冷却システム、およびその冷媒の充填方法並びに排出方法
【課題】サーモスタット側方の冷媒路内に空気溜りが生じ難い冷却システム、およびこの冷却システムにおける冷媒の充填方法並びに排出方法を提供する。
【解決手段】冷却システムは、被冷却体とラジエータとの間の冷媒路に設けられ、冷媒の温度に応じて弁体が開閉して冷媒の循環を制御するサーモスタットを備えた冷却システムであって、サーモスタット１０は、ジグルバルブ２２を有しており、冷媒の充填時にジグルバルブ２２を通じて空気が抜ける側となる、ジグルバルブ２２側方の冷媒路壁には、ジグルバルブ２２よりも高い位置に空気溜り部１２が形成されており、空気溜り部１２には、冷媒の充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔１３が設けられていることを特徴とする。
【解決手段】冷却システムは、被冷却体とラジエータとの間の冷媒路に設けられ、冷媒の温度に応じて弁体が開閉して冷媒の循環を制御するサーモスタットを備えた冷却システムであって、サーモスタット１０は、ジグルバルブ２２を有しており、冷媒の充填時にジグルバルブ２２を通じて空気が抜ける側となる、ジグルバルブ２２側方の冷媒路壁には、ジグルバルブ２２よりも高い位置に空気溜り部１２が形成されており、空気溜り部１２には、冷媒の充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔１３が設けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システム、およびその冷媒の充填方法並びに排出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池を用いたシステムでは、燃料電池スタックを冷却するためにラジエータを用いた冷却システムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
この冷却システムでは、燃料電池スタックに導入する冷媒としての冷却水の温度を制御できるように、冷却水が通流する冷媒路中にサーモスタットが設けられており、燃料電池スタックの温度が低い状態では、サーモスタットのバルブが閉じられることによって、冷却水がラジエータを経由せずにバイパス通路を介して循環されるように制御され、また、冷却水の温度が高くなった場合には、サーモスタットのバルブが開いて、冷却水がラジエータを通して循環されることで、冷却水の温度を所望の状態に制御することができるようになっている。
【０００３】
ところで、このようなサーモスタットを備えた冷却システムにおいて、サーモスタットのバルブと並列にジグルバルブが設けられたものが知られている。ジグルバルブは、冷却水の充填時に冷媒路に溜まった空気を抜くためのものであり、一般的に、開閉弁の取付フランジ部に設けられた空気抜き用の通路を開閉するように設けられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４２７６７号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９８７７号公報
【特許文献３】特開平９−１３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記した従来の冷却システムでは、ジグルバルブを用いて冷媒路に溜まった空気を抜くようにしている。しかしながら、ジグルバルブは、一般的にバルブの取付フランジ部に設けられているため、冷媒路のレイアウト等や冷媒路に対するサーモスタットの取付姿勢（取付態様）によっては、ジグルバルブを通じて抜けた空気が、サーモスタット側方の冷媒路内に溜まって空気溜りを生じることがあり、そのような場合には、溜まった空気を充填時に完全に抜くことができないという難点があった。
【０００６】
また、冷却システムにおいて冷媒を排出する際に、効率よく排出することのできる技術の提供が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は、サーモスタット側方の冷媒路内に空気溜りが生じ難い冷却システム、およびこの冷却システムにおける冷媒の充填方法並びに排出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の冷却システムは、被冷却体とラジエータとの間の冷媒路に設けられ、冷媒の温度に応じて弁体が開閉して冷媒の循環を制御するサーモスタットを備えた冷却システムであって、前記サーモスタットは、ジグルバルブを有しており、冷媒の充填時に前記ジグルバルブを通じて空気が抜ける側となる、前記ジグルバルブ側方の冷媒路壁には、前記ジグルバルブよりも高い位置に空気溜り部が形成されており、前記空気溜り部には、冷媒の充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この冷却システムによれば、サーモスタットの側方部位における冷媒路壁には、ジグルバルブよりも高い位置に空気溜り部が形成されているので、例えば、冷媒としての冷却水等の充填時にジグルバルブを通じて抜けた空気をこの空気溜り部に溜めることができ、ジグルバルブを通じて確実な空気抜きを行うことができる。そして、空気溜り部には、充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔が設けられているので、この空気抜き孔を通じて空気溜り部に溜まった空気を排出することができ、サーモスタットの周りにおける冷媒路に空気が残留するのを確実に阻止することができる。
これにより、冷却水の変動量を減少することができ、冷却水を貯留するリザーブタンクの小型化も可能になる。
【００１０】
したがって、このような冷却システムを、燃料電池システムの冷却系に用いた場合には、冷媒としての冷却水等の充填時にサーモスタットの周りに設けられる冷媒路内の空気を好適に排出することができるようになり、そのことによって燃料電池の好適な冷却が実現されて、耐久性、信頼性に優れた燃料電池システムが得られる。
【００１１】
また、前記空気溜り部は、前記サーモスタットを収容する収容ケースの一部を上方へ膨出形成することによって設けられている構成とするのがよい。このように構成することによって、サーモスタットの側方部位に空気溜り部を容易に配置することができる。
【００１２】
また、前記空気抜き孔は、前記空気溜り部の最上部に位置している構成とするのがよい。このような構成とすることによって、空気溜り部に溜まった空気をスムーズに排出することができ、より一層確実な空気抜きを行うことができる。
【００１３】
また、前記空気抜き孔には、大気側に通じる空気抜き管が接続されている構成とするのがよい。このような構成とすることによって、空気抜き管を通じ、大気側にスムーズに空気を排出することができる。ところで、空気抜きを行う際には、空気抜き管内が冷媒で満たされるように、つまり、空気抜き管を通じて冷媒が排出されるようにすることで、空気抜き管を通じた空気の排出を確実に行うことができる。
【００１４】
また、前記空気抜き管は、その管路に空気抜き弁を備える構成とするのがよい。このような構成とすることによって、空気抜き管の管路を空気抜き弁によって開閉することができ、開弁状態にすることによって管路を大気側へ連通することができる。これにより、空気や冷媒を容易に排出することができる。また、閉弁状態にすることによって、大気側への連通を遮断することができ、空気抜き後に、空気抜き管を通じて冷媒路に空気が混入するのを容易に阻止することができる。
【００１５】
また、本発明の冷却システムにおける冷媒の充填方法は、前記空気抜き孔に、大気側に通じる空気抜き管が接続された冷却システム、または、空気抜き管の管路に空気抜き弁を備える冷却システムにおいて、前記冷媒路に冷媒を充填しながら、前記ジグルバルブを通じて前記空気溜り部側に空気を抜くステップと、前記空気溜り部に溜まった空気を前記空気抜き孔から前記空気抜き管を通じて抜きつつ、前記空気抜き管内を冷媒で満たすステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この冷媒の充填方法によれば、空気を抜くステップにより、冷媒路に冷媒を充填しながら、ジグルバルブを通じて空気溜り部側に空気が抜かれ、冷媒で満たすステップにより、空気溜り部に溜まった空気が空気抜き孔から空気抜き管を通じて排出され、空気抜き管内が冷媒で満たされる。つまり、冷媒の充填時には、冷媒を充填しながら空気抜き管を通じて冷媒路内の空気を好適に抜くことができ、空気抜き管から冷媒が出てきて空気抜き管が冷媒で満たされる状態となったら、空気抜きが完了して冷媒路が冷媒で満たされ、冷媒の充填が完了したことを確認することができる。
