(57)【要約】【課題】導電率センサ１４の測定精度を向上しつつ検出応答性を向上する。【解決手段】燃料電池冷却システム１０は、冷却液循環ラインＬ１の一部に並列に設けられたバイパスライン２０と、バイパスライン２０に配置され且つ冷却液の導電率を測定する導電率センサと１４、バイパスライン２０の導電率センサ１４よりも上流側に配置された多孔部材１５と、を備える。そのため、多孔部材１５の下流側の導電率センサ１４には、大きな気泡を含まず且つ流れの安定した冷却液が常時供給される。結果、導電率センサ１４の測定精度が向上するとともに検出応答性が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を循環させる冷却液循環ラインと、
前記冷却液循環ラインの途中に設けられた燃料電池および放熱器と、
前記冷却液循環ラインの一部に並列に設けられたバイパスラインと、
前記バイパスラインに配置され且つ前記バイパスラインを流通する冷却液の導電率を測定する導電率センサと、
前記バイパスラインのうち前記導電率センサよりも上流側に配置された多孔部材と、
を備える燃料電池冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池冷却システムであって、
前記バイパスラインに、該バイパスラインの冷却液を送り出す送出手段を備えることを特徴とする燃料電池冷却システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池冷却システムであって、
前記送出手段は、前記バイパスラインのうち前記多孔部材よりも上流側に配置されていることを特徴とする燃料電池冷却システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池冷却システムであって、
前記バイパスラインは、前記冷却液循環ラインの中心線よりも下方に配置されていることを特徴とする燃料電池冷却システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池冷却システムであって、
前記導電率センサよりも上流側に、前記バイパスラインから上方に分岐したエア抜きラインを備えることを特徴とする燃料電池冷却システム。
【請求項６】
燃料電池が介在する冷却液循環ラインの冷却液の導電率を測定するための構造であって、
前記冷却液循環ラインの一部に並列に設けられたバイパスラインと、
前記バイパスラインに配置され且つ該バイパスラインを流通する冷却液の導電率を測定する導電率センサと、
前記バイパスラインのうち前記導電率センサよりも上流側に配置された多孔部材と、
を備える冷媒循環ラインの導電率の測定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池冷却システムに関し、特に、冷却液循環ラインの冷却液の導電率を測定するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池冷却システムは、冷却液を循環させる冷却液循環ラインと、前記冷却液循環ラインの途中に設けられた燃料電池および放熱器および冷却液ポンプと、を備えて構成される。
【０００３】
このような燃料電池冷却システムにおいては、冷却液の導電率が高くなると燃料電池や燃料電池の補機に悪影響を及ぼすおそれがあるため、冷却液の導電率が高くなった際には導電率を低くする必要がある。そこで、冷却液の導電率の測定精度が重要となる。
【０００４】
特許文献１は、導電率センサの測定精度を高めるべく導電率センサが冷却液循環ラインの脈動などの影響を受けないように、冷却液循環ラインから分岐させた閉塞分岐管部内に導電率センサを配置する技術を提案している。
【特許文献１】特開平２０００−００９６８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来技術では、冷却液が閉塞分岐管部内に長時間滞留してしまう。そのため、閉塞分岐管内の導電率センサでは、冷却液循環ラインを流れる冷却液の導電率の変化を即座に検出できず、検出応答性が劣る。
【０００６】
本発明は、導電率センサの測定精度を向上させつつ検出応答性を向上できる燃料電池冷却システムおよび冷却液循環ラインの導電率の測定構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池冷却システムは、冷却液を循環させる冷却液循環ラインと、前記冷却液循環ラインの途中に設けられた燃料電池および放熱器と、前記冷却液循環ラインの一部に並列に設けられたバイパスラインと、前記バイパスラインに配置され且つ該バイパスラインを流通する冷却液の導電率を測定する導電率センサと、前記バイパスラインのうち前記導電率センサよりも上流側に配置された多孔部材と、を備える。なお、本発明で多孔部材とは、多孔質膜やメッシュなどの他に多孔を有する部材を含み、またこれらを複数組み合わせたものも含むものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷却液循環ラインを流れる冷却液の一部は、バイパスラインに流入していく。バイパスラインに流入した冷却液の流速および流量は、多孔部材によって減衰するし、流速の乱れや流量の乱れも減衰する。また、冷却液に気泡が混ざっていても多孔部材によって気泡が細かくなる。そのため、多孔部材の下流側の導電率センサには、大きな気泡を含まず且つ流れの安定した冷却液が常時供給される。結果、導電率センサの測定精度が向上するとともに検出応答性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
第１実施形態
