JP2003031251A - Cooling system for fuel cell - Google Patents
Cooling system for fuel cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の冷却シ
ステムに関し、さらに詳しくは、燃料電池を冷却する冷
却液の圧力を調整するプレッシャーレギュレータを備え
た燃料電池の冷却システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell cooling system, and more particularly to a fuel cell cooling system including a pressure regulator for adjusting the pressure of a cooling liquid for cooling the fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、電気自動車の動力源などとして固
体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型
の燃料電池（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可
能であり、様々な用途に実用化されつつある。2. Description of the Related Art In recent years, solid polymer fuel cells have been drawing attention as a power source for electric vehicles. A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can generate power even at room temperature, and is being put to practical use in various applications.
【０００３】一般に、燃料電池システムは固体高分子電
解質膜を挟んで一方側にカソード電極を区画し、他方側
にアノード電極を区画して構成されており、カソード電
極に供給される空気中の酸素と、アノード電極に供給さ
れる水素との化学反応によって発生した電力で外部負荷
を駆動するシステムである。しかし、このような化学反
応は発熱反応でもあるため、燃料電池の出力に依らず常
に安定した運転を保持するためにはどうしても冷却シス
テムが必要となる。Generally, a fuel cell system is constructed by partitioning a cathode electrode on one side and an anode electrode on the other side across a solid polymer electrolyte membrane. Oxygen in the air supplied to the cathode electrode is formed. And a system for driving an external load with electric power generated by a chemical reaction with hydrogen supplied to the anode electrode. However, since such a chemical reaction is also an exothermic reaction, a cooling system is indispensable in order to always maintain stable operation regardless of the output of the fuel cell.
【０００４】このような燃料電池の冷却システムとして
は、例えば図６に示すようなものが知られている。この
燃料電池の冷却システム１００は、燃料電池１０１を冷
却するために燃料電池１０１内に区画された冷却液通路
１０１ｃと、前記冷却液通路１０１ｃに接続され燃料電
池１０１に冷却液を循環させるための循環通路１０２及
び循環ポンプ１０２ａと、冷却液を冷却するための冷却
装置１０２ｂと、燃料電池１０１へ供給する冷却液の温
度を調節するための温調装置１０２ｃとから主要部が構
成され、前記燃料電池１０１内に区画された冷却液通路
１０１ｃの入口１０１ａと出口１０１ｂとに前記循環通
路１０２の出口１０２ｇと入口１０２ｆとを接続し、循
環ポンプ１０２ａで冷却液を循環することで燃料電池１
０１を冷却する。また、一般に燃料電池の冷却システム
においては液絡現象（蒸気と水が一緒に混じった状態で
燃料電池１０１からオフガスが排出されるが、前記水を
通じて燃料電池１０１を支えている構造体と「地絡」を
起こす場合がある。この「地絡」を「液絡」という。）
を防止するため燃料電池冷却用の冷却液として純水、ま
たは絶縁冷媒を用いている。As a cooling system for such a fuel cell, for example, one shown in FIG. 6 is known. The cooling system 100 for a fuel cell includes a cooling liquid passage 101c defined in the fuel cell 101 for cooling the fuel cell 101, and a cooling liquid circulating in the fuel cell 101 connected to the cooling liquid passage 101c. The circulation passage 102 and the circulation pump 102a, a cooling device 102b for cooling the cooling liquid, and a temperature adjusting device 102c for adjusting the temperature of the cooling liquid to be supplied to the fuel cell 101 are main components, By connecting the outlet 102g and the inlet 102f of the circulation passage 102 to the inlet 101a and the outlet 101b of the cooling liquid passage 101c partitioned in the battery 101, and circulating the cooling liquid by the circulation pump 102a, the fuel cell 1
Cool 01. Further, generally, in a cooling system of a fuel cell, a liquid junction phenomenon (off gas is discharged from the fuel cell 101 in a state in which steam and water are mixed together, but the structure supporting the fuel cell 101 through the water and the “ground There is a case that it causes a “trouble.” This “ground fault” is called a “liquid junction”.)
In order to prevent this, pure water or an insulating refrigerant is used as a cooling liquid for cooling the fuel cell.
【０００５】そして、このような燃料電池の冷却システ
ム１００の冷却液の循環通路１０２には、さらに冷却装
置１０２ｂを迂回するバイパス通路１０２ｅが設けられ
ており、冷却液を冷却装置１０２ｂで冷却する必要がな
い場合には、バイパス通路１０２ｅの下流側に設けた温
調装置１０２ｃに直接冷却液を供給して冷却液の温度を
燃料電池１０１の発電に適した温度に制御するようにし
ている。さらに、温調装置１０２ｃの出口側通路と循環
ポンプ１０２ａの上流側の通路とを結ぶバイパス通路１
０２ｈにはイオン交換器１０２ｄが設けられており、冷
却液の導電率を低く維持している。A bypass passage 102e bypassing the cooling device 102b is further provided in the cooling liquid circulation passage 102 of the fuel cell cooling system 100, and the cooling liquid must be cooled by the cooling device 102b. If there is not, the cooling liquid is directly supplied to the temperature adjusting device 102c provided on the downstream side of the bypass passage 102e to control the temperature of the cooling liquid to a temperature suitable for power generation of the fuel cell 101. Further, a bypass passage 1 connecting the outlet passage of the temperature controller 102c and the upstream passage of the circulation pump 102a.
An ion exchanger 102d is provided at 02h to keep the conductivity of the cooling liquid low.
【０００６】しかしながら、このような従来の燃料電池
の冷却システム１００においては、例えば燃料電池１０
１の出力が大きくなると、
温度上昇に伴う冷却液の膨張
流れに伴う圧力損失の発生
冷却液を循環する循環ポンプ１０２ａの作動圧力の増
加
等により循環通路１０２の液圧が上昇するが、この冷却
液の圧力が高過ぎると、以下のような問題が発生する虞
があった。
（１）図７に示すように燃料電池１０１内部のセル２０
０では、冷却液がその圧力によって冷却液通路１０１ｃ
を区画するセパレータ２０２，２０２同士の接合面Ｓが
液圧で押し広げられてしまうため、液漏れの原因となっ
たり導電不良が発生する。
（２）燃料電池１０１に供給するガスを加湿するのに、
図８に示すような中空糸膜３０１，３０１…を利用した
膜型の加湿器（水チャンバで加湿）３００を使用してい
る場合には密閉系で加湿を行うので、冷却液である冷却
水の圧力により膜３０１に過大な圧力が作用する。However, in such a conventional fuel cell cooling system 100, for example, the fuel cell 10 is used.
When the output of 1 becomes large, the pressure loss occurs due to the expansion flow of the cooling liquid due to the temperature rise, and the operating pressure of the circulation pump 102a that circulates the cooling liquid increases. If the pressure of the liquid is too high, the following problems may occur. (1) As shown in FIG. 7, the cell 20 inside the fuel cell 101
At 0, the cooling liquid causes the cooling liquid passage 101c due to its pressure.
The joint surface S between the separators 202, 202 that divide the partition is spread by the liquid pressure, which causes liquid leakage and defective conductivity. (2) To humidify the gas supplied to the fuel cell 101,
When a membrane-type humidifier (humidification in a water chamber) 300 using hollow fiber membranes 301, 301 ... As shown in FIG. 8 is used, humidification is performed in a closed system. An excessive pressure acts on the film 301 by the pressure of.