したがって、冷媒路が冷媒で満たされたことを容易に確認することができ、空気抜きを伴う冷媒の充填作業を容易に行うことができる。
また、空気抜き管の管路に空気抜き弁を備える冷却システムにおいては、冷媒の充填時に、開弁状態にすることによって、冷媒路内の空気を空気抜き管を通じて好適に抜くことができる。また、空気抜き管から冷媒が出てきて空気抜き管が冷媒で満たされる状態となったら、閉弁状態にすることによって、空気抜き管を大気側から遮断しつつ冷媒路に空気が混入するのを好適に防止することができる。
【００１７】
したがって、このような冷媒の充填方法により、燃料電池システムの冷却系に冷媒としての冷却水等を充填した場合には、冷却水の充填時にサーモスタットの周りに設けられる冷媒路内の空気を好適に排出することができるようになり、燃料電池の好適な冷却が実現されて、耐久性、信頼性に優れた燃料電池システムが得られる。
【００１８】
また、本発明の冷却システムにおける冷媒の排出方法は、前記空気抜き管の管路に空気抜き弁を備える冷却システムにおいて、前記冷媒路は、当該冷媒路内に充填された冷媒を抜くためのドレン弁を備えており、前記ドレン弁を開弁して冷媒を排出する際に、前記空気抜き弁を開弁することを特徴とする。
【００１９】
この冷媒の排出方法によれば、ドレン弁を開弁して冷媒を排出する際に、空気抜き弁を開弁することで、空気抜き弁を通じて空気抜き管から冷媒路に大気圧が作用するようになり、その結果、ドレン弁を通じて冷媒が好適に排出されるようになる。つまり、冷媒の排出時には、大気圧を利用した冷媒の排出が可能となり、冷媒のスムーズな排出を実現することができる。
したがって、冷媒の排出作業が容易であり、また、冷媒排出の作業時間の短縮を図ることも可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、サーモスタット側方の冷媒路内に空気溜りが生じ難い冷却システム、およびこの冷却システムにおける冷媒の充填方法並びに排出方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
以下では、燃料電池システムに適用される冷却システム、およびその冷媒の充填方法並びに排出方法について説明するが、冷却システムおよびその冷媒の充填方法並びに排出方法が適用される装置等を限定する趣旨ではない。
【００２２】
（第１実施形態）
はじめに本実施形態の冷却システムが適用される燃料電池システムについて説明する。
図１において、本実施形態の冷却システムが適用される燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、被冷却体としての燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック２のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、を備えている。
【００２３】
燃料電池スタック２は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を備えている。
このような燃料電池スタック２には駆動用のモータＭが接続されている。
【００２４】
燃料電池スタック２の内部には冷媒としての冷却水が流れる冷媒通路２ａが形成され、この冷媒通路２ａには、燃料電池スタック２に冷却水を循環させながら供給する冷媒循環手段３が接続される。なお、冷却水としては、例えば、ロングライフクーラント等の冷却水を使用することができる。なお、以下の説明で「上流」、「下流」というときは、冷却水の流れる方向を基準としている。
【００２５】
冷媒循環手段３は、冷却水を燃料電池スタック２に向けて圧送する冷却水ポンプ４と、冷却水の温度によって後記するように冷却水の流れる方向を制御するサーモスタット１０と、冷却水を冷却するためのラジエータ５とを備えている。つまり、冷却水ポンプ４の下流側には、配管３ａを通じて燃料電池スタック２が接続され、燃料電池スタック２の下流側には、配管３ｂを通じてラジエータ５が接続され、ラジエータ５の下流側には、配管３ｃを通じてサーモスタット１０が接続され、さらに、サーモスタット１０の下流側には、配管３ｄを通じて冷却水ポンプ４が接続されている。
【００２６】
また、燃料電池スタック２の下流側の配管３ｂとサーモスタット１０との間には、バイパス配管３ｅが接続されている。つまり、ラジエータ５の上流側と下流側との間、より詳しくは、燃料電池スタック２の下流側でラジエータ５の上流側と、ラジエータ５の下流側で冷却水ポンプ４の上流側との間が、バイパス配管３ｅおよびサーモスタット１０によって接続される。すなわち、バイパス配管３ｅは、配管３ｂから分岐されてラジエータ５をバイパスし、サーモスタット１０を介して配管３ｄに合流される。
【００２７】
冷却水ポンプ４は、冷却水を図１中の右回り方向に、つまり、配管３ａを通じて燃料電池スタック２の冷媒通路２ａに、冷却水を圧送するものであり、図示しない制御装置の指令によって駆動する。
また、ラジエータ５は、配管３ｂを通じて通流する冷却水を介して外気と熱交換し、燃料電池スタック２の放熱を行うものである。
【００２８】
サーモスタット１０は、前記したように、冷却水の温度に追従して冷却水の流れる方向を制御するものであり、以下に説明するような構造を有している。
図２に示すように、サーモスタット１０は、収容ケースとしてのケース１１に収容されるサーモスタット本体２０と、このサーモスタット本体２０に設けられたジグルバルブ２２とを備えている。また、このようなサーモスタット１０を備えた冷媒路の冷媒路壁には、ジグルバルブ２２の側方に空気溜り部１２（図３参照）が設けられ、この空気溜り部１２に空気抜き孔１３が設けられている。本実施形態では、サーモスタット１０を収容するケース１１（後記する第２ケース部１１Ｂ）の後方に冷却水ポンプ４が接続されており、これらが一体的に構成されている。
【００２９】
ケース１１は、第１ケース部１１Ａと第２ケース部１１Ｂとを備えている。第１ケース部１１Ａは、円筒状の直線部１１ａ１とこの直線部１１ａ１に連続する湾曲筒状の折曲部１１ａ２とを有しており、この折曲部１１ａ２によって、直線部１１ａ１から略直角に折曲する冷却水の流路が形成されている。本実施形態では、図３に示すように、折曲部１１ａ２の角部１１ａ３が、折曲部１１ａ２の頂部に位置するように、ケース１１を傾斜させている。
直線部１１ａ１の開口端には、ラジエータ５からの配管３ｃが接続されるようになっている。つまり、第１ケース部１１Ａには、ラジエータ５からの冷却水が導入される。
【００３０】
空気溜り部１２は、冷却水の充填時にジグルバルブ２２を通じて抜けた空気を溜める（集める）部位であり、本実施形態では、ジグルバルブ２２を通じて空気が抜ける側となる冷媒路壁、つまり、折曲部１１ａ２の頂部となる角部１１ａ３の内側の冷媒路壁を利用して、空気溜り部１２が形成されている。このように、空気溜り部１２は、角部１１ａ３の内側の冷媒路壁を利用して形成されているので、結果として、ジグルバルブ２２よりも高い位置に形成されることとなる。したがって、ジグルバルブ２２を通じて後記する第２室１１Ｂ’側から第１室１１Ａ’側に抜けた空気は、空気溜り部１２に好適に集まるようになっている。
【００３１】
空気抜き孔１３は、冷却水の充填時に溜まった空気を排出する役割をなす孔であり、本実施形態では、図４に示すように、空気溜り部１２の最上部Ｔから若干側方に偏倚した部位に開口するように設けられている。
このような空気抜き孔１３には、図２に示すように、大気側に通じる空気抜き管３０が接続されている。空気抜き管３０は、接続部３１と、この接続部３１に接続された排出管３２とを備えている。接続部３１は、折曲部１１ａ２の角部１１ａ３に設けられたボス部１４に対応した形状を有しており、空気抜き孔１３に連通する連通孔３１ａを有している。接続部３１は、ボルト３３でボス部１４に固定されるようになっている。排出管３２は、大気側に連通する管であり、空気溜り部１２に溜められた空気を排出するためのものである。なお、排出管３２の端部は、着脱可能な図示しないキャップ等によって閉塞されるようになっている。なお、空気抜きを行う際には、後記するように、空気溜り部１２に溜まった空気を空気抜き孔１３から排出管３２を通じて抜きつつ、排出管３２内を冷却水で満たすことによって空気抜きを終了することができる。
【００３２】
