(57)【要約】      （修正有）【課題】冷媒を充填する時間を短縮することができる冷却システム、空気残量測定装置、冷却装置、及び冷媒充填方法を提供する。【解決手段】冷却装置３００に冷媒を充填する作業において、充填装置を用いて冷却装置３００に冷媒を充填した後、冷却装置３００と空気残量測定装置４００とを接続する。空気残量測定装置４００により冷却装置３００内を昇圧し、このときの冷却装置３００内の圧力と冷媒移動量とに基づいて、冷却装置３００内の空気残量を算出する。算出された空気残量に応じて、冷却装置３００に冷媒を補充する。これにより、冷媒充填時に空気抜き運転をする必要がなく、冷媒を充填する時間を短縮することができる。【選択図】図６
2017180858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却装置と、空気残量測定装置と、を備えた冷却システムであって、
前記冷却装置は、
内部を冷媒が通流し、冷媒と熱交換する機械要素と、
前記機械要素から流出する冷媒と熱交換する熱交換器と、
前記機械要素と前記熱交換器とを繋ぎ、冷媒が循環する冷媒循環路と、
前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を充填するための充填口を有する冷媒充填容器が接続されるための容器接続部と、
前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、
を備え、
前記空気残量測定装置は、
入力口と出力口とを有し、前記入力口から供給される冷媒に圧力を加え前記出力口から排出するポンプと、
前記第２継手と接続及び分離が可能な第３継手と、
前記ポンプの前記出力口と前記第３継手とを繋ぐ冷媒供給路と、
前記冷媒供給路内の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記ポンプの前記入力口に冷媒を供給し、冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、
を備える
ことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
内部を冷媒が通流し冷媒と熱交換する機械要素と、前記機械要素から流出する冷媒と熱交換する熱交換器と、前記機械要素と前記熱交換器とを繋ぎ、冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を充填するための充填口を有する冷媒充填容器が接続されるための容器接続部と、前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、を備える冷却装置と接続可能な空気残量測定装置であって、
前記空気残量測定装置は、
入力口と出力口とを有し、前記入力口から供給される冷媒に圧力を加え前記出力口から排出するポンプと、
前記第２継手と接続及び分離が可能な第３継手と、
前記ポンプの前記出力口と前記第３継手とを繋ぐ冷媒供給路と、
前記冷媒供給路内の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記ポンプの前記入力口に冷媒を供給し、冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、
を備えることを特徴とする空気残量測定装置。
【請求項３】
入力口と出力口とを有し、前記入力口から供給される冷媒に圧力を加え前記出力口から排出するポンプと、第３継手と、前記ポンプの前記出力口と前記第３継手とを繋ぐ冷媒供給路と、前記冷媒供給路内の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記ポンプの前記入力口に冷媒を供給し、冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、を備える空気残量測定装置と接続可能な冷却装置であって、
前記冷却装置は、
内部を冷媒が通流し、冷媒と熱交換する機械要素と、
前記機械要素から流出する冷媒と熱交換する熱交換器と、
前記機械要素と前記熱交換器とを繋ぎ、冷媒が循環する冷媒循環路と、
前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を充填するための充填口を有する冷媒充填容器が接続されるための容器接続部と、
前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、
を備え、
前記第２継手は、前記第３継手と接続及び分離可能に構成されること特徴とする冷却装置。
【請求項４】
前記第１継手と前記第２継手とは、互いに分離した状態で、冷媒を前記冷媒循環路内に封止することを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒充填容器が前記容器接続部に対して着脱可能となるように、前記容器接続部が構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記容器接続部と前記冷媒充填容器との接続を開閉する開閉弁を更に備えることを特徴とする請求項３または４に記載の冷却装置。
