator container 3d of the pressure regulator PR is provided with a bellows 3d. Three One of the chambers sp1 divided into two chambers sp1 and sp2 by the cathode gas passage 4p and the communication passage 4p of the fuel cell 1 1 It is a point connected through.
Therefore, here First reference Only the configuration and operation of the pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated about the same member as the cooling system of the fuel cell of 1st Embodiment.
[0030]
next, First reference The configuration and operation of the cooling water pressure regulator PR used in the embodiment of the fuel cell cooling system will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the inside of the pressure regulating container 3d constituting the main body of the pressure regulator PR is a deformable bellows 3d that is attached to the bottom and deforms according to the pressure. Three Are divided into two chambers sp1 and sp2, and a communication passage 4p1 is attached to one chamber sp1, and an inlet nozzle 3d for cooling water as a cooling liquid is attached to the other chamber sp2. Four And cooling water outlet nozzle 3d Five Is installed.
One chamber sp1 is connected to the cathode gas passage 4p (FIG. 3) connecting the humidifier 2b of the fuel cell 1 and the compressor 4 via the communication passage 4p1, and the other chamber sp2 is connected to the inlet nozzle 3d. Four And outlet nozzle 3d Five Is connected to a circulation path 3p (FIG. 3) of cooling water which is a coolant of the fuel cell 1.
[0031]
In this manner, the inside of the pressure regulating container 3d constituting the main body of the pressure regulator PR is provided with the bellows 3d. Three Is divided into two chambers sp1 and sp2, and air (the air whose pressure is higher than the atmospheric pressure) supplied from the compressor 4 and the cooling water flowing through the circulation passage 3p are passed through the partitioned chambers. Since the cooling water pressure is adjusted, the cooling water and the air are not in direct contact with each other.
Accordingly, carbon dioxide gas in the air does not dissolve in the cooling water, so that the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened. As a result, it is possible to prevent shortening of the life of the cooling system ion exchanger 3e.
[0032]
The cooling water inlet nozzle 3d Four The cooling water outlet nozzle 3d is disposed at the lower part of the side of the pressure regulating container 3d. Five Is provided at the upper part of the container side.
Inlet nozzle 3d Four And exit 3d Five By disposing the nozzle in this way, bubbles do not accumulate in the cooling water pressure regulating container 3d, so that the cooling water pressure is reduced to the bellows 3d. Three Communicate accurately. Bellows 3d Three Instead, the inside of the pressure regulating container 3d can be partitioned by using a membrane (see the broken line in FIG. 5) or a piston structure as another form.
[0033]
Configured like this First reference The pressure regulator PR used in the fuel cell cooling system of the embodiment has the bellows 3d when the pressure of the cooling water in the pressure regulating container 3d is higher than the pressure of the cathode gas (air). Three Is compressed (volume reduction) to increase the pressure in the cathode gas system, and when the pressure of the cooling water is lower than the pressure of the cathode gas, the bellows 3d Three Elongates (volume expands) and acts to lower the pressure in the cathode gas system.
Therefore, it is possible to always balance the pressure of the cooling water and the pressure of the cathode gas. Therefore, it is possible to avoid the liquid leakage and poor conductivity of the fuel cell, which has been a problem when the output of the fuel cell is increased, which is caused by the increase in the fluid pressure in the coolant circulation passage.
[0034]
next, Second reference A fuel cell cooling system according to the embodiment will be described with reference to FIGS. Note that FIG. Second reference It is a schematic diagram which shows the structure of the pressure regulator used with the cooling system of the form fuel cell.
Second reference Form fuel cell cooling system and First reference As shown in FIGS. 3 and 5, the configuration of the fuel cell cooling system of the embodiment is largely different from that of the piston structure 5d in the pressure regulating container 5d of the pressure regulator PR. Three One of the chambers sp1 divided into two chambers sp1, sp2 by the cathode gas passage 4p and the communication passage 4p of the fuel cell 1 1 It is a point connected through.
Therefore, here Second reference Only the configuration and operation of the pressure gauge PR used in the fuel cell cooling system of the embodiment will be described. still, First reference The same members as those in the fuel cell cooling system of the embodiment will be described with the same reference numerals.
[0035]
Second reference The configuration and operation of the cooling water pressure regulator PR used in the embodiment of the fuel cell cooling system will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 5, the inside of the pressure regulating container 5d constituting the main body of the pressure regulator PR is a piston structure 5d slidable in the vertical direction along the inner wall. Three Are divided into two chambers sp1 and sp2, and a communication passage 4p1 is attached to one chamber sp1, and an inlet nozzle 5d for cooling water is provided to the other chamber sp2. Four And cooling water outlet nozzle 5d Five Is installed.