第２ケース部１１Ｂは、段付きの円筒形状を呈しており、内部には、サーモスタット本体２０が収容される。第２ケース部１１Ｂの開口端には、図１に示したバイパス配管３ｅが接続される。ここで、燃料電池スタック２の温度が低い状態では、サーモスタット本体２０のバルブ２５（図３参照、以下同じ）が閉じられる状態となることによって、冷却水は、ラジエータ５を経由せずにバイパス配管３ｅを介して、配管３ｄから冷却水ポンプ４を通じて配管３ａを通り、燃料電池スタック２に流れるように制御される。
【００３３】
そのための構成として、第２ケース部１１Ｂの側方壁には、図５に示すように、冷却水ポンプ４の吸入口側と連通する開口部１１ｅが設けられている。これによって、バイパス配管３ｅ（図１参照）を通じて第２ケース部１１Ｂに流入した冷却水は、開口部１１ｅを通じて冷却水ポンプ４に吸入される。なお、開口部１１ｅは、第２ケース部１１Ｂと冷却水ポンプ４との側壁を開口形成することで形成されているので、この例では、図１に示す配管３ｄが省略されたものとなっている。
また、図２に示すように、第２ケース部１１Ｂの上部には、冷却水の充填口１１ｆが開口形成されている。この充填口１１ｆには、充填ホース１１ｇが接続されている。
【００３４】
サーモスタット本体２０は、図３に示すように、感温部２３に封入された熱膨張体（ワックス）２４の熱膨張を利用した公知のワックスペレット型のものであり、第１ケース部１１Ａと第２ケース部１１Ｂとの間に、フランジ部２１の外周部が挟持される状態で取り付けられている。
サーモスタット本体２０の構造と動作について簡単に説明すると、フランジ部２１に設けられたジグルバルブ２２と、感温部２３に設けられ、第１ケース部１１Ａ内の第１室１１Ａ’と第２ケース部１１Ｂ内の第２室１１Ｂ’との間を封止する弁体としてのバルブ２５と、直線移動可能な可動部２６とを備えている。ここで、可動部２６が第１ケース部１１Ａ側に駆動されることにより、バルブ２５が閉弁され、また、これとは反対の第１ケース部１１Ａから遠ざかる側に可動部２６が駆動されることにより、バルブ２５が開弁されるようになっている。可動部２６は通常、バルブ２５が閉弁される方向にバネ２７によって付勢されている。
【００３５】
ジグルバルブ２２は、第２室１１Ｂ’内の気泡が上に移動する性質に合わせてフランジ部２１の上側に位置するものであり、主として第２室１１Ｂ’から第１室１１Ａ’へ向けて空気が抜けるように、フランジ部２１の連通孔に遊嵌されている。
また、このジグルバルブ２２は、冷却水ポンプ４が駆動されて、第２室１１Ｂ’の圧力が減圧されると、フランジ部２１に形成された連通孔を塞ぐように第２室１１Ｂ’側へ向けて吸引される。これによって、ジグルバルブ２２を通じた第１室１１Ａ’と第２室１１Ｂ’との間の冷却水の通流が防止される構造となっている。
【００３６】
このようなサーモスタット１０は、バイパス配管３ｅ（図１参照）を通じて第２ケース部１１Ｂに流入される冷却水の温度が、作動温度未満であるときには、バネ２７の付勢力によってバルブ２５が閉弁されるように動作する。
また、バイパス配管３ｅを通じて第２ケース部１１Ｂに流入される冷却水の温度が、作動温度以上になると、ワックス２４（図３参照）が熱膨張し、バネ２７の付勢力に抗して可動部２６が第１ケース部１１Ａから遠ざかる側に移動されることとなり、バルブ２５が開弁されるように動作する。このように、サーモスタット１０は、冷却水の温度に応じて、冷却水の流れをバイパス配管３ｅとラジエータ５からの配管３ｃとの間で切り替えるようになっている。
【００３７】
次に、このような冷却システムにおいて、冷却水を充填する際の手順について説明する。
冷却水を充填する際には、まず、空気抜き管３０が大気側に連通する状態にし（図示しないキャップ等を取り外し）、冷却水を充填する過程において、空気溜り部１２に溜まってくる空気が、空気抜き管３０の排出管３２を通じて大気側に排出されるようにセットする。このようにセットした状態で、図６（ａ）に示すように、充填ホース１１ｇを通じて充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填する。
【００３８】
充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填すると、図６（ａ）に示すように、第２室１１Ｂ’内で冷却水の水位Ｗ１が上昇し、これとともに、図示しない配管（バイパス配管３ｅ、３ｃ）を通じて第１室１１Ａ’内にも冷却水が供給されるようになり、第１室１１Ａ’内における冷却水の水位Ｗ２も前記水位Ｗ１に連動して上昇する。
【００３９】
第２室１１Ｂ’内で冷却水の水位Ｗ１が上昇してくると、第２室１１Ｂ’にある空気がジグルバルブ２２を通じて第１室１１Ａ’側に抜けて移動し、空気溜り部１２の空気抜き孔１３から空気抜き管３０の排出管３２を通じて大気側へ放出される（冷媒路に冷却水を充填しながら、ジグルバルブ２２を通じて空気溜り部１２側に空気を抜くステップ）。
【００４０】
そして、さらに充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填すると、第２室１１Ｂ’内での冷却水の水位Ｗ１、および第１室１１Ａ’内での冷却水の水位Ｗ２がいずれも上昇し、ジグルバルブ２２を通じて第２室１１Ｂ’内の空気が第１室１１Ａ’側に抜けきり、この抜けた空気が、第１室１１Ａ’の頂部となる角部１１ａ３の空気溜り部１２に集まる。これにより、空気溜り部１２に集まった空気は、空気抜き孔１３から空気抜き管３０の排出管３２を通じて大気側へ放出される。
【００４１】
そして、さらに充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填し、空気溜り部１２に溜まった空気を、冷却水の水位Ｗ２の上昇によって、空気抜き孔１３から空気抜き管を通じて大気側へ排出する。このとき、空気抜き管３０内を冷却水で満たすようにする（図６（ｂ）参照、空気溜り部１２に溜まった空気を空気抜き孔１３から空気抜き管３０を通じて抜きつつ、排出管内を冷却水で満たすステップ）。
【００４２】
これによって、サーモスタット１０の周りの冷媒路内に存在する空気が空気抜き管３０を通じて好適に排出される。つまり、排出管３２の図示しない端部から冷却水が出てきて排出管３２が冷却水で満たされる状態となったら、空気抜きが完了してサーモスタット１０の周りの冷媒路内が冷却水で満たされ、冷却水の充填が完了した状態であることを確認することができる。
したがって、冷媒路が冷却水で満たされて冷媒路内から空気が排出されたことを容易に確認することができ、空気抜きを伴う冷却水の充填作業を容易に行うことができる。
【００４３】
以上説明した本実施形態の冷却システムによれば、サーモスタット１０の側方部位における水路壁には、ジグルバルブ２２よりも高い位置に空気溜り部１２が形成されているので、冷却水の充填時にジグルバルブ２２を通じて抜けた空気をこの空気溜り部１２に溜、めることができ、ジグルバルブ２２を通じて確実な空気抜きを行うことができる。そして、空気溜り部１２には、充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔１３が設けられているので、空気抜き孔１３を通じて空気溜り部１２に溜まった空気を排出することができ、サーモスタット１０の周りの冷媒路における空気抜きを確実に行うことができる。
このように、サーモスタット１０の周りの冷媒路における空気抜きを確実に行うことができるので、冷却水の変動量を減少することができ、冷却水を貯留するリザーブタンクの小型化が可能になる。
【００４４】
したがって、燃料電池スタック２の好適な冷却が実現されて、耐久性、信頼性に優れた燃料電池システム１が得られる。
【００４５】
また、空気抜き孔１３は、空気溜り部１２の最上部Ｔから若干側方に偏倚した部位に位置しているので、空気溜り部１２に溜まった空気を比較的スムーズに排出することができるとともに、空気抜き孔１３が冷却水の流れの抵抗になり難く、冷却水のスムーズな流れを実現することができる。
なお、空気溜り部１２の最上部Ｔに空気抜き孔１３を設け、空気溜り部１２に溜まった空気が空気抜き孔１３を通じてより一層確実に排出されるようにしてもよい。
【００４６】
また、空気抜き孔１３には、大気側に通じる空気抜き管３０が接続されているので、空気抜き管３０の排出管３２を通じて、大気側にスムーズに空気を抜くことができる。しかも、空気抜きを行う際には、排出管３２内が冷却水で満たされるように空気を排出することで、空気抜きを確実に行うことができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係る冷却システムのサーモスタット周りの構造を示す断面図である。本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、空気溜り部１２’が、サーモスタット１０を収容する第１ケース部１１Ａの上部（一部）を上方へ膨出形成することによって設けられている点である。
