JP5543292B2 - In-vehicle fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの化学反応により電力を得る燃料電池と、前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置とを備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムに関する。   The present invention relates to an on-vehicle fuel cell system that is mounted on a vehicle, and includes a fuel cell that obtains electric power by a chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a cooling medium supply device that supplies a cooling medium to the fuel cell.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した発電ユニット（単位セル）を備えている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is provided by a pair of separators. It has a power generation unit (unit cell) sandwiched between them.

この種の燃料電池は、通常、所定の数（例えば、数百）の発電ユニットが積層される燃料電池スタックを構成している。燃料電池スタックは、例えば、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載されることにより、車載用燃料電池システムに組み込まれている。   This type of fuel cell normally constitutes a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several hundreds) of power generation units are stacked. The fuel cell stack is incorporated in an in-vehicle fuel cell system by being mounted on a fuel cell vehicle such as a fuel cell vehicle.

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムは、図５に示すように、燃料電池１に冷却水を循環させる冷却水経路２、前記冷却水を圧送する冷却水循環ポンプ３、及び前記冷却水の放熱を行うラジエータ４等から構成される冷却システムを備えている。   For example, as shown in FIG. 5, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 includes a cooling water path 2 that circulates cooling water to the fuel cell 1, a cooling water circulation pump 3 that pumps the cooling water, and the cooling. A cooling system including a radiator 4 for radiating water is provided.

冷却水循環ポンプ３は、ポンプ用モータ５と機械的に接続されている。ポンプ用モータ５を回転させることにより、冷却水循環ポンプ３を回転させて燃料電池１に冷却水を循環させている。燃料電池１で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４で系外に排出されている。   The cooling water circulation pump 3 is mechanically connected to the pump motor 5. By rotating the pump motor 5, the cooling water circulation pump 3 is rotated to circulate the cooling water in the fuel cell 1. Heat generated in the fuel cell 1 is discharged outside the system by the radiator 4 through the cooling water.

冷却ファン６は、冷却ファンモータ７と機械的に接続されている。冷却ファンモータ７を回転させることにより、冷却ファン６を回転させてラジエータ４に送風し、前記ラジエータ４より熱を外気に放出させている。冷却水経路２には、サーモスタット８が配設されている。   The cooling fan 6 is mechanically connected to the cooling fan motor 7. By rotating the cooling fan motor 7, the cooling fan 6 is rotated and blown to the radiator 4, and heat is released from the radiator 4 to the outside air. A thermostat 8 is disposed in the cooling water path 2.

サーモスタット８は、冷却水温度が所定の値より大きい場合は、ラジエータ４側に冷却水が流れるようにし、逆に冷却水温度が所定の値より小さい場合は、ラジエータバイパス経路側９に前記冷却水が流れるよう制御することで、温度制御を行っている。   When the cooling water temperature is higher than a predetermined value, the thermostat 8 causes the cooling water to flow to the radiator 4 side. Conversely, when the cooling water temperature is lower than the predetermined value, the thermostat 8 supplies the cooling water to the radiator bypass path side 9. The temperature is controlled by controlling so that flows.

特開２００５−１００７５２号公報JP 2005-1000075 A

しかしながら、上記の特許文献１では、低温の冷却水がラジエータ４に流れることを防止するために、前記ラジエータ４を迂回する専用のラジエータバイパス経路９が設けられている。従って、レイアウト性が低下するとともに、システム全体の小型化を図ることができないという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, a dedicated radiator bypass path 9 that bypasses the radiator 4 is provided in order to prevent low-temperature cooling water from flowing into the radiator 4. Therefore, there are problems that the layout performance is deteriorated and the entire system cannot be reduced in size.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、冷却媒体が必要以上に低温になることを確実に阻止するとともに、レイアウト性の向上及びシステム全体の小型化を図り、しかも温められた前記冷却媒体の冷却性を向上させることが可能な車載用燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves this kind of problem, and reliably prevents the cooling medium from becoming unnecessarily low, improves the layout and reduces the size of the entire system, and is also heated. An object is to provide an in-vehicle fuel cell system capable of improving the cooling performance of a medium.

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの化学反応により電力を得る燃料電池と、前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置とを備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to an in-vehicle fuel cell system that is mounted on a vehicle, and includes a fuel cell that obtains electric power by a chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a cooling medium supply device that supplies a cooling medium to the fuel cell. It is.