図１〜３を参照しつつ第１実施形態の燃料電池冷却システムおよび冷却循環ラインの導電率の測定構造を説明する。図１は燃料電池冷却システムの概略図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池冷却システム１０は、冷却液（この例では冷却水）を循環させる冷却液循環ラインＬと、冷却液循環ラインＬの途中に設けられた燃料電池としての燃料電池スタック１１および放熱器としてのラジエター１２および圧送手段としての冷却液ポンプ１３と、を備え、ポンプ１３を作動させることで冷却液循環ラインＬに冷却液を循環させて、燃料電池１１の発熱を放熱器１２で放熱するものである。
【００１２】
なお、本実施形態の冷却液循環ラインＬは、燃料電池１１と放熱器１２とを接続するラインＬ１と、放熱器１２とポンプ１３とを接続するラインＬ２と、ポンプ１３と燃料電池１１とを接続するラインＬ３と、を備える。
【００１３】
冷却液循環ラインＬのラインＬ１には、ラインＬ１の一部と並列に設けられたバイパスライン２０が分岐接続されている。
【００１４】
図２は図１の燃料電池冷却システムのバイパスラインの拡大断面図である。
【００１５】
図２に示すように、バイパスライン２０は、冷却液循環ラインＬ１からの分岐点２１（すなわちバイパスラインの基端部）から下向きに延びる下向き通路２２と、下向き通路２２の下端２３（湾曲部）から横向きに延びる横向き通路２４と、横向き通路２４の終点２５（湾曲部）から上向きに延びる上向き通路２６と、を備える。バイパスライン２０は上向き通路２６の上端２７（すなわち冷却液循環ラインＬ１との合流部）で再び冷却液循環ラインＬ１に合流する。
【００１６】
このバイパスライン２０には、図２に示すように、例えば多孔質膜やメッシュなどの多孔部材１５と、冷却液の導電率を測定する導電率センサ１４と、が配置されている。導電率センサ１４は、横向き通路２４と上向き通路２６との交点である湾曲部２５に配置され、多孔部材１５は、導電率センサ１４よりも上流側に配置されている。
【００１７】
図３は図２のバイパスラインの導電率センサ近傍の拡大断面図である。
【００１８】
図３に示すように、導電率センサ１４は、棒状の内極３１および円筒状の外極３２および円筒状の保護管３３と、これらを固定するセンサボディ３５と、を備えている。内極３１および外極３２および保護管３３は同軸上に配置され、保護管３３内に外極３２が配置され、外極３２内の内極３１が配置されている。円筒状の保護管３３の開口端部は、バイパスライン２０の上流側に向けて配置されており、保護管３３内に冷却液が流入するようになっている。
【００１９】
保護管３３の周壁部には透孔３７が設けられており、保護管３３内に流入した冷却液を保護管３３外に排出できるようになっている。この透孔３７は上方すなわち上向き通路の下流側に向いている。また筒状の外極３２にも同様に図示せぬ透孔が設けられている。この外極３２の透孔も上方に向いている。このような構成により、センサ１４の両電極３１、３２の間に、常時冷却液が流れるようになっている。
【００２０】
導電率センサ１４の電極３１、３２間を流れる冷却液の導電率は、両電極３１、３２に一定電圧をかけてその電流値を測定することで、求めることができる。導電率［ｋ］は次の式で求められる。なお、セル定数［Ｋ］とは電極の形状・サイズにより決まる定数である。
【００２１】
導電率［ｋ］＝セル定数［Ｋ］×（電流［Ｉ］／電圧［Ｖ］）
図４は冷却液循環ラインとバイパスラインとの上下位置関係を示す図であって、図２中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００２２】
図４に示すように、バイパスライン２０の基端部２１は、冷却液循環ラインＬ１の中心線Ｃよりも下側で、斜め下向きに設けられている。つまり、バイパスライン２０は、冷却液循環ラインＬ１の中心線Ｃよりも下方に配置されている。また、バイパスライン２０のうち導電率センサ１４が配置される横向き通路２４は、冷却液循環ラインの最下面２９よりも下側に設けられている。
【００２３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２４】
ポンプ１３を作動させると、冷却液循環ラインＬ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に冷却液が循環し、燃料電池１１の発熱が放熱器１２で放熱される（図１参照）。このとき、冷却液循環ラインＬ１を流れる冷却液の一部は、図２に示すように、バイパスライン２０に流入していく。バイパスライン２０に流入した冷却液は、多孔部材１５によって、その流速および流量が減衰するし、流速の乱れや流量の乱れも減衰する。また、冷却液に気泡が混ざっていても多孔部材１５によって気泡が細かくなる。そのため、多孔部材１５の下流側の導電率センサ１４には、大きな気泡を含まず且つ流れの安定した低速の冷却液が常時供給される。
【００２５】
導電率センサ１４内に供給される冷却液は、図３に示すように、内極３１と外極との間を流通したのち、外極３２の透孔（図示せぬ）および保護管３３の透孔３７を通じてバイパスライン２０の上向き通路２６にもどる。最終的に図２に示すようにバイパスライン２０を流通した冷却液は、合流部２７で冷却液循環ラインＬ１に合流して、再び冷媒循環ラインＬを循環する。
【００２６】
このように本実施形態によれば、導電率センサ１４には大きな気泡を含まず且つ流れの安定した比較的低速の冷却液が常時供給されることとなるため、導電率センサ１４の測定精度が向上するとともに検出応答性が向上する。
【００２７】
次に、本実施形態の効果をまとめる。
【００２８】