このように構成することによって、サーモスタット１０の側方部位に空気溜り部１２’を容易に配置することができ、空気溜り部１２’に溜まった空気を排出管３２を通じて容易に排出することができる。なお、この例では、空気溜り部１２’をサーモスタット１０の側方に形成して、ここにジグルバルブ２２を通じて抜けてきた空気を集めることができるので、前記実施形態のように、折曲部１１ａ２の角部１１ａ３（図３参照）が第１ケース部１１Ａの頂部に位置するように設ける必要がなく、サーモスタット１０の軸心が水平方向に向くような取付姿勢（取付態様）を採ることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
図８（ａ）は本発明の第３実施形態に係る冷却システムを示す配管系統図である。本実施形態が前記第１，第２実施形態と異なるところは、大気側に通じる空気抜き管３０が空気抜き弁３５を備えているとともに、冷媒路には、ドレン弁４０が設けられている点である。
【００４９】
空気抜き弁３５は、空気抜き管３０の管路の途中に設けられており、当該管路を開閉するための弁である。この例では、ボンネットＢを開いて操作者の手の届く位置（操作可能な位置）となるパワープラント収容室Ｒの上部に設けられている。
また、空気抜き弁３５よりも下流側である空気抜き管３０の端部には、ジョイント部材３７が取り付けられている。このジョイント部材３７には、図８（ｂ）に示すように、冷媒排出用の排出管３８が接続可能である。
【００５０】
ドレン弁４０は、冷媒路内の冷媒を排出する際に開弁される弁であり、本実施形態では、配管３ｂに接続された接続配管３ｆに設けられて、冷媒路の一番低い位置に配置されている。
【００５１】
次に、このような冷却システムにおいて、冷却水を充填する際の手順について説明する。
冷却水を充填する際には、まず、図８（ｂ）に示すように、ボンネットＢを開け、パワープラント収容室Ｒの上部に位置するジョイント部材３７に排出管３８の一端を接続し、排出管３８の他端を車体の前方等に置いたバケツ等の容器Ｈに持ってくる。次に、空気抜き弁３５を開き、充填する過程において空気溜り部１２（図６（ａ）（ｂ）参照）に溜まってくる空気が、排出管３２を通じて大気側に排出されるようにセットする。このようにセットした状態で、前記と同様に図６（ａ）に示すように、充填ホース１１ｇを通じて充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填する。
【００５２】
冷却水を充填していくと、前記したようにして、サーモスタット１０の周りの空気が、空気溜り部１２に集められ、空気溜り部１２から空気抜き孔１３を通じて空気抜き管３０の排出管３２に流れて、図８（ｂ）に示す空気抜き弁３５から排出管３８を通じて大気側へ放出される。
そして、サーモスタット１０の周りの空気が抜け切ると、空気抜き管３０の排出管３２が冷却水で満たされた状態となり、ジョイント部材３７に接続された排出管３８を通じて、容器Ｈに冷却水が排出される状態となる。
このように、容器Ｈに冷却水が排出される状態となったことで、冷媒路内から空気が排出されて、冷却水の充填が完了したことを容易に確認することができる。
その後、空気抜き弁３５を閉じるとともにジョイント部材３７から排出管３８を外して、空気抜きを伴う冷却水の充填作業を終了する。
【００５３】
本実施形態では、排出管３８を通じてパワープラント収容室Ｒの外の容器Ｈに冷却水を排出することができるので、パワープラント収容室Ｒ内が冷却水で被水するのを好適に回避することができる。また、冷却水の充填後は、空気抜き弁３５が閉弁されることで、大気側と排出管３２との連通が好適に遮断され、冷媒路に空気が混入するのを好適に阻止することができる。
【００５４】
次に、冷却水を排出する際の手順について説明する。
冷却水を排出する際には、まず、ボンネットＢを開いて排出管３２に設けられた空気抜き弁３５を開き、排出管３２を大気側に連通する。これによって、排出管３２を通じて冷媒路内に大気圧が作用するようになる。
そして、冷媒路の低い位置に設けられたドレン弁４０を開弁し、ドレン弁４０を通じて冷媒路内の冷却水を排出する。
【００５５】
本実施形態によれば、ドレン弁４０を開弁して冷媒を排出する際に、空気抜き弁３５を開弁するので、空気抜き弁を通じて空気抜き管から冷媒路に大気圧が作用するようになり、その結果、ドレン弁４０を通じて冷媒が好適に排出されるようになる。つまり、冷媒の排出時には、大気圧を利用した冷媒の排出が可能となり、冷媒のスムーズな排出を実現することができる。
したがって、冷媒の排出作業が容易であり、また、冷媒排出の作業時間の短縮を図ることも可能となる。
【００５６】
前記した各実施形態において、前記した空気溜り部１２，１２’は、その形状や設置個数を任意に設定することができる。
【００５７】
また、前記した各実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよく、また、住居、店舗、オフィス等の用途とした燃料電池システムでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却システムが適用される燃料電池システムを示す概略図である。
【図２】同じくサーモスタット周りの構造を示す断面図である（一部切断）。
【図３】同じくサーモスタット周りの要部構造を示す断面図である。
【図４】図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図５】サーモスタットと冷却水ポンプとを示す説明図である（一部切断）。
【図６】（ａ）（ｂ）は冷却水の充填時の作用を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る冷却システムのサーモスタット周りの構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第３実施形態に係る冷却システムを示す配管系統図、（ｂ）は同じくこの冷却システムにおける冷却水の充填時の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック
３ｅ バイパス配管
４ 冷却水ポンプ
５ ラジエータ
１０ サーモスタット
１１ ケース
１１Ａ 第１ケース部
１１Ｂ 第２ケース部
１２ 空気溜り部
１３ 空気抜き孔
２０ サーモスタット本体
２１ フランジ部
２２ ジグルバルブ
２５ バルブ（弁体）
３０ 空気抜き管
３２ 排出管
３５ 空気抜き弁
３８ 排出管
４０ ドレン弁
Ｔ 最上部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システム、およびその冷媒の充填方法並びに排出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池を用いたシステムでは、燃料電池スタックを冷却するためにラジエータを用いた冷却システムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
この冷却システムでは、燃料電池スタックに導入する冷媒としての冷却水の温度を制御できるように、冷却水が通流する冷媒路中にサーモスタットが設けられており、燃料電池スタックの温度が低い状態では、サーモスタットのバルブが閉じられることによって、冷却水がラジエータを経由せずにバイパス通路を介して循環されるように制御され、また、冷却水の温度が高くなった場合には、サーモスタットのバルブが開いて、冷却水がラジエータを通して循環されることで、冷却水の温度を所望の状態に制御することができるようになっている。
【０００３】
ところで、このようなサーモスタットを備えた冷却システムにおいて、サーモスタットのバルブと並列にジグルバルブが設けられたものが知られている。ジグルバルブは、冷却水の充填時に冷媒路に溜まった空気を抜くためのものであり、一般的に、開閉弁の取付フランジ部に設けられた空気抜き用の通路を開閉するように設けられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４２７６７号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９８７７号公報
