(57)【要約】【課題】イオン交換器を長寿命化することができる燃料電池システムを搭載した産業車両を提供する。【解決手段】産業車両１００に搭載される燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１を冷却する冷却システム２０とを有し、冷却システム２０は、燃料電池スタック１１を冷却する冷却水が循環する冷却水回路２７と、冷却水回路２７の冷却水を冷却するラジエータ２２と、冷却水回路２７に設けられるイオン交換器２１と、イオン交換器２１に送風する送風ファン２５と、送風ファン２５の駆動を制御する制御部３０と、燃料電池スタック１１の下流かつラジエータ２２の上流の冷却水回路２７の冷却水の温度を検出する第一温度センサ２６とを有し、産業車両１００がキーＯＦＦされた後、冷却水の温度が所定の閾値以上であれば、送風ファン２５を駆動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムを搭載した産業車両であって、
前記燃料電池システムは、
酸素及び燃料ガスを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを冷却する冷却システムとを有し、
前記冷却システムは、
前記燃料電池スタックを冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、
前記冷却水回路の冷却水を冷却するラジエータと、
前記冷却水回路に設けられるイオン交換器と、
前記イオン交換器に送風する送風ファンと、
前記送風ファンの駆動を制御する制御部と、
前記燃料電池スタックの下流かつ前記ラジエータの上流の前記冷却水回路の冷却水の温度又は前記イオン交換器のイオン交換樹脂の温度を検出する温度検出部とを有し、
前記産業車両がキーＯＦＦされた後、前記温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以上であれば、前記制御部は前記送風ファンを駆動させる産業車両。
【請求項２】
前記送風ファンは、前記イオン交換器に送風するとともに前記ラジエータに送風するラジエータファンである請求項１に記載の産業車両。
【請求項３】
前記制御部は、前記温度検出部によって検出される温度が前記所定の閾値以下になった時に、前記送風ファンの駆動を停止させる請求項１又は２に記載の産業車両。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池スタックで発電された電力を蓄電するキャパシタを備え、
前記制御部は、前記キャパシタの充電率が所定値以下となった時に、前記送風ファンの駆動を停止させる請求項３に記載の産業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムを搭載した産業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォークリフト等の産業車両に搭載される燃料電池システムは、水素ガスと酸素ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックを有している。この燃料電池スタックを冷却するために、燃料電池システムは冷却システムを有する。すなわち、冷却システムを循環する冷却水によって燃料電池スタックは冷却される。
【０００３】
ここで、冷却システムの冷却水には不純物イオンが含まれている。この不純物イオンの濃度が高くなるほど冷却水の電気伝導率が高くなるため、燃料電池システムの冷却システムには、冷却水に含まれる不純物イオンを除去するイオン交換器が設けられる。イオン交換器の内部には不純物イオンを吸着するイオン交換樹脂が収容されている。
【０００４】
このようなイオン交換器のイオン交換樹脂は、高温に長期間晒されることによって劣化する。そのため、イオン交換器は定期的に交換する必要があるが、ユーザーニーズとしては、長寿命化又はメンテナンスフリーが求められている。
【０００５】
そこで、特許文献１では、送風ファンを用いてイオン交換器に空気を吹き付けて冷却し、イオン交換樹脂の熱劣化を防止する方法がとられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−００３４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載される方法でイオン交換器を冷却した場合であっても、車両がキーＯＦＦされた後、冷却システムは動作を停止する。燃料電池スタックが発電を行っていない間でも冷却システムの冷却水の温度は高温状態からすぐには低下せず、時間をかけて緩やかに低下していく。そのため、車両がキーＯＦＦされた後もイオン交換器が一定期間高温に晒されてしまう可能性がある。