この車載用燃料電池システムでは、冷却媒体供給装置は、燃料電池に設けられる冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔に連通し、冷却媒体を前記燃料電池に循環させる冷却媒体循環路と、放熱器、送風機及びケース部材を有する熱交換機構と、冷却媒体循環路に冷却媒体を循環させるポンプと、冷却媒体循環路に配置され、冷却媒体の温度に基づいて切り換え制御される調整弁とを備えている。 In this in-vehicle fuel cell system, the cooling medium supply device communicates with a cooling medium inlet communication hole and a cooling medium outlet communication hole provided in the fuel cell, circulates the cooling medium to the fuel cell, and dissipates heat. vessel, a heat exchange mechanism with an air blower and the case member, adjustment and pump for circulating the cold却媒body cold却媒member circulation passage is disposed in the cold却媒body circulation, is switching control based on the temperature of the cold却媒body And a valve.

そして、放熱器は、冷却媒体を下方から上方に向かって流通させる熱交換部と、熱交換部の一端側に接続されるとともに、燃料電池から排出される冷却媒体を流入させる入口及び入口から熱交換部を経由することなく冷却媒体を流出させる第１出口を有する第１配管部と、熱交換部の他端側に接続されるとともに、冷却媒体を流出させる第２出口を有する第２配管部と、を備えている。この場合、第１配管部は熱交換部の下部に配置され、一方、第２配管部は熱交換部の上方に配置される。特に、第１配管部が熱交換部の下端に沿って延在し、且つ冷却媒体を流入させる入口と冷却媒体を流出させる第１出口とを連通させるべく直線状に形成されることが好ましい。 The radiator is connected to a heat exchanging portion for circulating the cooling medium from the lower side to the upper side, one end of the heat exchanging portion, and an inlet for introducing the cooling medium discharged from the fuel cell and heat from the inlet. A first piping part having a first outlet for letting out the cooling medium without passing through the exchange part, and a second piping part having a second outlet for letting out the cooling medium while being connected to the other end side of the heat exchange part And. In this case, a 1st piping part is arrange | positioned under the heat exchange part, while a 2nd piping part is arrange | positioned above a heat exchange part. In particular, it is preferable that the first piping part extends along the lower end of the heat exchange part and is formed in a straight line so as to communicate the inlet through which the cooling medium flows in and the first outlet through which the cooling medium flows out.

ケース部材は、熱交換器の後方から送風機及び熱交換部の一部を覆って設けられ、調整弁は、冷却媒体の温度に基づいて、第１出口と第２出口とを、冷却媒体入口連通孔に選択的に接続している。 The case member is provided so as to cover a part of the blower and the heat exchange part from the rear of the heat exchanger, and the adjustment valve communicates the first outlet and the second outlet with the cooling medium inlet based on the temperature of the cooling medium. Selectively connected to the hole.

また、この車載用燃料電池システムでは、熱交換機構は、車両の進行方向前方から後方に向かって、放熱器、送風機及びケース部材の順に配設される。 Further, in this vehicle fuel cell system, the heat exchange mechanism is rearward from forward traveling direction of the vehicle, a radiator, Ru are arranged in this order of the blower and the case member.

本発明によれば、放熱器を構成する第１配管部には、冷却媒体を流入させる入口及び入口から熱交換部を経由することなく冷却媒体を流出させる第１出口が設けられる一方、第２配管部には、冷却媒体を流出させる第２出口が設けられている。そして、調整弁の切り替え制御下に、低負荷時（低温時）には、第１配管部の入口に流入した冷却媒体は、第１配管部の第１出口から燃料電池の冷却媒体入口連通孔に流出されている。このため、第１配管部は、熱交換部を迂回するバイパス流路として機能することができる。 According to the present invention, the first piping part that constitutes the radiator is provided with an inlet through which the cooling medium flows and a first outlet through which the cooling medium flows out from the inlet without passing through the heat exchange unit, the pipe portion, a second outlet for discharging the cold却媒body is provided. Then, under the switching control of the adjusting valve, in the low load (low temperature), the cooling medium that has flowed into the inlet of the first pipe part, coolant supply passage of the fuel cell from the first outlet of the first pipe section Has been leaked to. For this reason, a 1st piping part can function as a bypass flow path which detours a heat exchange part.

これにより、専用のバイパス流路が不要になり、レイアウト性の向上を図るとともに、システム全体の小型化が容易に図られる。   This eliminates the need for a dedicated bypass flow path, improves layout, and facilitates downsizing of the entire system.

