JP2019087356A - Method for inspecting connection state of pipeline - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料電池を冷却する冷却液が流れる配管の接続状態を検査する方法に関する。 The present disclosure relates to a method of inspecting a connection state of a pipe through which a coolant for cooling a fuel cell flows.
冷却液によって冷却される燃料電池と、燃料電池から排出された冷却液を冷却するラジエータと、ラジエータによって冷却された冷却液を燃料電池へ送り出すポンプと、を配管によって環状に連結し、燃料電池を冷却するシステムが知られている(例えば、特許文献1)。 A fuel cell is formed by connecting a fuel cell cooled by a cooling liquid, a radiator for cooling the cooling liquid discharged from the fuel cell, and a pump for delivering the cooling liquid cooled by the radiator to the fuel cell by piping. A system for cooling is known (for example, Patent Document 1).
燃料電池に設けられた冷却液排出用のマニホールドに接続されるべき配管と、燃料電池に設けられた冷却液供給用のマニホールドに接続されるべき配管と、が互いに取り違えられて燃料電池に接続されてしまう場合があり、このような誤まった接続を検出する方法が求められていた。また、接続が誤まっている場合には、冷却液排出用のマニホールドを流れる冷却液温度は、実際の燃料電池の温度を反映せず、実際の燃料電池の温度よりも低くなるおそれがある。そのため、冷却液排出用のマニホールドを流れる冷却液温度によって燃料電池の乾燥状態を判断してシステムを制御する場合に、不具合が生じるおそれがあった。 The piping to be connected to the coolant discharge manifold provided to the fuel cell and the piping to be connected to the coolant liquid supply manifold provided to the fuel cell are mutually confused and connected to the fuel cell In some cases, there has been a need for a method of detecting such an erroneous connection. In addition, when the connection is incorrect, the temperature of the coolant flowing through the coolant discharge manifold does not reflect the actual temperature of the fuel cell, and may be lower than the actual temperature of the fuel cell. Therefore, when the dry state of the fuel cell is judged by the temperature of the coolant flowing through the coolant discharge manifold to control the system, a problem may occur.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure has been made to solve the above-described problems, and can be implemented as the following modes.
本開示の一形態によれば、冷却液によって冷却される燃料電池と、前記燃料電池から排出された前記冷却液を冷却するラジエータと、前記ラジエータによって冷却された前記冷却液を前記燃料電池へ送り出すポンプと、を環状に連結する配管の接続状態検査方法が提供される。この検査方法は;前記冷却液の流路を、前記ラジエータを迂回するバイパス配管側に切り替え、前記冷却液の温度が外気温度よりも高くなるまで前記燃料電池を発電させた後、前記冷却液の流路を前記ラジエータ側に切り替え;前記燃料電池に設けられた前記冷却液の排出用のマニホールドを流れる前記冷却液の温度である第1温度と、前記ラジエータから排出される前記冷却液の温度である第2温度と、の差の絶対値が予め定められた閾値未満の場合に、前記接続状態が不良であると判定し、前記閾値以上の場合に、前記接続状態が良であると判定する、検査方法である。 According to one embodiment of the present disclosure, a fuel cell cooled by a coolant, a radiator for cooling the coolant discharged from the fuel cell, and the coolant cooled by the radiator are delivered to the fuel cell There is provided a method of inspecting the connection state of a pipe that annularly connects a pump. In this inspection method, the flow path of the coolant is switched to the bypass piping side bypassing the radiator, and the fuel cell is generated until the temperature of the coolant becomes higher than the outside air temperature, and then The flow path is switched to the radiator side; a first temperature which is a temperature of the cooling fluid flowing through a manifold for discharging the cooling fluid provided in the fuel cell, and a temperature of the cooling fluid discharged from the radiator If the absolute value of the difference between the second temperature and a second temperature is less than a predetermined threshold value, it is determined that the connection state is defective, and if it is more than the threshold value, the connection state is determined to be good. , Inspection method.
