JP5087017B2 - 冷媒回収装置および移動体 - Google Patents
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Description
なお、冷媒は燃料電池スタックを経由するように循環するので、冷媒を介して燃料電池スタックの電力が液落しないように、冷媒の品質(導電率、エチレングリコール濃度等)を管理、維持することは重要である。
したがって、導出コネクタ及び導出弁が、高さ方向において、冷媒回路の低い位置に配置された構成であれば、導出コネクタの導出弁が開いた後、冷媒回路内の冷媒は、その自重により、導出弁から回収コネクタを通って、ホースに導出される。そして、ホースの他端から流出する冷媒を、適宜な容器で回収できる。
一方、導出コネクタ及び導出弁が、高さ方向において、冷媒回路の高い位置に配置された構成であれば、例えば、ホースの他端側に吸引ポンプを取り付け、この吸引ポンプにより冷媒回路内の冷媒を吸引し、回収できる。
また、このような冷媒回収装置によれば、ホースがシリコーンブレードから形成されているので、ホースから冷媒にイオンが溶出しにくくなる。これにより、回収中に冷媒の導電率が変化することを防止できる。
このような冷媒回収装置によれば、ホースの他端から流出・回収される冷媒を、タンクで貯溜できる。なお、タンクは、後記する実施形態のように、貯溜する冷媒を、外部から密閉可能であることが好ましい。
また、回収コネクタとイオン交換器側コネクタとが、導出コネクタを共有、つまり、互換性を有するので、冷媒回路に回収コネクタ用の導出コネクタを新たに設ける必要はなく、通常時にイオン交換器が接続されるイオン交換器用の導出コネクタをそのまま利用できる。
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、当該燃料電池を経由するように冷媒を循環させる冷媒回路と、を備えるとともに、当該冷媒回路には、ノーマルクローズ型の導出弁を有する導出コネクタに接続されることで循環する冷媒からイオンを回収するイオン交換器が設けられている移動体であって、前記イオン交換器は、ノーマルクローズ型の開閉弁を有するイオン交換器側コネクタを備えると共に、前記移動体の内部であって前記移動体のフレームにブラケットを介して着脱自在に取り付けられ、前記イオン交換器の外方であって前記フレームに設置されたカバーを取り外すことで、前記移動体の外部に臨むようになっており、冷媒の回収時、前記カバーを取り外し、前記導出コネクタと前記イオン交換器側コネクタとの接続を解除したことによって、前記導出弁及び前記開閉弁が閉じた後、前記導出コネクタと前記冷媒回収装置の前記回収コネクタとが接続されることを特徴とする移動体である。
まず、冷媒を回収する冷媒回路120が組み込まれた燃料電池システム100の構成について、図1〜図4を参照して説明する。燃料電池システム100は、図示しない燃料電池車(移動体)に搭載されており、燃料電池スタック110(燃料電池)と、冷媒回路120とを備えている。
燃料電池スタック110は、固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)であり、MEA(Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体)をセパレータ(図示しない)で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。MEAは、電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路111及びカソード流路112が形成されている。
冷媒回路120は、燃料電池スタック110の冷媒流路113を経由するように冷媒を循環させる回路であって、冷媒ポンプ121と、ラジエータ122と、ノーマルクローズ型の遮断弁123と、イオン交換器130と、通常時にイオン交換器130が接続されると共に、冷媒の回収時に後記する回収コネクタ10(図5参照)が接続される導出コネクタ40、40と、を備えている。
なお、冷媒は、例えば、エチレングリコールと、水と、導電率を調整したり、耐腐食性を高める添加剤との混合液からなる。
なお、配管122aと配管122bとを接続するバイパス配管(図示しない)が設けられている。このバイパス配管と配管122bとの接続部には、サーモスタット(図示しない)が設けられている。そして、循環する冷媒が低温である場合、このサーモスタットのラジエータ122側のポートが閉じ、低温の冷媒が、前記バイパス配管を通流し、ラジエータ122をバイパスするようになっている。