しかも、ケース部材は、送風機及び熱交換部の一部を覆って設けられている。このため、熱交換部には、ケース部材により覆われていない部分（以下、開放部分ともいう）が存在し、前記開放部分には、他の部分（ケース部材に覆われた部分、以下、被覆部分ともいう）よりも走行風の風量が多く供給される。開放部分は、ケース部材や送風機による圧損が少なくなり、走行風が通り易く、多量の走行風が流通するからである。従って、走行風温度と冷却媒体温度との温度差は、開放部分の方が被覆部分よりも大きくなり、高温の冷却媒体を迅速に冷却することができる。 Moreover, the case member is provided so as to cover a part of the blower and the heat exchange unit. For this reason, the heat exchange part has a part (hereinafter also referred to as an open part) that is not covered by the case member, and the open part has another part (a part covered by the case member, hereinafter referred to as a cover). air volume of the part also called) good remote traveling air is often supplied. This is because the open portion is less subject to pressure loss due to the case member and the blower, travel air is easy to pass, and a large amount of travel air flows. Accordingly, the temperature difference between the traveling wind temperature and the cooling medium temperature is larger in the open part than in the covering part, and the high-temperature cooling medium can be cooled quickly.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムを構成する冷却媒体供給装置の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the cooling medium supply apparatus which comprises the said fuel cell system. 低負荷時における前記冷却媒体供給装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said cooling medium supply apparatus at the time of low load. 高負荷時における前記冷却媒体供給装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said cooling medium supply apparatus at the time of high load. 特許文献１に開示されている燃料電池システムの概略説明図である。1 is a schematic explanatory diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG.

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０は、車両、例えば、燃料電池自動車（図示せず）に組み込まれる。なお、図１は、燃料電池システム１０の概略構成を示しており、配管の接続関係、例えば、上下の関係や左右の関係は実際とは異なっている。特に、後述する冷却媒体供給装置１４は、実際上、図２に示す位置関係に設定される。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention is incorporated in a vehicle, for example, a fuel cell automobile (not shown). FIG. 1 shows a schematic configuration of the fuel cell system 10, and the connection relationship of piping, for example, the vertical relationship and the horizontal relationship is different from the actual relationship. In particular, the cooling medium supply device 14 to be described later is actually set to the positional relationship shown in FIG.

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガス（反応ガス）を供給するための燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガス（反応ガス）を供給するための酸化剤ガス供給装置１８と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（ＥＣＵ）２０とを備える。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, a cooling medium supply device 14 for supplying a cooling medium to the fuel cell stack 12, and a fuel for supplying fuel gas (reactive gas) to the fuel cell stack 12. A gas supply device 16, an oxidant gas supply device 18 for supplying an oxidant gas (reactive gas) to the fuel cell stack 12, and a controller (ECU) 20 that controls the fuel cell system 10 as a whole. .

燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２２が積層されるとともに、積層方向の両端には、ターミナルプレート２４ａ、２４ｂ及び絶縁プレート２６ａ、２６ｂを介してエンドプレート２８ａ、２８ｂが配設される。燃料電池スタック１２は、例えば、エンドプレート２８ａ、２８ｂを端板とするケーシング（図示せず）、又は前記エンドプレート２８ａ、２８ｂ間を締結するタイロッド（図示せず）を備える。   In the fuel cell stack 12, a plurality of fuel cells 22 are stacked, and end plates 28a, 28b are disposed at both ends in the stacking direction via terminal plates 24a, 24b and insulating plates 26a, 26b. The fuel cell stack 12 includes, for example, a casing (not shown) having end plates 28a and 28b as end plates, or tie rods (not shown) that fasten the end plates 28a and 28b.

一対のターミナルプレート２４ａ、２４ｂには、電力取り出し端子３０ａ、３０ｂが設けられている。電力取り出し端子３０ａ、３０ｂは、負荷回路３２に接続されるとともに、前記負荷回路３２には、走行用駆動モータ３４や補機類（図示せず）が接続される。   The pair of terminal plates 24a and 24b are provided with power extraction terminals 30a and 30b. The power extraction terminals 30 a and 30 b are connected to a load circuit 32, and to the load circuit 32, a traveling drive motor 34 and auxiliary equipment (not shown) are connected.

各燃料電池２２は、例えば、固体高分子型燃料電池が使用され、図示しないが、電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体を挟持するセパレータとを備える。   Each fuel cell 22 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and includes an electrolyte membrane / electrode structure and a separator sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure (not shown).