【請求項７】
冷却装置と、空気残量測定装置と、を備える冷却システムであって、
前記冷却装置は、
機械要素の内部を冷媒が循環する冷媒循環路と、
前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、
を備え、
前記空気残量測定装置は、
前記第２継手と接続及び分離が可能な第３継手と、
前記冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、
を備える
冷却システムにおいて、
前記第１継手及び前記第２継手を分離する第１ステップと、
前記第１継手または前記第２継手から前記冷媒循環路に冷媒を充填する第２ステップと、
前記第２継手及び前記第３継手を接続する第３ステップと、
前記冷媒循環路内の冷媒を昇圧する第４ステップと、
前記冷媒循環路内の圧力及び前記冷媒収容容器内の前記冷媒の変化量を検出する第５ステップと、
前記圧力及び前記変化量に基づいて、前記冷媒循環路内の空気量を算出する第６ステップと、
前記第２継手及び前記第３継手を分離する第７ステップと、
前記第１継手及び前記第２継手を接続する第８ステップと、
前記空気量に基づいて冷媒を補充する第９ステップと
からなることを特徴とする冷媒充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる冷却システム、空気残量測定装置、冷却装置、及び冷媒充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、冷却水回路に冷却水を充填する方法が提案されている。この方法は、冷却水を充填する工程と、所定時間アイドリング運転する工程と、所定時間後に冷却水の量を確認し、必要に応じて冷却水を補充する工程とからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０３０４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の方法では、所定時間アイドリング運転をして空気抜きをする必要があり、冷却水の充填作業に時間がかかっていた。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる冷却システム、空気残量測定装置、冷却装置、及び冷媒充填方法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】
【０００６】
この目的を達成するために、請求項１記載の冷却システムは、冷却装置と、空気残量測定装置と、を備えた冷却システムであって、前記冷却装置は、内部を冷媒が通流し、冷媒と熱交換する機械要素と、前記機械要素から流出する冷媒と熱交換する熱交換器と、前記機械要素と前記熱交換器とを繋ぎ、冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を充填するための充填口を有する冷媒充填容器が接続されるための容器接続部と、前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、を備え、前記空気残量測定装置は、入力口と出力口とを有し、前記入力口から供給される冷媒に圧力を加え前記出力口から排出するポンプと、前記第２継手と接続及び分離が可能な第３継手と、前記ポンプの前記出力口と前記第３継手とを繋ぐ冷媒供給路と、前記冷媒供給路内の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記ポンプの前記入力口に冷媒を供給し、冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２記載の空気残量測定装置は、内部を冷媒が通流し冷媒と熱交換する機械要素と、前記機械要素から流出する冷媒と熱交換する熱交換器と、前記機械要素と前記熱交換器とを繋ぎ、冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を充填するための充填口を有する冷媒充填容器が接続されるための容器接続部と、前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、を備える冷却装置と接続可能な空気残量測定装置であって、前記空気残量測定装置は、入力口と出力口とを有し、前記入力口から供給される冷媒に圧力を加え前記出力口から排出するポンプと、前記第２継手と接続及び分離が可能な第３継手と、前記ポンプの前記出力口と前記第３継手とを繋ぐ冷媒供給路と、前記冷媒供給路内の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記ポンプの前記入力口に冷媒を供給し、冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項３記載の冷却装置は、入力口と出力口とを有し、前記入力口から供給される冷媒に圧力を加え前記出力口から排出するポンプと、第３継手と、前記ポンプの前記出力口と前記第３継手とを繋ぐ冷媒供給路と、前記冷媒供給路内の