この形態によれば、配管の接続状態が良の場合、燃料電池に設けられた冷却液排出用の
マニホールドには、燃料電池を冷却した後の冷却液が流れるため、第1温度は第2温度よりも高い。接続状態が不良の場合、冷却液排出用のマニホールドには、ラジエータによって冷却され、燃料電池を冷却する前の冷却液が流れるため、第1温度と第2温度との差の絶対値が閾値未満となる。そのため、第1温度と第2温度との差の絶対値が閾値未満であるか否かを判定することにより、配管の接続状態の良/不良を検査することができる。
According to this aspect, when the connection state of the pipe is good, the coolant after cooling the fuel cell flows through the coolant discharge manifold provided in the fuel cell, so the first temperature is the second temperature. Higher than. If the connection state is not good, the manifold for coolant discharge is cooled by the radiator and the coolant before cooling the fuel cell flows, so the absolute value of the difference between the first temperature and the second temperature is less than the threshold It becomes. Therefore, by determining whether the absolute value of the difference between the first temperature and the second temperature is less than the threshold value, it is possible to inspect whether the connection state of the pipe is good or bad.
本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の冷却用配管の検査装置、配管検査方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。 The present disclosure can be realized in various forms. For example, an inspection apparatus for cooling pipes of a fuel cell, a computer program for realizing a pipe inspection method, a non-transitory recording medium recording the computer program, etc. It can be realized in a form.
・実施形態
図1は、一実施形態としての燃料電池システム1の概略構造を示す構成図である。燃料電池システム1は、車両に搭載され、パワースイッチのON操作によって起動し、OFF操作によって停止する。
Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic structure of a
燃料電池システム1は、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池10と、燃料電池10を冷却する冷却部20と、制御部90と、を備える。燃料電池システム1は、さらに、燃料電池10に対しアノードガスの供給及び排出を行うアノードガス供給排出部と、燃料電池10に対しカソードガスの供給と排出とを行うカソードガス供給排出部と、を備える。アノードガス供給排出部及びカソードガス供給排出部については、図示及び説明を省略する。
The
燃料電池10は、複数枚の燃料電池セルが積層されたスタック構造を有する。各セルは、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造を有する。アノードに水素を含むアノードガスが接触し、カソードに外気中の酸素を含むカソードガスが接触することにより、両電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する。起電力の発生に伴い、燃料電池10の温度は上昇し、例えば、50℃〜90℃に達する。温度の上昇した燃料電池10は、冷却部20により供給される冷却液によって冷却される。燃料電池10には、冷却液排出用の第1マニホールド11と、冷却液供給用の第2マニホールド12とが設けられている。第2マニホールド12は、燃料電池10に冷却液を供給するために設けられたマニホールドである。第1マニホールド11は、燃料電池10から冷却液を排出するために設けられたマニホールドである。
The