One chamber sp1 is connected to the cathode gas passage 4p (FIG. 3) connecting the humidifier 2b of the fuel cell 1 and the compressor 4 via the communication passage 4p1, and the other chamber sp2 is connected to the inlet nozzle 5d. Four And outlet nozzle 5d Five Is connected to a circulation path 3p (FIG. 3) of cooling water which is a coolant of the fuel cell 1.
[0036]
In this way, the pressure regulating container 5d constituting the main body of the pressure regulator PR is disposed within the piston structure 5d. Three Is divided into two chambers sp1 and sp2, and air (the air whose pressure is higher than the atmospheric pressure) supplied from the compressor 4 and the cooling water flowing through the circulation passage 3p are passed through the partitioned chambers. Since the cooling water pressure is adjusted, the cooling water and the air are not in direct contact with each other.
Accordingly, carbon dioxide gas in the air does not dissolve in the cooling water, so that the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened. As a result, it is possible to prevent shortening of the life of the cooling system ion exchanger 3e.
[0037]
The cooling water inlet nozzle 5d Four The cooling water outlet nozzle 5d is provided at the lower part of the side of the pressure regulating container 5d. Five Is lower than the central height of the container side and the inlet nozzle 5d Four It is provided in a higher position.
Inlet nozzle 5d Four And exit 5d Five By disposing the nozzle in this way, bubbles do not accumulate in the cooling water pressure regulating container 5d, so that the cooling water pressure is reduced to the piston structure 5d. Three Communicate accurately. Piston structure 5d Three Instead of this, the inside of the pressure regulating container 5d can be partitioned by using a bellows or a membrane (see the broken line in FIG. 5).
Although not shown, when the operation of the fuel cell 1 (FIG. 3) is finished, the piston structure 5d Three Piston structure 5d so that can return to its initial position Three A return spring may be provided. Also, the piston structure 5d Three You may make it provide the protrusion which supports a lower part by both ends.
[0038]
Configured like this Second reference The pressure regulator PR used in the fuel cell cooling system of the embodiment has a piston structure 5d when the pressure of the cooling water in the pressure regulating vessel 5d is higher than the pressure of the cathode gas (air). Three Moves upward to increase the pressure in the cathode gas system, and when the pressure of the cooling water is lower than the pressure of the cathode gas, the piston structure 5d Three Moves downward to lower the pressure in the cathode gas system. Therefore, it is possible to always balance the pressure of the cooling water and the pressure of the cathode gas.
Therefore, it is possible to avoid the liquid leakage and poor conductivity of the fuel cell, which has been a problem when the output of the fuel cell is increased, which is caused by the increase in the fluid pressure in the coolant circulation passage.
[0039]
Finally, the first embodiment , First reference form and second reference The humidifiers 2a and 2b for humidifying the gas to be supplied to the fuel cell 1 in the fuel cell cooling system according to the embodiment flow cooling water as a coolant through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifiers 2a and 2b. The gas is passed through the other side to humidify, but the inside of the pressure regulating containers 3d and 5d is connected to the bellows 3d. Three And piston structure 5d Three The pressure regulator PR is configured by partitioning into two chambers so that the pressure of the cooling water and the pressure of the gas are balanced. Therefore, the cooling that has conventionally been a problem when the output of the fuel cell is increased It is possible to avoid an excessive pressure from acting on the membrane of the humidifier as the liquid pressure in the liquid circulation passage increases.
[0040]
As described above, the first embodiment , First reference form and second reference Although the fuel cell cooling system of the embodiment has been described, the pressure regulator PR according to the present invention is not limited to this, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the technical scope of the present invention.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention having the above configuration and operation, the following effects can be obtained.
1. Book According to the invention, in the fuel cell cooling system, the pressure regulator is configured by dividing the inside of the pressure regulating container into two chambers by a deformable bellows, membrane or piston structure, and one chamber of the pressure regulator is formed. The discharge-side pressure regulating valve and the suction-side pressure regulating valve are attached to the one side chamber via the discharge-side pressure regulating valve and the suction-side pressure regulating valve. Communicate with the atmosphere and connect the other room to the circulation passage. The cooling liquid outlet from the other chamber is provided above the cooling liquid inlet to the other chamber and prevents the increase in the conductivity of the cooling liquid circulating in the circulation passage. With exchange By
(1) There is no direct contact between the coolant and the atmosphere. Therefore, dissolved components in the atmosphere do not dissolve in the coolant. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from increasing, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented.