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記ポンプの前記入力口に冷媒を供給し、冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、を備える空気残量測定装置と接続可能な冷却装置であって、前記冷却装置は、内部を冷媒が通流し、冷媒と熱交換する機械要素と、前記機械要素から流出する冷媒と熱交換する熱交換器と、前記機械要素と前記熱交換器とを繋ぎ、冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に設けられ、冷媒を充填するための充填口を有する冷媒充填容器が接続されるための容器接続部と、前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、を備え、前記第２継手は、前記第３継手と接続及び分離可能に構成されること特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項４記載の冷却装置は、請求項３に記載の冷却装置であって、更に、前記第１継手と前記第２継手とは、互いに分離した状態で、冷媒を前記冷媒循環路内に封止することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項５記載の冷却装置は、請求項３または４に記載の冷却装置であって、更に、前記冷媒充填容器が前記容器接続部に対して着脱可能となるように、前記容器接続部が構成されることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項６記載の冷却装置は、請求項３または４に記載の冷却装置であって、更に、前記容器接続部と前記冷媒充填容器との接続を開閉する開閉弁を更に備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項７記載の冷媒充填方法は、冷却装置と、空気残量測定装置と、を備える冷却システムであって、前記冷却装置は、機械要素の内部を冷媒が循環する冷媒循環路と、前記冷媒循環路に設けられ、互いに接続及び分離が可能である第１継手及び第２継手と、を備え、前記空気残量測定装置は、前記第２継手と接続及び分離が可能な第３継手と、前記冷媒を収容するための冷媒収容容器であって、前記冷媒の量が可視可能な冷媒収容容器と、を備える冷却システムにおいて、前記第１継手及び前記第２継手を分離する第１ステップと、前記第１継手または前記第２継手から前記冷媒循環路に冷媒を充填する第２ステップと、前記第２継手及び前記第３継手を接続する第３ステップと、前記冷媒循環路内の冷媒を昇圧する第４ステップと、前記冷媒循環路内の圧力及び前記冷媒収容容器内の前記冷媒の変化量を検出する第５ステップと、前記圧力及び前記変化量に基づいて、前記冷媒循環路内の空気量を算出する第６ステップと、前記第２継手及び前記第３継手を分離する第７ステップと、前記第１継手及び前記第２継手を接続する第８ステップと、前記空気量に基づいて冷媒を補充する第９ステップとからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の冷却システムによれば、冷媒の圧力と、冷媒収容容器内の可視可能な冷媒の量とに従って、冷媒循環路内の空気量を把握することができ、空気量に従って冷媒を補充できる。このため、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の空気残量測定装置によれば、冷媒の圧力と、冷媒収容容器内の可視可能な冷媒の量とに従って、冷媒循環路内の空気量を把握することができ、空気量に従って冷媒を補充できる。このため、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の冷却装置によれば、冷媒の圧力と、冷媒収容容器内の可視可能な冷媒の量とに従って、冷媒循環路内の空気量を把握することができ、空気量に従って冷媒を補充できる。このため、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００１６】
また、請求項４記載の冷却装置によれば、第１継手と第２継手とが互いに分離した状態で、冷媒循環路内に冷媒を封止できる。このため、冷媒循環路内への余分な空気の侵入を防止でき、空気量を正確に測定することができる。また、第１継手、第２継手、及び第３継手の、接続及び分離の作業が楽であり、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００１７】
また、請求項５記載の冷却装置によれば、冷媒充填容器を分離することで、冷媒充填容器を除いた空気量を測定することができる。このため、空気量を測定する際の誤差を低減できる。
【００１８】
また、請求項６記載の冷却装置によれば、開閉弁を閉止することで、冷媒充填容器を除いた空気量を測定することができる。このため、空気量を測定する際の誤差を低減できる。また、冷媒充填容器を着脱する必要が無いため、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００１９】