【０００７】これらの問題を解決するために、冷却系の
一部を大気開放としたり、系内の圧力を圧力調整弁等を
介して大気に繋げることで設定圧に調整したり、燃料電
池のカソードガス（大気をコンプレッサ等で加圧したも
のが多い）の配管を冷却系に接続し、カソードガスの圧
力と冷却液である冷却水の圧力とをバネ式圧力調整弁を
設けることにより釣り合わせる方法を本出願人より提案
した（特願２０００−３１３５２２号の明細書参照）。In order to solve these problems, a part of the cooling system is opened to the atmosphere, the pressure in the system is adjusted to a set pressure by connecting to the atmosphere via a pressure adjusting valve, and the fuel cell The cathode gas (often pressurized in the atmosphere with a compressor, etc.) is connected to the cooling system, and the pressure of the cathode gas and the pressure of the cooling water that is the cooling liquid are balanced by providing a spring-type pressure control valve. A method was proposed by the present applicant (see the specification of Japanese Patent Application No. 2000-313522).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（ａ）
冷却系の一部を大気開放としたり、（ｂ）系内の圧力を
圧力調整弁等を介して大気に繋げて呼吸させる方法で設
定圧となるように調整したり、（ｃ）カソードガスの圧
力の配管を冷却系に接続することにより、カソードガス
の圧力と冷却液の圧力とを釣り合わせて冷却液の圧力を
調整する等のこれらの技術においては、冷却液に直接触
れる形で大気である空気やカソードガスを流入させて圧
力調整を行うため、空気中、またはカソードガス中の炭
酸ガスが冷却液に溶け込み、イオン化し、冷却液の導電
率を高めてしまう（絶縁性を低下させる）働きをする。
この炭酸イオンは、冷却系内に、図６に示すようなイオ
ン交換器１０２ｄが設置されていれば、内部のイオン交
換樹脂に吸着分離されるので冷却液の導電率が上昇（絶
縁低下）するのは防止されるが、イオン交換樹脂の破過
時間が短くなってしまう結果、イオン交換器１０２ｄの
寿命を短縮させてしまうという問題があった。また、燃
料電池１０１へ供給するガスを加湿するために、膜を介
して加湿する加湿器１０３ａ，１０３ｂが使用されてい
るが、加湿するために使用する冷却液の循環通路１０２
に圧力調整手段を持たないため、燃料電池１０１の出力
が大きくなり循環通路１０２の液圧が上昇しても冷却液
の圧力を調整することができなかった。However, (a)
Part of the cooling system is opened to the atmosphere, (b) the pressure inside the system is adjusted to a set pressure by a method of breathing by connecting to the atmosphere via a pressure control valve, etc. In these technologies, such as adjusting the pressure of the cooling liquid by balancing the pressure of the cathode gas and the pressure of the cooling liquid by connecting the pressure piping to the cooling system, the cooling liquid is directly contacted with the atmosphere. Since a certain amount of air or cathode gas is introduced to adjust the pressure, carbon dioxide in the air or cathode gas dissolves in the cooling liquid and becomes ionized, increasing the conductivity of the cooling liquid (decreasing the insulation). Work.
If the ion exchanger 102d as shown in FIG. 6 is installed in the cooling system, the carbonate ions are adsorbed and separated by the ion exchange resin inside, so that the conductivity of the cooling liquid is increased (insulation is lowered). However, there is a problem that the breakthrough time of the ion exchange resin is shortened, and as a result, the life of the ion exchanger 102d is shortened. Further, in order to humidify the gas supplied to the fuel cell 101, the humidifiers 103a and 103b that humidify through the membrane are used, but the circulation passage 102 for the cooling liquid used for humidifying is used.
Since there is no pressure adjusting means in the fuel cell 101, even if the output of the fuel cell 101 becomes large and the liquid pressure in the circulation passage 102 rises, the pressure of the cooling liquid cannot be adjusted.
【０００９】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであって、燃料電池を冷却する冷却系内で冷却
液の圧力を調整するときに、前記冷却液と空気、または
カソードガスとが直接接触しないで圧力調整をすること
ができるプレッシャーレギュレータを備えた燃料電池の
冷却システムを提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and when the pressure of the cooling liquid is adjusted in the cooling system for cooling the fuel cell, the cooling liquid and the air or the cathode gas are used. It is an object of the present invention to provide a cooling system for a fuel cell, which is equipped with a pressure regulator capable of adjusting the pressure without direct contact with the fuel cell.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
になされた請求項１に係る燃料電池の冷却システムは、
積層構造を有する燃料電池内を冷却するために、この燃
料電池の冷却液の入口と出口とに前記冷却液を循環させ
るための循環通路を接続し、この循環通路に前記冷却液
を循環するための循環ポンプを取り付けた燃料電池の冷
却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在な
ベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切って
プレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャー
レギュレータの一方の部屋を大気に連通し、他方の部屋
を前記循環通路に接続したことを特徴とするものであ
る。A cooling system for a fuel cell according to claim 1 made to solve the above problems,
In order to cool the inside of the fuel cell having a laminated structure, a circulation passage for circulating the cooling liquid is connected to an inlet and an outlet of the cooling liquid of the fuel cell, and for circulating the cooling liquid in the circulation passage. In a cooling system for a fuel cell equipped with a circulation pump, a pressure regulator is constructed by partitioning the interior of a pressure regulating container into two chambers with a deformable bellows, membrane or piston structure, and one chamber of this pressure regulator is opened to the atmosphere. And the other chamber is connected to the circulation passage.
【００１１】請求項１に記載の発明によると、燃料電池
の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自
在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切
ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシ
ャーレギュレータの一方の部屋を大気に連通し、他方の
部屋を冷却液の循環通路に接続したことにより、
（１）冷却液と大気とが直接接触することがない。従っ
て大気中の溶解成分が冷却液に溶解することがない。こ
のため冷却系にイオン交換器を設けて導電率が上昇する
のを防止している場合においてもイオン交換樹脂の破過
時間が短縮されることがなく、冷却系のイオン交換器の
寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときは大気を外部に放出し、
冷却液の圧力が低いときは大気を内部に吸入するように
プレッシャーレギュレータが作用するので冷却液の圧力
調整をすることができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問
題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料
電池の液漏れや導電不良を回避することができる。According to the first aspect of the present invention, in the fuel cell cooling system, the pressure regulator is divided into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure to form a pressure regulator. By connecting one chamber of the regulator to the atmosphere and connecting the other chamber to the circulation passage of the cooling liquid, (1) the cooling liquid does not come into direct contact with the atmosphere. Therefore, dissolved components in the atmosphere are not dissolved in the cooling liquid. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from rising, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented. (2) When the pressure of the cooling liquid is high, the atmosphere is released to the outside,
When the pressure of the cooling liquid is low, the pressure regulator acts so as to suck the atmosphere into the interior, so that the pressure of the cooling liquid can be adjusted. Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large.
【００１２】請求項２に係る燃料電池の冷却システム
は、積層構造を有する燃料電池内を冷却するために、こ
の燃料電池の冷却液の入口と出口とに前記冷却液を循環
させるための循環通路を接続し、この循環通路に前記冷
却液を循環するための循環ポンプを取り付けた燃料電池
の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自
在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切
ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシ
ャーレギュレータの一方の部屋を前記燃料電池のカソー
ドガス通路に連通し、他方の部屋を前記循環通路に接続
したことを特徴とするものである。In a cooling system for a fuel cell according to a second aspect of the present invention, in order to cool the inside of the fuel cell having a laminated structure, a circulation passage for circulating the cooling fluid at the inlet and outlet of the cooling fluid of the fuel cell. In a cooling system for a fuel cell in which a circulation pump for circulating the cooling liquid is attached to the circulation passage, the interior of the pressure regulation container is partitioned into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure. The pressure regulator is configured so that one chamber of the pressure regulator communicates with the cathode gas passage of the fuel cell and the other chamber is connected to the circulation passage.
