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JP7119691B2 - fuel cell system - Google Patents

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JP7119691B2 JP2018135957A JP2018135957A JP7119691B2 JP 7119691 B2 JP7119691 B2 JP 7119691B2 JP 2018135957 A JP2018135957 A JP 2018135957A JP 2018135957 A JP2018135957 A JP 2018135957A JP 7119691 B2 JP7119691 B2 JP 7119691B2
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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.

従来、燃料電池システムには、発電により加熱されたセルを冷却するために冷却液を循環させる冷却システムが設けられている。この冷却システムは、燃料電池を冷却することによって加熱された冷却液を熱交換器、例えば、ラジエータとファンからなる熱交換器で冷却し、再び燃料電池の冷却に供している。 Conventionally, a fuel cell system is provided with a cooling system that circulates a coolant in order to cool cells heated by power generation. This cooling system cools the coolant heated by cooling the fuel cell with a heat exchanger, for example, a heat exchanger consisting of a radiator and a fan, to cool the fuel cell again.

この冷却システムでは、システムに接続された部品からの溶出、冷却液の熱劣化等の理由により冷却液内に不純物イオンが生成される。冷却液中の不純物イオン濃度が高くなると、燃料電池で発電された電気が冷却液を媒体として外部に漏洩するおそれがある。そこで、冷却液の循環配管上に設けられたバイパス配管にイオン交換器を設け、イオン交換器で冷却液中の不純物イオンを除去することが提案されている。 In this cooling system, impurity ions are generated in the coolant due to factors such as elution from components connected to the system and thermal deterioration of the coolant. If the concentration of impurity ions in the coolant increases, electricity generated by the fuel cell may leak to the outside through the coolant. Therefore, it has been proposed to install an ion exchanger in a bypass pipe provided on the circulation pipe of the cooling liquid so that the ion exchanger removes the impurity ions in the cooling liquid.

上記構成の場合、燃料電池のセルの冷却に用いられた高温の冷却液がイオン交換器に供給されるので、イオン交換器を構成するイオン交換樹脂が熱劣化するという問題があった。 In the case of the above configuration, since the high-temperature coolant used for cooling the cells of the fuel cell is supplied to the ion exchanger, there is a problem that the ion exchange resin constituting the ion exchanger is thermally degraded.

そこで、バイパス配管においてイオン交換器の上流側に電子冷却素子を配置し、電子冷却素子によって冷却された冷却液をイオン交換器に供給することで、イオン交換樹脂の熱劣化を防止する構成が提案されている（特許文献１参照）。 Therefore, a configuration is proposed in which an electronic cooling element is arranged upstream of the ion exchanger in the bypass pipe, and the cooling liquid cooled by the electronic cooling element is supplied to the ion exchanger to prevent thermal deterioration of the ion exchange resin. (See Patent Document 1).

特開２０１０－３４４８号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-3448

しかし、上記文献に記載され燃料電池の冷却システムは、冷却液を冷却するために専用の電子冷却素子が新たに必要となり、コストが増大する。この点において、改善の余地がある。 However, the fuel cell cooling system described in the above document requires a new dedicated electronic cooling element for cooling the coolant, increasing the cost. In this regard, there is room for improvement.

本発明は上記事実を考慮し、簡単な構成でイオン交換器の熱劣化を防止又は抑制する燃料電池システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that prevents or suppresses thermal deterioration of an ion exchanger with a simple configuration.

請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却液を熱交換により冷却する熱交換器と、を備える冷却液循環配管と、前記冷却液循環配管において前記燃料電池と並列に設けられたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられたイオン交換器と、水素が貯留された水素タンクから前記燃料電池に水素を供給する水素供給配管と、を備え、前記水素供給配管を流れる水素によって前記イオン交換器が冷却される。
A fuel cell system according to a first aspect of the present invention comprises a coolant circulation pipe including a fuel cell and a heat exchanger that cools a coolant that cools the fuel cell by heat exchange, and in the coolant circulation pipe: A bypass pipe provided in parallel with the fuel cell, an ion exchanger provided in the bypass pipe, and a hydrogen supply pipe for supplying hydrogen from a hydrogen tank storing hydrogen to the fuel cell, The ion exchanger is cooled by hydrogen flowing through the hydrogen supply pipe .