冷却部20は、配管30と、ラジエータ50と、ポンプ60と、を備える。ラジエータ50は、ラジエータ50に冷却液が流入する流入口51と、冷却液が排出される排出口52と、を備える。ラジエータ50は、流入口51から流入した冷却液を放熱し、冷却液の温度を外気温度まで低下させることが可能である。ラジエータ50には、ラジエータファン53が設けられている。ラジエータ50からの放熱は、ラジエータファン53から送られる風によって促進される。
The
配管30は、燃料電池10とラジエータ50とポンプ60とを環状に連結する。配管30は、ラジエータ50の流入口51と接続される第1配管31と、ラジエータ50の排出口52と接続される第2配管32と、バイパス配管33と、を備える。図1に示す燃料電池システム1では、第1配管31は第1マニホールド11と接続されており、第2配管32は第2マニホールド12と接続されている。バイパス配管33は、第1配管31と第2配管32とに接続されている。第1配管31とバイパス配管33との接続箇所には、切替弁40が設けられている。切替弁40は、冷却液の流路をラジエータ50側とバイパス配管33側とに切り替える。切替弁40をラジエータ50側に切り替えるとは、ラジエータ50側に流れる冷却液の流量を、バイパス配管33側に流れる冷却液の流量よりも多くすることである。切替弁40をバイパス配管33側に切り替えるとは、バイパス配管33側に流れる冷却液の流量を、ラジエータ50側に流れる冷却液の流量よりも多くすることである。バイパス配管33側に冷却液を流し、ラジエータ50側の第1配管31に冷却液を流さないように切替弁40を調整することで、冷却液はラジエータ50を迂回(バイパス)する。
The
ポンプ60は、第2配管32に設けられている。ポンプ60は、ラジエータ50によって冷却された冷却液を燃料電池10へ送り出し、冷却液を配管30内に循環させる。
The
第1温度センサ71は、第1マニホールド11を流れる冷却液の温度である、第1温度T1を検出するセンサである。本実施形態では、第1温度センサ71は第1マニホールド11に設けられている。第2温度センサ72は、ラジエータ50から排出される冷却液の温度である、第2温度T2を検出するセンサである。本実施形態では、第2温度センサ72はラジエータ50の排出口52に設けられている。第1温度センサ71と第2温度センサ72の検出結果は、制御部90へ送信される。
The
制御部90は、CPUとメモリ91とを備えるコンピュータとして構成されており、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれる。制御部90は、発電要求を受けて、燃料電池システム1の各構成部を制御し、燃料電池10から出力電流を出力する。燃料電池システム1には、燃料電池システム1の外部(周囲)の温度である外気温度を検出する外気センサ5が設けられており、制御部90には、外気センサ5の検出結果が送信される。制御部90は、第1温度センサ71の検出した第1温度T1がメモリ91に記憶された乾燥温度Tcよりも高い場合に、切替弁40をラジエータ50側に切り替える。乾燥温度Tcは、燃料電池10の備えるセルの性能低下が懸念される程度にセルが乾燥している場合の温度であり、実験やシミュレーションにより求めることができる。
The
図1に示す燃料電池システム1では、第1配管31は、ラジエータ50の流入口51と第1マニホールド11とを接続し、第2配管32は、ラジエータ50の排出口52と第2マニホールド12とを接続している。このような接続状態を、「配管30の接続状態が良」と呼ぶ。配管30の接続状態が良である場合には、第1マニホールド11には燃料電池10を冷却した後の冷却液が流れるので、第1温度T1は、燃料電池10の温度を反映する。そのため、第1温度T1が乾燥温度Tc以下となるように切替弁40を制御することで、乾燥によるセルの劣化を抑制することができる。
In the
図2は、配管30の接続状態が不良である場合の燃料電池システム1を示す。図2に示す燃料電池システム1では、第1配管31は、ラジエータ50の流入口51と第2マニホールド12とを接続し、第2配管32は、ラジエータ50の排出口52と第1マニホールド11とを接続している。このような接続状態を、「配管30の接続状態が不良」と呼ぶ。配管30の接続状態が不良である場合には、第1マニホールド11には燃料電池10を冷却する前の冷却液が流れるので、第1温度T1は、燃料電池10の温度を反映した値ではない。配管30の接続状態が不良である場合には、第1温度T1は、燃料電池10が発電している場合の温度よりも低くなることが想定される。そのため、燃料電池10の温度が乾燥温度Tcよりも高い場合であっても、第1温度T1が乾燥温度Tc以下となるおそれがある。したがって、接続状態が不良の場合、実際にセルが乾燥していても、冷却部20によるセルの冷却が促進されず、セルが劣化するという不具合が生じるおそれがある。また、燃料電池システム1において、セル電圧が低下した場合に燃料電池10の出力電流を制限する制御が行われる場合がある。セルの劣化に伴いセル電圧は低下するので、接続状態が不良の場合には、燃料電池10の出力電流が制限されるという不具合が生じるおそれがある。
FIG. 2 shows the
図3は、配管30の接続状態の検査方法を示す工程図である。この検査は、ラジエータ50と燃料電池10とが配管30によって接続された後に行われ、例えば、燃料電池システム1の製造過程や、燃料電池10が交換された後や、配管30を流れる冷却液が交換された後に行われる。検査の開始時には、燃料電池10は発電していない。