【００１３】請求項２に記載の発明によると、燃料電池
の冷却システムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自
在なベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切
ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシ
ャーレギュレータの一方の部屋を前記燃料電池のカソー
ドガス通路に連通し、他方の部屋を冷却液の循環通路に
接続したことにより、
（１）冷却液とカソードガスとが直接接触することがな
い。従ってカソードガス中の溶解成分が冷却液に溶解す
ることがない。このため冷却系にイオン交換器を設けて
導電率が上昇するのを防止している場合においてもイオ
ン交換樹脂の破過時間が短縮されることがなく、冷却系
のイオン交換器の寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときはカソードガス側の圧力
を高くし、冷却液の圧力が低いときはカソードガス側の
圧力を低くするようにプレッシャーレギュレータが作用
するので、常にカソードガスの圧力と冷却液の圧力とが
バランスするように調整することができる。
従って、従来、燃料電池の出力が大きくなったときに問
題となっていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料
電池の液漏れや導電不良を回避することができる。According to the second aspect of the present invention, in the fuel cell cooling system, the pressure regulator is divided into two chambers by a deformable bellows, a membrane or a piston structure to form a pressure regulator. By connecting one chamber of the regulator to the cathode gas passage of the fuel cell and connecting the other chamber to the circulation passage of the cooling liquid, (1) the cooling liquid and the cathode gas do not come into direct contact with each other. Therefore, the dissolved components in the cathode gas are not dissolved in the cooling liquid. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from rising, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented. (2) Since the pressure regulator acts to increase the pressure on the cathode gas side when the pressure of the cooling liquid is high and decrease the pressure on the cathode gas side when the pressure of the cooling liquid is low, the pressure of the cathode gas is always maintained. And the pressure of the cooling liquid can be adjusted so as to be balanced. Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large.
【００１４】請求項３に係る燃料電池の冷却システム
は、前記燃料電池へ供給するガスを加湿する加湿器が、
前記加湿器内の水蒸気透過膜の一側に前記冷却液を通流
し、他側に前記ガスを通流して加湿することを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の燃料電池の冷却シス
テムである。In the fuel cell cooling system according to a third aspect, the humidifier for humidifying the gas supplied to the fuel cell comprises:
3. The cooling system for a fuel cell according to claim 1, wherein the cooling liquid is passed through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and the gas is passed through the other side of the humidifier to humidify the gas. Is.
【００１５】請求項３に記載の発明によると、燃料電池
へ供給するガスを加湿する加湿器は、前記加湿器内の水
蒸気透過膜の一側に冷却液を通流し、他側に前記ガスを
通流して加湿するが、圧力調整容器の内部を変形自在な
ベローズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切って
プレッシャーレギュレータを構成し、前記冷却液の圧力
と前記ガスの圧力とがバランスするように構成したの
で、従来、燃料電池の出力が大きくなるときに問題とな
っていた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴い加湿器の膜
に過大な圧力が作用するのを回避することができる。According to the third aspect of the present invention, the humidifier for humidifying the gas supplied to the fuel cell allows the cooling liquid to flow through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and the gas on the other side. Although it circulates and humidifies, the pressure regulator is divided into two chambers by a deformable bellows, membrane or piston structure to form a pressure regulator so that the pressure of the cooling liquid and the pressure of the gas are balanced. Since it is configured as described above, it is possible to avoid the excessive pressure acting on the membrane of the humidifier due to the increase in the hydraulic pressure in the circulation passage of the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large. .
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら具体的に説明する。最初に第１実
施形態の燃料電池の冷却システムについて図１及び図２
を参照して説明する。尚、図１は、第１実施形態の燃料
電池の冷却システムの全体構成図であり、図２は、第１
実施形態の燃料電池の冷却システムで使用されるプレッ
シャーレギュレータの構造を示す模式図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. First, a cooling system for a fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
Will be described with reference to. 1 is an overall configuration diagram of the fuel cell cooling system according to the first embodiment, and FIG.
It is a schematic diagram which shows the structure of the pressure regulator used with the cooling system of the fuel cell of embodiment.
【００１７】第１実施形態の燃料電池の冷却システム
は、図１に示すように、燃料電池１と、前記燃料電池１
に供給する燃料ガス（アノードガス）及び酸化ガス（カ
ソードガス）のそれぞれを加湿する２つの加湿器２ａ，
２ｂと、前記燃料電池１を冷却するための冷却液である
冷却水を前記燃料電池１及び前記加湿器２ａ，２ｂに循
環させて供給する冷却水の循環供給システム３とから主
要部が構成される。As shown in FIG. 1, the fuel cell cooling system of the first embodiment includes a fuel cell 1 and the fuel cell 1.
Two humidifiers 2a for humidifying the fuel gas (anode gas) and the oxidizing gas (cathode gas) supplied to the
2b and a cooling water circulation supply system 3 that circulates cooling water, which is a cooling liquid for cooling the fuel cell 1, to the fuel cell 1 and the humidifiers 2a, 2b, and a main part is configured. It
【００１８】前記冷却水の循環供給システム３は、冷却
水を循環する循環ポンプ３ａと、冷却水を冷却する冷却
装置３ｂと、冷却水の温度を調節する温調装置３ｃと、
その内部に変形自在なベローズ３ｄ3（図２）を有しプ
レッシャーレギュレータＰＲの本体を構成する圧力調整
容器３ｄと、これらの機器・装置が順番に配設され燃料
電池１及び加湿器２ａ，２ｂへ冷却水を供給する循環通
路３ｐとから主要部が構成される。The cooling water circulation supply system 3 includes a circulation pump 3a for circulating the cooling water, a cooling device 3b for cooling the cooling water, and a temperature adjusting device 3c for adjusting the temperature of the cooling water.
A pressure adjusting container 3d that has a deformable bellows 3d 3 (FIG. 2) inside and constitutes the main body of the pressure regulator PR, and these devices and devices are arranged in order, and the fuel cell 1 and the humidifiers 2a, 2b are arranged. The main part is composed of a circulation passage 3p for supplying cooling water to the.
【００１９】このように構成される燃料電池の冷却シス
テムでは、燃料電池１を冷却する冷却水が、循環ポンプ
３ａにより循環通路３ｐ内を循環しており、循環ポンプ
３ａを出た冷却水は、冷却装置３ｂ（熱交換器例えばラ
ジエータ）で冷却され、温調装置３ｃ（例えばサーモス
タット弁）で燃料電池１の運転に適した温度に制御され
て後段のプレッシャーレギュレータＰＲに導かれる。
尚、冷却水は、冷却装置３ｂで冷却する必要がない場合
は、冷却装置３ｂを迂回するバイパス通路３ｇを通って
温調装置３ｃに直接導入される。In the cooling system for a fuel cell thus constructed, the cooling water for cooling the fuel cell 1 is circulated in the circulation passage 3p by the circulation pump 3a, and the cooling water discharged from the circulation pump 3a is It is cooled by a cooling device 3b (heat exchanger such as a radiator), controlled by a temperature adjusting device 3c (for example, a thermostat valve) to a temperature suitable for the operation of the fuel cell 1, and guided to a pressure regulator PR at a subsequent stage.
When it is not necessary to cool the cooling water by the cooling device 3b, the cooling water is directly introduced into the temperature control device 3c through the bypass passage 3g that bypasses the cooling device 3b.
