(57)【要約】【課題】簡単なシステム構成でイオン交換樹脂の使用率を正確に算出する。【解決手段】制御器１０が、イオンフィルタ４通過前及び通過後の冷却水との間でバイパス流路６に分流させる冷却水を切り替え、導電計９を用いてイオンフィルタ４通過前及び通過後の冷却水の導電率を測定し、測定結果に基づいて導電率の減少率を算出し、算出結果に基づいてイオン交換樹脂の使用率を算出する。これにより、簡単なシステム構成でイオン交換樹脂の使用率を正確に算出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に冷却水を循環させる冷却水循環流路と、
内部にイオン交換樹脂を有し、当該イオン交換樹脂によって冷却水中に含まれるイオンを除去するイオンフィルタと、
前記イオンフィルタの上流側に設けられ、前記イオンフィルタ通過前の冷却水を前記冷却水循環流路から分流させる上流側バイパス流路と、
前記イオンフィルタの下流側に設けられ、前記イオンフィルタ通過後の冷却水を前記冷却水循環流路から分流させる下流側バイパス流路と、
前記冷却水循環流路から分流された冷却水を前記冷却水循環流路に戻すバイパス流路と、
前記バイパス流路に流す冷却水を前記上流側バイパス流路により分流された冷却水と前記下流側バイパス流路より分流された冷却水との間で切り替える切替弁と、
前記バイパス流路に設けられ、バイパス流路内を流れる冷却水の導電率を測定する導電率計と、
前記切替弁を制御することにより前記イオンフィルタ通過前の冷却水とイオンフィルタ通過後の冷却水との間で前記バイパス流路に流す冷却水を交互に切り替え、前記導電率計を用いてイオンフィルタ通過前及び通過後の冷却水の導電率を比較する制御器と
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、
前記制御器は、イオンフィルタ通過前の冷却水を前記バイパス流路に流し、前記導電率計を用いてイオンフィルタ通過前の冷却水の導電率を測定し、冷却水がイオンフィルタを通過した後に、イオンフィルタ通過後の冷却水をバイパス流路に流し、導電率計を用いてイオンフィルタ通過後の冷却水の導電率を測定し、測定結果に基づいてイオンフィルタ通過前後の導電率の減少率を算出し、算出された減少率に基づいてイオン交換樹脂の使用率を算出す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、
前記冷却水循環流路内で冷却水を循環させる循環ポンプを備え、前記制御器は、前記循環ポンプの動作状態から前記冷却水循環流路内の冷却水の流量を推定し、推定結果に基づいて冷却水が前記イオンフィルタを通過するために要する時間をイオンフィルタ通過時間として算出し、イオンフィルタ通過前の冷却水を前記バイパス流路に流してからイオンフィルタ通過時間が経過後、イオンフィルタ通過後の冷却水を前記バイパス流路に流す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２に記載の燃料電池冷却システムであって、
前記冷却水循環流路内の冷却水の流量を測定する流量センサを備え、前記制御器は、前記流量センサにより検出された流量を用いて冷却水が前記イオンフィルタを通過するために要する時間をイオンフィルタ通過時間として算出し、イオンフィルタ通過前の冷却水を前記バイパス流路に流してからイオンフィルタ通過時間が経過後、イオンフィルタ通過後の冷却水を前記バイパス流路に流すことを特徴とする燃料電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムから冷却水中に溶出したイオンを除去するイオンフィルタを備える燃料電池冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池に冷却水を供給することにより燃料電池を冷却する燃料電池冷却システムが知られており、このようなシステムでは、冷却水を介した液絡減少を防止するために、システムから冷却水中に溶出したイオンをイオンフィルタ内部のイオン交換樹脂に吸着させることによって冷却水の電気的絶縁性を維持している。ところで、イオンフィルタ内部のイオン交換樹脂は、通常、冷却水中に溶出したイオンを吸着するのに従って徐々にイオン吸着能力を失っていく。