エンドプレート２８ａには、燃料電池２２を冷却するための冷却媒体を流通させる冷却媒体入口連通孔５４ａ及び冷却媒体出口連通孔５４ｂが、前記燃料電池２２の積層方向に延在して設けられる。エンドプレート２８ｂには、燃料電池２２に燃料ガスを流通させる燃料ガス入口連通孔５６ａ及び燃料ガス出口連通孔５６ｂと、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス入口連通孔５８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５８ｂとが、前記燃料電池２２の積層方向に延在して設けられる。   The end plate 28 a is provided with a cooling medium inlet communication hole 54 a and a cooling medium outlet communication hole 54 b through which a cooling medium for cooling the fuel cell 22 circulates, extending in the stacking direction of the fuel cells 22. The end plate 28b includes a fuel gas inlet communication hole 56a and a fuel gas outlet communication hole 56b through which the fuel gas flows to the fuel cell 22, and an oxidant gas inlet communication hole 58a and an oxidant gas outlet communication hole through which the oxidant gas flows. 58b extending in the stacking direction of the fuel cells 22.

冷却媒体供給装置１４は、図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１２に設けられる冷却媒体入口連通孔５４ａ及び冷却媒体出口連通孔５４ｂに連通し、冷却媒体を前記燃料電池スタック１２に循環させる冷却媒体循環路６０と、燃料電池自動車の進行方向前方（矢印Ａ方向）から後方（矢印Ｂ方向）に向かって、放熱器６２、送風機６４及びケース部材（シュラウド）６６の順に配設される熱交換機構６８と、前記冷却媒体循環路６０に前記冷却媒体を循環させるポンプ７０と、前記冷却媒体循環路６０に配置され、前記冷却媒体の温度に基づいて切り換え制御される調整弁、例えば、サーモスタット７２とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the cooling medium supply device 14 communicates with a cooling medium inlet communication hole 54 a and a cooling medium outlet communication hole 54 b provided in the fuel cell stack 12, and supplies the cooling medium to the fuel cell stack 12. A cooling medium circulation path 60 to be circulated, and a radiator 62, a blower 64, and a case member (shroud) 66 are arranged in this order from the front (arrow A direction) to the rear (arrow B direction) of the fuel cell vehicle. A heat exchanging mechanism 68, a pump 70 that circulates the cooling medium in the cooling medium circulation path 60, an adjustment valve that is disposed in the cooling medium circulation path 60 and is controlled to be switched based on the temperature of the cooling medium, for example, And a thermostat 72.

放熱器６２は、フィン７４を有する熱交換部（コア部）７６、前記熱交換部７６の入口側に設けられ、燃料電池スタック１２の冷却媒体出口連通孔５４ｂから排出される冷却媒体を流入させる入口７８と前記冷却媒体を冷却媒体循環路６０に流出させる第１出口８０ａとを有する第１配管部（ロアタンク）８２、及び前記熱交換部７６の出口側に設けられ、前記冷却媒体を前記冷却媒体循環路６０に流出させる第２出口８０ｂを有する第２配管部（アッパタンク）８４を備える。   The radiator 62 is provided on the inlet side of the heat exchanging portion (core portion) 76 having the fins 74 and the heat exchanging portion 76, and allows the cooling medium discharged from the cooling medium outlet communication hole 54 b of the fuel cell stack 12 to flow. A first piping part (lower tank) 82 having an inlet 78 and a first outlet 80a for allowing the cooling medium to flow out into the cooling medium circulation path 60 and the outlet side of the heat exchanging part 76 are provided to cool the cooling medium. A second piping part (upper tank) 84 having a second outlet 80 b that flows out to the medium circulation path 60 is provided.

熱交換部７６は、冷却媒体を下方から上方に向かって流通させるアップフローを採用するとともに、第１配管部８２は、前記熱交換部７６の下方に配置される一方、前記第２配管部８４は、前記熱交換部７６の上方に配置される。   The heat exchanging unit 76 employs an upflow for circulating the cooling medium from below to above, and the first piping unit 82 is disposed below the heat exchanging unit 76, while the second piping unit 84. Is disposed above the heat exchange section 76.

送風機６４は、左右に２台併設されており、ケース部材６６は、前記送風機６４及び熱交換部７６の一部を覆って設けられる。具体的には、ケース部材６６は、第１配管部８２及び第２配管部８４を除き且つ熱交換部７６の後方から送風機６４及び熱交換部７６の上方の一部を覆って設けられる。   Two fans 64 are provided on the left and right sides, and the case member 66 is provided so as to cover a part of the fan 64 and the heat exchanging unit 76. Specifically, the case member 66 is provided so as to cover a part above the blower 64 and the heat exchange unit 76 from the rear of the heat exchange unit 76 except for the first piping unit 82 and the second piping unit 84.