イオン交換器130は、冷媒回路120を循環する冷媒に含まれるイオン(陽イオン、陰イオン)を吸着することで、イオンを回収し、冷媒の導電率を低下させ、冷媒の電気的絶縁性を維持するものである。イオン交換器130は、図2に示すように、略円柱状を呈しており、イオン交換器本体131と、イオン交換器本体131内に充填されたイオン交換樹脂132と、イオン交換器本体131の両端にそれぞれ設けられたオス型のイオン交換器側コネクタ10A、10Aと、を備えている。イオン交換樹脂132は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを含んでいる。
なお、オス型のイオン交換器側コネクタ10A、メス型の導出コネクタ40の具体的構造は、後で説明する。
次に、冷媒回路120から冷媒を回収する冷媒回収装置1の構成について、図5〜図8を参照して説明する。
図5に示すように、冷媒回収装置1は、回収コネクタ10と、上流端(一端)が回収コネクタ10に接続されたホース31と、ホース31の下流端(他端)に接続されたタンク32と、ホース31の途中に設けられたコック33(流量調整手段)と、を備えている。
また、回収コネクタ10及びイオン交換器側コネクタ10Aは、導出コネクタ40に接続された場合に開くノーマルクローズ型の開閉弁Bを備えている。ここで、導出コネクタ40と、回収コネクタ10及びイオン交換器側コネクタ10Aの具体的構造を説明する。
まず、導出コネクタ40について、図3〜図4、図6〜図7を参照して説明する。
導出コネクタ40は、オス型の回収コネクタ10又はイオン交換器側コネクタ10Aが差し込まれるメス型のコネクタであって、ハウジング41と、弁体51と、圧縮コイルばね54と、ばね止め部材55とを備えている。
次に、回収コネクタ10、イオン交換器側コネクタ10Aについて、図3〜図4、図6〜図7を参照して説明する。なお、相互に置換可能な互換性を有するオス型の回収コネクタ10とイオン交換器側コネクタ10Aとは、ハウジング11の形状が一部異なるのみであるので、以下、回収コネクタ10について説明する。
この抜け止め機構は、例えば、メス部43の内周面に圧縮コイルばねにより径方向において出没自在に設けられた複数のボールと、オス部11の外周面に周方向で形成され、回収コネクタ10(イオン交換器側コネクタ10A)と導出コネクタ40とが接続された場合、前記ボールが嵌合するボール溝と、によって構成できる。
その他、メス部43とオス部11とにそれぞれ磁石を設け、磁力によって接続状態が維持される構成でもよい。
ホース31は、冷媒の回収時に、導出コネクタ40及びこれに接続した回収コネクタ10から導出される冷媒をタンク32に導くものである。
ホース31は、シリコーンブレードから形成されており、内部を通流する冷媒に、ホース31からイオンが溶出しにくくなっている。因みに、ホース31がシリコーンブレードから形成されるとは、ホース31が、例えば、シリコーン層が耐熱性合成繊維で補強された構造を有していることを意味する。
ただし、ホース31はシリコーンブレードから形成されることに限定されず、イオンが溶出しにくいその他の材料、例えばステンレス(SUS)や、ビニル系樹脂から形成されてもよい。
タンク32は、ホース31の下流端に着脱自在に接続されており、下流端から流出する冷媒を、外部から密閉しつつ、一時的に貯溜するものであって、内部に冷媒を貯溜可能な空間を有している。
なお、貯溜された冷媒にタンク32からのイオンの溶出を防止するべく、例えば、タンク32の内面にシリコーンの塗膜を形成することが好ましい。また、タンク32に残留する空気から冷媒へのイオンの溶出を防止するべく、冷媒の貯溜前に、例えば、タンク32内を真空にしたり、窒素等の不活性ガスに置換してもよい。
コック33は、手動によって全開位置/全閉位置に操作されるものである。これにより、通常時にコック33を全閉位置(流量0)にしておけば、回収コネクタ10と導出コネクタ40とを接続したとしても、直ちに、コック33を開かない限り、冷媒がタンク32に流出することはない。すなわち、コック33を備えない場合において、例えば、ホース31とタンク32が未接続の状態で、回収コネクタ10と導出コネクタ40とを接続してしまうと、冷媒がホース31の下流端から外部に飛散・流出してしまう。