また、請求項７記載の冷媒充填方法によれば、冷媒の圧力と、冷媒収容容器内の冷媒の変化量とに従って、冷媒循環路内の空気量を算出でき、算出された空気量に従って冷媒を補充できる。このため、冷媒を充填する作業の時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】冷却装置の第１実施形態である燃料電池装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の空気残量測定装置を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の充填装置を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態の冷媒充填方法を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の燃料電池装置と充填装置との接続を示すブロック図である。
【図６】冷却システムの第１実施形態である燃料電池装置と空気残量測定装置との接続を示すブロック図である。
【図７】冷却システムの第２実施形態である燃料電池装置と空気残量測定装置との接続を示すブロック図である。
【図８】冷却システムの第３実施形態である燃料電池装置と空気残量測定装置との接続を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の冷却装置の第１実施形態である燃料電池装置３００を示すブロック図である。燃料電池装置３００は、電池本体１００と水素供給部２００とを備える。
【００２２】
電池本体１００は例えば固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell）等の電池本体である。電池本体１００は、燃料電池スタック１、水素通流路２、空気流路４、スタック冷却路５、第１熱交換器５１、第２熱交換器５２、ラジエータ通流路６、ファン６７、ボンベ加熱路７、及び制御部９を備える。
【００２３】
燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を負極と陽極とで両側から挟んで膜電極接合体を形成し、この膜電極接合体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位セルを構成し、この単位セルを複数積層してパッケージ化したものである。負極に水素供給部２００から流入した水素を含む燃料ガスが接触し、正極に空気等の酸素を含む酸化ガスが空気流路４から流入して接触することにより、両電極で電気化学反応が生じて起電力が発生し、水が生じる。
【００２４】
水素供給部２００は、複数のＭＨ（Metal Hydride）ボンベ１０と、開閉弁１１と、レギュレータ１２とを備える。ＭＨボンベ１０は水素吸蔵合金を充填してなる。開閉弁１１には全てのＭＨボンベ１０が接続され、開閉弁１１はレギュレータ１２に接続される。レギュレータ１２により水素の供給圧力が調整される。ＭＨボンベ１０内の水素吸蔵合金が水素を放出する際の反応は吸熱反応である。
【００２５】
＜水素通流路＞
水素通流路２は、水素供給路２１、水素循環路２２、排水路２３、及び排気路２４からなる。水素供給路２１は、一端部がレギュレータ１２に接続され、他端部は燃料電池スタック１の負極側部分に接続される。水素供給路２１のレギュレータ１２と燃料電池スタック１の負極側部分との間には、水素圧力計２５、開閉弁２６、開閉弁２７、逆止弁２８が順に設けられる。
【００２６】
水素循環路２２には水素循環ポンプ２９及び気液分離器３０が設けられる。開閉弁１１，２６，２７を開いたとき、水素供給部２００から送出された水素は水素供給路２１及び水素循環路２２を通流して、燃料電池スタック１の負極側部分へ送出され、該負極側部分内の通流路を通流する。該通流路内を通流し、燃料電池スタック１から排出された水素、不純物、及び水分は、水素循環ポンプ２９により水素循環路２２を通流し、気液分離器３０へ送られ、気液分離器３０において、水素及び不純物を含むガスと水とに分離される。
【００２７】
排水路２３は気液分離器３０の下側に接続され、排水路２３には排水弁３１，３２が直列に設けられる。気液分離器３０で分離された水は貯留され、排水弁３１，３２を開放することで排水路２３を通流し、外部へ排出される。
【００２８】
排気路２４は、気液分離器３０の上側で水素循環路２２から分岐して延びるように設けられ、排気路２４には排気弁３３，３４が直列に設けられる。気液分離器３０で分離されたガスは、排気弁３３，３４を閉じているとき、気液分離器３０から水素循環路２２を通流して水素循環ポンプ２９へ送られ、燃料電池スタック１へ戻される。前記ガスは、排気弁３３，３４を開放することにより外部へ排出される。
【００２９】
＜空気流路＞
空気流路４にはエアポンプ４０が設けられる。空気流路４の燃料電池スタック１への流入側部分には開閉弁４１が、燃料電池スタック１からの流出側部分には開閉弁４２が設けられる。開閉弁４１，４２を開いたとき、エアポンプ４０から送出された空気は空気流路４を通流して燃料電池スタック１の正極側部分へ導入され、該正極側部分の通流路を通流する。該通流路内を通流した空気は、燃料電池スタック１から排出され、開閉弁４２を通って外部へ排出される。