【００２０】プレッシャーレギュレータＰＲに導かれた
冷却水は、図２に示すように、その内部に設けられたベ
ローズ３ｄ3及び調圧弁３ｄ1，３ｄ2とから構成される
冷却水の圧力変動吸収機構により好適に圧力を調整さ
れ、燃料電池１の冷却水入口１ａへと供給される。尚、
プレッシャーレギュレータＰＲの構成・作用の詳細につ
いては後で説明する。このプレッシャーレギュレータＰ
Ｒは、冷却系内の何れかの場所に連通して設置されてい
れば良い。が、好ましくは、配管・機器類に過大な圧力
が作用するのを回避するため水圧の影響を受けやすい配
管・機器類の近くに設置されるのが望ましい。The cooling water guided to the pressure regulator PR is, as shown in FIG. 2, a cooling water pressure fluctuation absorbing mechanism composed of a bellows 3d 3 and pressure regulating valves 3d 1 and 3d 2 provided therein. The pressure is adjusted to a suitable level, and the pressure is supplied to the cooling water inlet 1a of the fuel cell 1. still,
Details of the structure and operation of the pressure regulator PR will be described later. This pressure regulator P
The R may be installed so as to communicate with any place in the cooling system. However, it is preferable that the pipes / devices are installed near the pipes / devices that are easily affected by water pressure in order to avoid excessive pressure on the pipes / devices.
【００２１】燃料電池１の冷却水入口１ａへ供給された
冷却水は、燃料電池１の冷却液通路１ｃを通過する間
に、燃料電池１を安定して運転できるように冷却した
後、燃料電池１の冷却水出口１ｂから排出される。The cooling water supplied to the cooling water inlet 1a of the fuel cell 1 cools the fuel cell 1 so that the fuel cell 1 can be operated stably while passing through the cooling liquid passage 1c of the fuel cell 1. 1 is discharged from the cooling water outlet 1b.
【００２２】燃料電池１の冷却水出口１ｂから排出され
た冷却水は、その一部または全部が、燃料電池１の下流
で且つ循環ポンプ３ａの上流側で循環通路３ｐから分岐
された２つの分岐通路３ｐ1，３ｐ2を介して、燃料ガス
（アノードガス）の加湿器２ａ及び酸化ガス（カソード
ガス）の加湿器２ｂそれぞれに供給される。加湿器２ａ
及び加湿器２ｂのそれぞれに供給された冷却水は、燃料
電池１に高圧水素源から供給される燃料ガス（アノード
ガス）及びコンプレッサ４から供給される酸化ガス（カ
ソードガス）のそれぞれを水蒸気透過膜を通過した水蒸
気により加湿する。The cooling water discharged from the cooling water outlet 1b of the fuel cell 1 is partly or wholly branched from the circulation passage 3p downstream of the fuel cell 1 and upstream of the circulation pump 3a. It is supplied to the humidifier 2a for fuel gas (anode gas) and the humidifier 2b for oxidizing gas (cathode gas) through the passages 3p 1 and 3p 2 . Humidifier 2a
The cooling water supplied to each of the humidifier 2b and the humidifier 2b is a water vapor permeable film for each of the fuel gas (anode gas) supplied from the high-pressure hydrogen source to the fuel cell 1 and the oxidizing gas (cathode gas) supplied from the compressor 4. It is humidified by the steam that has passed through.
【００２３】燃料ガス（アノードガス）及び酸化ガス
（カソードガス）を加湿した冷却水は、加湿器２ａ，２
ｂから通路３ｐ3，３ｐ4を介して循環通路３ｐに戻さ
れ、再び循環ポンプ３ａにより循環される。The cooling water obtained by humidifying the fuel gas (anode gas) and the oxidizing gas (cathode gas) is used as the humidifiers 2a, 2a.
It is returned from b to the circulation passage 3p through the passages 3p 3 and 3p 4, and is circulated again by the circulation pump 3a.
【００２４】尚、循環通路３ｐを循環する冷却水の一部
は、バイパス通路３ｆに設けられたイオン交換器３ｅに
導かれ、冷却水の導電率が上昇（絶縁低下）するのを防
止される。A part of the cooling water circulating in the circulation passage 3p is guided to the ion exchanger 3e provided in the bypass passage 3f, and the conductivity of the cooling water is prevented from increasing (insulation lowering). .
【００２５】次に、第１実施形態の燃料電池の冷却シス
テムで使用される冷却水のプレッシャーレギュレータＰ
Ｒの構成・作用について図１及び図２を参照して詳細に
説明する。図２に示されるように、プレッシャーレギュ
レータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄ内は、底
部に取付けられ圧力に応じて変形する変形自在なベロー
ズ３ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切られてお
り、一方の部屋ｓｐ１には放出側の調圧弁３ｄ1及び吸
引側の調圧弁３ｄ2が取付けられ、他方の部屋ｓｐ２に
は冷却水の入口ノズル３ｄ4及び冷却水の出口ノズル３
ｄ5が取付けられている。そして一方の部屋ｓｐ１は、
調圧弁３ｄ1及び調圧弁３ｄ2を介して圧力調整容器３ｄ
外部の大気と接続され、他方の部屋ｓｐ２は、入口ノズ
ル３ｄ4及び出口ノズル３ｄ5を介して燃料電池１の冷却
液である冷却水の循環通路３ｐ（図１）に連通される。Next, the pressure regulator P for the cooling water used in the cooling system for the fuel cell of the first embodiment.
The configuration and operation of R will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 2, the inside of the pressure regulating container 3d, which constitutes the main body of the pressure regulator PR, is divided into two chambers sp1 and sp2 by a deformable bellows 3d 3 which is attached to the bottom and deforms in response to pressure. A pressure regulating valve 3d 1 on the discharge side and a pressure regulating valve 3d 2 on the suction side are attached to one chamber sp1, and a cooling water inlet nozzle 3d 4 and a cooling water outlet nozzle 3 are attached to the other chamber sp2.
d 5 is attached. And one room sp1
Pressure regulating container 3d via pressure regulating valve 3d 1 and pressure regulating valve 3d 2.
The other chamber sp2 is connected to the outside atmosphere, and communicates with the circulation passage 3p (FIG. 1) of the cooling water, which is the cooling liquid for the fuel cell 1, through the inlet nozzle 3d 4 and the outlet nozzle 3d 5 .
【００２６】このようにプレッシャーレギュレータＰＲ
の本体を構成する圧力調整容器３ｄ内をベローズ３ｄ3
によって２つの部屋ｓｐ１，ｓｐ２に仕切り、それぞれ
の仕切られた部屋に大気である空気と循環通路３ｐを流
れる冷却水とを通流させて冷却水の圧力調整を行うの
で、前記冷却水と前記空気とが直接接触することがな
い。従って空気中の炭酸ガスが冷却水に溶解することが
ないのでイオン交換樹脂の破過時間が短縮されることも
ない。その結果、冷却系のイオン交換器３ｅの寿命短縮
を防止することができる。Thus, the pressure regulator PR
The bellows 3d 3
The two chambers sp1 and sp2 are divided into two chambers by the air, and the air as the atmosphere and the cooling water flowing through the circulation passage 3p are caused to flow through the respective divided chambers to adjust the pressure of the cooling water. There is no direct contact with. Therefore, the carbon dioxide gas in the air is not dissolved in the cooling water, and the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened. As a result, it is possible to prevent shortening of the life of the ion exchanger 3e of the cooling system.
【００２７】また、冷却水の入口ノズル３ｄ4は、圧力
調整容器３ｄの容器側部の下部に、冷却水の出口ノズル
３ｄ5は、容器側部の上部に設けられる。入口ノズル３
ｄ4と出口３ｄ5ノズルをこのように配置することによ
り、冷却水の圧力調整容器３ｄ内に気泡がたまらなくな
るので冷却水の圧力がベローズ３ｄ 3に正確に伝わる。
尚、ベローズ３ｄ3の替わりに膜（図５の破線参照）や
別の形態としてピストン構造物を使用して圧力調整容器
３ｄ内を仕切ることもできる。尚、一方の部屋ｓｐ１に
取付けられる調圧弁３ｄ1，３ｄ2としては、逆止弁が使
用される。Further, the cooling water inlet nozzle 3dFourIs the pressure
An outlet nozzle for cooling water is provided at the bottom of the side of the adjusting container 3d.
