(57)【要約】      （修正有）【課題】リザーバタンク内の水素濃度が高くなることを防止可能な燃料電池冷却システムを提供する。【解決手段】燃料電池ＦＣを冷却する冷却水が流れるラジエタボディ１０と、ラジエタボディ１０の上部に設けられラジエタボディ１０の上方に滞留した水素を透過可能な水素透過材で形成されるとともにラジエタボディ１０の内部圧力に応じて開閉可能な弁体２２を含む加圧キャップ２０と、加圧キャップ２０を介して接続され、弁体閉時には水素透過材にてラジエタボディ内部と空間とが分離される、当該冷却水を貯留するリザーバタンクと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却する冷却水が流れるラジエタボディと、
前記ラジエタボディの上部に設けられ、ラジエタボディの上方に滞留した水素を透過可能な水素透過材で形成されるとともに、ラジエタボディの内部圧力に応じて開閉可能な弁体を含む加圧キャップと、
前記加圧キャップを介して接続され、前記弁体閉時には前記水素透過材にてラジエタボディ内部と空間とが分離される、当該冷却水を貯留するリザーバタンクと、
を有することを特徴とする燃料電池冷却システム。
【請求項２】
前記加圧キャップは、
前記弁体の上面の外周に配置される環状体と、
前記環状体と加圧キャップボディの天井部との間に設けられ、前記ラジエタボディの内部圧力に抗して前記弁体が閉弁するように押圧する弾性部材と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項３】
前記加圧キャップは、
前記弁体の下面の外周に配置される環状体と、
前記環状体と前記ラジエタボディの加圧キャップ取付口との間に設けられ、前記ラジエタボディの内部圧力に抗して前記弁体が閉弁するように引圧する弾性部材と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項４】
前記弁体は、断面が湾曲形状である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項５】
前記弁体は、断面が凹凸形状である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項６】
前記加圧キャップは、加圧キャップボディの側壁がリザーバタンク連通口に向けてテーパ状に形成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項７】
前記加圧キャップは、加圧キャップボディの天井部に形成され、前記弁体の水素透過材よりも水素透過性の高い第２水素透過材を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項８】
前記第２水素透過材は、走行風又はラジエタファンが送風する空気が当たる位置に配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項９】
前記リザーバタンクは、走行風が当たる位置に配置される、
ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【請求項１０】
前記ラジエタに空気を送風するラジエタファンを備え、
前記リザーバタンクは、前記ラジエタファンによって送風された空気が当たる位置に配置され、
前記ラジエタファンは、車両の走行速度が所定速度よりも低いときに作動し、前記リザーバタンクに空気を送風する、
ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の燃料電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１に開示された従来の燃料電池冷却システムは、ラジエタの最上部にあるラジエタキャップと、リザーバタンクの上部と、に水素センサを設ける。これら水素センサは気体中の水素の存在を検出して、検出信号を出力する。制御部は、水素センサからの検出信号を入力し、冷却水中への水素ガスの漏出を検出すると、駆動信号を出力する。水素ガス漏出警告ランプは、制御部から駆動信号が入力すると、点灯する。
【特許文献１】特開２００１−２５０５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、冷却水系が加圧システムの場合には、冷却水に漏出した水素が系内上方にある加圧部(加圧シール下)に溜まり、系内圧力が上昇し加圧シールが開いたときには溜まった水素が冷却水とともにリザーバタンクに移動するため、リザーバタンク内の水素濃度が高くなる可能性がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、リザーバタンク内の水素濃度が高くなることを防止可能な燃料電池冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００６】