サーモスタット７２は、冷却媒体の温度に基づいて、第１出口８０ａと第２出口８０ｂとを、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口連通孔５４ａに選択的に接続する。具体的には、冷却媒体循環路６０の一端側は、第１配管部８２の入口７８に接続されるとともに、前記冷却媒体循環路６０の他端側は、ポンプ７０及びサーモスタット７２に接続される。第１配管部８２の第１出口８０ａとサーモスタット７２の一方の入口とは、第１排出配管８６ａを介して接続される一方、第２配管部８４の第２出口８０ｂと前記サーモスタット７２の他方の入口とは、第２排出配管８６ｂを介して接続される。   The thermostat 72 selectively connects the first outlet 80a and the second outlet 80b to the cooling medium inlet communication hole 54a of the fuel cell stack 12 based on the temperature of the cooling medium. Specifically, one end side of the cooling medium circulation path 60 is connected to the inlet 78 of the first piping section 82, and the other end side of the cooling medium circulation path 60 is connected to the pump 70 and the thermostat 72. . The first outlet 80a of the first piping part 82 and one inlet of the thermostat 72 are connected via the first discharge pipe 86a, while the second outlet 80b of the second piping part 84 and the other of the thermostat 72 are connected. The inlet is connected via the second discharge pipe 86b.

燃料ガス供給装置１６は、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔５６ａ及び燃料ガス出口連通孔５６ｂに接続される。酸化剤ガス供給装置１８は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔５８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５８ｂに接続される。   The fuel gas supply device 16 is connected to the fuel gas inlet communication hole 56 a and the fuel gas outlet communication hole 56 b of the fuel cell stack 12. The oxidant gas supply device 18 is connected to the oxidant gas inlet communication hole 58 a and the oxidant gas outlet communication hole 58 b of the fuel cell stack 12.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

先ず、図１に示すように、燃料ガス供給装置１６が駆動され、エンドプレート２８ｂの燃料ガス入口連通孔５６ａを通って燃料電池スタック１２内に燃料ガスが導入される。一方、酸化剤ガス供給装置１８が駆動され、酸化剤ガスである外部空気は、エンドプレート２８ｂの酸化剤ガス入口連通孔５８ａを通って燃料電池スタック１２内に供給される。   First, as shown in FIG. 1, the fuel gas supply device 16 is driven, and the fuel gas is introduced into the fuel cell stack 12 through the fuel gas inlet communication hole 56a of the end plate 28b. On the other hand, the oxidant gas supply device 18 is driven, and external air that is oxidant gas is supplied into the fuel cell stack 12 through the oxidant gas inlet communication hole 58a of the end plate 28b.

このため、燃料電池スタック１２内では、アノード側に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側に供給される空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。従って、燃料電池スタック１２から負荷回路３２に電力が供給され、前記負荷回路３２を介して走行用駆動モータ３４や補機類（図示せず）に所望の電力が供給される。これにより、燃料電池自動車（図示せず）は、走行可能になる。   Therefore, in the fuel cell stack 12, fuel gas (hydrogen) supplied to the anode side and oxygen in the air supplied to the cathode side are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, and power generation is performed. Done. Accordingly, electric power is supplied from the fuel cell stack 12 to the load circuit 32, and desired electric power is supplied to the travel drive motor 34 and auxiliary machines (not shown) via the load circuit 32. As a result, the fuel cell vehicle (not shown) can run.

さらに、冷却媒体供給装置１４では、ポンプ７０の作用下に、冷却媒体循環路６０からエンドプレート２８ａの冷却媒体入口連通孔５４ａを通って燃料電池スタック１２内に冷却媒体が導入される。冷却媒体は、燃料電池２２を冷却した後、エンドプレート２８ａの冷却媒体出口連通孔５４ｂから冷却媒体循環路６０に排出される。   Further, in the cooling medium supply device 14, the cooling medium is introduced into the fuel cell stack 12 from the cooling medium circulation path 60 through the cooling medium inlet communication hole 54 a of the end plate 28 a under the action of the pump 70. After cooling the fuel cell 22, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 54b of the end plate 28a to the cooling medium circulation path 60.