【００３０】
＜スタック冷却路＞
スタック冷却路５には、冷却ポンプ５０、イオン交換樹脂５３、導電率計５４、プラグ５５、ソケット５６、及び冷却水タンク接続部５７が設けられる。冷却ポンプ５０から送出される冷却水は、プラグ５５及びソケット５６を通流し、導電率計５４により導電率が測定された後、燃料電池スタック１へ導入される。燃料電池スタック１内の通流路を通流して排出される冷却水は、第１熱交換器５１及び第２熱交換器５２を通流し、イオン交換樹脂５３内を通流し、冷却水タンク接続部５７を通流した後、冷却ポンプ５０へ戻る。
【００３１】
プラグ５５及びソケット５６は、接続及び分離が可能である。両者が接続した状態で内部を冷却水が通流し、分離した状態で冷却水がスタック冷却路５内に封止される、所謂弁付きタイプにより、プラグ５５及びソケット５６は構成される。冷却水タンク接続部５７には、冷却水タンク５８が着脱可能な状態で接続される。冷却水タンク５８は、冷却水を補充するための冷却水充填口５９を備える。燃料電池装置３００の運転に伴って冷却水は加熱され膨張するため、冷却水タンク５８は、冷却水の膨張を考慮した大きさとする。
【００３２】
＜ラジエータ通流路＞
ラジエータ通流路６には、放熱ポンプ６０、ラジエータ６１、プラグ６２、ソケット６３、及び放熱液タンク接続部６４が設けられる。放熱ポンプ６０から送出された放熱液は、プラグ６２及びソケット６３を通流し、第１熱交換器５１を通流し、ラジエータ６１を通流し、放熱液タンク接続部６４を通流し、放熱ポンプ６０へ戻る。放熱液として例えば不凍液が挙げられる。
【００３３】
プラグ６２及びソケット６３は、接続及び分離が可能である。両者が接続した状態で内部を放熱液が通流し、分離した状態で放熱液がラジエータ通流路６内に封止される、所謂弁付きタイプにより、プラグ６２及びソケット６３は構成される。放熱液タンク接続部６４には、放熱液タンク６５が着脱可能な状態で接続される。放熱液タンク６５は、放熱液を補充するための放熱液充填口６６を備える。燃料電池装置３００の運転に伴って放熱液は加熱され膨張するため、放熱液タンク６５は、放熱液の膨張を考慮した大きさとする。ラジエータ６１に近接してファン６７が設けられる。
【００３４】
＜ボンベ加熱路＞
ボンベ加熱路７には、加熱ポンプ７０、プラグ７１、ソケット７２、及び加熱液タンク接続部７３が設けられる。加熱ポンプ７０から送出された加熱液は、水素供給部２００内の通流路を通流して各ＭＨボンベ１０を加熱した後、加熱液タンク接続部７３を通流し、水素供給部２００から排出され、プラグ７１及びソケット７２を通流し、第２熱交換器５２を通流して、加熱ポンプ７０へ戻る。加熱により、ＭＨボンベ１０内の水素吸蔵合金から水素が放出される。加熱液として例えば不凍液が挙げられる。
【００３５】
プラグ７１及びソケット７２は、接続及び分離が可能である。両者が接続した状態で内部を加熱液が通流し、分離した状態で加熱液がボンベ加熱路７内に封止される、所謂弁付きタイプにより、プラグ７１及びソケット７２は構成される。加熱液タンク接続部７３には、加熱タンク７４が着脱可能な状態で接続される。加熱液タンク７４は、加熱液を補充するための加熱液充填口７５を備える。燃料電池装置３００の運転に伴って加熱液は加熱され膨張するため、加熱液タンク７４は、加熱液の膨張を考慮した大きさとする。尚、本実施形態では加熱液タンク接続部７３は水素供給部２００内に設けたが、電池本体１００内に設けてもよい。
【００３６】
燃料電池スタック１で生じる反応は発熱反応であり、燃料電池スタック１はスタック冷却路５内を通流する冷却水により冷却される。燃料電池スタック１から排出された冷却水の熱は、第１熱交換器５１においてラジエータ通流路６の放熱液に伝導され、該放熱液はラジエータ６１において熱を放出し、熱はファン６７により電池本体１００の外部へ放出される。ラジエータ６１において冷却された放熱液は第１熱交換器５１へ送られる。
【００３７】
スタック冷却路５において、第１熱交換器５１を通流し、第２熱交換器５２へ導入された冷却水の熱は、第２熱交換器５２においてボンベ加熱路７の加熱液へ伝導され、該加熱液は水素供給部２００の各ＭＨボンベ１０を加熱し、水素吸蔵合金から水素を放出させる。第２熱交換器５２で冷却された冷却水は冷却ポンプ５０へ戻り、燃料電池スタック１へ送られる。
【００３８】
＜空気残量測定装置＞
図２は、本発明の第１実施形態の空気残量測定装置４００を示すブロック図である。空気残量測定装置４００は、昇圧ポンプ８０、プラグ８１、冷媒供給路８２、冷媒圧力計８３、及び冷媒収容容器８４を備える。昇圧ポンプ８０は、入力口８５及び出力口８６を備える。プラグ８１は、冷媒供給路８２を介して昇圧ポンプ８０の出力口８６に接続される。冷媒収容容器８４は昇圧ポンプ８０の入力口８５に接続される。冷媒供給路８２には冷媒圧力計８３が設けられる。冷媒圧力計８３は、冷媒供給路８２内の冷媒の圧力を測定するように構成される。
【００３９】