このように構成された燃料電池システムでは、燃料電池と熱交換器とを備える冷却液循環配管が設けられている。したがって、熱交換器で冷却された冷却液が燃料電池に供給されることにより、燃料電池を冷却することができる。 A fuel cell system configured in this manner is provided with a cooling liquid circulation pipe including a fuel cell and a heat exchanger. Therefore, the fuel cell can be cooled by supplying the coolant cooled by the heat exchanger to the fuel cell.

また、冷却液循環配管の燃料電池と並列にバイパス配管が設けられ、バイパス配管上にはイオン交換器が設けられている。したがって、燃料電池を冷却することにより不純物イオンが生成された冷却液がバイパス配管に導かれ、イオン交換器で冷却液から不純物イオンが除去され、冷却液中の不純物イオン濃度が高くなることが防止される。 A bypass pipe is provided in parallel with the fuel cell of the coolant circulation pipe, and an ion exchanger is provided on the bypass pipe. Therefore, the coolant in which impurity ions are generated by cooling the fuel cell is led to the bypass pipe, and the impurity ions are removed from the coolant by the ion exchanger, preventing the impurity ion concentration in the coolant from increasing. be done.

さらに、イオン交換器は、冷却液よりも低温の水素が流れる水素供給配管と熱交換可能とされているため、水素供給配管を流れる水素によってイオン交換器が冷却される。したがって、燃料電池を冷却することによって高温となった冷却液がイオン交換器に供給されても、水素供給配管を流れる水素と熱交換されることによってイオン交換器が冷却されているため、イオン交換器を構成するイオン交換樹脂が熱劣化することが防止又は抑制される。 Furthermore, since the ion exchanger can exchange heat with the hydrogen supply pipe through which hydrogen having a temperature lower than that of the coolant flows, the ion exchanger is cooled by the hydrogen flowing through the hydrogen supply pipe . Therefore, even if the coolant heated to a high temperature by cooling the fuel cell is supplied to the ion exchanger, the ion exchanger is cooled by heat exchange with the hydrogen flowing through the hydrogen supply pipe . Thermal deterioration of the ion exchange resin constituting the vessel is prevented or suppressed.

また、イオン交換器は冷却液循環配管上で燃料電池と並列に配置されているため、燃料電池で加熱された冷却液が直接供給されることはなく、熱交換器で冷却された後にイオン交換器に供給される。したがって、イオン交換器に供給される冷却液が燃料電池から直接供給される場合と比較して相対的に低温とされるため、イオン交換器を構成するイオン交換樹脂が熱劣化することが一層防止又は抑制される。 In addition, since the ion exchanger is arranged in parallel with the fuel cell on the cooling liquid circulation pipe, the cooling liquid heated by the fuel cell is not directly supplied. supplied to the vessel. Therefore, the cooling liquid supplied to the ion exchanger is kept at a relatively low temperature compared to the case where it is directly supplied from the fuel cell, so that the ion exchange resin constituting the ion exchanger is further prevented from being degraded by heat. or suppressed.