次に、冷媒回収装置1の使用方法及び効果について説明する。
燃料電池車をジャッキアップし、イオン交換器130下のアンダーカバー143を取り外す(図2、図8参照)。そして、作業者は手を差し込み、イオン交換器130のイオン交換器側コネクタ10Aから、導出コネクタ40を取り外し、各イオン交換器側コネクタ10Aと各導出コネクタ40との接続を解除する。
なお、イオン交換器130をブラケット142から取り外した後、導出コネクタ40を取り外してもよい。
その後、コック33を開くと、冷媒が、導出コネクタ40から回収コネクタ10を介してホース31に導出され、冷媒はホース31を通流した後、タンク32に貯溜される(図5参照)。
図9に示すように、閉じた系で回収される実施例では、エチレングリコール濃度及び導電率が維持され、品質が保証されることを示している。これに対し、冷媒が外気に開放された比較例1〜2では、水分等の蒸発のため、非導電性のエチレングリコール濃度が上昇すると共に、導電率が低下し、冷媒の品質が維持されないことを示している。
前記した実施形態では、燃料電池車に搭載された燃料電池スタック110を冷却する冷媒回路120から冷媒を回収する場合に、冷媒回収装置1を使用する場合を例示したが、定置型の燃料電池スタック及び冷媒回路から冷媒を回収する場合に使用してもよい。
10 回収コネクタ
10A イオン交換器側コネクタ
12 オス部
21、51 弁体
31 ホース
32 タンク
33 コック(流量調整手段)
40 導出コネクタ
43 メス部
110 燃料電池スタック(燃料電池)
120 冷媒回路
130 イオン交換器
A ノーマルクローズ型の導出弁
B ノーマルクローズ型の開閉弁
Claims (6)
- 燃料電池を経由するように冷媒を循環させると共に、冷媒を外部に導出するノーマルクローズ型の導出弁を有する導出コネクタを備える冷媒回路から、冷媒を回収する冷媒回収装置であって、
冷媒の回収時、前記導出コネクタに接続されることで、前記導出弁を開く回収コネクタと、
一端が前記回収コネクタに接続され、導出された冷媒が通流するホースと、
を備え、
前記ホースは、シリコーンブレードから形成されていることを特徴とする冷媒回収装置。 - 前記ホースの他端に接続され、回収された冷媒を貯溜するタンクを備える
ことを特徴とする請求項1に記載の冷媒回収装置。 - 前記ホースに設けられ、当該ホースを通流する冷媒の流量を調整する流量調整手段を備える
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冷媒回収装置。 - 前記回収コネクタは、前記導出コネクタに接続された場合に開くノーマルクローズ型の開閉弁を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の冷媒回収装置。 - 前記導出コネクタは、冷媒を回収しない通常時、循環する冷媒からイオンを回収するイオン交換器のノーマルクローズ型の開閉弁を有するイオン交換器側コネクタと接続され、
冷媒の回収時、前記導出コネクタと前記イオン交換器側コネクタとの接続を解除したことによって、前記導出弁及び前記開閉弁が閉じた後、前記導出コネクタと前記回収コネクタとが接続される
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の冷媒回収装置。 - 燃料電池と、当該燃料電池を経由するように冷媒を循環させる冷媒回路と、を備えるとともに、当該冷媒回路には、ノーマルクローズ型の導出弁を有する導出コネクタに接続されることで循環する冷媒からイオンを回収するイオン交換器が設けられている移動体であって、
前記イオン交換器は、ノーマルクローズ型の開閉弁を有するイオン交換器側コネクタを備えると共に、前記移動体の内部であって前記移動体のフレームにブラケットを介して着脱自在に取り付けられ、前記イオン交換器の外方であって前記フレームに設置されたカバーを取り外すことで、前記移動体の外部に臨むようになっており、
冷媒の回収時、前記カバーを取り外し、前記導出コネクタと前記イオン交換器側コネクタとの接続を解除したことによって、前記導出弁及び前記開閉弁が閉じた後、前記導出コネクタと請求項1から5のいずれか1項に記載の冷媒回収装置の前記回収コネクタとが接続されることを特徴とする移動体。
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