このような背景から、従来までの燃料電池冷却システムでは、冷却水流路に冷却水の導電率を測定する導電率計を設けて冷却水の導電率の減少速度に従ってイオン交換樹脂の使用率を算出したり、イオンフィルタの前後に導電率計を設けてイオンフィルタ通過前後の冷却水の導電率変化に従ってイオン交換樹脂の使用率を算出している（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４６８４５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、一般に、燃料電池システムから冷却水中に溶出するイオンの量は、システムを構成する部品の温度，部品に接触する際の冷却水の導電率，冷却水温度，及び冷却水流量等の様々な要素に依存すると共に、起動時等のシステムの動作状態が非定常状態にある場合には、冷却水の導電率の減少速度も非定常状態になる。従って、冷却水の導電率の減少速度に従ってイオン交換樹脂の使用率を算出する場合には、イオン交換樹脂の使用率を正確に算出することはできない。また、イオンフィルタの前後に導電率計を設けてイオンフィルタ通過前後の冷却水の導電率変化に従ってイオン交換樹脂の使用率を算出する場合には、イオンフィルタ前後に導電率計を設ける必要があるために、システム構成が複雑になる。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単なシステム構成でイオン交換樹脂の使用率を正確に算出することが可能な燃料電池冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池冷却システムは、燃料電池に冷却水を循環させる冷却水循環流路と、内部にイオン交換樹脂を有し、当該イオン交換樹脂によって冷却水中に含まれるイオンを除去するイオンフィルタと、イオンフィルタの上流側に設けられ、イオンフィルタ通過前の冷却水を冷却水循環流路から分流させる上流側バイパス流路と、イオンフィルタの下流側に設けられ、イオンフィルタ通過後の冷却水を冷却水循環流路から分流させる下流側バイパス流路と、冷却水循環流路から分流された冷却水を冷却水循環流路に戻すバイパス流路と、バイパス流路に流す冷却水を上流側バイパス流路により分流された冷却水と下流側バイパス流路より分流された冷却水との間で切り替える切替弁と、バイパス流路に設けられ、バイパス流路内を流れる冷却水の導電率を測定する導電率計と、切替弁を制御することによりイオンフィルタ通過前の冷却水とイオンフィルタ通過後の冷却水との間でバイパス流路に流す冷却水を交互に切り替え、導電率計を用いてイオンフィルタ通過前及び通過後の冷却水の導電率を比較する制御器とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る燃料電池冷却システムによれば、イオンフィルタ通過前の冷却水とイオンフィルタ通過後の冷却水との間でバイパス流路に分流させる冷却水を交互に切り替え、バイパス流路を流れる冷却水の導電率を測定することによりイオンフィルタ通過前及び通過後の冷却水の導電率を測定するので、簡単なシステム構成でイオン交換樹脂の使用率を正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の第１，第２の実施形態となる燃料電池冷却システムの構成と動作について説明する。
【実施例１】
【０００８】
始めに、本発明の第１の実施形態となる燃料電池冷却システムの構成について説明する。
【０００９】
〔燃料電池冷却システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池冷却システムは、車両に搭載され、図１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック１を冷却するための冷却水を循環させる冷却水循環流路２と、冷却水を燃料電池スタック１に圧送する冷却水ポンプ３と、冷却水循環流路２内の冷却水中に含まれるイオンを除去するイオンフィルタ４と、冷却水循環流路２内の冷却水を冷却するラジエータ５とを主な構成要素として備える。また、この燃料電池冷却システムは、イオンフィルタ４通過前及び通過後の冷却水をバイパス流路６を介して冷却水ポンプ３の上流側に分流させるためのバイパス流路７ａ，７ｂと、バイパス流路７ａ，７ｂからバイパス流路６に分流される冷却水の流量を調整するためのバルブ８ａ，８ｂと、冷却水流路６内を流れる冷却水の導電率を測定するための導電率計９を備える。なお、詳しくは後述するが、バイパス流路６，７ａ，７ｂはイオンフィルタ４の通過前及び通過後の冷却水の導電率を測定するためのものであるので、バイパス流路６，７ａ，７ｂには、システムの圧力損失に影響を与えない程度の小流量の冷却水が流れるものとする。そして、このような構成を有する燃料電池冷却システムでは、制御器１０が以下に示す使用率算出処理を実行することにより、イオンフィルタ４内部のイオン交換樹脂の使用率を正確に算出する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この使用率算出処理を実行する際の制御器１０の動作について説明する。