さらに、イオン交換器は、冷却液よりも低温の水素が流れる既存の水素供給配管と熱交換可能とするだけで良いので、イオン交換器（又はイオン交換器に進入する冷却液）を冷却するために専用の機器を新たに設けることなく、簡単な構成でイオン交換器を冷却することができる。
請求項２記載の発明に係る燃料電池システムは、請求項１記載の発明に係る燃料電池システムにおいて、前記水素供給配管は、前記イオン交換器の外周に沿うように配置されている。
請求項２記載の本発明によれば、前記水素供給配管は、前記イオン交換器の外周に沿うように配置されることで、水素供給配管を流れる水素によってイオン交換器が冷却される。そのため、冷却するために新たな装置を必要とせず、簡単な構成で済む。
請求項３記載の発明に係る燃料電池システムは、請求項１又は請求項２に記載の発明に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、自動車に搭載されている。
Furthermore, since the ion exchanger only needs to be capable of exchanging heat with the existing hydrogen supply piping through which hydrogen at a temperature lower than that of the coolant flows, It is possible to cool the ion exchanger with a simple configuration without newly providing a dedicated device.
According to a second aspect of the invention, there is provided a fuel cell system according to the first aspect of the invention, wherein the hydrogen supply pipe is arranged along the outer circumference of the ion exchanger.
According to the second aspect of the present invention, the hydrogen supply pipe is arranged along the outer periphery of the ion exchanger, so that the ion exchanger is cooled by hydrogen flowing through the hydrogen supply pipe. Therefore, a simple configuration is sufficient without requiring a new device for cooling.
The fuel cell system according to the invention of claim 3 is the fuel cell system according to the invention of claim 1 or claim 2 , wherein the fuel cell system is mounted in an automobile.

請求項１記載の発明に係る燃料電池システムは、上記構成としたので、簡単な構成でイオン交換器の熱劣化を防止又は抑制することができる。 Since the fuel cell system according to the first aspect of the invention has the above configuration, it is possible to prevent or suppress thermal deterioration of the ion exchanger with a simple configuration.

一実施形態に係る燃料電池システムを示す図である。1 is a diagram showing a fuel cell system according to one embodiment; FIG.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムについて図１を参照して説明する。本実施形態では、電気自動車に適用された燃料電池システムについて説明する。 A fuel cell system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a fuel cell system applied to an electric vehicle will be described.

［構成］
（燃料電池）
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池スタック１２には、図示しない燃料極、酸化剤極及び両極間に介在された固体電解質膜によって構成されたセルが多層に積層されている。なお、燃料電池スタック１２が燃料電池に相当する。 [Constitution]
(Fuel cell)
As shown in FIG. 1, in the fuel cell stack 12 of the fuel cell system 10, cells composed of a fuel electrode (not shown), an oxidizer electrode, and a solid electrolyte membrane interposed between the electrodes are stacked in multiple layers. Note that the fuel cell stack 12 corresponds to a fuel cell.

この燃料電池スタック１２に対する燃料（水素）ガスの供給配管（以下、「水素供給配管」という）１４と、酸化剤（空気）の供給配管（以下、「空気供給配管」という）１６と、その排出ガス等の排出配管１８とについて先ず説明し、次に、燃料電池スタック１２の冷却システム２０について説明する。 A fuel (hydrogen) gas supply pipe (hereinafter referred to as "hydrogen supply pipe") 14 for the fuel cell stack 12, an oxidant (air) supply pipe (hereinafter referred to as "air supply pipe") 16, and its discharge. First, the discharge pipe 18 for gases and the like will be described, and then the cooling system 20 for the fuel cell stack 12 will be described.

（水素供給配管）
水素供給配管１４は、水素ガスが貯留された水素ガスタンク２２から燃料電池スタック１２のセルの燃料極まで延在するものである。水素供給配管１４には、上流側から、遮断弁２４と、水素ガスを所定の圧力に減圧する調圧弁２６と、水素ガスの流量制御を行うインジェクタ２８と、後述するイオン交換器７０と熱交換を行う熱交換部３０と、が設けられている。なお、水素供給配管１４が媒体配管に相当する。 (Hydrogen supply piping)
The hydrogen supply pipe 14 extends from the hydrogen gas tank 22 in which hydrogen gas is stored to the fuel electrodes of the cells of the fuel cell stack 12 . The hydrogen supply pipe 14 includes, from the upstream side, a shutoff valve 24, a pressure regulating valve 26 for reducing the pressure of the hydrogen gas to a predetermined pressure, an injector 28 for controlling the flow rate of the hydrogen gas, an ion exchanger 70 to be described later, and heat exchange. A heat exchange unit 30 for performing Note that the hydrogen supply pipe 14 corresponds to the medium pipe.