本発明は、燃料電池を冷却する冷却水が流れるラジエタボディと、ラジエタボディの上部に設けられラジエタボディの上方に滞留した水素を透過可能な水素透過材で形成されるとともにラジエタボディの内部圧力に応じて開閉可能な弁体を含む加圧キャップと、を有する。そして、この加圧キャップを介して接続され、弁体閉時には水素透過材にてラジエタボディ内部と空間とが分離される、当該冷却水を貯留するリザーバタンクを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ラジエタボディの上部に、ラジエタボディの上方に滞留した水素を透過可能な水素透過材で形成される弁体が設けられているので、弁体の開閉にかかわらず水素がリザーバタンクへ流れる。そしてリザーバタンクのリザーバタンク蓋部は、大気開放状態であるので、水素が換気されるので、リザーバタンク内の水素濃度が高くなることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（燃料電池冷却システムの基本構成）
図１は、本発明による燃料電池冷却システムの基本構成を示す図である。
【０００９】
水素及び酸素の反応により発電する燃料電池ＦＣを冷却する燃料電池冷却システムは、ラジエタボディ１０と、加圧キャップ２０と、リザーバタンク３０と、を含む。
【００１０】
ラジエタボディ１０は、燃料電池ＦＣが発電するときに発熱するので、その熱によって高温化した冷却水を冷却する。なお冷却水は、ラジエタボディ１０と燃料電池ＦＣとの間に設けられた冷却水ポンプ４０によって循環させられている。
【００１１】
加圧キャップ２０は、冷却水系を加圧する。加圧キャップ２０の弁体２２は、水素透過性を有した材質である。加圧キャップ２０の弁体２２は、水素透過性を有した材質であるので、冷却水は弁体２２開時にリザーバタンク３０へ、水素は常時リザーバタンク３０へ流れる。
【００１２】
リザーバタンク３０は、加圧キャップ２０を介してラジエタボディ１０に接続され、ラジエタボディ１０で余剰となった冷却水を一時貯留する。リザーバタンク３０のリザーバタンク蓋部３１は、大気開放状態であり、水素を換気する。
【００１３】
（加圧キャップの第１実施形態）
図２は、加圧キャップの第１実施形態を示す断面図である。
【００１４】
ラジエタボディ１０は、上部に加圧キャップ取付口１１が形成されている。加圧キャップ取付口１１は、小径部１１ａと大径部１１ｂとを含む。
【００１５】
加圧キャップ２０は、加圧キャップボディ２１と、弁体２２と、環状体２３と、スプリング２４と、を含む。
【００１６】
加圧キャップボディ２１は、加圧キャップの構成部品を収装する。加圧キャップボディ２１は、ラジエタボディ１０の加圧キャップ取付口１１に取り付けられる。加圧キャップボディ２１は、上部にリザーバタンク連通口２１ａが形成されている。このリザーバタンク連通口２１ａは、配管を介してリザーバタンク３０に接続される。
【００１７】
弁体２２は、加圧キャップ取付口１１の大径部１１ｂに配置される。弁体２２は、円盤状である。弁体２２の外径は、加圧キャップ取付口１１の大径部１１ｂよりも小径であり、加圧キャップ取付口１１の小径部１１ａよりも大径である。弁体２２は、水を透過することなく水素を透過可能な水素透過性の材料によって形成される。このような材料については後述する。弁体２２は、ラジエタボディ１０の内部圧力に応じて加圧キャップ取付口１１(小径部１１ａ)を開閉する。
【００１８】
環状体２３は、弁体２２の上面であって弁体２２の外縁に配置される。環状体２３の外径は、弁体２２の外径とほぼ等しい。環状体２３の内径は、加圧キャップ取付口１１の小径部１１ａよりも大径である。
【００１９】
スプリング２４は、環状体２３と加圧キャップボディ２１の天井部との間に設けられる。
【００２０】
次に図３を参照して弁体の材料について説明する。なお図３は材質ごとの水素透過性を示す図である。
【００２１】
上述の通り、弁体は、水を透過することなく水素を透過可能な水素透過性の材料によって形成される。
【００２２】
従来は加圧キャップのシールには、エチレンプロピレンゴムが使用されている。しかしながら本実施形態では、シリコンゴムやブチルゴムなどの水素透過性の高いゴム材を使用する。またポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、酢酸セルロースといった高分子膜やパラジウム又はその合金によって代表される金属膜などの水素選択透過膜を使用すれば、さらに高い水素透過性を得ることができる。
【００２３】
具体的な材料の選択は、燃料電池内で燃料系から冷却水系に透過する水素量に応じて次式(1)を満足するように行う。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
（リザーバタンクの車両への搭載形態）
図４は、リザーバタンクの車両への搭載形態を示す図である。
【００２６】
ラジエタ２０から流出する余剰の冷却水を一時貯留するリザーバタンク３０を車両に搭載するときは、走行風の当たる位置に配置する。具体的には、リザーバタンク３０よりも前方の車両フロント面を開口し、その開口部分からリザーバタンク３０まで部品を設置しない。
