(57)【要約】【課題】完全に冷却液を分割して送ることにより充分な絶縁抵抗を確保することができる燃料電池冷却系の絶縁システムを提供することである。【解決手段】本発明の燃料電池冷却系の絶縁システムは、燃料電池１の冷却系２の経路途中に、電気絶縁抵抗の大きな材料で形成された、１つの回転体４１及び該回転体を収容するケース４２とからなる絶縁手段４を１個所又は複数個所設け、この回転体４１が回転することによって、冷却液が分割しながら送給されるようにしている。回転体４１には、例えば複数のベーン４１ｃ，４１′ｃが放射状に設けられ、これらのベーンがケース内面に圧接して、摺動しながら回転することで、冷却液が分割して送給される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却する冷却系を流れる冷却液の電気的絶縁抵抗を確保するために、前記冷却系の経路途中に１個所又は複数個所設けられる絶縁手段を有する燃料電池冷却系の絶縁システムにおいて、前記絶縁手段が、
電気的絶縁抵抗の大きな材料で形成された１つの回転体と、
同じく電気的絶縁抵抗の大きな材料で形成され、前記回転体を収容するケースと、から構成され、
前記回転体が回転することによって、前記冷却液を分割しながら送給することを特徴とする燃料電池冷却系の絶縁システム
【請求項２】
前記回転体にスプリングを組み込んだベーンを複数設け、前記ベーンが前記ケース内面に圧接することで、前記冷却液を分割して送給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却系の絶縁システム。
【請求項３】
前記回転体に弾性のあるベーンを複数設け、前記ベーンが前記ケース内面に弾接することで、前記冷却液を分割して送給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池冷却系の絶縁システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等の冷却水通路の絶縁に使用される燃料電池冷却系の絶縁システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題、特に大気汚染に対する配慮から電気自動車が注目されており、電源として蓄電池を搭載した電気自動車にあっては、既に実用化の段階に入っている。しかしながら、蓄電池式電気自動車は、電池の蓄電能力との関係で走行距離が比較的短く、また充電時間が長い等の問題を有しているため、これを解消し得る電気自動車として、蓄電池に代えて、水素等の燃料と酸素等の酸化性ガスとの電気化学的酸化還元反応により発電する燃料電池を搭載した燃料電池式自動車の実用化が待たれている。
【０００３】
燃料電池は、電解質を染み込んだ電解質膜の一方の面に燃料極（アノード電極）を、他方の面に空気極（カソード電極）を密着せしめたセルを、カーボン等を板状に成形したセパレータが挟持することで構成されている。セパレータの燃料極又は空気極側の面に形成した凹部により、燃料極側のセパレータと燃料極とを通路壁面として燃料通路が形成され、空気極側のセパレータと空気極を通路壁面として空気通路が形成されている。この燃料極の燃料通路に供給される燃料としての水素と、空気極の空気通路に酸化剤として供給される供給空気中の酸素との電気化学的酸化還元反応によって発電し、燃料極及び空気極に接続された外部負荷を駆動する。
【０００４】
この反応は、発熱反応であるため燃料電池には冷却系が設けられている。図４（ａ）は、従来公知の燃料電池の冷却系を示している（例えば、特許文献１参照）。この冷却系１１０は、燃料電池１１１内に区画された冷却通路１１２に一次側冷却液循環通路１１３を接続し、二次側冷却液循環通路１１４に介設されたラジエータ１１６によって冷却した二次側冷却液と一次側冷却液とを熱交換器１１５によって熱交換させ、この熱交換により冷却された一次側冷却液によって燃料電池１１１内を冷却するように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１７８８４号公報（第３，４頁、第１，２，４図）
【０００６】
一次側冷却液循環通路１１３には、熱交換器１１５の一次側を迂回させてバイパス通路１１７を形成し、熱交換器１１５より見て一次側冷却液循環通路１１３の下流側とバイパス通路１１７との連通部にサーモスタットバルブ１１８を設けて、このバルブ１１８の切り換えによって、一次側冷却液の温度を燃料電池１１１の発電に適した温度に制御している。また、一次側冷却液循環通路１１３、二次側冷却液循環通路１１４にそれぞれ冷却液を循環させるための循環ポンプ１１９，１２０を設け、これによって一次側冷却液及び二次側冷却液を強制循環している。
【０００７】
この冷却系１１０では、一次側冷却液及び二次側冷却液には、液絡の防止のために、エチレングリコールと水との混合液が用いられており、一次側冷却液循環通路１１３における熱交換器１１５の上流側と下流側とを連通する連通路１２１に、一次側冷却液中の遊離イオンを処理するためのイオン交換器１２２が設置されているが、イオン交換器１２２のイオン処理能力には経時的な限界があり、定期的なメンテナンスを実施せざるを得ない。