FIG. 3 is a process chart showing a method of inspecting the connection state of the
まず、制御部90は、切替弁40をラジエータ50側に切り替え、ポンプ60を駆動する(ステップS5)。こうすることにより、冷却液の循環が開始する。本実施形態では、制御部90は、ラジエータ50側に冷却液を流し、バイパス配管33側に冷却液を流さないように、切替弁40を制御する。
First, the
次に、制御部90は、接続状態が良であるか、接続状態が不良の疑いがあるか、を判定する、第1判定を行う(ステップS7)。制御部90は、第1温度T1、第2温度T2を取得し、第1温度T1と第2温度T2の温度差(T1−T2)の絶対値が、メモリ91に記憶された閾値Td未満であるか否かを判定する。閾値Tdは、配管30の接続状態が良である場合の温度差(T1−T2)の下限値である。閾値Tdは、配管30の接続状態を不良とした場合の温度差(T1−T2)を、実験やシミュレーションにより算出することで求められる。閾値Tdは、例えば、5℃以下、3℃以下、1℃以下の温度である。
Next, the
温度差(T1−T2)の絶対値が閾値Td以上である場合には(ステップS7、NO)、制御部90は配管30の接続状態が良であると判定し(ステップS60)、検査を終了する。
If the absolute value of the temperature difference (T1-T2) is equal to or greater than the threshold Td (NO in step S7), the
温度差(T1−T2)の絶対値が閾値Td未満である場合には(ステップS7、YES)、接続状態が不良である疑いがある。このように判定するのは、燃料電池10が長期間(例えば2日間)発電していない場合には、接続状態が良であっても、第1温度T1及び第2温度T2の温度は外気温度にほぼ等しくなるので、温度差(T1−T2)の絶対値が閾値Td未満となる可能性があるためである。
If the absolute value of the temperature difference (T1-T2) is less than the threshold Td (YES in step S7), it is suspected that the connection state is bad. In this way, when the
次に、制御部90は、切替弁40をバイパス配管33側にし、燃料電池10の発電を開始する(ステップS10)。燃料電池10が発電し、冷却液がラジエータ50をバイパスすることで、配管30内の冷却液の温度が上昇する。本実施形態では、制御部90は、バイパス配管33側に冷却液を流し、ラジエータ50側に冷却液を流さないように、切替弁40を制御する。ステップS10は、本検査のためだけに行われなくともよく、燃料電池10の暖気運転を兼ねて行われてもよい。
Next, the
次に、制御部90は、外気センサ5から外気温度を取得し、冷却液の温度が外気温度よりも高いか否かを判定する(ステップS20)。ステップS20を行うのは、冷却液の温度が外気温度よりも高い場合には、発電した燃料電池10によって冷却液が十分に温められたと考えられるためである。本実施形態では、冷却液の温度は、第1温度センサ71から取得した第1温度T1を用いる。冷却液の温度が外気温度以下である場合には(ステップS20、NO)、冷却液の温度が外気温度よりも大きくなるまで切替弁40をバイパス配管33側にし、冷却液を循環させる。
Next, the
冷却液の温度が外気温度よりも高い場合(ステップS20、YES)、制御部90は、切替弁40をラジエータ50側に切り替える(ステップS30)。本実施形態では、制御部90は、ラジエータ50側に冷却液を流し、バイパス配管33側に冷却液を流さないように、切替弁40を制御する。ステップS30が行われることにより、ラジエータ50によって冷却された冷却液は、第2配管32内を流れて燃料電池10へ供給される。
If the temperature of the coolant is higher than the outside air temperature (YES in step S20), the
次に、制御部90は、接続状態が良であるか、接続状態が不良であるか、を判定する第2判定を行う(ステップS40)。制御部90は、第1温度T1、第2温度T2を取得し、温度差(T1−T2)の絶対値が閾値Td未満であるか否かを判定する。第2判定は、ステップS30が行われた後、メモリ91に記憶された時間tsが経過してから行われることが好ましい。時間tsは、切替弁40をバイパス配管33側からラジエータ50側に切り替えてから、冷却液が配管30内を十分に循環する時間である。時間tsは、実験やシミュレーションにより求めることができる。時間tsは、例えば、20秒以上、30秒以上、50秒以上である。接続状態が不良である場合には、図2に示したように、第1マニホールド11には燃料電池10を冷却する前の冷却液が流れる。そのため、第1温度T1は第2温度T2とほぼ同じ値となり、温度差(T1−T2)の絶対値は閾値Td未満となる。接続状態が良である場合には、図1に示したように、11には燃料電池10を冷却した後の冷却液が流れるので、温度差(T1−T2)の絶対値は閾値Td以上となる。
Next, the