【特許文献３】特開平９−１３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記した従来の冷却システムでは、ジグルバルブを用いて冷媒路に溜まった空気を抜くようにしている。しかしながら、ジグルバルブは、一般的にバルブの取付フランジ部に設けられているため、冷媒路のレイアウト等や冷媒路に対するサーモスタットの取付姿勢（取付態様）によっては、ジグルバルブを通じて抜けた空気が、サーモスタット側方の冷媒路内に溜まって空気溜りを生じることがあり、そのような場合には、溜まった空気を充填時に完全に抜くことができないという難点があった。
【０００６】
また、冷却システムにおいて冷媒を排出する際に、効率よく排出することのできる技術の提供が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は、サーモスタット側方の冷媒路内に空気溜りが生じ難い冷却システム、およびこの冷却システムにおける冷媒の充填方法並びに排出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の冷却システムは、被冷却体とラジエータとの間の冷媒路に設けられ、冷媒の温度に応じて弁体が開閉して冷媒の循環を制御するサーモスタットを備えた冷却システムであって、前記サーモスタットは、ジグルバルブを有しており、冷媒の充填時に前記ジグルバルブを通じて空気が抜ける側となる、前記ジグルバルブ側方の冷媒路壁には、前記ジグルバルブよりも高い位置に空気溜り部が形成されており、前記空気溜り部には、冷媒の充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この冷却システムによれば、サーモスタットの側方部位における冷媒路壁には、ジグルバルブよりも高い位置に空気溜り部が形成されているので、例えば、冷媒としての冷却水等の充填時にジグルバルブを通じて抜けた空気をこの空気溜り部に溜めることができ、ジグルバルブを通じて確実な空気抜きを行うことができる。そして、空気溜り部には、充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔が設けられているので、この空気抜き孔を通じて空気溜り部に溜まった空気を排出することができ、サーモスタットの周りにおける冷媒路に空気が残留するのを確実に阻止することができる。
これにより、冷却水の変動量を減少することができ、冷却水を貯留するリザーブタンクの小型化も可能になる。
【００１０】
したがって、このような冷却システムを、燃料電池システムの冷却系に用いた場合には、冷媒としての冷却水等の充填時にサーモスタットの周りに設けられる冷媒路内の空気を好適に排出することができるようになり、そのことによって燃料電池の好適な冷却が実現されて、耐久性、信頼性に優れた燃料電池システムが得られる。
【００１１】
また、前記空気溜り部は、前記サーモスタットを収容する収容ケースの一部を上方へ膨出形成することによって設けられている構成とするのがよい。このように構成することによって、サーモスタットの側方部位に空気溜り部を容易に配置することができる。
【００１２】
また、前記空気抜き孔は、前記空気溜り部の最上部に位置している構成とするのがよい。このような構成とすることによって、空気溜り部に溜まった空気をスムーズに排出することができ、より一層確実な空気抜きを行うことができる。
【００１３】
また、前記空気抜き孔には、大気側に通じる空気抜き管が接続されている構成とするのがよい。このような構成とすることによって、空気抜き管を通じ、大気側にスムーズに空気を排出することができる。ところで、空気抜きを行う際には、空気抜き管内が冷媒で満たされるように、つまり、空気抜き管を通じて冷媒が排出されるようにすることで、空気抜き管を通じた空気の排出を確実に行うことができる。
【００１４】
また、前記空気抜き管は、その管路に空気抜き弁を備える構成とするのがよい。このような構成とすることによって、空気抜き管の管路を空気抜き弁によって開閉することができ、開弁状態にすることによって管路を大気側へ連通することができる。これにより、空気や冷媒を容易に排出することができる。また、閉弁状態にすることによって、大気側への連通を遮断することができ、空気抜き後に、空気抜き管を通じて冷媒路に空気が混入するのを容易に阻止することができる。
【００１５】
また、本発明の冷却システムにおける冷媒の充填方法は、前記空気抜き孔に、大気側に通じる空気抜き管が接続された冷却システム、または、空気抜き管の管路に空気抜き弁を備える冷却システムにおいて、前記冷媒路に冷媒を充填しながら、前記ジグルバルブを通じて前記空気溜り部側に空気を抜くステップと、前記空気溜り部に溜まった空気を前記空気抜き孔から前記空気抜き管を通じて抜きつつ、前記空気抜き管内を冷媒で満たすステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この冷媒の充填方法によれば、空気を抜くステップにより、冷媒路に冷媒を充填しながら、ジグルバルブを通じて空気溜り部側に空気が抜かれ、冷媒で満たすステップにより、空気溜り部に溜まった空気が空気抜き孔から空気抜き管を通じて排出され、空気抜き管内が冷媒で満たされる。つまり、冷媒の充填時には、冷媒を充填しながら空気抜き管を通じて冷媒路内の空気を好適に抜くことができ、空気抜き管から冷媒が出てきて空気抜き管が冷媒で満たされる状態となったら、空気抜きが完了して冷媒路が冷媒で満たされ、冷媒の充填が完了したことを確認することができる。
したがって、冷媒路が冷媒で満たされたことを容易に確認することができ、空気抜きを伴う冷媒の充填作業を容易に行うことができる。
また、空気抜き管の管路に空気抜き弁を備える冷却システムにおいては、冷媒の充填時に、開弁状態にすることによって、冷媒路内の空気を空気抜き管を通じて好適に抜くことができる。また、空気抜き管から冷媒が出てきて空気抜き管が冷媒で満たされる状態となったら、閉弁状態にすることによって、空気抜き管を大気側から遮断しつつ冷媒路に空気が混入するのを好適に防止することができる。
【００１７】
したがって、このような冷媒の充填方法により、燃料電池システムの冷却系に冷媒としての冷却水等を充填した場合には、冷却水の充填時にサーモスタットの周りに設けられる冷媒路内の空気を好適に排出することができるようになり、燃料電池の好適な冷却が実現されて、耐久性、信頼性に優れた燃料電池システムが得られる。
【００１８】
また、本発明の冷却システムにおける冷媒の排出方法は、前記空気抜き管の管路に空気抜き弁を備える冷却システムにおいて、前記冷媒路は、当該冷媒路内に充填された冷媒を抜くためのドレン弁を備えており、前記ドレン弁を開弁して冷媒を排出する際に、前記空気抜き弁を開弁することを特徴とする。
【００１９】
この冷媒の排出方法によれば、ドレン弁を開弁して冷媒を排出する際に、空気抜き弁を開弁することで、空気抜き弁を通じて空気抜き管から冷媒路に大気圧が作用するようになり、その結果、ドレン弁を通じて冷媒が好適に排出されるようになる。つまり、冷媒の排出時には、大気圧を利用した冷媒の排出が可能となり、冷媒のスムーズな排出を実現することができる。
したがって、冷媒の排出作業が容易であり、また、冷媒排出の作業時間の短縮を図ることも可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、サーモスタット側方の冷媒路内に空気溜りが生じ難い冷却システム、およびこの冷却システムにおける冷媒の充填方法並びに排出方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。
以下では、燃料電池システムに適用される冷却システム、およびその冷媒の充填方法並びに排出方法について説明するが、冷却システムおよびその冷媒の充填方法並びに排出方法が適用される装置等を限定する趣旨ではない。
【００２２】
（第１実施形態）
はじめに本実施形態の冷却システムが適用される燃料電池システムについて説明する。
図１において、本実施形態の冷却システムが適用される燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、被冷却体としての燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック２のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、を備えている。
【００２３】
燃料電池スタック２は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を備えている。