【０００８】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、産業車両がキーＯＦＦされた後でイオン交換器が高温に晒されることを防止し、イオン交換器を長寿命化することができる燃料電池システムを搭載した産業車両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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明に係る産業車両に搭載される燃料電池システムは、酸素及び燃料ガスを反応させて発電を行う燃料電池スタックと、燃料電池スタックを冷却する冷却システムとを有し、冷却システムは、燃料電池スタックを冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、冷却水回路の冷却水を冷却するラジエータと、冷却水回路に設けられるイオン交換器と、イオン交換器に送風する送風ファンと、送風ファンの駆動を制御する制御部と、燃料電池スタックの下流かつラジエータの上流の冷却水回路の冷却水の温度又はイオン交換器のイオン交換樹脂の温度を検出する温度検出部とを有し、産業車両がキーＯＦＦされた後、温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以上であれば、制御部は前記送風ファンを駆動させる。
これにより、産業車両がキーＯＦＦされた後、より短時間でイオン交換樹脂の温度を下げることができる。
【００１０】
また、送風ファンは、イオン交換器に送風するとともにラジエータに送風するラジエータファンであってもよい。
【００１１】
また、制御部は、温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以下になった時に、送風ファンの駆動を停止させてもよい。
【００１２】
また、燃料電池システムは、燃料電池スタックで発電された電力を蓄電するキャパシタを備え、制御部は、キャパシタの充電率が所定値以下となった時に、送風ファンの駆動を停止させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る燃料電池システムを搭載した産業車両によれば、産業車両がキーＯＦＦされた後でイオン交換器が高温に晒されることを防止し、イオン交換器を長寿命化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る産業車両に搭載される燃料電池システムを模式的に示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムの制御部による冷却システムの制御を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る産業車両に搭載される燃料電池システムを模式的に示す図である。
【図４】図３に示す燃料電池システムの制御部による冷却システムの制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に示すように、産業車両１００は燃料電池システム１０を有する。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１に燃料ガスとしての水素ガスを供給可能な水素タンク１２と、燃料電池スタック１１に酸素を含む空気を供給可能なコンプレッサ１３とを備えている。燃料電池スタック１１とコンプレッサ１３とは圧縮空気流路１３ａを介して連通する。また、燃料電池スタック１１にはキャパシタ１４が接続される。さらに、キャパシタ１４には電圧センサ１５が取り付けられている。
【００１６】
また、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１を冷却する冷却システム２０を有している。冷却システム２０は冷却水が循環する冷却水回路２７を有しており、冷却水回路２７は燃料電池スタック１１に接続される。また、冷却水回路２７は、燃料電池スタック１１に並列する流路であるイオン交換回路２８を有している。イオン交換回路２８の一端は燃料電池スタック１１の上流の第一分岐点２８ａに接続され、イオン交換回路２８の他端は燃料電池スタック１１の下流の第二分岐点２８ｂに接続される。イオン交換回路２８にはイオン交換器２１が設けられる。すなわち、冷却水回路２７において、イオン交換器２１は燃料電池スタック１１に並列して設けられている。従って、冷却水回路２７を流通する冷却水の一部は、イオン交換回路２８に流入し、イオン交換器２１に収容されたイオン交換樹脂によって不純物イオンを除去される。
【００１７】
また、冷却水回路２７には、冷却水を冷却するためのラジエータ２２が接続される。ここで、ラジエータ２２に対向する位置には、ラジエータファンとしての機能を持つ送風ファン２５が設けられる。ラジエータ２２、送風ファン２５及びイオン交換器２１はほぼ一直線上に配置される。また、送風ファン２５とイオン交換器２１との間には障害物が設けられないよう構成されている。従って、送風ファン２５が回転駆動されることによって、風Ｗが発生し、イオン交換器２１及びラジエータ２２は風Ｗによって冷却される。すなわち、イオン交換器２１及びラジエータ２２は送風ファン２５の風Ｗの流路上に配置されている。
【００１８】