3dFiveIs provided on the top of the side of the container. Inlet nozzle 3
dFourAnd exit 3dFiveBy arranging the nozzles in this way
Therefore, air bubbles will not collect in the pressure regulation container 3d for cooling water.
As the pressure of the cooling water is 3d 3Accurately transmitted to.
The bellows 3d3Instead of a membrane (see dashed line in Figure 5)
Pressure regulating container using piston structure as another form
It is also possible to partition the inside of 3d. In addition, in one room sp1
Pressure regulating valve 3d attached1, 3d2As a check valve,
Used.
【００２８】このように構成される第１実施形態の燃料
電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレ
ータＰＲは、圧力調整容器３ｄ内の冷却水の圧力（＝他
方の部屋ｓｐ２の圧力）が調圧弁３ｄ1の設定値を超え
たときには一方の部屋ｓｐ１から外部に内室雰囲気（大
気）が放出され、容器内部の冷却水の圧力が調圧弁３ｄ
2の設定値を割り込んだときには外部から一方の部屋ｓ
ｐ１に大気が吸引されるように作用する。このようにし
て冷却水の圧力は、ベローズ３ｄ3及び２つの調圧弁３
ｄ1，３ｄ2から構成される圧力変動吸収機構により冷却
水の圧力を好適に調整することができる。従って、従
来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となって
いた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏
れや導電不良を回避することができる。In the pressure regulator PR used in the cooling system for the fuel cell according to the first embodiment having such a configuration, the pressure of the cooling water in the pressure adjusting container 3d (= the pressure in the other chamber sp2) is a pressure regulating valve. When the set value of 3d 1 is exceeded, the inner chamber atmosphere (atmosphere) is released from one chamber sp1 to the outside, and the pressure of the cooling water inside the container is adjusted by the pressure regulating valve 3d.
When the set value of 2 is interrupted, one room s is
Atmosphere is sucked into p1. In this way, the pressure of the cooling water is reduced by the bellows 3d 3 and the two pressure regulating valves 3
The pressure of the cooling water can be suitably adjusted by the pressure fluctuation absorbing mechanism composed of d 1 and 3d 2 . Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large.
【００２９】次に、第２実施形態の燃料電池の冷却シス
テムについて図３及び図４を参照して説明する。尚、図
３は、本発明に係る第２実施形態の燃料電池の冷却シス
テムの全体構成図であり、図４は、第２実施形態の燃料
電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレ
ータの構造を示す模式図である。第２実施形態の燃料電
池の冷却システムと第１実施形態の燃料電池の冷却シス
テムとの構成の大きな違いは、図３及び図４に示すよう
に、プレッシャーレギュレータＰＲの圧力調整容器３ｄ
内をベローズ３ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切
ったうちの一方の部屋ｓｐ１が、燃料電池１のカソード
ガス通路４ｐと連通路４ｐ1を介して接続されている点
である。従って、ここでは第２実施形態の燃料電池の冷
却システムで使用されるプレッシャーレギュレータの構
成・作用についてのみ説明する。尚、第１実施形態の燃
料電池の冷却システムと同じ部材については同じ符号を
付して説明する。Next, the cooling system for the fuel cell of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is an overall configuration diagram of a fuel cell cooling system of a second embodiment according to the present invention, and FIG. 4 shows a structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the second embodiment. It is a schematic diagram which shows. The major difference between the fuel cell cooling system of the second embodiment and the fuel cell cooling system of the first embodiment is that, as shown in FIGS. 3 and 4, the pressure regulator 3d of the pressure regulator PR is used.
One of the chambers sp1 of which the interior is partitioned into two chambers sp1 and sp2 by the bellows 3d 3 is connected to the cathode gas passage 4p of the fuel cell 1 through the communication passage 4p 1 . Therefore, only the configuration and operation of the pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the second embodiment will be described here. The same members as those of the fuel cell cooling system of the first embodiment will be described with the same reference numerals.
【００３０】次に、第２実施形態の燃料電池の冷却シス
テムで使用される冷却水のプレッシャーレギュレータＰ
Ｒの構成・作用について図３及び図４を参照して詳細に
説明する。図４に示されるように、プレッシャーレギュ
レータＰＲの本体を構成する圧力調整容器３ｄ内は、底
部に取付けられ圧力に応じて変形する変形自在なベロー
ズ３ｄ3によって２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切られてお
り、一方の部屋ｓｐ１には連通路４ｐ１が取付けられ、
他方の部屋ｓｐ２には冷却液である冷却水の入口ノズル
３ｄ4及び冷却水の出口ノズル３ｄ5が取付けられてい
る。そして一方の部屋ｓｐ１は、連通路４ｐ１を介して
燃料電池１の加湿器２ｂとコンプレッサ４を結ぶカソー
ドガス通路４ｐ（図３）と接続され、他方の部屋ｓｐ２
は、入口ノズル３ｄ4及び出口ノズル３ｄ5を介して燃料
電池１の冷却液である冷却水の循環通路３ｐ（図３）に
連通される。Next, the pressure regulator P for the cooling water used in the cooling system for the fuel cell of the second embodiment.
The configuration and operation of R will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. As shown in FIG. 4, the pressure regulating chamber 3d composing the body of the pressure regulator PR, depending deformable bellows 3d 3 to deform in response to pressure attached to the bottom is partitioned into two chambers sp1, sp2 , A communication passage 4p1 is attached to one room sp1,
The other room sp2 is provided with an inlet nozzle 3d 4 of cooling water which is a cooling liquid and an outlet nozzle 3d 5 of cooling water. One chamber sp1 is connected to the cathode gas passage 4p (FIG. 3) connecting the humidifier 2b of the fuel cell 1 and the compressor 4 via the communication passage 4p1, and the other chamber sp2.
Is communicated with the circulation passage 3p (FIG. 3) of the cooling water, which is the cooling liquid for the fuel cell 1, through the inlet nozzle 3d 4 and the outlet nozzle 3d 5 .
【００３１】このようにプレッシャーレギュレータＰＲ
の本体を構成する圧力調整容器３ｄ内をベローズ３ｄ3
によって２つの部屋ｓｐ１，ｓｐ２に仕切り、それぞれ
の仕切られた部屋にコンプレッサ４から供給されるカソ
ードガスである空気（大気圧よりも圧力が高い空気）と
循環通路３ｐを流れる冷却水とを通流させて冷却水の圧
力調整を行うので、冷却水と空気とが直接接触すること
がない。従って空気中の炭酸ガスが冷却水に溶解するこ
とがないのでイオン交換樹脂の破過時間が短縮されるこ
ともない。その結果、冷却系のイオン交換器３ｅの寿命
短縮を防止することができる。In this way, the pressure regulator PR
The bellows 3d 3
To separate the two chambers sp1 and sp2, and the air that is the cathode gas (air whose pressure is higher than the atmospheric pressure) supplied from the compressor 4 and the cooling water that flows through the circulation passage 3p flow into the respective partitioned chambers. Since the pressure of the cooling water is adjusted by doing so, there is no direct contact between the cooling water and the air. Therefore, the carbon dioxide gas in the air is not dissolved in the cooling water, and the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened. As a result, it is possible to prevent shortening of the life of the ion exchanger 3e of the cooling system.