第１に、本実施形態の燃料電池冷却システム１０および冷却液循環ラインＬの導電率の測定構造は、冷却液循環ラインＬ１の一部に並列に設けられたバイパスライン２０と、バイパスライン２０に配置され且つ冷却液の導電率を測定する導電率センサと１４、バイパスライン２０の導電率センサ１４よりも上流側に配置された多孔部材１５と、を備える。
【００２９】
そのため、多孔部材１５によって、バイパスライン２０に流入した冷却液の流速および流量が減衰するし、流速の乱れや流量の乱れも減衰する。また、冷却液に気泡が混ざっていても多孔部材１５によって気泡が細かくなる。つまり、多孔部材１５の下流側の導電率センサ１４には、大きな気泡を含まず且つ流れの安定した冷却液が常時供給される。結果、導電率センサ１４の測定精度が向上するとともに検出応答性が向上する。
【００３０】
第２に、本実施形態では、バイパスライン２０の基端部２１は、冷却液循環ラインＬ１の中心線Ｃよりも下方に設けられている。つまり、バイパスライン２０は、冷却液循環ラインＬ１の中心線Ｃよりも下方に設けられている。そのため、バイパスライン２０には冷却液循環ラインＬ１から気泡が入り込みにくく、導電率センサ１４の電極間に大きな気泡がさらに入り難い構造となる。
【００３１】
第３に、本実施形態では、バイパスライン２０のうち導電率センサ１４が配置される通路２４が、冷却液循環ラインＬ１の底面２９よりも下側に設けられている。そのため、導電率センサ１４の電極間に大きな気泡がさらに入り難い構造となる。
【００３２】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して構成および作用効果の説明を省略する。
【００３３】
第２実施形態
図５は第２実施形態の燃料電池冷却システムのバイパスラインの断面図である。
【００３４】
第２実施形態では、バイパスライン２０内に、バイパスライン２０の上流側から下流側に冷却液を送り出す送出手段１６が設けられている。送出手段１６は、多孔部材１５よりも上流側に配置されている。より具体的には、下向き通路２２と横向き通路２４との交点である湾曲部２３に配置されている。
【００３５】
このように第２実施形態では、バイパスライン２０内に冷却液を送り出す送出手段１６を備えるため、導電率センサ１４へ向かう冷却液の流動が足りない場合など、導電率センサ１４へ向かう冷却液の流動を適正値に容易に変更できる。
【００３６】
また、第２実施形態では、送出手段１６が多孔部材１５よりも上流側に配置されている。そのため、送出手段１６で冷却液の流れに乱れが若干生じたとしても、乱れを多孔部材１５で減衰させることができるため、導電率センサ１４の測定精度を高いまま維持できる。
【００３７】
なお、第２実施形態では、導電率センサ１４よりも上流側に送出手段１６を設けてあるが、本発明では導電率センサ１４よりも下流側に送出手段１６を設けてもよい。
【００３８】
第３実施形態
図６は第３実施形態の燃料電池冷却システムのバイパスラインの断面図である。
【００３９】
バイパスライン２０の横向き通路２４には、導電率センサ１４よりも上流側に、上方に分岐したエア抜きライン４１が設けられている。このエア抜きライン４１は、大気に開放可能な開放部を有する冷却液タンク（図示せぬ）に接続されている。また、エア抜きライン４１は、基端部に大径部４１ａを備えている。
【００４０】
第３実施形態によれば、バイパスライン２０に気泡が流入してきたとしても、エア抜きライン４１通じて取り除かれるため、気泡が導電率センサ１４にさらに流入しにくくなる。これにより、さらに導電率センサ１４の測定精度の信頼性が向上する。
【００４１】
なお、本発明は上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の燃料電池冷却システムおよび冷却液循環ラインの導電率の測定構造は、導電率センサの測定精度を向上できるとともに検出応答性を向上できるものであり、車両用の燃料電池システムに利用されるのみならず、家庭用やその他の定置用の燃料電池システムに利用でき、その利用範囲は広範である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の燃料電池冷却システムの概略図。
【図２】図２は図１の燃料電池冷却システムのバイパスラインの断面図。
【図３】図３は図２のバイパスラインの導電率センサ近傍の拡大断面図。
【図４】図４は図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。
【図５】図５は本発明の第２実施形態のバイパスラインの断面図。
【図６】図６は本発明の第３実施形態のバイパスラインの断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…燃料電池冷却システム
１１…燃料電池スタック（燃料電池）
１２…ラジエター（放熱器）
１３…冷却液ポンプ
１４…導電率センサ
１５…多孔部材
１６…送出手段
２０…バイパスライン
２１…下向き通路の上端（基端部）
２２…下向き通路
２３…下向き通路の下端（湾曲部）
２４…横向き通路
２５…横向き通路の終点（湾曲部）
２６…上向き通路
２７…上向き通路の上端（合流部）
２９…冷却液循環ラインの底面
３１…内極
３２…外極
３３…保護管
３５…センサボディ
３７…透孔
４１  エア抜きライン
４１ａ  大径部
Ｃ…中心線
Ｌ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）…冷却液循環ライン
【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】
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【図６】
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