また、燃料電池スタック１２のセルの燃料極の下流（排出）側には、下流側配管３２が配設されている。下流側配管３２には、排出ガスを気体と液体に分離する気液分離器３４が配設されている。気液分離器３４の気体排出口と水素供給配管１４は、循環ポンプ３６を介して循環配管３８で連通されている。すなわち、気液分離器３４で排出ガスから分離された気体（ガス）は循環配管３８を介して水素供給配管１４に戻され、燃料電池スタック１２のセルの燃料極に再び供給される。 A downstream pipe 32 is arranged on the downstream (discharge) side of the fuel electrodes of the cells of the fuel cell stack 12 . The downstream pipe 32 is provided with a gas-liquid separator 34 that separates the exhaust gas into gas and liquid. The gas outlet of the gas-liquid separator 34 and the hydrogen supply pipe 14 are communicated with each other through a circulation pipe 38 via a circulation pump 36 . That is, the gas separated from the exhaust gas by the gas-liquid separator 34 is returned to the hydrogen supply pipe 14 via the circulation pipe 38 and supplied to the fuel electrodes of the cells of the fuel cell stack 12 again.

一方、気液分離器３４の液体排出口は、排水弁４０を介して排出配管１８と連通されており、液体は排出配管１８を介して外部に排出される構成である。 On the other hand, the liquid outlet of the gas-liquid separator 34 is communicated with the discharge pipe 18 via the drain valve 40, and the liquid is discharged to the outside through the discharge pipe 18.

これらの遮断弁２４、調圧弁２６、インジェクタ２８、循環ポンプ３６等は、制御部９０で制御されている。 These shutoff valve 24 , pressure regulating valve 26 , injector 28 , circulation pump 36 and the like are controlled by a control section 90 .

（空気供給配管）
空気供給配管１６は、図示しない吸入フランジから吸入された空気（吸気）を燃料電池スタック１２のセルの酸化剤極に導くものである。空気供給配管１６には、上流側から、吸入フランジから吸入した空気を圧縮するコンプレッサ４４と、コンプレッサ４４で圧縮された空気を後述する冷却液で冷却するインタークーラー４６と、酸化剤極に供給される空気量を調整し、余分な空気を排出配管１８に排出する分流弁４８とが配設されている。 (Air supply piping)
The air supply pipe 16 guides air (intake air) sucked from a suction flange (not shown) to the oxidant electrodes of the cells of the fuel cell stack 12 . In the air supply pipe 16, from the upstream side, a compressor 44 for compressing the air sucked from the suction flange, an intercooler 46 for cooling the air compressed by the compressor 44 with a coolant to be described later, and an oxidizer electrode are supplied. A diversion valve 48 is provided to regulate the amount of air and to discharge excess air to the discharge pipe 18 .

なお、燃料電池スタック１２のセルの酸化剤極の下流（排出）側は、調圧弁５０を介して排出配管１８に連通されている。 The downstream (exhaust) side of the oxidant electrode of the cell of the fuel cell stack 12 is communicated with the exhaust pipe 18 via a pressure regulating valve 50 .

これらの分流弁４８、調圧弁５０等は、制御部９０で制御されている。 These flow dividing valve 48 , pressure regulating valve 50 and the like are controlled by a control section 90 .

（冷却システム）
燃料電池システム１０の冷却システム２０は、燃料電池スタック１２等に冷却液を循環させる冷却液循環配管５２を備えている。 (cooling system)
The cooling system 20 of the fuel cell system 10 includes a coolant circulation pipe 52 for circulating the coolant to the fuel cell stack 12 and the like.