【００３２】また、冷却水の入口ノズル３ｄ4は、圧力
調整容器３ｄの容器側部の下部に、冷却水の出口ノズル
３ｄ5は、容器側部の上部に設けられる。入口ノズル３
ｄ4と出口３ｄ5ノズルをこのように配置することによ
り、冷却水の圧力調整容器３ｄ内に気泡がたまらなくな
るので冷却水の圧力がベローズ３ｄ 3に正確に伝わる。
尚、ベローズ３ｄ3の替わりに膜（図５の破線参照）や
別の形態としてピストン構造物を使用して圧力調整容器
３ｄ内を仕切ることもできる。Further, the cooling water inlet nozzle 3dFourIs the pressure
An outlet nozzle for cooling water is provided at the bottom of the side of the adjusting container 3d.
3dFiveIs provided on the top of the side of the container. Inlet nozzle 3
dFourAnd exit 3dFiveBy arranging the nozzles in this way
Therefore, air bubbles will not collect in the pressure regulation container 3d for cooling water.
As the pressure of the cooling water is 3d 3Accurately transmitted to.
The bellows 3d3Instead of a membrane (see dashed line in Figure 5)
Pressure regulating container using piston structure as another form
It is also possible to partition the inside of 3d.
【００３３】このように構成される第２実施形態の燃料
電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレ
ータＰＲは、圧力調整容器３ｄ内の冷却水の圧力がカソ
ードガス（空気）の圧力よりも高いときは、ベローズ３
ｄ3が圧縮（体積縮小）されてカソードガス系内の圧力
を高くし、冷却水の圧力がカソードガスの圧力より低い
ときは、ベローズ３ｄ3が伸びて（体積膨張して）カソ
ードガス系内の圧力を低くするように作用する。従っ
て、常に冷却水の圧力とカソードガスの圧力とをバラン
スさせるようにすることができる。従って、従来、燃料
電池の出力が大きくなったときに問題となっていた冷却
液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電
不良を回避することができる。The pressure regulator PR used in the cooling system for the fuel cell according to the second embodiment having the above-described structure is used when the pressure of the cooling water in the pressure regulating container 3d is higher than the pressure of the cathode gas (air). Bellows 3
When d 3 is compressed (volume reduction) to increase the pressure in the cathode gas system, and when the pressure of the cooling water is lower than the pressure of the cathode gas, the bellows 3d 3 extends (expands in volume) and the inside of the cathode gas system increases. Acts to lower the pressure of. Therefore, the pressure of the cooling water and the pressure of the cathode gas can always be balanced. Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large.
【００３４】次に、第３実施形態の燃料電池の冷却シス
テムについて図３及び図５を参照して説明する。尚、図
５は、第３実施形態の燃料電池の冷却システムで使用さ
れるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図であ
る。第３実施形態の燃料電池の冷却システムと第２実施
形態の燃料電池の冷却システムとの構成の大きな違い
は、図３及び図５に示すように、プレッシャーレギュレ
ータＰＲの圧力調整容器５ｄ内をピストン構造物５ｄ3
により２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切ったうちの一方の部屋
ｓｐ１が、燃料電池１のカソードガス通路４ｐと連通路
４ｐ1を介して接続されている点である。従って、ここ
では第３実施形態の燃料電池の冷却システムで使用され
るプレッシャーゲージＰＲの構成・作用についてのみ説
明する。尚、第２実施形態の燃料電池の冷却システムと
同じ部材については同じ符号を付して説明する。Next, the fuel cell cooling system of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 5. Note that FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the third embodiment. The major difference between the fuel cell cooling system according to the third embodiment and the fuel cell cooling system according to the second embodiment is that the pressure regulator container 5d of the pressure regulator PR has a piston inside as shown in FIGS. Structure 5d 3
One of the chambers sp1 divided into two chambers sp1 and sp2 is connected to the cathode gas passage 4p of the fuel cell 1 through the communication passage 4p 1 . Therefore, here, only the configuration and operation of the pressure gauge PR used in the fuel cell cooling system of the third embodiment will be described. The same members as those of the fuel cell cooling system of the second embodiment will be described with the same reference numerals.
【００３５】第３実施形態の燃料電池の冷却システムで
使用される冷却水のプレッシャーレギュレータＰＲの構
成・作用について図３及び図５を参照して詳細に説明す
る。図５に示されるように、プレッシャーレギュレータ
ＰＲの本体を構成する圧力調整容器５ｄ内は、内壁に沿
って垂直方向に摺動自在なピストン構造物５ｄ3によっ
て２室ｓｐ１，ｓｐ２に仕切られており、一方の部屋ｓ
ｐ１には連通路４ｐ１が取付けられ、他方の部屋ｓｐ２
には冷却水の入口ノズル５ｄ4及び冷却水の出口ノズル
５ｄ5が取付けられている。そして一方の部屋ｓｐ１
は、連通路４ｐ１を介して燃料電池１の加湿器２ｂとコ
ンプレッサ４を結ぶカソードガス通路４ｐ（図３）と接
続され、他方の部屋ｓｐ２は、入口ノズル５ｄ4及び出
口ノズル５ｄ5を介して燃料電池１の冷却液である冷却
水の循環通路３ｐ（図３）に連通される。The structure and operation of the pressure regulator PR for the cooling water used in the cooling system for the fuel cell according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 5. As shown in FIG. 5, the inside of the pressure adjusting container 5d, which constitutes the main body of the pressure regulator PR, is partitioned into two chambers sp1 and sp2 by a piston structure 5d 3 which is vertically slidable along the inner wall. , One room s
A communication passage 4p1 is attached to p1, and the other room sp2
An inlet nozzle 5d 4 for cooling water and an outlet nozzle 5d 5 for cooling water are attached thereto. And one room sp1
Is connected to the cathode gas passage 4p (FIG. 3) connecting the humidifier 2b of the fuel cell 1 and the compressor 4 via the communication passage 4p1, and the other chamber sp2 is connected via the inlet nozzle 5d 4 and the outlet nozzle 5d 5. The cooling water, which is the cooling liquid for the fuel cell 1, is connected to the circulation passage 3p (FIG. 3).
【００３６】このようにプレッシャーレギュレータＰＲ
の本体を構成する圧力調整容器５ｄ内をピストン構造物
５ｄ3によって２つの部屋ｓｐ１，ｓｐ２に仕切り、そ
れぞれの仕切られた部屋にコンプレッサ４から供給され
るカソードガスである空気（大気圧よりも圧力が高い空
気）と循環通路３ｐを流れる冷却水とを通流させて冷却
水の圧力調整を行うので、冷却水と空気とが直接接触す
ることがない。従って空気中の炭酸ガスが冷却水に溶解
することがないのでイオン交換樹脂の破過時間が短縮さ
れることもない。その結果、冷却系のイオン交換器３ｅ
の寿命短縮を防止することができる。Thus, the pressure regulator PR
Pressure regulating vessel 5d within the piston structure 5d 3 by two rooms sp1 constituting the main body, the partition to sp2, pressure than the air (atmospheric pressure a cathode gas supplied from the compressor 4 to each partitioned room Air) and the cooling water flowing through the circulation passage 3p to adjust the pressure of the cooling water, so that the cooling water and the air do not come into direct contact with each other. Therefore, the carbon dioxide gas in the air is not dissolved in the cooling water, and the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened. As a result, the cooling system ion exchanger 3e
It is possible to prevent shortening of the life of the.