このような燃料電池スタック２には駆動用のモータＭが接続されている。
【００２４】
燃料電池スタック２の内部には冷媒としての冷却水が流れる冷媒通路２ａが形成され、この冷媒通路２ａには、燃料電池スタック２に冷却水を循環させながら供給する冷媒循環手段３が接続される。なお、冷却水としては、例えば、ロングライフクーラント等の冷却水を使用することができる。なお、以下の説明で「上流」、「下流」というときは、冷却水の流れる方向を基準としている。
【００２５】
冷媒循環手段３は、冷却水を燃料電池スタック２に向けて圧送する冷却水ポンプ４と、冷却水の温度によって後記するように冷却水の流れる方向を制御するサーモスタット１０と、冷却水を冷却するためのラジエータ５とを備えている。つまり、冷却水ポンプ４の下流側には、配管３ａを通じて燃料電池スタック２が接続され、燃料電池スタック２の下流側には、配管３ｂを通じてラジエータ５が接続され、ラジエータ５の下流側には、配管３ｃを通じてサーモスタット１０が接続され、さらに、サーモスタット１０の下流側には、配管３ｄを通じて冷却水ポンプ４が接続されている。
【００２６】
また、燃料電池スタック２の下流側の配管３ｂとサーモスタット１０との間には、バイパス配管３ｅが接続されている。つまり、ラジエータ５の上流側と下流側との間、より詳しくは、燃料電池スタック２の下流側でラジエータ５の上流側と、ラジエータ５の下流側で冷却水ポンプ４の上流側との間が、バイパス配管３ｅおよびサーモスタット１０によって接続される。すなわち、バイパス配管３ｅは、配管３ｂから分岐されてラジエータ５をバイパスし、サーモスタット１０を介して配管３ｄに合流される。
【００２７】
冷却水ポンプ４は、冷却水を図１中の右回り方向に、つまり、配管３ａを通じて燃料電池スタック２の冷媒通路２ａに、冷却水を圧送するものであり、図示しない制御装置の指令によって駆動する。
また、ラジエータ５は、配管３ｂを通じて通流する冷却水を介して外気と熱交換し、燃料電池スタック２の放熱を行うものである。
【００２８】
サーモスタット１０は、前記したように、冷却水の温度に追従して冷却水の流れる方向を制御するものであり、以下に説明するような構造を有している。
図２に示すように、サーモスタット１０は、収容ケースとしてのケース１１に収容されるサーモスタット本体２０と、このサーモスタット本体２０に設けられたジグルバルブ２２とを備えている。また、このようなサーモスタット１０を備えた冷媒路の冷媒路壁には、ジグルバルブ２２の側方に空気溜り部１２（図３参照）が設けられ、この空気溜り部１２に空気抜き孔１３が設けられている。本実施形態では、サーモスタット１０を収容するケース１１（後記する第２ケース部１１Ｂ）の後方に冷却水ポンプ４が接続されており、これらが一体的に構成されている。
【００２９】
ケース１１は、第１ケース部１１Ａと第２ケース部１１Ｂとを備えている。第１ケース部１１Ａは、円筒状の直線部１１ａ１とこの直線部１１ａ１に連続する湾曲筒状の折曲部１１ａ２とを有しており、この折曲部１１ａ２によって、直線部１１ａ１から略直角に折曲する冷却水の流路が形成されている。本実施形態では、図３に示すように、折曲部１１ａ２の角部１１ａ３が、折曲部１１ａ２の頂部に位置するように、ケース１１を傾斜させている。
直線部１１ａ１の開口端には、ラジエータ５からの配管３ｃが接続されるようになっている。つまり、第１ケース部１１Ａには、ラジエータ５からの冷却水が導入される。
【００３０】
空気溜り部１２は、冷却水の充填時にジグルバルブ２２を通じて抜けた空気を溜める（集める）部位であり、本実施形態では、ジグルバルブ２２を通じて空気が抜ける側となる冷媒路壁、つまり、折曲部１１ａ２の頂部となる角部１１ａ３の内側の冷媒路壁を利用して、空気溜り部１２が形成されている。このように、空気溜り部１２は、角部１１ａ３の内側の冷媒路壁を利用して形成されているので、結果として、ジグルバルブ２２よりも高い位置に形成されることとなる。したがって、ジグルバルブ２２を通じて後記する第２室１１Ｂ’側から第１室１１Ａ’側に抜けた空気は、空気溜り部１２に好適に集まるようになっている。
【００３１】
空気抜き孔１３は、冷却水の充填時に溜まった空気を排出する役割をなす孔であり、本実施形態では、図４に示すように、空気溜り部１２の最上部Ｔから若干側方に偏倚した部位に開口するように設けられている。
このような空気抜き孔１３には、図２に示すように、大気側に通じる空気抜き管３０が接続されている。空気抜き管３０は、接続部３１と、この接続部３１に接続された排出管３２とを備えている。接続部３１は、折曲部１１ａ２の角部１１ａ３に設けられたボス部１４に対応した形状を有しており、空気抜き孔１３に連通する連通孔３１ａを有している。接続部３１は、ボルト３３でボス部１４に固定されるようになっている。排出管３２は、大気側に連通する管であり、空気溜り部１２に溜められた空気を排出するためのものである。なお、排出管３２の端部は、着脱可能な図示しないキャップ等によって閉塞されるようになっている。なお、空気抜きを行う際には、後記するように、空気溜り部１２に溜まった空気を空気抜き孔１３から排出管３２を通じて抜きつつ、排出管３２内を冷却水で満たすことによって空気抜きを終了することができる。
【００３２】
第２ケース部１１Ｂは、段付きの円筒形状を呈しており、内部には、サーモスタット本体２０が収容される。第２ケース部１１Ｂの開口端には、図１に示したバイパス配管３ｅが接続される。ここで、燃料電池スタック２の温度が低い状態では、サーモスタット本体２０のバルブ２５（図３参照、以下同じ）が閉じられる状態となることによって、冷却水は、ラジエータ５を経由せずにバイパス配管３ｅを介して、配管３ｄから冷却水ポンプ４を通じて配管３ａを通り、燃料電池スタック２に流れるように制御される。
【００３３】
そのための構成として、第２ケース部１１Ｂの側方壁には、図５に示すように、冷却水ポンプ４の吸入口側と連通する開口部１１ｅが設けられている。これによって、バイパス配管３ｅ（図１参照）を通じて第２ケース部１１Ｂに流入した冷却水は、開口部１１ｅを通じて冷却水ポンプ４に吸入される。なお、開口部１１ｅは、第２ケース部１１Ｂと冷却水ポンプ４との側壁を開口形成することで形成されているので、この例では、図１に示す配管３ｄが省略されたものとなっている。
また、図２に示すように、第２ケース部１１Ｂの上部には、冷却水の充填口１１ｆが開口形成されている。この充填口１１ｆには、充填ホース１１ｇが接続されている。
【００３４】
サーモスタット本体２０は、図３に示すように、感温部２３に封入された熱膨張体（ワックス）２４の熱膨張を利用した公知のワックスペレット型のものであり、第１ケース部１１Ａと第２ケース部１１Ｂとの間に、フランジ部２１の外周部が挟持される状態で取り付けられている。
サーモスタット本体２０の構造と動作について簡単に説明すると、フランジ部２１に設けられたジグルバルブ２２と、感温部２３に設けられ、第１ケース部１１Ａ内の第１室１１Ａ’と第２ケース部１１Ｂ内の第２室１１Ｂ’との間を封止する弁体としてのバルブ２５と、直線移動可能な可動部２６とを備えている。ここで、可動部２６が第１ケース部１１Ａ側に駆動されることにより、バルブ２５が閉弁され、また、これとは反対の第１ケース部１１Ａから遠ざかる側に可動部２６が駆動されることにより、バルブ２５が開弁されるようになっている。可動部２６は通常、バルブ２５が閉弁される方向にバネ２７によって付勢されている。
【００３５】
ジグルバルブ２２は、第２室１１Ｂ’内の気泡が上に移動する性質に合わせてフランジ部２１の上側に位置するものであり、主として第２室１１Ｂ’から第１室１１Ａ’へ向けて空気が抜けるように、フランジ部２１の連通孔に遊嵌されている。
また、このジグルバルブ２２は、冷却水ポンプ４が駆動されて、第２室１１Ｂ’の圧力が減圧されると、フランジ部２１に形成された連通孔を塞ぐように第２室１１Ｂ’側へ向けて吸引される。これによって、ジグルバルブ２２を通じた第１室１１Ａ’と第２室１１Ｂ’との間の冷却水の通流が防止される構造となっている。
【００３６】
このようなサーモスタット１０は、バイパス配管３ｅ（図１参照）を通じて第２ケース部１１Ｂに流入される冷却水の温度が、作動温度未満であるときには、バネ２７の付勢力によってバルブ２５が閉弁されるように動作する。
また、バイパス配管３ｅを通じて第２ケース部１１Ｂに流入される冷却水の温度が、作動温度以上になると、ワックス２４（図３参照）が熱膨張し、バネ２７の付勢力に抗して可動部２６が第１ケース部１１Ａから遠ざかる側に移動されることとなり、バルブ２５が開弁されるように動作する。このように、サーモスタット１０は、冷却水の温度に応じて、冷却水の流れをバイパス配管３ｅとラジエータ５からの配管３ｃとの間で切り替えるようになっている。