昇圧ポンプ８０の内部、冷媒供給路８２、及び冷媒収容容器８４には、冷媒が充填されている。冷媒収容容器８４は、内部の冷媒の量が可視可能なように透明な容器で構成され、冷媒の量が変化したときの変化量を測定できるように目盛りを備える。また、例えば、収容容器８４は、光学式センサ等を備え、変化量を電気信号として読み取るように構成されていてもよい。
【００４０】
＜充填装置＞
図３は、本発明の第１実施形態の充填装置５００を示すブロック図である。充填装置５００は、充填ポンプ９０、プラグ９１、ソケット９２、及び冷媒供給容器９３を備える。プラグ９１は、冷媒供給容器９３の入口側に接続される。冷媒供給容器９３の出口側は、充填ポンプ９０の入口側に接続される。ソケット９２は、充填ポンプ９０の出口側に接続される。冷媒供給容器９３には、冷媒が充填されている。
【００４１】
以上のように構成された燃料電池装置３００、空気残量測定装置４００及び充填装置５００において、空気残量測定装置４００及び充填装置５００を用いた冷媒充填方法を説明する。ここでは一例としてラジエータ通流路６への冷媒充填方法を説明する。ラジエータ通流路６には、冷媒として放熱液を用いる。
【００４２】
図４は、本発明の第１実施形態の冷媒充填方法を示すフローチャートである。本実施形態におけるラジエータ通流路６への冷媒充填方法は、以下の作業ステップＳ１〜Ｓ９からなる。以下の作業ステップＳ１〜Ｓ９は、冷媒を充填する作業者により実施される。
第１ステップＳ１において、プラグ６２及びソケット６３を分離する。
第２ステップＳ２において、充填装置５００を用いて、プラグ６２から放熱液を充填する。
第３ステップＳ３において、ラジエータ通流路６に空気残量測定装置４００を接続する。
第４ステップＳ４において、昇圧ポンプ８０を駆動し、冷媒供給路８２及びラジエータ通流路６内を昇圧する。
第５ステップＳ５において、冷媒圧力計８３が検出する圧力値と、冷媒収容容器８４内の放熱液の変化量とを取得する。
第６ステップＳ６において、第５ステップにて取得した圧力値と、放熱液の変化量とに基づいて、後述する計算方法により、ラジエータ通流路６内の空気量を算出する。
第７ステップＳ７において、昇圧ポンプ８０を停止し、ラジエータ通流路６と空気残量測定装置４００とを分離する。
第８ステップＳ８において、プラグ６２及びソケット６３を接続する。
第９ステップＳ９において、第６ステップにて算出した空気量に応じて、放熱液充填口６６から放熱液を補充する。
【００４３】
＜各ステップの説明＞
図５は、本発明の第１実施形態の燃料電池装置３００と充填装置５００との接続を示すブロック図である。図５では、一例としてラジエータ通流路６へ冷媒を充填する状態を示している。図５を用いて、第１〜第２ステップの詳細を説明する。第１〜第２ステップは、充填装置５００を用いてラジエータ通流路６に放熱液を充填するステップである。このとき、放熱液タンク６５は、放熱液タンク接続部６４から分離させておく。
【００４４】
まず作業者はプラグ６２及びソケット６３を分離し、ラジエータ通流路６を開放状態にする。次に作業者はプラグ６２及びソケット９２を接続し、プラグ９１及びソケット６３を接続する。次に作業者は充填ポンプ９０を約５分間駆動させる。充填ポンプ９０が駆動することにより、冷媒供給容器９３内の放熱液は、図５の矢印で示した向きに通流し、ラジエータ通流路６内に充填される。ラジエータ通流路６内の空気はソケット６３を介して排出され、冷媒供給容器９３内に貯留される。尚、本実施形態ではプラグ６２側から放熱液を充填したが、これに限らず、別の箇所から充填してもよい。例えば、ソケット６３側から充填してもよく、放熱液タンク接続口６４から充填してもよい。充填ポンプ９０は、自吸式のポンプを用いるとよい。
【００４５】
作業者は充填ポンプ９０を約５分間駆動させた後、停止させる。このとき、ラジエータ通流路６内の空気を完全に抜く必要は無い。次に作業者はプラグ６２及びソケット９２を分離し、プラグ９１及びソケット６３を分離する。
【００４６】
図６は、本発明の冷却システムの第１実施形態である燃料電池装置３００と空気残量測定装置４００との接続を示すブロック図である。図６では、一例としてラジエータ通流路６の空気残量を測定する状態を示している。図６を用いて、第３〜第７ステップの詳細を説明する。第３〜第７ステップは、ラジエータ通流路６内の空気残量を測定するステップである。まず作業者はプラグ８１及びソケット６３を接続する。次に作業者は昇圧ポンプ８０を駆動させ、冷媒供給路８２及びラジエータ通流路６内を昇圧させる。このとき、ラジエータ通流路６内に残留している空気が圧縮され、冷媒収容容器８４から冷媒供給路８２を介してラジエータ通流路６内に放熱液が供給される。このときの冷媒圧力計８３が検出する圧力値と、冷媒収容容器８４内の放熱液の変化量とを取得し、後述する計算方法により、ラジエータ通流路６内の空気量を算出する。
【００４７】
作業者は前記空気量を算出した後、昇圧ポンプ８０を停止させる。昇圧ポンプ８０が停止することにより、ラジエータ通流路６内の圧力が元に戻る。第４ステップにおいて冷媒収容容器８４から冷媒供給路８２及びラジエータ通流路６内に供給された放熱液は、冷媒収容容器８４内に戻される。その後作業者はプラグ８１とソケット６３とを分離する。