また、ラジエータ２２の下流の冷却水回路２７には、冷却水を冷却水回路２７に循環させるための冷却水ポンプ２３が設けられる。さらに、冷却水ポンプ２３の下流にはインタークーラ２４が設けられる。なお、インタークーラ２４には圧縮空気流路１３ａが接続される。すなわち、コンプレッサ１３から燃料電池スタック１１に送り込まれる圧縮空気はインタークーラ２４によって冷却される。またさらに、燃料電池スタック１１の下流かつ第二分岐点２８ｂの上流の冷却水回路２７には第一温度センサ２６が取り付けられる。第一温度センサ２６は、燃料電池スタック１１の下流かつラジエータ２２の上流の冷却水温度ｔｗを検出することができる。
ここで、第一温度センサ２６は温度検出部を構成する。
【００１９】
また、電圧センサ１５、冷却水ポンプ２３、送風ファン２５及び第一温度センサ２６には制御部３０が電気的に接続されている。制御部３０は電圧センサ１５によって推定されるキャパシタ１４の電圧に基づいてキャパシタ１４の充電率を算出することができる。また、制御部３０は冷却水温度ｔｗからイオン交換器のイオン交換樹脂の温度を推定することができる。
【００２０】
次に、図２を参照して、燃料電池システム１０の制御部３０による冷却システム２０の制御について説明する。
まず、ステップＳ１において、使用者が産業車両１００をキーＯＦＦの状態にする。    なお、キーＯＦＦの状態とは、産業車両１００の走行装置等への電力の供給やディスプレイの表示をＯＦＦにする状態であり、燃料電池システム１０はキーＯＦＦ後も制御部からの指示により動作するようになっている。
【００２１】
そして、次にステップＳ２において、制御部３０は、第一温度センサ２６が検出するキーＯＦＦ直後の冷却水温度ｔｗ１が第一閾値Ｔ１以上か否かを判断する。そして、キーＯＦＦ直後の冷却水温度ｔｗ１が第一閾値Ｔ１に達していない場合、送風ファン２５が回転駆動されることなく、制御は終了する。一方、キーＯＦＦ直後の冷却水温度ｔｗ１が第一閾値Ｔ１以上であった場合、ステップＳ３において、制御部３０は送風ファン２５を駆動させる。また、制御部３０は送風ファン２５の駆動に合わせて冷却水ポンプ２３を駆動させ冷却水を循環させる。これにより、図１に示すように、風Ｗが発生し、イオン交換器２１及びラジエータ２２は風Ｗによって冷却される。また、ラジエータ２２が冷却されることにより冷却水が冷却され、イオン交換器２１は冷却水によっても冷却される。
なお、第一閾値Ｔ１は、イオン交換器２１のイオン交換樹脂の種類に応じて実験的に求められる値である。
【００２２】
次に、ステップＳ４において、制御部３０は、第一温度センサ２６が検出する冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１を下回ったか否かを判断する。イオン交換器２１及びラジエータ２２に風が吹き付けられて冷却水が冷却された結果、冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１より低くなったと判断された場合、ステップＳ６において、制御部３０は送風ファン２５の回転を停止させる。一方、冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１以上であると判断される場合、ステップＳ５において、制御部３０はキャパシタ１４の充電率が所定値Ｖ以下か否かを判断する。そして、キャパシタ１４の充電率がまだ所定値Ｖよりも大きければ、制御部３０は冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１を下回るまで、送風ファン２５を回転駆動させ続ける。一方、キャパシタ１４の充電率が所定値Ｖを下回ったと判断されれば、ステップＳ６において、制御部３０は、冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１より低くなる前に送風ファン２５の回転駆動を停止させる。
【００２３】
以上より、この実施の形態１に係る燃料電池システム１０を搭載した産業車両１００では、産業車両がキーＯＦＦされた後であっても、冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１以上の時は、制御部３０が送風ファン２５を回転させイオン交換器２１に風を吹き付ける。これにより、産業車両１００のキーＯＦＦ後も、イオン交換器２１のイオン交換樹脂の温度を短時間で低下させることができ、イオン交換器２１の熱劣化を防いで寿命を延ばすことができる。
【００２４】
また、送風ファン２５は、イオン交換器２１に送風するとともにラジエータ２２に送風するラジエータファンである。従って、イオン交換器２１は、送風ファン２５による送風のみならず、ラジエータ２２において温度が低下した冷却水によっても冷却される。そのため、より短時間でイオン交換器２１の温度を下げることができ、イオン交換樹脂の熱劣化を防止することができる。また、イオン交換器２１の冷却に既設のラジエータファンを用いることができるため、部品点数を抑え、省スペース化を達成することができる。
【００２５】
また、送風ファン２５の駆動後、冷却水温度ｔｗが第一閾値Ｔ１を下回った場合、制御部３０は送風ファン２５の駆動を停止させる。さらに、制御部３０は、キャパシタ１４の充電率が所定値Ｖ以下となった時に、送風ファン２５の駆動を停止させる。これにより、キャパシタ１４に蓄電された電力を効率よく利用してイオン交換器２１を冷却することができる。
【００２６】