【００１０】
〔使用率算出処理〕
図２に示すフローチャートは、燃料電池スタック１が起動されるのに応じて開始となり、この使用率算出処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この使用率算出処理は所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００１１】
ステップＳ１の処理では、制御器１０が、バルブ８ａ，８ｂをそれぞれ開状態及び閉状態に制御することにより、イオンフィルタ４通過前の冷却水の一部をバイパス流路７ａ及びバイパス流路６側に分流させる。これにより、このステップＳ１の処理は完了し、この算出処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１２】
ステップＳ２の処理では、制御器１０が、導電率計９によって数秒等の所定時間の間イオンフィルタ４通過前の冷却水の導電率を測定し、測定された導電率の平均値Ｃ１を算出，記憶する。具体的には、冷却水ポンプ３によって２０［L］の冷却水を１２０［L/min］の流量で冷却水循環流路２に循環させる場合、制御器１０は、図３に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間（この例の場合３［秒］程度）、イオンフィルタ４通過前の冷却水の導電率（導電率Ｉｎ）を測定し、測定された導電率の平均値Ｃ１を算出，記憶する。これにより、このステップＳ２の処理は完了し、この算出処理はステップＳ３の処理に進む。
【００１３】
ステップＳ３の処理では、制御器１０が、冷却水ポンプ３の回転数に基づいて冷却水循環流路２を流れる冷却水の流量を推定し、推定結果を用いて冷却水がイオンフィルタ４を通過するために要する時間（イオンフィルタ通過時間）を算出する。なお、図３に示す例ではイオンフィルタ通過時間は４［秒］であるとする。これにより、このステップＳ３の処理は完了し、この算出処理はステップＳ４の処理に進む。
【００１４】
ステップＳ４の処理では、制御器１０が、イオンフィルタ４通過前の冷却水の導電率の測定開始からステップＳ３の処理により算出されたイオンフィルタ通過時間が経過したか否かを判別する。そして、イオンフィルタ通過時間が経過するのに応じて、制御器１０は算出処理をステップＳ５の処理に進める。
【００１５】
ステップＳ５の処理では、制御器１０が、バルブ８ａ，８ｂをそれぞれ閉状態及び開状態に制御することにより、イオンフィルタ４通過後の冷却水の一部をバイパス流路７ｂ及びバイパス流路６側に分流させる。これにより、このステップＳ５の処理は完了し、この算出処理はステップＳ６の処理に進む。
【００１６】
ステップＳ６の処理では、制御器１０が、導電率計９を介して数秒等の所定時間の間イオンフィルタ４通過後の冷却水の導電率を測定し、測定された導電率の平均値Ｃ２を算出，記憶する。具体的には、図３に示す例では、制御器１０は、時刻ｔ１からイオンフィルタ通過時間（４［秒］）が経過した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間（この例の場合３［秒］程度）、イオンフィルタ４通過後の冷却水の導電率（導電率ｏｕｔ）を測定し、測定された導電率の平均値Ｃ２を算出，記憶する。。これにより、このステップＳ６の処理は完了し、この算出処理はステップＳ７の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ７の処理では、制御器１０が、上記ステップＳ２及びステップＳ６の処理により算出された平均値Ｃ１，Ｃ２を用いて冷却水の導電率の減少率Ｃ２／Ｃ１を算出する。そして、一般に、イオン交換樹脂は、図４に示すように、使用率（時間）が長くなるのに応じて導電率の減少率が小さくなる特性を有するので、制御器１０は、図５に示すようなイオン交換樹脂使用率の増加に伴い減少率が低下するマップを参照して、算出された減少率Ｃ２／Ｃ１に対応するイオン交換樹脂使用率を算出する。なお、図３に示す例では、減少率は５０［％］程度であるので、制御器１０は、図５に示すマップを参照してイオン交換樹脂使用率を８０［％］程度に見積もる。これにより、このステップＳ７の処理は完了し、この算出処理はステップＳ８の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ８の処理では、制御器１０が、ステップＳ７の処理により算出されたイオン交換樹脂使用率が所定値（例えば８０％）以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、イオン交換樹脂使用率が所定値以下である場合、制御器１０は一連の算出処理を終了する。一方、イオン交換樹脂使用率が所定値以下でない場合には、制御器１０はステップＳ９の処理としてイオン交換樹脂の交換をユーザに指示した後、一連の算出処理は終了する。