【００４８】
第８〜第９ステップは、算出した空気量に応じて放熱液を補充するステップである。このとき、放熱液タンク６５は、放熱液タンク接続部６４に接続しておく。作業者はプラグ６２及びソケット６３を接続し、ラジエータ通流路６を閉鎖状態にする。作業者は、算出した空気量に従って、放熱液充填口６６から放熱液を補充する。尚、このときラジエータ通流路６内に残留している空気は、燃料電池装置３００の運転に伴って排出され、放熱液タンク６５内に貯留される。このため、放熱液を充填するときに空気抜き運転をする必要がない。
【００４９】
＜空気量の算出方法＞
以下、空気量の算出方法について説明する。図６において、昇圧前のラジエータ通流路６内の空気の体積をＶ１（ｃｃ）、圧力をＰ１（ｋＰａＡ）、昇圧時のラジエータ通流路６内の空気の体積をＶ２（ｃｃ）、圧力をＰ２（ｋＰａＡ）とし、
ボイルの法則より、
Ｐ１×Ｖ１＝Ｐ２×Ｖ２…（１）
ここで、昇圧時の冷媒収容容器８４内の放熱液の変化量をＡ（ｃｃ）とする。変化量Ａは、ラジエータ通流路６内の空気の体積減少量と等しいので、下記式（２）が成り立つ。
Ｖ２＝Ｖ１−Ａ…（２）
上記式（２）を（１）に代入すると、下記式（３）が得られる。
Ｐ１×Ｖ１＝Ｐ２×（Ｖ１−Ａ）…（３）
上記式（３）を変形すると、昇圧前の空気の体積Ｖ１は、以下式（４）で表される。
Ｖ１＝｛Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）｝×Ａ…（４）
【００５０】
＜計算例＞
上記式（４）について、以下、具体的な数値を用いた計算例について説明する。尚、以下の計算例における各数値は、昇圧前の空気の体積Ｖ１の算出方法を説明するために適宜用いた数値であって、これに限定されるものではない。
具体的に、以下の数値を代入して昇圧前の空気の体積Ｖ１を求める。
昇圧前の圧力：Ｐ１＝１０１（ｋＰａＡ）
昇圧時の圧力：Ｐ２＝２０１（ｋＰａＡ）
昇圧時における放熱液の変化量：Ａ＝１０（ｃｃ）
【００５１】
昇圧前の空気の体積Ｖ１は、上記式（４）より、約２０．１（ｃｃ）である。この場合、ラジエータ通流路６内には約２０．１（ｃｃ）の空気が残っていると推定されるので、放熱液充填口６６から２０．１（ｃｃ）の放熱液を補充すればよい。
【００５２】
本実施形態によれば、昇圧ポンプ８０駆動時のラジエータ通流路６内の圧力と、放熱液の変化量とに従って、ラジエータ通流路６内の空気量を算出でき、算出された空気量に従って放熱液を補充できる。このため、空気抜き運転をする必要がなく、放熱液を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明の冷却システムの第２実施形態である燃料電池装置３００と空気残量測定装置４００との接続を示すブロック図である。図７では、一例としてラジエータ通流路６の空気残量を測定する状態を示している。第２実施形態では、放熱液タンク接続部６４と放熱液タンク６５との間に開閉弁６８を設ける点が、第１実施形態とは異なる。尚、開閉弁６８を除く構成については上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
第２実施形態では、第１実施形態の第１〜第２ステップにおいて、開閉弁６８を閉止した状態で放熱液を充填する。第３〜第７ステップにおいては第１実施形態と同様である。第８〜第９ステップにおいて開閉弁６８を開放した状態で放熱液充填口６６から放熱液を補充する。
【００５５】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。また、開閉弁６８を開閉することにより、放熱液タンク６５の着脱作業が不要であるため、放熱液を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００５６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明の冷却システムの第３実施形態である燃料電池装置３００と空気残量測定装置４００との接続を示すブロック図である。図８では、一例としてラジエータ通流路６の空気残量を測定する状態を示している。第３実施形態では、放熱液タンク６５を放熱液タンク接続部６４に接続した状態で空気量を算出する点と、空気量の算出方法とが、第１実施形態とは異なる。尚、放熱液タンク６５を放熱液タンク接続部６４に接続した状態で空気量を算出する点と、空気量の算出方法とを除く点については上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００５７】
第３実施形態では、第１実施形態の第１〜第２ステップにおいて、放熱液タンク接続部６４と放熱液タンク６５とを接続した状態で放熱液を充填する。第３〜第７ステップにおいては第１実施形態と同様である。第８〜第９ステップにおいては、放熱液タンク６５を放熱液タンク接続部６４に接続する動作は不要である。
【００５８】
＜空気量の算出方法＞