【００３７】
次に、このような冷却システムにおいて、冷却水を充填する際の手順について説明する。
冷却水を充填する際には、まず、空気抜き管３０が大気側に連通する状態にし（図示しないキャップ等を取り外し）、冷却水を充填する過程において、空気溜り部１２に溜まってくる空気が、空気抜き管３０の排出管３２を通じて大気側に排出されるようにセットする。このようにセットした状態で、図６（ａ）に示すように、充填ホース１１ｇを通じて充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填する。
【００３８】
充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填すると、図６（ａ）に示すように、第２室１１Ｂ’内で冷却水の水位Ｗ１が上昇し、これとともに、図示しない配管（バイパス配管３ｅ、３ｃ）を通じて第１室１１Ａ’内にも冷却水が供給されるようになり、第１室１１Ａ’内における冷却水の水位Ｗ２も前記水位Ｗ１に連動して上昇する。
【００３９】
第２室１１Ｂ’内で冷却水の水位Ｗ１が上昇してくると、第２室１１Ｂ’にある空気がジグルバルブ２２を通じて第１室１１Ａ’側に抜けて移動し、空気溜り部１２の空気抜き孔１３から空気抜き管３０の排出管３２を通じて大気側へ放出される（冷媒路に冷却水を充填しながら、ジグルバルブ２２を通じて空気溜り部１２側に空気を抜くステップ）。
【００４０】
そして、さらに充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填すると、第２室１１Ｂ’内での冷却水の水位Ｗ１、および第１室１１Ａ’内での冷却水の水位Ｗ２がいずれも上昇し、ジグルバルブ２２を通じて第２室１１Ｂ’内の空気が第１室１１Ａ’側に抜けきり、この抜けた空気が、第１室１１Ａ’の頂部となる角部１１ａ３の空気溜り部１２に集まる。これにより、空気溜り部１２に集まった空気は、空気抜き孔１３から空気抜き管３０の排出管３２を通じて大気側へ放出される。
【００４１】
そして、さらに充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填し、空気溜り部１２に溜まった空気を、冷却水の水位Ｗ２の上昇によって、空気抜き孔１３から空気抜き管を通じて大気側へ排出する。このとき、空気抜き管３０内を冷却水で満たすようにする（図６（ｂ）参照、空気溜り部１２に溜まった空気を空気抜き孔１３から空気抜き管３０を通じて抜きつつ、排出管内を冷却水で満たすステップ）。
【００４２】
これによって、サーモスタット１０の周りの冷媒路内に存在する空気が空気抜き管３０を通じて好適に排出される。つまり、排出管３２の図示しない端部から冷却水が出てきて排出管３２が冷却水で満たされる状態となったら、空気抜きが完了してサーモスタット１０の周りの冷媒路内が冷却水で満たされ、冷却水の充填が完了した状態であることを確認することができる。
したがって、冷媒路が冷却水で満たされて冷媒路内から空気が排出されたことを容易に確認することができ、空気抜きを伴う冷却水の充填作業を容易に行うことができる。
【００４３】
以上説明した本実施形態の冷却システムによれば、サーモスタット１０の側方部位における水路壁には、ジグルバルブ２２よりも高い位置に空気溜り部１２が形成されているので、冷却水の充填時にジグルバルブ２２を通じて抜けた空気をこの空気溜り部１２に溜、めることができ、ジグルバルブ２２を通じて確実な空気抜きを行うことができる。そして、空気溜り部１２には、充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔１３が設けられているので、空気抜き孔１３を通じて空気溜り部１２に溜まった空気を排出することができ、サーモスタット１０の周りの冷媒路における空気抜きを確実に行うことができる。
このように、サーモスタット１０の周りの冷媒路における空気抜きを確実に行うことができるので、冷却水の変動量を減少することができ、冷却水を貯留するリザーブタンクの小型化が可能になる。
【００４４】
したがって、燃料電池スタック２の好適な冷却が実現されて、耐久性、信頼性に優れた燃料電池システム１が得られる。
【００４５】
また、空気抜き孔１３は、空気溜り部１２の最上部Ｔから若干側方に偏倚した部位に位置しているので、空気溜り部１２に溜まった空気を比較的スムーズに排出することができるとともに、空気抜き孔１３が冷却水の流れの抵抗になり難く、冷却水のスムーズな流れを実現することができる。
なお、空気溜り部１２の最上部Ｔに空気抜き孔１３を設け、空気溜り部１２に溜まった空気が空気抜き孔１３を通じてより一層確実に排出されるようにしてもよい。
【００４６】
また、空気抜き孔１３には、大気側に通じる空気抜き管３０が接続されているので、空気抜き管３０の排出管３２を通じて、大気側にスムーズに空気を抜くことができる。しかも、空気抜きを行う際には、排出管３２内が冷却水で満たされるように空気を排出することで、空気抜きを確実に行うことができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係る冷却システムのサーモスタット周りの構造を示す断面図である。本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、空気溜り部１２’が、サーモスタット１０を収容する第１ケース部１１Ａの上部（一部）を上方へ膨出形成することによって設けられている点である。
このように構成することによって、サーモスタット１０の側方部位に空気溜り部１２’を容易に配置することができ、空気溜り部１２’に溜まった空気を排出管３２を通じて容易に排出することができる。なお、この例では、空気溜り部１２’をサーモスタット１０の側方に形成して、ここにジグルバルブ２２を通じて抜けてきた空気を集めることができるので、前記実施形態のように、折曲部１１ａ２の角部１１ａ３（図３参照）が第１ケース部１１Ａの頂部に位置するように設ける必要がなく、サーモスタット１０の軸心が水平方向に向くような取付姿勢（取付態様）を採ることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
図８（ａ）は本発明の第３実施形態に係る冷却システムを示す配管系統図である。本実施形態が前記第１，第２実施形態と異なるところは、大気側に通じる空気抜き管３０が空気抜き弁３５を備えているとともに、冷媒路には、ドレン弁４０が設けられている点である。
【００４９】
空気抜き弁３５は、空気抜き管３０の管路の途中に設けられており、当該管路を開閉するための弁である。この例では、ボンネットＢを開いて操作者の手の届く位置（操作可能な位置）となるパワープラント収容室Ｒの上部に設けられている。
また、空気抜き弁３５よりも下流側である空気抜き管３０の端部には、ジョイント部材３７が取り付けられている。このジョイント部材３７には、図８（ｂ）に示すように、冷媒排出用の排出管３８が接続可能である。
【００５０】
ドレン弁４０は、冷媒路内の冷媒を排出する際に開弁される弁であり、本実施形態では、配管３ｂに接続された接続配管３ｆに設けられて、冷媒路の一番低い位置に配置されている。
【００５１】
次に、このような冷却システムにおいて、冷却水を充填する際の手順について説明する。
冷却水を充填する際には、まず、図８（ｂ）に示すように、ボンネットＢを開け、パワープラント収容室Ｒの上部に位置するジョイント部材３７に排出管３８の一端を接続し、排出管３８の他端を車体の前方等に置いたバケツ等の容器Ｈに持ってくる。次に、空気抜き弁３５を開き、充填する過程において空気溜り部１２（図６（ａ）（ｂ）参照）に溜まってくる空気が、排出管３２を通じて大気側に排出されるようにセットする。このようにセットした状態で、前記と同様に図６（ａ）に示すように、充填ホース１１ｇを通じて充填口１１ｆから第２ケース部１１Ｂ内に冷却水を充填する。
【００５２】
冷却水を充填していくと、前記したようにして、サーモスタット１０の周りの空気が、空気溜り部１２に集められ、空気溜り部１２から空気抜き孔１３を通じて空気抜き管３０の排出管３２に流れて、図８（ｂ）に示す空気抜き弁３５から排出管３８を通じて大気側へ放出される。
そして、サーモスタット１０の周りの空気が抜け切ると、空気抜き管３０の排出管３２が冷却水で満たされた状態となり、ジョイント部材３７に接続された排出管３８を通じて、容器Ｈに冷却水が排出される状態となる。