【００１９】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池冷却システムによれば、制御器１０が、イオンフィルタ４通過前及び通過後の冷却水との間でバイパス流路６に分流させる冷却水を切り替え、導電計９を用いてイオンフィルタ４通過前及び通過後の冷却水の導電率を測定し、測定結果に基づいて導電率の減少率を算出し、算出結果に基づいてイオン交換樹脂の使用率を算出するので、簡単なシステム構成でイオン交換樹脂の使用率を正確に算出することができる。
【実施例２】
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態となる燃料電池冷却システムの構成について説明する。
【００２１】
〔燃料電池冷却システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池冷却システムは、図６に示すように、上記第１の実施形態となる燃料電池冷却システムの構成に加えて、冷却水循環流路２内の冷却水流量を検出する流量センサ１１が設けられている。そして、このような構成を有する燃料電池冷却システムでは、制御器１０が以下に示す使用率算出処理を実行する。以下、図７に示すフローチャートを参照して、この使用率算出処理を実行する際の制御器１０の動作について説明する。
【００２２】
〔使用率算出処理〕
図７に示すフローチャートは、燃料電池スタック１が起動されるのに応じて開始となり、この使用率算出処理はステップＳ１１の処理に進む。なお、図７に示すステップＳ１１，Ｓ１２及びステップＳ１５乃至ステップＳ１９の処理は、図２に示すステップＳ１，Ｓ２及びステップＳ５乃至ステップＳ９の処理と同じであるので、以下ではステップＳ１３の処理を実行する際の制御器１０の動作についてのみ説明する。
【００２３】
ステップＳ１３の処理では、制御器１０が、流量センサ１１を用いて冷却水循環流路２を流れる冷却水の流量を検出し、検出結果を用いて冷却水がイオンフィルタ４を通過するために要する時間（イオンフィルタ通過時間）を算出する。これにより、このステップＳ１３の処理は完了し、この算出処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００２４】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池冷却システムによれば、制御器１０は、流量センサ１１を用いて冷却水循環流路２を流れる冷却水の流量を検出し、検出結果を用いてイオンフィルタ通過時間を算出するので、イオンフィルタ４の目詰まり等の原因によってシステムの圧力損失が変動した場合であっても、冷却水循環流路２を流れる冷却水の流量を正確に測定し、イオンフィルタ通過時間を正確に算出することができる。
【００２５】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態となる燃料電池冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となる使用率算出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】イオンフィルタ通過前後の冷却水の導電率の変化の様子を示す図である。
【図４】使用率の変化に伴うイオンフィルタ通過前後の冷却水の導電率の変化の様子を示す図である。
【図５】イオン交換樹脂使用率と導電率減少率の関係を示すマップ図である。
【図６】本発明の第２の実施形態となる燃料電池冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態となる使用率算出処理の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：燃料電池スタック
２：冷却水流路
３：冷却水ポンプ
４：イオンフィルタ
５：ラジエータ
６，７ａ，７ｂ：バイパス流路
８ａ，８ｂ：バルブ
９：導電率計
１０：制御器
１１：流量センサ
【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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【図７】
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