なお、産業車両１００の温度検出部は、冷却水の温度を測定する第一温度センサ２６のみならず、外気温を検出する温度検出手段を有していても良い。この場合、制御部３０は、冷却水温度ｔｗと外気温との組み合わせから、送風ファン２５による空冷によってイオン交換器２１の温度が所定の閾値を下回るまでの時間を推定することができる。そして、制御部３０は、推定された時間の間で送風ファン２５を駆動させ、イオン交換器２１を効率よく冷却する。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る産業車両２００に搭載される燃料電池システム２１０の構成及び制御の概要を図３及び４に示す。なお、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図３に示すように、燃料電池システム２１０は燃料電池スタック１１を冷却するための冷却システム２２０を有する。冷却システム２２０では、温度検出部としての第二温度センサ２２６がイオン交換器２１に取り付けられている。第二温度センサ２２６はイオン交換器２１のイオン交換樹脂の温度ｔｉを直接検出することができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、燃料電池システム２１０の制御部３０の制御手順について説明する。
まず、ステップＳ１１で産業車両２００がキーＯＦＦされた後、ステップＳ１２において、制御部３０は、第二温度センサ２２６が検出するキーＯＦＦ直後のイオン交換樹脂温度ｔｉ１が第二閾値Ｔ２以上か否かを判断する。そして、キーＯＦＦ直後のイオン交換樹脂温度ｔｉ１が第二閾値Ｔ２に達していない場合、制御部３０は送風ファン２５を駆動させることなく制御を終了する。一方、キーＯＦＦ直後のイオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２以上であった場合、ステップＳ１３において、制御部３０は送風ファン２５を駆動させる。
なお、第二閾値Ｔ２は、第一閾値Ｔ１と同様に、イオン交換器２１のイオン交換樹脂の種類に応じて実験的に求められる値である。
【００２９】
次に、ステップＳ１４において、制御部３０は、第二温度センサ２２６が検出するイオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２を下回ったか否かを判断する。イオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２より低くなった場合、ステップＳ１６において、制御部３０は送風ファン２５の回転を停止させ、制御を終了する。一方、イオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２よりも高い場合、ステップＳ１５において、制御部３０はキャパシタ１４の充電率が所定値Ｖ以下か否かを判断する。キャパシタ１４の充電率が所定値Ｖよりも大きければ、制御部３０はイオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２以下になるまで、送風ファン２５を駆動させ続ける。一方、キャパシタ１４の充電率が所定値Ｖ以下となれば、ステップＳ１６において、制御部３０は、イオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２以下になる前に送風ファン２５の回転を停止させ、制御を終了する。
【００３０】
以上より、この実施の形態２に係る燃料電池システム２１０を搭載した産業車両２００は、産業車両がキーＯＦＦされた後、第二温度センサ２２６によって検出されるイオン交換樹脂温度ｔｉが第二閾値Ｔ２以上であれば、制御部３０は送風ファン２５を駆動させてイオン交換器２１を空冷する。このように第二温度センサ２２６によってイオン交換樹脂温度ｔｉを直接検出することで、より確実にイオン交換樹脂温度ｔｉを低下させることができる。
【００３１】
なお、実施の形態１及び２において、送風ファン２５には既設のラジエータファンを用いているが、これに限定されず、イオン交換器２１を冷却するための専用の送風ファンを設けても良い。
【００３２】
また、イオン交換器２１の冷却の効率を向上させるため、イオン交換器２１のケースはアルミニウム等の放熱性の良い材料によって形成されていてもよい。また、イオン交換器２１の表面積を大きくして放熱性を向上させるため、イオン交換器２１のケースにフィンを形成してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０，２１０  燃料電池システム、１１  燃料電池スタック、２０，２２０  冷却システム、２１  イオン交換器、２２  ラジエータ、２５  送風ファン、２６  第一温度センサ（温度検出部）、２２６  第二温度センサ（温度検出部）、２７  冷却水回路、３０  制御部、１００，２００  産業車両、ｔｗ  冷却水温度、ｔｉ  イオン交換樹脂温度、Ｔ１  第一閾値、Ｔ２  第二閾値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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