このように、容器Ｈに冷却水が排出される状態となったことで、冷媒路内から空気が排出されて、冷却水の充填が完了したことを容易に確認することができる。
その後、空気抜き弁３５を閉じるとともにジョイント部材３７から排出管３８を外して、空気抜きを伴う冷却水の充填作業を終了する。
【００５３】
本実施形態では、排出管３８を通じてパワープラント収容室Ｒの外の容器Ｈに冷却水を排出することができるので、パワープラント収容室Ｒ内が冷却水で被水するのを好適に回避することができる。また、冷却水の充填後は、空気抜き弁３５が閉弁されることで、大気側と排出管３２との連通が好適に遮断され、冷媒路に空気が混入するのを好適に阻止することができる。
【００５４】
次に、冷却水を排出する際の手順について説明する。
冷却水を排出する際には、まず、ボンネットＢを開いて排出管３２に設けられた空気抜き弁３５を開き、排出管３２を大気側に連通する。これによって、排出管３２を通じて冷媒路内に大気圧が作用するようになる。
そして、冷媒路の低い位置に設けられたドレン弁４０を開弁し、ドレン弁４０を通じて冷媒路内の冷却水を排出する。
【００５５】
本実施形態によれば、ドレン弁４０を開弁して冷媒を排出する際に、空気抜き弁３５を開弁するので、空気抜き弁を通じて空気抜き管から冷媒路に大気圧が作用するようになり、その結果、ドレン弁４０を通じて冷媒が好適に排出されるようになる。つまり、冷媒の排出時には、大気圧を利用した冷媒の排出が可能となり、冷媒のスムーズな排出を実現することができる。
したがって、冷媒の排出作業が容易であり、また、冷媒排出の作業時間の短縮を図ることも可能となる。
【００５６】
前記した各実施形態において、前記した空気溜り部１２，１２’は、その形状や設置個数を任意に設定することができる。
【００５７】
また、前記した各実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよく、また、住居、店舗、オフィス等の用途とした燃料電池システムでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却システムが適用される燃料電池システムを示す概略図である。
【図２】同じくサーモスタット周りの構造を示す断面図である（一部切断）。
【図３】同じくサーモスタット周りの要部構造を示す断面図である。
【図４】図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図５】サーモスタットと冷却水ポンプとを示す説明図である（一部切断）。
【図６】（ａ）（ｂ）は冷却水の充填時の作用を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る冷却システムのサーモスタット周りの構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第３実施形態に係る冷却システムを示す配管系統図、（ｂ）は同じくこの冷却システムにおける冷却水の充填時の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック
３ｅ バイパス配管
４ 冷却水ポンプ
５ ラジエータ
１０ サーモスタット
１１ ケース
１１Ａ 第１ケース部
１１Ｂ 第２ケース部
１２ 空気溜り部
１３ 空気抜き孔
２０ サーモスタット本体
２１ フランジ部
２２ ジグルバルブ
２５ バルブ（弁体）
３０ 空気抜き管
３２ 排出管
３５ 空気抜き弁
３８ 排出管
４０ ドレン弁
Ｔ 最上部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体とラジエータとの間の冷媒路に設けられ、冷媒の温度に応じて弁体が開閉して冷媒の循環を制御するサーモスタットを備えた冷却システムであって、
前記サーモスタットは、ジグルバルブを有しており、
冷媒の充填時に前記ジグルバルブを通じて空気が抜ける側となる、前記ジグルバルブ側方の冷媒路壁には、前記ジグルバルブよりも高い位置に空気溜り部が形成されており、
前記空気溜り部には、冷媒の充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔が設けられていることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記空気溜り部は、前記サーモスタットを収容する収容ケースの一部を上方へ膨出形成することによって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記空気抜き孔は、前記空気溜り部の最上部に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記空気抜き孔には、大気側に通じる空気抜き管が接続されてい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項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記空気抜き管は、その管路に空気抜き弁を備えることを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の冷却システムにおける冷媒の充填方法であって、
前記冷媒路に冷媒を充填しながら、前記ジグルバルブを通じて前記空気溜り部側に空気を抜くステップと、
前記空気溜り部に溜まった空気を前記空気抜き孔から前記空気抜き管を通じて抜きつつ、前記空気抜き管内を冷媒で満たすステップと、
を備えたことを特徴とする冷媒の充填方法。
【請求項７】
請求項５に記載の冷却システムにおける冷媒の排出方法であって、
前記冷媒路は、当該冷媒路内に充填された冷媒を抜くためのドレン弁を備えており、
前記ドレン弁を開弁して冷媒を排出する際に、前記空気抜き弁を開弁することを特徴とする冷媒の排出方法。
【請求項１】
被冷却体とラジエータとの間の冷媒路に設けられ、冷媒の温度に応じて弁体が開閉して冷媒の循環を制御するサーモスタットを備えた冷却システムであって、
前記サーモスタットは、ジグルバルブを有しており、
冷媒の充填時に前記ジグルバルブを通じて空気が抜ける側となる、前記ジグルバルブ側方の冷媒路壁には、前記ジグルバルブよりも高い位置に空気溜り部が形成されており、
前記空気溜り部には、冷媒の充填時に溜まった空気を排出するための空気抜き孔が設けられていることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記空気溜り部は、前記サーモスタットを収容する収容ケースの一部を上方へ膨出形成することによって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記空気抜き孔は、前記空気溜り部の最上部に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記空気抜き孔には、大気側に通じる空気抜き管が接続されてい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項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記空気抜き管は、その管路に空気抜き弁を備えることを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の冷却システムにおける冷媒の充填方法であって、
前記冷媒路に冷媒を充填しながら、前記ジグルバルブを通じて前記空気溜り部側に空気を抜くステップと、
前記空気溜り部に溜まった空気を前記空気抜き孔から前記空気抜き管を通じて抜きつつ、前記空気抜き管内を冷媒で満たすステップと、
を備えたことを特徴とする冷媒の充填方法。
【請求項７】
請求項５に記載の冷却システムにおける冷媒の排出方法であって、
前記冷媒路は、当該冷媒路内に充填された冷媒を抜くためのドレン弁を備えており、
前記ドレン弁を開弁して冷媒を排出する際に、前記空気抜き弁を開弁することを特徴とする冷媒の排出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２７２１２３（Ｐ２００９−２７２１２３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２１２１９（Ｐ２００８−１２１２１９）
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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