【０００８】
そこで、図４（ａ）に示される従来の燃料電池の冷却系１１０では、電気的に導通可能な冷却液の電気的絶縁抵抗を確保するために、図４（ｂ）に拡大図で示されるように、一次側冷却液循環通路１１３に液圧によって回転する液送り部となる複数の羽根１２５ａを有する一対の羽根車１２５を設けた電気的絶縁装置１２３を提案している。そしてこの電気的絶縁装置１２３の回転体収容部１２４及び羽根車１２５とを電気的絶縁抵抗の高い材料で形成し、羽根車１２５の先端と回転体収容部１２４の内面との間隔を冷却液の電気的絶縁を保持する間隔に設定することで、流路の通路長を長くとることなく、また流路断面を細くして電流の流れる断面積を減らすことなく流路を流れる冷却液の電気的絶縁抵抗を確保するようにしている。
【０００９】
しかしながら、図４（ｂ）に示される従来の燃料電池の冷却系の電気的絶縁装置１２３では、一対（２個）の羽根車１２５と回転収容部１２４の内面との間を冷却液を流すことによって冷却水流路断面積を狭くし電気抵抗を増加させようとしているため、２個の羽根車１２５の間及び羽根車と回転収容部の内面との間に隙間ができ完全な電気的絶縁を行うことができないという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、一対の羽根車の間に生じる隙間を無くし、完全に冷却液を分割して送ることによって充分な絶縁抵抗を確保することができる燃料電池冷却系の絶縁システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の燃料電池冷却系の絶縁システムを提供する。
請求項１に記載の燃料電池冷却系の絶縁システムは、燃料電池の冷却系の経路途中に、電気的絶縁抵抗の大きな材料で形成された、一つの回転体及びこの回転体を収容するケースとからなる絶縁手段を１個所又は複数個所設け、この回転体が回転することによって、冷却液が分割しながら送給されるようにしたものである。これにより、回転体が完全に冷却液を分割して送給することができ、流路の通路長を長くとることなく、また流路断面を細くすることもなく、冷却液の充分な電気的絶縁抵抗を確保することができる。
【００１２】
請求項２の該絶縁システムは、回転体にスプリングを組み込んだベーンを複数設け、このベーンがケース内面に圧接するようにしたものであり、請求項３の該絶縁システムは、回転体に弾性のあるベーンを複数設け、ベーンがケース内面に弾接するようにしたものである。このようにして、ベーンをケース内面に圧接又は弾接するようにして回転体が回転することで、冷却液を完全に分割して送給することができ、冷却液の充分な電気的絶縁抵抗を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の燃料電池冷却系の絶縁システムについて説明する。図１は、本発明の実施の形態の燃料電池冷却系の絶縁システムの全体構成を示す概念図であり、図２は、１つの実施例である絶縁手段の断面図である。燃料電池１は、公知のものであり、従来技術で前述した構造をしているものである。即ち、電解質を染み込ませた電解質膜を燃料極と空気極とが挟み込む形となっていて、これらが水平に重ねられて、電気化学的酸化還元反応を起こさせ電気を発生させる最小単位の単セルを構成している。この単セルを直列に接続して積み重ねることで大きな電圧が得られるようになっている。セルとセルとの間には、セパレータが挟まれ、セルを積層したときに燃料極に入る水素と空気極に入る空気とが混合するのを防止すると共に、二つのセルを直列につなぐための電子導電体としての役割を果たしている。燃料電池１内の反応は、発熱反応であるため、運転中、燃料電池１を冷却してやる必要があり、そのために燃料電池１には冷却系２が設けられている。
【００１４】
冷却系２は、燃料電池１とラジエータ３との間を冷却液が循環する閉回路で構成されており、燃料電池１とラジエータ３との間には、冷却液の往路となる冷却液配管２１と復路となる冷却液配管２２とが設けられている。このようにして、燃料電池１により加熱された冷却液が、ラジエータ３によって冷却されて燃料電池１に戻されることにより、燃料電池１が冷却される。
【００１５】
冷却系２には、電気的に導通可能な冷却液の電気的絶縁抵抗を確保するために、冷却系２の管路途中には、１個又は複数の絶縁手段４が設けられる。図１の実施例においては、往路側の冷却液配管２１と復路側の冷却液配管２２のそれぞれに１個所、絶縁手段４が設けられている。
【００１６】
絶縁手段４は、１つの回転体４１とこの回転体４１を回転可能に収容するケース４２とから構成されている。回転体４１とケース４２とは、電気抵抗の大きな材料で作られている。ケース４２の外周面には、周方向に間隔をあけて冷却液の入口配管４３と出口配管４４とが設けられており、回転体４１がケース４２内を回転することによって入口配管４３から入った冷却液が仕切られた空間内に入って移送され、この仕切られた空間が回転体４１の回転とともに狭められることによって出口配管４４から排出される。