冷却液循環配管５２には、燃料電池スタック１２から下流側に向って、後述する切換弁５６と、燃料電池スタック１２で加熱された冷却液を冷却する熱交換器５８と、冷却液の温度を検出する温度センサ６０と、冷却液循環配管５２上を冷却液を循環させる冷却液ポンプ６２と、が配設されている。 The cooling liquid circulation pipe 52 includes, downstream from the fuel cell stack 12, a switching valve 56, which will be described later, a heat exchanger 58 for cooling the cooling liquid heated in the fuel cell stack 12, and a cooling liquid temperature controller. A temperature sensor 60 for detection and a cooling liquid pump 62 for circulating the cooling liquid on the cooling liquid circulation pipe 52 are provided.

なお、熱交換器５８は、ラジエータ６４と、ラジエータ６４に送風するファン６６とから構成されている。 The heat exchanger 58 is composed of a radiator 64 and a fan 66 that blows air to the radiator 64 .

また、冷却液循環配管５２において切換弁５６と温度センサ６０の上流側とを連通させる第１バイパス配管５４が形成されている。すなわち、冷却液循環配管５２において熱交換器５８と並列に第１バイパス配管５４が形成されている。したがって、切換弁５６を切り換えることにより、冷却液循環配管５２の切換弁５６よりも上流側と下流側とを連通させるか、上流側と第１バイパス配管５４とを連通させるか切り換え可能に構成されている。 A first bypass pipe 54 is formed in the cooling liquid circulation pipe 52 so as to allow communication between the switching valve 56 and the upstream side of the temperature sensor 60 . That is, a first bypass pipe 54 is formed in parallel with the heat exchanger 58 in the coolant circulation pipe 52 . Therefore, by switching the switching valve 56, it is possible to switch between communication between the upstream side of the cooling liquid circulation pipe 52 and the downstream side of the switching valve 56, or communication between the upstream side and the first bypass pipe 54. ing.

さらに、冷却液循環配管５２において冷却液ポンプ６２の下流側と切換弁５６の上流側とを連通させる第２バイパス配管６８が設けられている。すなわち、冷却液循環配管５２において第２バイパス配管６８は、燃料電池スタック１２と並列に設けられている。 Further, a second bypass pipe 68 is provided for communicating the downstream side of the coolant pump 62 and the upstream side of the switching valve 56 in the coolant circulation pipe 52 . That is, the second bypass pipe 68 is provided in parallel with the fuel cell stack 12 in the coolant circulation pipe 52 .

第２バイパス配管６８上には、イオン交換器７０が配設されている。イオン交換器７０の外周に沿って水素供給配管１４が巻回されており、これにより熱交換部３０が構成されている。すなわち、水素供給配管１４（水素ガス）とイオン交換器７０が熱交換することによってイオン交換器７０が冷却される構成である。 An ion exchanger 70 is arranged on the second bypass pipe 68 . The hydrogen supply pipe 14 is wound along the outer periphery of the ion exchanger 70, thereby forming the heat exchange section 30. As shown in FIG. That is, the ion exchanger 70 is cooled by heat exchange between the hydrogen supply pipe 14 (hydrogen gas) and the ion exchanger 70 .

さらに、冷却液循環配管５２において第２バイパス配管６８の分岐位置よりも下流側と燃料電池スタック１２の下流側とを連通する第３バイパス配管７２が形成されている。すなわち、冷却液循環配管５２において第３バイパス配管７２は、燃料電池スタック１２と並列に設けられている。この第３バイパス配管７２上には、インタークーラー４６が配設されている。これにより、インタークーラー４６に冷却液が供給され、圧縮された空気が冷却される構成である。 Furthermore, a third bypass pipe 72 is formed in the coolant circulation pipe 52 to communicate the downstream side of the second bypass pipe 68 with the downstream side of the fuel cell stack 12 . That is, the third bypass pipe 72 is provided in parallel with the fuel cell stack 12 in the coolant circulation pipe 52 . An intercooler 46 is arranged on the third bypass pipe 72 . Thereby, the coolant is supplied to the intercooler 46, and the compressed air is cooled.