以下、第３実施形態の空気量の算出方法について説明する。図８において、昇圧前のラジエータ通流路６内の空気の体積をＶ１（ｃｃ）、圧力をＰ１（ｋＰａＡ）、昇圧時のラジエータ通流路６内の空気の体積をＶ２（ｃｃ）、圧力をＰ２（ｋＰａＡ）とする。また、昇圧前の放熱液タンク６５内の空気の体積をＶ３（ｃｃ）とし、昇圧時の放熱液タンク６５内の空気の体積をＶ４（ｃｃ）とする。
ボイルの法則より、
Ｐ１×（Ｖ１＋Ｖ３）＝Ｐ２×（Ｖ２＋Ｖ４）…（５）
ここで、昇圧時の冷媒収容容器８４内の放熱液の変化量をＡ（ｃｃ）とする。変化量Ａは、ラジエータ通流路６内の空気の体積減少量と等しいので、下記式（６）が成り立つ。
Ｖ２＋Ｖ４＝Ｖ１＋Ｖ３−Ａ…（６）
上記式（６）を（５）に代入すると、下記式（７）が得られる。
Ｐ１×（Ｖ１＋Ｖ３）＝Ｐ２×（Ｖ１＋Ｖ３−Ａ）…（７）
上記式（７）を変形すると、昇圧前のラジエータ通流路６内の空気の体積Ｖ１は、以下式（８）で表される。
Ｖ１＝｛Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）｝×Ａ−Ｖ３…（８）
以上により、放熱液タンク６５内の空気の体積Ｖ３を除外して、ラジエータ通流路６内の空気量のみを算出することができる。
【００５９】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。また、放熱液タンク６５の着脱作業が不要であるため、放熱液を充填する作業の時間を短縮することができる。
【００６０】
［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の燃料電池装置３００は、本発明の冷却装置の一例である。本実施形態の燃料電池スタック１、ＭＨボンベ１０、及びラジエータ６１は、本発明の機械要素の一例である。本実施形態の第１熱交換器５１及び第２熱交換器５２は、本発明の熱交換器の一例である。本実施形態のスタック冷却路５、ラジエータ通流路６、及びボンベ加熱路７は、本発明の冷媒循環路の一例である。本実施形態の冷却水タンク接続部５７、放熱液タンク接続部６４、及び加熱液タンク接続部７３は、本発明の容器接続部の一例である。本実施形態の冷却水タンク５８、放熱液タンク６５、及び加熱液タンク７４は、本発明の冷媒充填容器の一例である。本実施形態の冷却水充填口５９、放熱液充填口６６、及び加熱液充填口７５は、本発明の充填口の一例である。本実施形態のプラグ５５、６２、及び７１は、本発明の第１継手の一例である。本実施形態のソケット５６、６３、及び７２は、本発明の第２継手の一例である。本実施形態のプラグ８１は、本発明の第３継手の一例である。本実施形態の昇圧ポンプ８０は、本発明のポンプの一例である。本実施形態の冷媒圧力計８３は、本発明の圧力検出手段の一例である。本実施形態の開閉弁６８は、本発明の開閉弁の一例である。本実施形態の燃料電池装置３００と空気残量測定装置４００とを含むシステムは、本発明の冷却システムの一例である。
【００６１】
［変形例］
以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。
【００６２】
例えば、本実施形態では、冷媒圧力計８３を用いて昇圧時のラジエータ通流路６内の空気の圧力Ｐ２を取得したが、昇圧ポンプ８０への指令値を圧力Ｐ２に換算してもよい。
【００６３】
また、例えば、昇圧前のラジエータ通流路６内の圧力Ｐ１は、大気圧である１０１（ｋＰａＡ）を固定値として用いてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では一例としてラジエータ通流路６に冷媒を充填する方法を説明したが、スタック冷却路５とボンベ加熱路７とについても、同様に冷媒を充填することができる。
【００６５】
スタック冷却路５の場合、プラグ６２はプラグ５５に対応し、ソケット６３はソケット５６に対応する。放熱液タンク接続部６４は冷却水タンク接続部５７に対応する。スタック冷却路５には、冷媒として冷却水を用いる。
【００６６】
ボンベ加熱路７の場合、プラグ６２はプラグ７１に対応し、ソケット６３はソケット７２に対応する。放熱液タンク接続部６４は加熱液タンク接続部７３に対応する。ボンベ加熱路７には、冷媒として加熱液を用いる。
【符号の説明】
【００６７】
１  燃料電池スタック
５  スタック冷却路
６  ラジエータ通流路
７  ボンベ加熱路
５５、６２、７１、８１、９１  プラグ
５６、６３、７２、９２  ソケット
５７  冷却水タンク接続部
５８  冷却水タンク
５９  冷却水充填口
６４  放熱液タンク接続部
６５  放熱液タンク
６６  放熱液充填口
７３  加熱液タンク接続部
７４  加熱液タンク
７５  加熱液充填口
８０  昇圧ポンプ
８３  冷媒圧力計
８４  冷媒収容容器
１００  電池本体
２００  水素供給部
３００  燃料電池装置
４００  空気残量測定装置
５００  充填装置
【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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【図８】
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