【００１７】
図２は、絶縁手段４の１つの実施例を示している。この実施例の絶縁手段４は、一種のベーン型ポンプから構成されている。即ち、中実円柱状の回転体４１の外周面には、軸方向（図において紙面の表裏方向）に６つの溝４１ａが放射状に形成され、この溝４１ａ内にスプリング４１ｂとベーン４１ｃとが収容されている。ベーン４１ｃは、スプリング４１ｂによって溝４１ａ内を摺動可能に入れられており、円筒状のケース４２内に回転体４１を収容すると、ベーン４１ｃがケース４２内面にスプリング４１ｂによって圧接された状態となる。回転体４１の中心はケース４２の中心とはずれている。このようにして、２つのベーン４１ｃ、回転体４１の外周面及びケース４２内面とで囲まれた空間４５が６つ、ケース４２と回転体４１との間に形成される。なお、スプリング４１ｂ及びベーン４１ｃも電気抵抗の大きな材料で作られている。
【００１８】
上記のように構成された絶縁手段４の回転体４１が、外部からの動力により図２の矢印で示される方向に１回転すると、入口配管４３側の空間４５が拡がり、冷却液が吸い込まれる。この吸い込まれた冷却液が、出口配管４４側に送られるとき、必ず２つのベーン４１ｃ、回転体４１の外周面及びケース４２内面とで囲まれた空間４５によって仕切られて送り込まれる。これによって、入口配管４３側と出口配管４４側との間は充分な電気抵抗を維持することができる。そして、出口配管４４側まで冷却液が送られてくると、囲まれた空間４５が狭まることによって冷却液は絶縁手段４から排出される。その後、一部の冷却液は、そのまま入口配管４３側に戻るが、その際も一旦、２つのベーン４１ｃ、回転体４１の外周面及びケース４２内面とで囲まれた空間４５によって仕切られるので、電気抵抗を維持することができる。
【００１９】
なお、図１において冷却系２の往路側の冷却液配管２１と復路側の冷却液配管２２とにそれぞれ設けられた絶縁手段４の入口配管４３と出口配管４４の位置が、逆の配置関係にあるが、要は、空間４５が入口側から徐々に拡大し、その後出口側にかけて狭められるように構成されていればよいものである。
【００２０】
また、図１の燃料電池の冷却系２では、燃料電池１とラジエータ３との間に１つの冷却系しか有していないが、従来技術で説明しているように、燃料電池とラジエータとの間に熱交換器を介在させ、一次冷却系と二次冷却系の２つの冷却系をもつものに対しても、本発明の絶縁手段を適宜適用できるものである。その場合は、燃料電池と熱交換器間の一次冷却系に適用すればよい。
なお、上記実施形態では、絶縁手段４の回転体４１は、外部からの動力によって回転させられるようになっているが、この冷却系２内に更にポンプ手段を設け、このポンプ手段によって強制循環させられる冷却液の液圧によって、回転体４１を回転させることも適用可能である。
【００２１】
図３は、本発明の絶縁手段の別の実施例を示す断面図である。本実施例では、スプリングを無くし、ベーンとして弾性のある材料から作られたベーン４１′ｃを使用し、これを回転体４１の外周面に放射状に複数植設したものである。図３では、６つのベーン４１′ｃが設けられている。他の構成は、先の実施例の絶縁手段と同様の構成をしているものである。弾性のあるベーン４１′ｃは、ケース４２の内面に弾性的に接する（弾接）ことで、ケース４２内面との間の隙間を無くし、２つのベーン４１′ｃ、回転体４１の外周及びケース４２の内面とで囲まれた空間４５を形成し、冷却液を分割して、供給することができる。これによって、入口配管４３側と出口配管４４側との間は、充分な電気抵抗を維持することができる。なお、ベーン４１′ｃもまた、当然電気抵抗の大きな材料で作られている。
【００２２】
以上説明したように、本発明では、燃料電池の冷却系の冷却液が絶縁手段によって必ず完全に隙間が遮断された絶縁された空間内に分割された状態で送給されるようになり、冷却系の経路を長くすることなく、かつ経路の断面積を小さくすること無く、電気的絶縁性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の燃料電池冷却系の絶縁システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】本発明の１つの実施例の絶縁手段の断面図を示している。
【図３】本発明の別の実施例の絶縁手段の断面図を示している。
【図４】従来技術の燃料電池冷却系の（ａ）絶縁システムと（ｂ）絶縁手段を説明する図である。
【符号の説明】
１…燃料電池
２…冷却系
２１…往路の冷却液配管
２２…復路の冷却液配管
３…ラジエータ
４…絶縁手段
４１…回転体
４１ａ…溝
４１ｂ…スプリング
４１ｃ，４１′ｃ…ベーン
４２…ケース
４３…入口配管
４４…出口配管
４５…囲まれた空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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