また、冷却液循環配管５２の複数ヶ所からリザーブタンク７４に連通配管７６、７８、８０が形成されている。このリザーブタンク７４は、冷却液中に気泡が発生した場合に、冷却液をリザーブタンク７４に導き、冷却液から気泡を除去するためのものである。 Communicating pipes 76 , 78 , 80 are formed from a plurality of points of the coolant circulation pipe 52 to the reserve tank 74 . The reserve tank 74 guides the cooling liquid to the reserve tank 74 and removes the bubbles from the cooling liquid when bubbles are generated in the cooling liquid.

これらの冷却液ポンプ６２、切換弁５６、ラジエータ６４、ファン６６等は、制御部９０で制御されている。 These coolant pump 62 , switching valve 56 , radiator 64 , fan 66 and the like are controlled by a controller 90 .

［作用］
次に、このように構成された燃料電池システム１０の作用について説明する。 [Action]
Next, the operation of the fuel cell system 10 configured in this manner will be described.

先ず、制御部９０が、燃料電池スタック１２を駆動する。すなわち、水素ガスタンク２２内の水素ガスは、水素供給配管１４を介して燃料電池スタック１２のセルの燃料極に、吸入された空気は空気供給配管１６を介して燃料電池スタック１２のセルの酸化剤極に供給される。 First, the controller 90 drives the fuel cell stack 12 . That is, the hydrogen gas in the hydrogen gas tank 22 is supplied to the fuel electrodes of the cells of the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply pipe 14, and the sucked air is supplied to the cells of the fuel cell stack 12 through the air supply pipe 16 as an oxidant. supplied to the poles.

具体的には、制御部９０によって遮断弁２４が開放されることによって水素ガスタンク２２から供給される水素ガスは、調圧弁２６で所定の圧力まで減圧され、インジェクタ２８で所定の流量と圧力に制御された後、熱交換部３０を通過して燃料電池スタック１２のセルの燃料極に供給される。 Specifically, the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas tank 22 is decompressed to a predetermined pressure by the pressure regulating valve 26 by opening the shutoff valve 24 by the control unit 90, and is controlled to a predetermined flow rate and pressure by the injector 28. After that, it passes through the heat exchange section 30 and is supplied to the fuel electrodes of the cells of the fuel cell stack 12 .

また、吸気された空気は、コンプレッサ４４で圧縮され、インタークーラー４６で冷却された後、分流弁４８で所定の流量とされ燃料電池スタック１２の酸化剤極に供給される。 The air taken in is compressed by a compressor 44 , cooled by an intercooler 46 , and then adjusted to a predetermined flow rate by a flow dividing valve 48 to be supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack 12 .

このように、燃料電池スタック１２のセルの燃料極、酸化剤極に水素と空気がそれぞれ供給されることにより、セルで発電が行われる。 In this way, by supplying hydrogen and air to the fuel electrodes and oxidant electrodes of the cells of the fuel cell stack 12, respectively, power is generated in the cells.

この燃料電池スタック１２の駆動と共に、制御部９０によって冷却システム２０が駆動される。具体的には、冷却液ポンプ６２が駆動され、車両の走行風及びファン６６の駆動によってラジエータ６４で冷却された冷却液が燃料電池スタック１２に供給され、発電により加熱されたセルが冷却される。燃料電池スタック１２で加熱された冷却液は切換弁５６を介してラジエータ６４に送られ、再度冷却される。 When the fuel cell stack 12 is driven, the control unit 90 drives the cooling system 20 . Specifically, the cooling liquid pump 62 is driven, and the cooling liquid cooled by the radiator 64 is supplied to the fuel cell stack 12 by the running wind of the vehicle and the driving of the fan 66, and the cells heated by the power generation are cooled. . The coolant heated by the fuel cell stack 12 is sent to the radiator 64 via the switching valve 56 and cooled again.