【００２７】
本実施形態では、上述のような構造になっているので、ラジエタボディ１０の内部圧力が低いときには、スプリング２４に押圧されて弁体２２が加圧キャップ取付口１１を閉弁する。冷却水の流量が増加したり温度が上昇するなどしてラジエタボディ１０の内部圧力が高くなると、スプリング２４の押圧力に抗して弁体２２が移動し加圧キャップ取付口１１を開弁する。するとラジエタボディ１０で余剰となった冷却水がリザーバタンク連通口２１ａからリザーバタンク３０に流れる。
【００２８】
そして本実施形態では、弁体２２は水素透過性の材料で形成されている。また弁体２２は、スプリング２４の押圧力を環状体２３を介して受ける。すなわち弁体２２の上面には、外縁の必要最小限にのみ部材(環状体２３)が配置されるだけであり、環状体２３の内周側は空間である。そのため燃料電池ＦＣからラジエタ２０に移動した冷却水に含まれる水素は、弁体２２が閉弁していても、環状体２３の内周側の弁体２２を透過してリザーバタンク連通口２１ａからリザーバタンク３０に流れる。すなわち冷却水に含まれる水素は、弁体２２の開閉にかかわらず常時リザーバタンク連通口２１ａからリザーバタンク３０に流れ、ラジエタボディ１０の内部に滞留しない。
【００２９】
このように本実施形態によれば、加圧キャップ２０の本来の加圧という目的を達成できる。それとともに、弁体２２の閉弁時でも水素が加圧キャップ２０からリザーバタンク３０に常時流れるので、燃料電池ＦＣの内部で燃料系から冷却水系に透過し冷却水に漏出した水素を弁体２２の下に溜めないという目的をも達成できるのである。そして水素が弁体２２の下に溜まらないので、弁体２２の開弁時に大量の水素が一気にリザーバタンク３０へ流れ込んでしまう、という事態に至らないのである。
【００３０】
そしてリザーバタンク３０のリザーバタンク蓋３１は大気開放となっている。ラジエタ２０からリザーバタンク３０に流れた水素が、そのリザーバタンク蓋３１で換気される。上述のように、リザーバタンク３０を、走行風の当たる位置に配置しておくことで、水素換気が促進される。
【００３１】
また車速が遅いときや車両が停止しているときには、走行風が期待できない。そこで図４(Ｂ)に示すようにラジエタファン５０によって送風された空気が当たる位置に、リザーバタンク３０を配置すれば、ラジエタファン５０が作動することで、車速が遅いときや車両が停止しているときにも水素換気を促進できる。なお車速が遅いときや車両が停止しているときにのみラジエタファン５０が作動するだけでなく、走行風が得られるようなときにもラジエタファン５０が作動してもよい。これにより水素換気が一層促進される。
【００３２】
（加圧キャップの第２実施形態）
図５は、加圧キャップの第２実施形態を示す断面図である。
【００３３】
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３４】
本実施形態では、加圧キャップ２０の弁体２２は、断面が波形に凹凸形成されている。このように凹凸形成されているので、水素が透過する面積が増える。したがって本実施形態によれば、弁体２２が閉弁しているときの水素透過量を増やすことができるのである。
【００３５】
（加圧キャップの第３実施形態）
図６は、加圧キャップの第３実施形態を示す断面図である。
【００３６】
本実施形態では、加圧キャップ２０の加圧キャップボディ２１の側壁２１ｂがリザーバタンク連通口２１ａに向けてテーパ状に形成されている。なおこのテーパ部分は、側壁２１ｂの上側の部分だけでも、下側から上側にかけての全体部分でもよい。
【００３７】
本実施形態のように構成することで、弁体２２が開弁したときに冷却水がスムーズにリザーバタンク連通口２１ａに流れるのである。
【００３８】
（加圧キャップの第４実施形態）
図７は、加圧キャップの第４実施形態を示す断面図である。
【００３９】
本実施形態では、環状体２３は、弁体２２の下面の外周に固定されている。また加圧スプリング２４は、環状体２３及びラジエタボディ１０の加圧キャップ取付口１１に固定されている。このような構成になっているので、ラジエタボディ１０の内部圧力が低ければスプリング２４に引圧されて弁体２２が加圧キャップ取付口１１を閉弁する。冷却水の流量が増加したり温度が上昇するなどしてラジエタボディ１０の内部圧力が高くなると、スプリング２４の引圧力に抗して弁体２２が移動し加圧キャップ取付口１１を開弁する。するとラジエタボディ１０で余剰となった冷却水がリザーバタンク連通口２１ａからリザーバタンク３０に流れる。
【００４０】
本実施形態によれば、弁体２２の上部に加圧スプリング２４を配置する必要がない。したがって弁体２２の上方の容積、特に高さを極力小さくでき、弁体２２を透過した水素は弁体２２の上方に溜まることなく、リザーバタンク３０に流れることとなる。また弁体２２が開弁したときには、冷却水がスムーズにリザーバタンク３０に流れることとなる。
【００４１】
（加圧キャップの第５実施形態）
図８は、加圧キャップの第５実施形態を示す断面図である。