燃料電池スタック１２の起動時及び低負荷運転時には、前記燃料電池スタック１２から排出される冷却媒体の温度が比較的低温となっている。サーモスタット７２は、第１配管部８２の第１出口８０ａを燃料電池スタック１２の冷却媒体入口連通孔５４ａに接続させる。このため、図３に示すように、燃料電池スタック１２から冷却媒体循環路６０に排出された冷却媒体は、入口７８から第１配管部８２内に導入された後、前記第１配管部８２の第１出口８０ａから第１排出配管８６ａに排出される。   During startup of the fuel cell stack 12 and during low load operation, the temperature of the cooling medium discharged from the fuel cell stack 12 is relatively low. The thermostat 72 connects the first outlet 80 a of the first piping part 82 to the coolant inlet communication hole 54 a of the fuel cell stack 12. For this reason, as shown in FIG. 3, the cooling medium discharged from the fuel cell stack 12 to the cooling medium circulation path 60 is introduced into the first piping part 82 from the inlet 78, and then the first piping part 82. The gas is discharged from the first outlet 80a to the first discharge pipe 86a.

この冷却媒体は、サーモスタット７２及びポンプ７０を通って冷却媒体循環路６０に供給される。すなわち、冷却媒体は、放熱器６２の熱交換部７６をバイパスして燃料電池スタック１２の冷却媒体入口連通孔５４ａに循環される。   This cooling medium is supplied to the cooling medium circulation path 60 through the thermostat 72 and the pump 70. That is, the cooling medium is circulated to the cooling medium inlet communication hole 54 a of the fuel cell stack 12, bypassing the heat exchange part 76 of the radiator 62.

次いで、燃料電池スタック１２が高負荷運転に移行すると、前記燃料電池スタック１２から排出される冷却媒体の温度が比較的高温になる。従って、サーモスタット７２は、第２配管部８４の第２出口８０ｂを燃料電池スタック１２の冷却媒体入口連通孔５４ａに接続させる。   Next, when the fuel cell stack 12 shifts to high load operation, the temperature of the cooling medium discharged from the fuel cell stack 12 becomes relatively high. Accordingly, the thermostat 72 connects the second outlet 80 b of the second piping portion 84 to the coolant inlet communication hole 54 a of the fuel cell stack 12.

これにより、図４に示すように、入口７８から第１配管部８２内に導入された冷却媒体は、熱交換部７６のフィン７４に沿って下方から上方に移動しながら、送風機６４及び走行風によって冷却される。具体的には、入口７８から第１配管部８２内に導入された冷却媒体は、最も高温の状態で、先ず、ケース部材６６により覆われていない熱交換部７６のフィン７４の部分（開放部分）を通過する。このため、冷却媒体は、最高温度の状態で、最も走行風が当たる熱交換部７６のフィン７４の部分（開放部分）を通過することになり、前記冷却媒体を効率的に冷却することができる。熱交換部７６のフィン７４の部分（開放部分）は、高負荷時の圧損が、ケース部材６６により覆われた他の部分（被覆部分）よりも低減されるため、走行風が通り易く、多量の走行風が流通するからである。   As a result, as shown in FIG. 4, the cooling medium introduced into the first piping part 82 from the inlet 78 moves upward from below along the fins 74 of the heat exchanging part 76, while the blower 64 and the traveling wind. Cooled by. Specifically, the cooling medium introduced into the first piping part 82 from the inlet 78 is in the highest temperature state, and first, the fin 74 part (open part) of the heat exchange part 76 not covered by the case member 66. ). For this reason, the cooling medium passes through the fin 74 portion (open portion) of the heat exchanging portion 76 to which the traveling wind hits most in the state of the highest temperature, and the cooling medium can be efficiently cooled. . The fin 74 portion (open portion) of the heat exchanging portion 76 has a pressure loss under a high load reduced more than other portions (covered portions) covered by the case member 66, so that traveling wind is easy to pass and a large amount This is because the running wind of the car circulates.

冷却された冷却媒体は、第２配管部８４内に導入され、第２出口８０ｂから第２排出配管８６ｂに排出され、サーモスタット７２及びポンプ７０を介して冷却媒体循環路６０から冷却媒体入口連通孔５４ａに供給される。   The cooled cooling medium is introduced into the second pipe portion 84, discharged from the second outlet 80b to the second discharge pipe 86b, and from the cooling medium circulation path 60 through the thermostat 72 and the pump 70 to the cooling medium inlet communication hole. 54a.

この場合、本実施形態では、放熱器６２を構成する第１配管部８２には、冷却媒体を流入させる入口７８及び前記冷却媒体を流出させる第１出口８０ａが設けられる一方、第２配管部８４には、前記冷却媒体を流出させる第２出口８０ｂが設けられている。そして、サーモスタット７２は、冷却媒体の温度に基づいて、第１出口８０ａと第２出口８０ｂとを、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口連通孔５４ａに選択的に接続している。   In this case, in the present embodiment, the first piping portion 82 that constitutes the radiator 62 is provided with an inlet 78 through which the cooling medium flows and a first outlet 80a through which the cooling medium flows out, while the second piping portion 84. Is provided with a second outlet 80b through which the cooling medium flows out. The thermostat 72 selectively connects the first outlet 80a and the second outlet 80b to the cooling medium inlet communication hole 54a of the fuel cell stack 12 based on the temperature of the cooling medium.