ところで、熱交換器５８（ラジエータ６４）で冷却された冷却液は、冷却液ポンプ６２を通過した後、第２バイパス配管６８、第３バイパス配管７２にも供給される。 By the way, the coolant cooled by the heat exchanger 58 (radiator 64 ) is also supplied to the second bypass pipe 68 and the third bypass pipe 72 after passing through the coolant pump 62 .

第２バイパス配管６８に供給された冷却液は、イオン交換器７０に供給され、冷却液中に含まれる不純物イオンが冷却液から除去される。このように不純物イオンが除去された冷却液は、冷却液循環配管５２において燃料電池スタック１２の下流側に戻される。 The coolant supplied to the second bypass pipe 68 is supplied to the ion exchanger 70, and impurity ions contained in the coolant are removed from the coolant. The coolant from which impurity ions have been removed in this way is returned to the downstream side of the fuel cell stack 12 in the coolant circulation pipe 52 .

ここで、イオン交換器７０の外周には水素供給配管１４が巻回されており、熱交換部３０とされている。すなわち、イオン交換器７０は、熱交換部３０で水素ガスと熱交換することにより冷却されている。 Here, the hydrogen supply pipe 14 is wound around the outer periphery of the ion exchanger 70 to form the heat exchange section 30 . That is, the ion exchanger 70 is cooled by exchanging heat with hydrogen gas in the heat exchange section 30 .

また、第３バイパス配管７２に供給された冷却液は、インタークーラー４６に供給され、インタークーラー４６内でコンプレッサ４４で圧縮された空気と熱交換する（圧縮された空気を冷却する）。これによって加熱された冷却液は、冷却液循環配管５２において燃料電池スタック１２の下流側に戻される。 The coolant supplied to the third bypass pipe 72 is supplied to the intercooler 46 and exchanges heat with the air compressed by the compressor 44 in the intercooler 46 (cools the compressed air). The coolant thus heated is returned to the downstream side of the fuel cell stack 12 in the coolant circulation pipe 52 .

なお、制御部９０は、ラジエータ６４の下流側で温度センサ６０で検出された冷却液の温度が所定温度以下の場合には、熱交換器５８で冷却液を冷却させることが不要であると判断して、切換弁５６を切り換え、冷却液循環配管５２の切換弁５６より上流側と下流側を遮断すると共に、上流側と第１バイパス配管５４とを連通する。これにより、熱交換器５８（ラジエータ６４）で冷却することなく、冷却液を再度使用可能としている。 If the temperature of the coolant detected by the temperature sensor 60 on the downstream side of the radiator 64 is equal to or lower than a predetermined temperature, the control unit 90 determines that it is not necessary to cool the coolant with the heat exchanger 58. Then, the switching valve 56 is switched to cut off the upstream side and the downstream side of the switching valve 56 of the coolant circulation pipe 52, and the upstream side and the first bypass pipe 54 are communicated. As a result, the coolant can be reused without being cooled by the heat exchanger 58 (radiator 64).

このように、燃料電池システム１０では、イオン交換器７０に水素供給配管１４を沿わせる（巻回する）ことで熱交換部３０を構成し、水素ガスと熱交換することでイオン交換器７０が冷却され、イオン交換器７０を構成するイオン交換樹脂の熱劣化を防止又は抑制することができる。 As described above, in the fuel cell system 10, the heat exchange section 30 is configured by winding the hydrogen supply pipe 14 along (winding) the ion exchanger 70, and the ion exchanger 70 is formed by exchanging heat with hydrogen gas. It is possible to prevent or suppress thermal deterioration of the ion exchange resin that is cooled and constitutes the ion exchanger 70 .

特に、燃料電池自動車の燃料電池システム１０で必須の構成要素である水素供給配管１４をイオン交換器７０に沿わせるだけで良いため、冷却するために新たな装置を必要とせず、簡単な構成で済む。 In particular, since the hydrogen supply pipe 14, which is an essential component of the fuel cell system 10 of the fuel cell vehicle, needs only to be arranged along the ion exchanger 70, a new device for cooling is not required, and the configuration is simple. done.