制御部90は、温度差(T1−T2)の絶対値が閾値Td未満である場合には(ステップS40、YES)、接続状態が不良であると判定する(ステップS50)。制御部90は、温度差(T1−T2)の絶対値が閾値Td以上である場合には(ステップS40、NO)、接続状態が良であると判定する。なお、制御部90は、報知装置(図示しない)に信号を出力し、判定の結果を報知してもよい。以上のようにして、配管30の接続状態の検査が行われる。
If the absolute value of the temperature difference (T1-T2) is less than the threshold Td (YES in step S40), the
この形態によれば、配管30の接続状態が良の場合、燃料電池10に設けられた冷却液排出用の第1マニホールド11には、燃料電池10の備えるセルを冷却した後の冷却液が流れるため、第1温度T1は第2温度T2よりも高い。接続状態が不良の場合、冷却液排出用の第1マニホールド11には、ラジエータ50によって冷却され、燃料電池10を冷却する前の冷却液が流れるため、第1温度T1と第2温度T2との差の絶対値が閾値Td未満となる。そのため、第1温度T1と第2温度T2との差の絶対値が閾値Td未満であるか否かを判定することにより、配管30の接続状態の良/不良を検査することができる。したがって、配管30の実際の接続状態を目視等によって確認せずとも、接続状態の良/不良を簡易に検査することができる。
According to this embodiment, when the connection state of the piping 30 is good, the coolant after cooling the cell provided in the
また、本形態によれば、第1温度T1は燃料電池10の温度を反映した値となるため、第1温度T1に応じてセルが乾燥しているか否かを判定して燃料電池システム1を制御する場合に、冷却液排出用の第1マニホールド11を流れる温度によって燃料電池10の乾燥状態を判断してシステムを制御する場合に生じる不具合、例えばセルの劣化を抑制することができる。また、セルの劣化に起因したセル電圧の低下による、燃料電池10の出力電流制限を抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, since the first temperature T1 is a value reflecting the temperature of the
上記形態では、燃料電池10を発電させる前に切替弁40をラジエータ50側に切り替えて(ステップS5)、第1判定を行うことで(ステップS7)、接続状態が良であるか、接続状態が不良である疑いがあるか、を判定する。そのため、接続状態が良である場合には第2判定以降を省略することができる。したがって、接続状態が良である場合に、接続状態の検査にかかる時間を短くすることができる。
In the above embodiment, the switching
・他の実施形態
上記実施形態において、制御部90はステップS5及びステップS7を省略してもよい。すなわち、第1判定が行われなくともよい。この場合には、制御部90は、ステップS10において、ポンプ60を駆動させて、第2判定以降を行うことによって接続状態の良/不良を判定してもよい。
Other Embodiments In the above embodiment, the
上記実施形態において、第1温度センサ71は、冷却液排出用の第1マニホールド11に設けられているが、第1マニホールド11に接続された配管30の第1マニホールド11側に接続されてもよい。また、上記実施形態において第2温度センサ72はラジエータ50の排出口52に設けられているが、ラジエータ50に接続された配管30(第2配管32)の排出口52側に接続されてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、ステップS20において、冷却液の温度として、第1温度センサ71から取得した第1温度T1を用いている。これに対し、バイパス配管33を流れる冷却液の温度を測定する温度センサや、切替弁40を流れる冷却液の温度を測定する温度センサを設け、当該温度センサから冷却液の温度を取得してもよい。
In the above embodiment, in step S20, the first temperature T1 acquired from the
切替弁40は、バイパス配管33に設けられていてもよい。
The switching
上記実施形態において、制御部90は、ステップS5、ステップS30においてラジエータ50側の冷却液の流量がバイパス配管33側より多くなれば、バイパス配管33側に冷却液を流してもよい。また、制御部90は、ステップS10において、バイパス配管33側の冷却液の流量がラジエータ50側より多くなれば、ラジエータ50側に冷却液を流してもよい。
In the above embodiment, the
燃料電池システム1は、車両に搭載されなくともよく、定置型としてもよい。
The