【００３７】また、冷却水の入口ノズル５ｄ4は、圧力
調整容器５ｄの容器側部の下部に、冷却水の出口ノズル
５ｄ5は、容器側部の中央の高さよりも低くかつ入口ノ
ズル５ｄ4よりも高い位置に設けられる。入口ノズル５
ｄ4と出口５ｄ5ノズルをこのように配置することによ
り、冷却水の圧力調整容器５ｄ内に気泡がたまらなくな
るので冷却水の圧力がピストン構造物５ｄ3に正確に伝
わる。尚、ピストン構造物５ｄ3の替わりにベローズや
膜（図５の破線参照）を使用して圧力調整容器５ｄ内を
仕切ることもできる。尚、図示しないが、燃料電池１
（図３）の運転が終了したときにピストン構造物５ｄ3
が初期の位置に戻ることができるようにピストン構造物
５ｄ3に復帰用のバネを設けるようにしても良い。ま
た、容器内壁にピストン構造物５ｄ3下部を両端で支持
する突起を設けるようにしても良い。Further, the cooling water inlet nozzle 5d 4 is located below the container side portion of the pressure adjusting container 5d, and the cooling water outlet nozzle 5d 5 is lower than the center height of the container side portion and is located at the inlet nozzle 5d 4. It is installed at a higher position than. Inlet nozzle 5
By arranging the nozzle d 4 and the nozzle 5d 5 in this way, the pressure of the cooling water is accurately transmitted to the piston structure 5d 3 because bubbles are not accumulated in the pressure adjusting container 5d of the cooling water. In place of the piston structure 5d 3 , a bellows or a membrane (see the broken line in FIG. 5) may be used to partition the inside of the pressure adjusting container 5d. Although not shown, the fuel cell 1
When the operation of (Fig. 3) is completed, the piston structure 5d 3
A return spring may be provided in the piston structure 5d 3 so that the piston can return to the initial position. Further, the inner wall of the container may be provided with protrusions for supporting the lower portion of the piston structure 5d 3 at both ends.
【００３８】このように構成される第３実施形態の燃料
電池の冷却システムで使用されるプレッシャーレギュレ
ータＰＲは、圧力調整容器５ｄ内の冷却水の圧力がカソ
ードガス（空気）の圧力よりも高いときは、ピストン構
造物５ｄ3が上方に移動してカソードガス系内の圧力を
高くし、冷却水の圧力がカソードガスの圧力より低いと
きは、ピストン構造物５ｄ3が下方に移動してカソード
ガス系内の圧力を低くするように作用する。従って、常
に冷却水の圧力とカソードガスの圧力とをバランスさせ
るようにすることができる。従って、従来、燃料電池の
出力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循
環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を
回避することができる。The pressure regulator PR used in the cooling system for a fuel cell according to the third embodiment having the above-described structure operates when the pressure of the cooling water in the pressure adjusting container 5d is higher than the pressure of the cathode gas (air). The piston structure 5d 3 moves upward to increase the pressure in the cathode gas system, and when the pressure of the cooling water is lower than the pressure of the cathode gas, the piston structure 5d 3 moves downward to generate the cathode gas. It acts to lower the pressure in the system. Therefore, the pressure of the cooling water and the pressure of the cathode gas can always be balanced. Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large.
【００３９】最後に、第１実施形態から第３実施形態の
燃料電池の冷却システムにおける燃料電池１へ供給する
ガスを加湿する加湿器２ａ，２ｂは、前記加湿器２ａ，
２ｂ内の水蒸気透過膜の一側に冷却液である冷却水を通
流し、他側に前記ガスを通流して加湿するが、圧力調整
容器３ｄ，５ｄの内部をベローズ３ｄ3やピストン構造
物５ｄ3により２室に仕切ってプレッシャーレギュレー
タＰＲを構成し、前記冷却水の圧力と前記ガスの圧力と
がバランスするように構成したので、従来、燃料電池の
出力が大きくなるときに問題となっていた冷却液の循環
通路の液圧上昇に伴い加湿器の膜に過大な圧力が作用す
るのを回避することができる。Finally, the humidifiers 2a, 2b for humidifying the gas supplied to the fuel cell 1 in the fuel cell cooling systems of the first to third embodiments are the humidifiers 2a,
Flows through the cooling water is cooling liquid on one side of the water vapor permeable membrane in 2b, although humidified flows through the gas on the other side, the pressure adjustable container 3d, internal 5d bellows 3d 3 and piston structure 5d Since the pressure regulator PR is configured by partitioning into two chambers according to 3, and the pressure of the cooling water and the pressure of the gas are balanced, it has been a problem when the output of the fuel cell increases conventionally. It is possible to prevent an excessive pressure from acting on the membrane of the humidifier as the hydraulic pressure in the circulation passage of the cooling liquid increases.
【００４０】以上、第１実施形態から第３実施形態の燃
料電池の冷却システムを説明したが、本発明に係るプレ
ッシャ−レギュレータＰＲはこれに限定されるものでは
なく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更
して実施可能である。Although the fuel cell cooling systems of the first to third embodiments have been described above, the pressure regulator PR according to the present invention is not limited to this, and the technical scope of the present invention is not limited thereto. The present invention can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上の構成と作用からなる本発明によれ
ば、以下の効果を奏する。
１．請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の冷却シ
ステムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在なベロ
ーズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレ
ッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギ
ュレータの一方の部屋を大気に連通し、他方の部屋を冷
却液の循環通路に接続したことにより、
（１）冷却液と大気とが直接接触することがない。従っ
て大気中の溶解成分が冷却液に溶解することがない。こ
のため冷却系にイオン交換器を設けて導電率が上昇する
のを防止している場合においてもイオン交換樹脂の破過
時間が短縮されることがなく、冷却系のイオン交換器の
寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときは大気を外部に放出し、
冷却液の圧力が低いときは大気を内部に吸入するように
プレッシャーレギュレータが作用するので冷却液の圧力
調整をすることができる。従って、従来、燃料電池の出
力が大きくなったときに問題となっていた冷却液の循環
通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏れや導電不良を回
避することができる。従って、燃料電池の安定した冷却
に寄与できる。
２．請求項２に記載の発明によれば、燃料電池の冷却シ
ステムにおいて、圧力調整容器の内部を変形自在なベロ
ーズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレ
ッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギ
ュレータの一方の部屋を前記燃料電池のカソードガス通
路に連通し、他方の部屋を冷却液の循環通路に接続した
ことにより、
（１）冷却液とカソードガスとが直接接触することがな
い。従ってカソードガス中の溶解成分が冷却液に溶解す
ることがない。このため冷却系にイオン交換器を設けて
導電率が上昇するのを防止している場合においてもイオ
ン交換樹脂の破過時間が短縮されることがなく、冷却系
のイオン交換器の寿命短縮を防止することができる。
（２）冷却液の圧力が高いときはカソードガス側の圧力
を高くし、冷却液の圧力が低いときはカソードガス側の
圧力を低くするようにプレッシャーレギュレータが作用
するので、常にカソードガスの圧力と冷却液の圧力とが
バランスするように調整することができる。従って、従
来、燃料電池の出力が大きくなったときに問題となって
いた冷却液の循環通路の液圧上昇に伴う燃料電池の液漏
れや導電不良を回避することができる。従って、燃料電
池の安定した冷却に寄与できる。
３．請求項３に記載の発明によれば、燃料電池へ供給す
るガスを加湿する加湿器は、前記加湿器内の水蒸気透過
膜の一側に冷却液を通流し、他側に前記ガスを通流して
加湿するが、圧力調整容器の内部を変形自在なベロー
ズ、膜又はピストン構造物により２室に仕切ってプレッ
シャーレギュレータを構成し、前記冷却液の圧力と前記
ガスの圧力とがバランスするように構成したので、従
来、燃料電池の出力が大きくなるときに問題となってい
た冷却液の循環通路の液圧上昇に伴い加湿器の膜に過大
な圧力が作用するのを回避することができる。According to the present invention having the above-mentioned structure and operation, the following effects can be obtained. 1. According to the invention described in claim 1, in the cooling system of the fuel cell, the inside of the pressure regulating container is partitioned into two chambers by the deformable bellows, membrane or piston structure to form a pressure regulator. By connecting one chamber to the atmosphere and connecting the other chamber to the cooling liquid circulation passage, (1) the cooling liquid and the atmosphere do not come into direct contact with each other. Therefore, dissolved components in the atmosphere are not dissolved in the cooling liquid. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from rising, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented. (2) When the pressure of the cooling liquid is high, the atmosphere is released to the outside,