(2) When the pressure of the cooling liquid is high, the air is discharged to the outside, and when the pressure of the cooling liquid is low, the pressure regulator acts to suck the air into the inside, so that the pressure of the cooling liquid can be adjusted. .
Therefore, it is possible to avoid the liquid leakage and poor conductivity of the fuel cell, which has been a problem when the output of the fuel cell is increased, which is caused by the increase in the fluid pressure in the coolant circulation passage. Therefore, it can contribute to the stable cooling of the fuel cell.
2. Reference form In the fuel cell cooling system, the pressure regulator is divided into two chambers by a bellows, a membrane, or a piston structure that can be deformed inside the pressure regulating container, and one chamber of the pressure regulator is disposed in the fuel cell. By connecting the other chamber to the coolant circulation passage,
(1) There is no direct contact between the coolant and the cathode gas. Therefore, the dissolved component in the cathode gas is not dissolved in the coolant. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from increasing, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented.
(2) Since the pressure regulator operates to increase the pressure on the cathode gas side when the coolant pressure is high, and lower the pressure on the cathode gas side when the coolant pressure is low, the cathode gas pressure is always applied. And the pressure of the coolant can be adjusted to balance.
Therefore, it is possible to avoid the liquid leakage and poor conductivity of the fuel cell, which has been a problem when the output of the fuel cell is increased, which is caused by the increase in the fluid pressure in the coolant circulation passage. Therefore, it can contribute to the stable cooling of the fuel cell.
3. Also book According to the invention, the humidifier that humidifies the gas supplied to the fuel cell passes the coolant through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier, and humidifies the gas through the other side. Since the inside of the adjustment container is divided into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure, a pressure regulator is configured so that the pressure of the coolant and the pressure of the gas are balanced. It is possible to avoid an excessive pressure from acting on the humidifier membrane as the liquid pressure in the circulation passage of the coolant, which has been a problem when the battery output increases, is increased.
[Brief description of the drawings]
1 is an overall configuration diagram of a fuel cell cooling system according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the first embodiment.
[Fig. 3] First reference It is a whole block diagram of the cooling system of the form fuel cell.
[Fig. 4] First reference It is a schematic diagram which shows the structure of the pressure regulator used with the cooling system of the form fuel cell.
[Figure 5] Second reference It is a schematic diagram which shows the structure of the pressure regulator used with the cooling system of the form fuel cell.
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell cooling system.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a cell inside the fuel cell.
FIG. 8 is a sectional view of a membrane type humidifier using a hollow fiber membrane.

Claims (2)

積層構造を有する燃料電池内を冷却するために、この燃料電池の冷却液の入口と出口とに前記冷却液を循環させるための循環通路を接続し、この循環通路に前記冷却液を循環するための循環ポンプを取り付けた燃料電池の冷却システムにおいて、
圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の部屋に放出側の調圧弁及び吸引側の調圧弁を取り付け、前記一方の部屋は、前記放出側の調圧弁及び前記吸引側の調圧弁を介して大気に連通し、他方の部屋を前記循環通路に接続し、
前記他方の部屋からの前記冷却液の出口は、前記他方の部屋への前記冷却液の入口よりも上方に設けられ、
前記循環通路を循環する前記冷却液の導電率の上昇を防止するイオン交換器を備えることを特徴とする燃料電池の冷却システム。In order to cool the inside of the fuel cell having a laminated structure, a circulation passage for circulating the cooling liquid is connected to the inlet and the outlet of the cooling liquid of the fuel cell, and the cooling liquid is circulated through the circulation passage. In a fuel cell cooling system equipped with a circulation pump of
The pressure regulator is divided into two chambers by a deformable bellows, membrane or piston structure to constitute a pressure regulator, and a pressure regulator on the discharge side and a pressure regulator on the suction side are attached to one chamber of the pressure regulator , The one chamber communicates with the atmosphere via the pressure regulating valve on the discharge side and the pressure regulating valve on the suction side , and the other chamber is connected to the circulation passage .
The outlet of the coolant from the other room is provided above the inlet of the coolant to the other room,
A cooling system for a fuel cell, comprising an ion exchanger for preventing an increase in conductivity of the coolant circulating in the circulation passage . 前記燃料電池へ供給するガスを加湿する加湿器が、前記加湿器内の水蒸気透過膜の一側に前記冷却液を通流し、他側に前記ガスを通流して加湿することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却システム。The humidifier that humidifies the gas supplied to the fuel cell passes the coolant through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and humidifies the gas through the other side. Item 4. The fuel cell cooling system according to Item 1 .
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