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the respective forms described in the section of the summary of the invention, and the technical features in the other embodiments are for solving some or all of the problems described above, or Replacements and combinations can be made as appropriate to achieve some or all of the effects described above. Also, if the technical features are not described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.
1…燃料電池システム
5…外気センサ
10…燃料電池
11…第1マニホールド
12…第2マニホールド
20…冷却部
30…配管
31…第1配管
32…第2配管
33…バイパス配管
40…切替弁
50…ラジエータ
51…流入口
52…排出口
53…ラジエータファン
60…ポンプ
71…第1温度センサ
72…第2温度センサ
90…制御部
91…メモリ
T1…第1温度
T2…第2温度
Tc…乾燥温度
Td…閾値
ts…時間
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記冷却液の流路を、前記ラジエータを迂回するバイパス配管側に切り替え、前記冷却液の温度が外気温度よりも高くなるまで前記燃料電池を発電させた後、前記冷却液の流路を前記ラジエータ側に切り替え、
前記燃料電池に設けられた前記冷却液の排出用のマニホールドを流れる前記冷却液の温度である第1温度と、前記ラジエータから排出される前記冷却液の温度である第2温度と、の差の絶対値が予め定められた閾値未満の場合に、前記接続状態が不良であると判定し、前記閾値以上の場合に、前記接続状態が良であると判定する、方法。 Piping for connecting annularly a fuel cell cooled by a coolant, a radiator for cooling the coolant discharged from the fuel cell, and a pump for delivering the coolant cooled by the radiator to the fuel cell A method of checking the connection status of
The flow path of the cooling fluid is switched to the bypass piping side bypassing the radiator, and the fuel cell is generated until the temperature of the cooling fluid becomes higher than the outside air temperature, and then the flow path of the cooling fluid is the radiator Switch to the side,
A difference between a first temperature, which is the temperature of the cooling fluid flowing through a manifold for discharging the cooling fluid provided in the fuel cell, and a second temperature, which is the temperature of the cooling fluid discharged from the radiator A method, wherein the connection state is determined to be defective if the absolute value is less than a predetermined threshold value, and the connection state is determined to be good if the absolute value is greater than the threshold value.
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Cited By (1)
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JP7472896B2 (en) | 2021-12-07 | 2024-04-23 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel Cell Systems |
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2017
- 2017-11-06 JP JP2017213486A patent/JP2019087356A/en active Pending
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