When the pressure of the cooling liquid is low, the pressure regulator acts so as to suck the atmosphere into the interior, so that the pressure of the cooling liquid can be adjusted. Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large. Therefore, it can contribute to stable cooling of the fuel cell. 2. According to the second aspect of the invention, in the cooling system of the fuel cell, the inside of the pressure regulating container is partitioned into two chambers by the deformable bellows, membrane or piston structure to form a pressure regulator. By connecting one chamber to the cathode gas passage of the fuel cell and connecting the other chamber to the cooling liquid circulation passage, (1) the cooling liquid and the cathode gas do not come into direct contact with each other. Therefore, the dissolved components in the cathode gas are not dissolved in the cooling liquid. Therefore, even when an ion exchanger is provided in the cooling system to prevent the conductivity from rising, the breakthrough time of the ion exchange resin is not shortened, and the life of the ion exchanger in the cooling system is shortened. Can be prevented. (2) Since the pressure regulator acts to increase the pressure on the cathode gas side when the pressure of the cooling liquid is high and decrease the pressure on the cathode gas side when the pressure of the cooling liquid is low, the pressure of the cathode gas is always maintained. And the pressure of the cooling liquid can be adjusted so as to be balanced. Therefore, it is possible to avoid liquid leakage and poor electrical conductivity of the fuel cell due to the increase in the liquid pressure in the circulation passage for the cooling liquid, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large. Therefore, it can contribute to stable cooling of the fuel cell. 3. According to the invention of claim 3, the humidifier for humidifying the gas to be supplied to the fuel cell allows the cooling liquid to flow through one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and the gas through the other side. The pressure regulator is divided into two chambers by a deformable bellows, membrane or piston structure to form a pressure regulator, and the pressure of the cooling liquid and the pressure of the gas are balanced. Therefore, it is possible to prevent an excessive pressure from acting on the membrane of the humidifier, which has been a problem when the output of the fuel cell becomes large, which has been a problem in the related art.
【図１】本発明に係る第１実施形態の燃料電池の冷却シ
ステムの全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a cooling system for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
【図２】第１実施形態の燃料電池の冷却システムで使用
されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図で
ある。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the first embodiment.
【図３】本発明に係る第２実施形態の燃料電池の冷却シ
ステムの全体構成図である。FIG. 3 is an overall configuration diagram of a fuel cell cooling system according to a second embodiment of the present invention.
【図４】第２実施形態の燃料電池の冷却システムで使用
されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図で
ある。FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the second embodiment.
【図５】第３実施形態の燃料電池の冷却システムで使用
されるプレッシャーレギュレータの構造を示す模式図で
ある。FIG. 5 is a schematic view showing the structure of a pressure regulator used in the fuel cell cooling system of the third embodiment.
【図６】従来の燃料電池の冷却システムの全体構成図で
ある。FIG. 6 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell cooling system.
【図７】燃料電池内部のセルの構造を示す断面図であ
る。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of cells inside a fuel cell.
【図８】中空糸膜を利用した膜型の加湿器の断面図であ
る。FIG. 8 is a cross-sectional view of a membrane-type humidifier that uses a hollow fiber membrane.
１ 燃料電池 ２ａ 加湿器（アノードガス） ２ｂ 加湿器（カソードガス） ３ 冷却水の循環供給システム ３ａ 循環ポンプ ３ｄ，５ｄ 圧力調整容器 ３ｄ1 調圧弁（放出弁） ３ｄ2 調圧弁（吸入弁） ３ｄ3 ベローズ ３ｄ4，５ｄ4 入口ノズル ３ｄ5，５ｄ5 出口ノズル ３ｐ 循環通路 ４ コンプレッサ ４ｐ カソードガス通路 ４ｐ1 連通路 ５ｄ3 ピストン構造物 ＰＲ プレッシャーレギュレータ ｓｐ１ 一方の部屋 ｓｐ２ 他方の部屋1 Fuel Cell 2a Humidifier (Anode Gas) 2b Humidifier (Cathode Gas) 3 Circulating Supply System 3a for Cooling Water 3a Circulation Pumps 3d, 5d Pressure Control Container 3d 1 Pressure Control Valve (Release Valve) 3d 2 Pressure Control Valve (Suction Valve) 3d 3 Bellows 3d 4 , 5d 4 Inlet nozzle 3d 5 , 5d 5 Outlet nozzle 3p Circulation passage 4 Compressor 4p Cathode gas passage 4p 1 Communication passage 5d 3 Piston structure PR Pressure regulator sp1 One chamber sp2 The other chamber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下山 義郎 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 CC06 KK08 MM16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yoshiro Shimoyama 1-4-1 Chuo Stock Market, Wako City, Saitama Prefecture Inside Honda Research Laboratory F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 CC06 KK08 MM16
Claims (3)
ために、この燃料電池の冷却液の入口と出口とに前記冷
却液を循環させるための循環通路を接続し、この循環通
路に前記冷却液を循環するための循環ポンプを取り付け
た燃料電池の冷却システムにおいて、 圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピス
トン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレ
ータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の
部屋を大気に連通し、他方の部屋を前記循環通路に接続
したことを特徴とする燃料電池の冷却システム。1. To cool the inside of a fuel cell having a laminated structure, a circulation passage for circulating the cooling liquid is connected to an inlet and an outlet of the cooling liquid of the fuel cell, and the cooling passage is connected to the circulation passage. In a fuel cell cooling system equipped with a circulation pump for circulating a liquid, a pressure regulator is constructed by partitioning the interior of a pressure regulating container into two chambers with a deformable bellows, membrane or piston structure. A cooling system for a fuel cell, characterized in that one chamber communicates with the atmosphere and the other chamber is connected to the circulation passage.
ために、この燃料電池の冷却液の入口と出口とに前記冷
却液を循環させるための循環通路を接続し、この循環通
路に前記冷却液を循環するための循環ポンプを取り付け
た燃料電池の冷却システムにおいて、 圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピス
トン構造物により２室に仕切ってプレッシャーレギュレ
ータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の
部屋を前記燃料電池のカソードガス通路に連通し、他方
の部屋を前記循環通路に接続したことを特徴とする燃料
電池の冷却システム。2. In order to cool the inside of the fuel cell having a laminated structure, a circulation passage for circulating the cooling liquid is connected to an inlet and an outlet of the cooling liquid of the fuel cell, and the cooling passage is connected to the circulation passage. In a fuel cell cooling system equipped with a circulation pump for circulating a liquid, a pressure regulator is constructed by partitioning the interior of a pressure regulating container into two chambers with a deformable bellows, membrane or piston structure. A cooling system for a fuel cell, wherein one chamber is connected to a cathode gas passage of the fuel cell and the other chamber is connected to the circulation passage.
加湿器が、前記加湿器内の水蒸気透過膜の一側に前記冷
却液を通流し、他側に前記ガスを通流して加湿すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池
の冷却システム。3. A humidifier for humidifying the gas supplied to the fuel cell allows the cooling liquid to flow to one side of the water vapor permeable membrane in the humidifier and the gas to flow to the other side for humidification. The cooling system for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein:
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