【００４２】
本実施形態では、加圧キャップボディ２１の天井部にロッド２１ｃが直立する。ロッド２１ｃは弁体２２を貫通する。弁体２２とロッド２１ｃとの間は軸シールになっている。そしてロッド２１ｃの端部には底板２１ｄが形成される。そして環状体２３は、弁体２２の下面の外周に固定されている。また加圧スプリング２４は、環状体２３及び加圧キャップボディ２１の底板２１ｄに固定されている。このような構成になっているので、ラジエタボディ１０の内部圧力が低ければスプリング２４に引圧されて弁体２２が加圧キャップ取付口１１を閉弁する。冷却水の流量が増加したり温度が上昇するなどしてラジエタボディ１０の内部圧力が高くなると、スプリング２４の引圧力に抗して弁体２２が移動し加圧キャップ取付口１１を開弁する。するとラジエタボディ１０で余剰となった冷却水がリザーバタンク連通口２１ａからリザーバタンク３０に流れる。
【００４３】
また本実施形態によれば、加圧スプリング２４はラジエタボディ１０には固定する必要がないので、容易に固定できる。
【００４４】
さらに加圧キャップ２０を取り外せば弁体２２も一緒に付いてくるので、冷却水を注入するなどのメンテナンスが容易である。
【００４５】
（加圧キャップの第６実施形態）
図９は、加圧キャップの第６実施形態を示す断面図である。
【００４６】
本実施形態では、加圧キャップボディ２１の天井部の少なくとも一部２１ｅが水素透過性の材料によって形成される。
【００４７】
なおこの水素透過性部分２１ｅの具体的な材料の選択は、弁体２２の材料との間で次式(2)を満足するように行う。
【００４８】
【数２】
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【００４９】
このように構成することで、水素透過性部分２１ｅでは冷却水が外部に漏れることなく水素が外部に透過し水素換気が促進されるので、加圧キャップ２０に水素が溜まらない。
【００５０】
（ラジエタの車両への搭載形態）
図１０は、ラジエタの車両への搭載形態を示す図である。
【００５１】
ラジエタの加圧キャップ２０を、図１０(Ａ)に示すように走行風の当たる位置に配置する。具体的には、加圧キャップ２０よりも前方の車両フロント面を開口し、その開口部分から加圧キャップ２０まで部品を設置しない。このように構成することで水素換気が一層促進される。
【００５２】
また車速が遅いときや車両が停止しているときには、走行風が期待できない。そこで図１０(Ｂ)に示すようにラジエタファン５０によって送風された空気が当たる位置に、加圧キャップ２０を配置すれば、ラジエタファン５０が作動することで、車速が遅いときや車両が停止しているときにも水素換気を促進できる。なお車速が遅いときや車両が停止しているときにのみラジエタファン５０が作動するだけでなく、走行風が得られるようなときにもラジエタファン５０が作動してもよい。これにより水素換気がさらに一層促進される。
【００５３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００５４】
たとえば、加圧キャップの第２実施形態においては、加圧キャップ２０の弁体２２の断面を波形に凹凸形成した場合を挙げて説明したが、湾曲状に形成してもよい。そのようにしても水素が透過する面積が増える。
【００５５】
またラジエタ(加圧キャップボディ)の内部上面をリザーバタンク連通口に向かって傾斜させる構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による燃料電池冷却システムの基本構成を示す図である。
【図２】加圧キャップの第１実施形態を示す断面図である。
【図３】材質ごとの水素透過性を示す図である。
【図４】リザーバタンクの車両への搭載形態を示す図である。
【図５】加圧キャップの第２実施形態を示す断面図である。
【図６】加圧キャップの第３実施形態を示す断面図である。
【図７】加圧キャップの第４実施形態を示す断面図である。
【図８】加圧キャップの第５実施形態を示す断面図である。
【図９】加圧キャップの第６実施形態を示す断面図である。
【図１０】ラジエタの車両への搭載形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  ラジエタボディ
１１  加圧キャップ取付口
２０  加圧キャップ
２１  加圧キャップボディ
２２  弁体
２３  環状体
２４  スプリング(弾性部材)
３０  リザーバタンク
５０  ラジエタファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010073560.tif 000009
【図６】
2010073560.tif 000010
【図７】
2010073560.tif 000011
【図８】
2010073560.tif 000012
【図９】
2010073560.tif 000013
【図１０】
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