また、冷却液循環配管５２において、第２バイパス配管６８（イオン交換器７０）は燃料電池スタック１２と並列に配置されているため、燃料電池スタック１２で加熱された冷却液がイオン交換器７０に直接供給されることはなく、熱交換器５８で冷却された後、イオン交換器７０に供給される。したがって、イオン交換器７０を構成するイオン交換樹脂の熱劣化を一層防止又は抑制することができる。 In the coolant circulation pipe 52 , the second bypass pipe 68 (ion exchanger 70 ) is arranged in parallel with the fuel cell stack 12 , so that the coolant heated in the fuel cell stack 12 flows into the ion exchanger 70 . It is not supplied directly, but is supplied to the ion exchanger 70 after being cooled by the heat exchanger 58 . Therefore, thermal deterioration of the ion exchange resin constituting the ion exchanger 70 can be further prevented or suppressed.

［その他］
なお、上記実施形態では、燃料電池スタック１２に供給する水素供給配管１４をイオン交換器７０に沿わせる（巻回させる）ことで熱交換可能としたが、これに限定するものではない。熱交換可能であれば、他の形態でも良い。 [others]
In the above embodiment, the hydrogen supply pipe 14 supplied to the fuel cell stack 12 is made to run along (wound) the ion exchanger 70 so that heat can be exchanged. However, the present invention is not limited to this. Other forms may be used as long as heat exchange is possible.

また、本実施形態では、イオン交換器７０と熱交換するものを水素供給配管１４としたが、イオン交換器７０に沿わせる配管を流れる媒体は冷却液よりも低温の媒体であれば特に限定するものではない。 In this embodiment, the hydrogen supply pipe 14 is used to exchange heat with the ion exchanger 70, but the medium flowing through the pipe along the ion exchanger 70 is particularly limited as long as it has a lower temperature than the coolant. not a thing

ただし、自動車においてイオン交換器７０を冷却するために新たな構成要素を追加しないという観点から、自動車の既存システムであるエアコンの媒体配管や電気自動車の冷却系の配管等を適用することが考えられる。 However, from the viewpoint of not adding a new component to cool the ion exchanger 70 in the automobile, it is conceivable to apply the medium piping of the air conditioner, which is the existing system of the automobile, or the cooling system piping of the electric automobile. .

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池スタック（燃料電池）
１４ 水素供給配管（媒体配管）
２２ 水素ガスタンク
５２ 冷却液循環配管
６８ 第２バイパス配管（バイパス配管）
５８ 熱交換器
７０ イオン交換器 10 fuel cell system 12 fuel cell stack (fuel cell)
14 Hydrogen supply pipe (medium pipe)
22 hydrogen gas tank 52 coolant circulation pipe 68 second bypass pipe (bypass pipe)
58 heat exchanger 70 ion exchanger

Claims (3)

燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却液を熱交換により冷却する熱交換器と、を備える冷却液循環配管と、
前記冷却液循環配管において前記燃料電池と並列に設けられたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられたイオン交換器と、
水素が貯留された水素タンクから前記燃料電池に水素を供給する水素供給配管と、を備え、
前記水素供給配管を流れる水素によって前記イオン交換器が冷却される
燃料電池システム。 a coolant circulation pipe including a fuel cell and a heat exchanger that cools the coolant that cools the fuel cell by heat exchange;
a bypass pipe provided in parallel with the fuel cell in the coolant circulation pipe;
an ion exchanger provided in the bypass pipe;
a hydrogen supply pipe for supplying hydrogen from a hydrogen tank storing hydrogen to the fuel cell,
The ion exchanger is cooled by hydrogen flowing through the hydrogen supply pipe.
fuel cell system. 前記水素供給配管は、前記イオン交換器の外周に沿うように配置されているThe hydrogen supply pipe is arranged along the outer circumference of the ion exchanger
請求項１に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池システムは、自動車に搭載されている請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein said fuel cell system is mounted on an automobile.
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