従って、低負荷時には、第１配管部８２の第１出口８０ａと冷却媒体入口連通孔５４ａとが接続されるため、前記第１配管部８２の入口７８に流入した冷却媒体は、前記第１出口８０ａから第１排出配管８６ａに流出される（図３参照）。このため、第１配管部８２は、熱交換部７６を迂回するバイパス流路として機能することができる。   Accordingly, when the load is low, the first outlet 80a of the first piping part 82 and the cooling medium inlet communication hole 54a are connected, so that the cooling medium that has flowed into the inlet 78 of the first piping part 82 flows into the first outlet. It flows out from 80a to the 1st discharge piping 86a (refer to Drawing 3). For this reason, the first piping section 82 can function as a bypass flow path that bypasses the heat exchange section 76.

これにより、専用のバイパス流路が不要になり、レイアウト性の向上を図るとともに、燃料電池システム１０全体の小型化が容易に図られるという効果が得られる。その上、部品点数の削減及びコストの削減が図られ、経済的であるという利点がある。   As a result, there is no need for a dedicated bypass flow path, so that the layout can be improved and the entire fuel cell system 10 can be easily reduced in size. In addition, the number of parts and the cost can be reduced, which is advantageous in that it is economical.

さらに、ケース部材６６に覆われていない熱交換部７６のフィン７４の部分（開放部分）に、冷却媒体が流入されている。このため、特に高負荷時において、ケース部材６６による圧損が惹起されることがなく、冷却媒体は、燃料電池自動車（図示せず）の走行によって発生する走行風を介して効率的に冷却される。   Further, the cooling medium flows into the fin 74 portion (open portion) of the heat exchanging portion 76 not covered with the case member 66. For this reason, the pressure loss due to the case member 66 is not caused particularly at the time of a high load, and the cooling medium is efficiently cooled via the traveling wind generated by the traveling of the fuel cell vehicle (not shown). .

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ケース部材６６は、熱交換部７６の後方から送風機６４及び熱交換部７６の上方の一部を覆って設けられているが、前記熱交換部７６の後方から送風機６４及び熱交換部７６の下方の一部を覆って設けてもよい。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in this embodiment, the case member 66 is provided so as to cover the blower 64 and a part above the heat exchange unit 76 from the rear of the heat exchange unit 76, but the blower 64 from the rear of the heat exchange unit 76. In addition, a part below the heat exchanging unit 76 may be covered.

また、本実施形態では、送風機６４を燃料電池自動車の進行方向に対して熱交換部７６の後方に配置しているが、例えば、前記熱交換部７６の前方に配置してもよい。   Moreover, in this embodiment, although the air blower 64 is arrange | positioned in the back of the heat exchange part 76 with respect to the advancing direction of a fuel cell vehicle, you may arrange | position in the front of the said heat exchange part 76, for example.

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…冷却媒体供給装置 １６…燃料ガス供給装置
１８…酸化剤ガス供給装置 ２０…コントローラ
２２…燃料電池 ２８ａ、２８ｂ…エンドプレート
３２…負荷回路 ３４…走行用駆動モータ
５４ａ…冷却媒体入口連通孔 ５４ｂ…冷却媒体出口連通孔
６０…冷却媒体循環路 ６２…放熱器
６４…送風機 ６６…ケース部材
６８…熱交換機構 ７０…ポンプ
７２…サーモスタット ７６…熱交換部
７８…入口 ８０ａ、８０ｂ…出口
８２、８４…配管部 ８６ａ、８６ｂ…排出配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Cooling medium supply device 16 ... Fuel gas supply device 18 ... Oxidant gas supply device 20 ... Controller 22 ... Fuel cell 28a, 28b ... End plate 32 ... Load circuit 34 ... For driving | running | working Drive motor 54a ... Cooling medium inlet communication hole 54b ... Cooling medium outlet communication hole 60 ... Cooling medium circulation path 62 ... Radiator 64 ... Blower 66 ... Case member 68 ... Heat exchange mechanism 70 ... Pump 72 ... Thermostat 76 ... Heat exchange section 78 ... Inlet 80a, 80b ... Outlet 82, 84 ... Piping part 86a, 86b ... Exhaust pipe

Claims (3)

燃料ガス及び酸化剤ガスの化学反応により電力を得る燃料電池と、前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置とを備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記冷却媒体供給装置は、前記燃料電池に設けられる冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔に連通し、前記冷却媒体を前記燃料電池に循環させる冷却媒体循環路と、
放熱器、送風機及びケース部材を有する熱交換機構と、
前記冷却媒体循環路に前記冷却媒体を循環させるポンプと、
前記冷却媒体循環路に配置され、前記冷却媒体の温度に基づいて切り換え制御される調整弁と、
を備え、
前記放熱器は、前記冷却媒体を下方から上方に向かって流通させる熱交換部と、前記熱交換部の一端側に接続されるとともに、前記燃料電池から排出される前記冷却媒体を流入させる入口及び前記入口から前記熱交換部を経由することなく前記冷却媒体を流出させる第１出口を有する第１配管部と、前記熱交換部の他端側に接続されるとともに、前記冷却媒体を流出させる第２出口を有する第２配管部と、を備え、
前記第１配管部は前記熱交換部の下部に配置され、一方、前記第２配管部は前記熱交換部の上部に配置され、
前記第１配管部は前記熱交換部の下端に沿って延在し、且つ前記第１配管部は前記冷却媒体を流入させる入口と前記冷却媒体を流出させる第１出口とを連通させるべく直線状に形成され、
しかも、前記ケース部材は、前記送風機及び前記熱交換部の一部を覆って設けられ、
前記調整弁は、前記冷却媒体の温度に基づいて、前記第１出口と前記第２出口とを、前記冷却媒体入口連通孔に選択的に接続することを特徴とする車載用燃料電池システム。An in-vehicle fuel cell system mounted on a vehicle, comprising: a fuel cell that obtains electric power by a chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas; and a cooling medium supply device that supplies a cooling medium to the fuel cell.
The cooling medium supply device communicates with a cooling medium inlet communication hole and a cooling medium outlet communication hole provided in the fuel cell, and circulates the cooling medium to the fuel cell.
A heat exchange mechanism having a radiator, a blower and a case member;
A pump for circulating the cooling medium in the cooling medium circulation path;
An adjustment valve disposed in the cooling medium circulation path and controlled to be switched based on the temperature of the cooling medium;
With
The radiator is connected to one end side of the heat exchanging unit, a heat exchanging unit that circulates the cooling medium from the lower side to the upper side, and an inlet through which the cooling medium discharged from the fuel cell flows. A first piping part having a first outlet for letting out the cooling medium from the inlet without passing through the heat exchange part, and a first pipe part connected to the other end side of the heat exchange part, and for causing the cooling medium to flow out. A second piping part having two outlets ,
The first piping part is disposed at a lower part of the heat exchange part, while the second piping part is disposed at an upper part of the heat exchange part,
The first piping portion extends along a lower end of the heat exchange portion, and the first piping portion is linear so as to communicate an inlet through which the cooling medium flows in and a first outlet through which the cooling medium flows out. Formed into
Moreover, the case member is provided so as to cover a part of the blower and the heat exchange unit,
The on-board fuel cell system, wherein the regulating valve selectively connects the first outlet and the second outlet to the cooling medium inlet communication hole based on the temperature of the cooling medium. 請求項１記載の車載用燃料電池システムにおいて、熱交換機構は、前記車両の進行方向前方から後方に向かって、前記放熱器、前記送風機及び前記ケース部材の順に配設され、
前記ケース部材は、前記熱交換部の後方から前記送風機及び前記熱交換部の上方の一部を覆って設けられることを特徴とする車載用燃料電池システム。 The in-vehicle fuel cell system according to claim 1, wherein the heat exchange mechanism is arranged in the order of the radiator, the blower, and the case member from the front to the rear in the traveling direction of the vehicle .
Before SL case member, vehicle fuel cell system, characterized in that provided from the rear of the heat exchanger over a portion of the upper of the blower and the heat exchanger unit. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記冷却媒体の入口は、前記第１配管部の長手方向一端側に設けられ、
前記冷却媒体の第１出口は、前記第１配管部の長手方向他端側に設けられることを特徴とする車載用燃料電池システム。 The in-vehicle fuel cell system according to any one of claims 1 and 2 ,
The inlet of the pre-Symbol cooling medium is provided at one longitudinal end of said first pipe section,
The on-vehicle fuel cell system, wherein the first outlet of the cooling medium is provided on the other end side in the longitudinal direction of the first piping section.
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